گزارش كارآموزی منطقة اكتشافی مواد رادیواكتیو ناریگان

مقدمه و تشكر

این گزارش شامل دو فصل است فصل اول كلیاتی در مورد اورانیوم و فصل دوم عملیات اكتشافی در منطقه ناریگان تحت نظارت سازمان انرژی اتمی است.

لازم است از كلیة عزیزانی كه مرا در تهیة این گزارