تولید هگزافلوئورید اورانیوم و بررسی حوادث احتمالی ناشی از آن در چرخه سوخت هسته ای

فرمت: pdf  تعداد صفحات: 10

مهدی پرمهر یابنده، ناهید طالبیان

فهرست:

• چکیده
• مقدمه
• روش تولید هگزا فلوئوراید اورانیم UF6
• فرایند فلوریناسیون UF4
• فرایند کندانسیون و مایع سازی UF6
• فرایند تصفیه
• حوادث هسته ای احتمالی
• بحث و نتیجه گیری
• منابع

چکیده :

هگزا فلوئوراید اورانیم، UF6 ترکیبی پایدار بوده و از آن به عنوان ماده خام ایده آل جهت جداسازی ایزوتوپ های اورانیوم در فرآیند gas diffusion و gas centrifuge استفاده می شود [۱و۲] UF نقش مهمی در صنایع شیمیایی تولید سوخت هسته ای دارد، بنابراین به دلیل نیاز روز افزون بشر به انرژی، توسعه تکنیک تولید UF حایز اهمیت ویژه ای می باشد. فرآیند تولید این ترکیب شامل سه مرحله اصلی است [۵و۷]

1. فلوئوریناسیون UF4 با استفاده از گاز فلوئور F2 در کوره واکنش
2. متراکم سازی و جمع آوری گاز UF6 حاصل از گاز کوره
3. خالص سازی tail- gas

فرایند تولید UF6 از تکنیک بالائی برخوردار بوده و به عبارتی ترکیب حاصل نیز باید از نظر هسته ای از درجه خلوص مشخصی برخوردار باشد[1]. از طرفی UF6 یک ماده بسیار سمی، خطرناک و رادیواکتیو است که به آسانی در دمای معمولی به حالت گازی تبدیل می گردد و رعایت ایمنی و حفاظت مسائل زیست محیطی در مورد آن ضرورت دارد [۴و۲]. از نیازهای مورد توجه برای نمونه برداری UF6 این است که در فشار زیاد این ترکیب به راحتی به بیرون از منبع نشت می نماید ولذا سبب بروز حوادث غیر مترقبه هسته ای خواهد شد [۸]. در این مقاله علاوه بر نگاهی اجمالی به روش تولید هگزا فلوئوراید اورانیم، حوادث احتمالی مهم ناشی از آن در یک کارخانه تولید سوخت هسته ای، نظیر تاسیسات فرآوری اورانیم اصفهان UCF و حمل و نقل این محصول خطرناک، مورد اشاره اجمالی واقع می شوند.

کلید واژه ها: هگزا فلوئوراید اورانیم (UF6)، صنعت هسته ای، چرخه سوخت هسته ای، تحلیل حوادث احتمالی، حمل و نقل مواد خطرناک و محیط زیست

مقدمه

کاربرد ترکیبات اورانیم به عنوان سوخت در واکنش گاه های هسته ای بر پایه دو منظر اساسی بنا می شوند؛ نخست آنکه هدف استفاده از آنها به صورت طبیعی باشد و دیگر اینکه به شکل غنی شده بهره برداری گردند. در حالت دوم مرحله تبدیل کنسانتره اورانیم اکساید U30، به هگزا فلوئوراید اورانیم UF6، به جهت وصول ترکیبی که در ابتدا به شکل گازی بوده و سپس با استفاده از یک عنصری که برای تولید محصول نهایی دارای تعداد ایزوتوپ پایدار یگانه نظير فلوئور باشد، بیشترین کاربرد را دارد [ ۲و۱]

در صنعت هسته ای ترکیب UF6 به عنوان یک ماده سمی، خطرناک و رادیواکتیو مطرح است و به آسانی در دماهای معمولی به حالت گازی تبدیل می گردد. از این نظر تولید UF6 باید از فن آوری بالائی برخوردار و نیز از نظر هسته ای درجه خلوص زیاد داشته باشد. از آنجا که UF6 ترکیبی پایدار است، از آن به عنوان ماده خام ایده آل جهت جداسازی ایزوتوپ های اورانیوم برای فرآیند gas diffusion و gas centrifuge استفاده می شود. UF6 نقش مهمی در تولید سوخت هسته ای دارد و به دلیل نیاز بشر به استحصال انرژی از سوخت هسته ای، توسعه فن آوری تولید UF6 حایز اهمیت است. UF6 یک اکسید کننده قوی است و می تواند باH2 , CCL4  HCI , Si , S , P به UF4 احیاء شود. از تاثیر این گاز بر روی برخی فلزات نظیر طلا و پلاتین بصورت کدر شدن آنها بروز کرده اما به دلیل تشکیل یک لایه از فلوئور روی سطح آهن، نیکل، آلومینیم و آلیاژی مثل مونل از خوردگی بیشتر ممانعت می شود[۸]

انجام واکنش شیمیایی گرمازای ترکیب پودر اورانیم دی اکساید UO2، با فلوئودریک اسید HF، به حصول ترکیب واسط نمک سبزی به نام تترا فلوئوراید اورانیم UF4، در انواع واکنش گاه های شیمیایی بستر سیال و یا کوره گردان منجر می شود. این ترکیب آنگاه بر اثر واکنش گرمازای دیگر با گاز فلوئور در عمل فلوئوریناسیون به منظور تولید محصول نهایی یعنی هگزا فلوئوراید اورانیم در واکنش گاه های بستر سیال و یا مشتعل حاصل می آید[۲]. از محصول پایانی در مراحل غنی سازی، مثل فرایندهای الکتروشیمیایی، پخش گازی و … بهره برداری خواهد شد، اما علاوه بر تاکید به واکنش های فوق، انتقال و نگه داری ترکیب واکنش پذیر و خطر آفرین UF6، در صنعت هسته ای به دلیل منحصر بودن فن آوری مربوطه توجه ویژه ای را می طلبد. تحلیل حوادث احتمالی هسته ای نیز در زمره مسایل خاص صنعت بالا به شمار می آیند که در این مقاله مورد اشاره واقع می گردند.

روش تولید هگزا فلوئوراید اورانیم UF6. تولید صنعتی UF6 در جهان به سال 1942 میلادی آغاز گردید و با توسعه روش تولید، تکنیک fluidization کوره شعله ای و مایع شدن از طریق تکنیک های کنترل خودکار در تولید UF6 به مقیاس زیاد، به کار گرفته شد (شکل شماره ۱).

شکل 1. مرحله فلوریناسیون UF به UF به عنوان بخشی از کل پروسه

فرآیند تولید UF6 در راکتور فلوریناسیون عمودی انجام می گیرد. UF4 در راکتور با F2 واکنش داده و تولید گاز UF6 می کند. گاز UF6 ابتدا در ظرف liquification انعقاد یافته و ناخالصی های گازی از آن زدوده می شوند. سپس با حرارت دیدن به صورت مایع در آمده به طوری که تمامی مواد پس از مرحله اختلاط کامل به ظرف محصول فرستاده می شوند[ ۷و۶].

فرآیند تولید شامل سه مرحله اصلی است :

1. فلوریناسیون UF4 به UF6
2. متراکم سازی و جمع آوری گاز UF6
3. تصفیه tail- gas

گاز فلوئور حاصل از الکترولیز بعد از عمل buffering و pressuring یا تحت فشار قرار دادن بوسیله کمپرسور دیافراگم و مرحله preheating و reheating یعنی حرارت دادن در دمای 400°C، و بالا بردن دما، با فشار 0.6 MPa وارد راکتور فلوریناسیون می شود. تانک ذخیره نیتروژن به منظور جبران افت فشار، با عمل دمیدن UF4 به درون کوره به وسیله شارژ کننده نیتروژن تحت فشار 0.1Mpa است که باعث واکنش F2 و UF4 می گردد

UF4 +F2 →UF6 + Q

این واکنش در دمای C°20 ± 420 انجام می شود. گاز UF6 تولید شده به عنوان Furnace gas وارد کندانسور به ابعاد m3 4.5 برای متراکم شدن می گردد. در این کندانسور بیشترین قسمت UF6 به صورت جامد در می آید و بقیه UF6 متراکم نشده داخل کندانسور دومی به ابعاد 1.5 خواهد شد. زمانی که وزن UF پر شده در کندانسور به ابعاد 4.5 m3 به مقدار لازم رسید، با یک کندانسور خالی برای پر شدن بعدی جابجا می شود. عملیات مایع شدن، bottling برای کندانسورهای کاملا پر شده انجام می گیرد. در این مرحله با عملیاتی مانند افت فشار و بالا رفتن درجه حرارت، UF6 مایع می شود. بعد از نمونه برداری و تأیید شدن کیفیت محصول، UF6 مایع به درون سیلندرهای 48X وارد خواهد شد (شکل شماره ۳).

UF6 متراکم نشده حاصل از کندانسور اولی وارد کندانسور دومی به ابعاد m3 1.5 می گردد. Tail gas باقیمانده گاز حاصل نیز از این کندانسور با مقدار کمی N2 , O2 ,F2 ,UF6 ,HF برای تصفیه وارد مرحله بعدی می گردند. در این مقطع Tail gas داخل راکتور کربونیزاسیون شده که مهم ترین عمل این راکتور، گرفتن F2 و UF6 باقیمانده است یعنی F2 با charcoal واکنش داده تا بسوزد آنگاه UF6 به F2 و UF4 تجزیه شده و UF4 را مجددا به راکتور فلوریناسیون عمودی بفرستند. از این واکنش و سوختن F 2با charcoal خاکستر حاصل وارد دیگ خاکستر slog pot شده سپس جمع آوری می گردد. در فواصل زمانی مشخص بعد از هر بچ تولید UF6 این ظرف تعویض می شود. HF و سایر ترکیبات اورانیوم حاصل از tail gas بوسیله محلول کربنات سدیم برطرف و به تولید NaF و [(Na[UO2 (CO3 منجر خواهد شد. این محلول کربناتی به عنوان eluent شناخته می شود. در پایان محلول بدست آمده از طریق سیستم خروجی پس از شستشو به واحد مربوطه جهت تصفیه و خالص سازی بعدی فرستاده می شود.

ادامه مطلب را با دانلود فایل پیوستی مشاهده کنید.

حتما بخوانید:

⇐ مدیریت بحران در سوانح هسته ای و پرتوی

⇐ سوانح در تاسیسات هسته ای و راه های مقابله با آن

⇐ ایمنی در راکتورهای هسته ای

⇐ اندازه گیری و آشکارسازی تابش های هسته ای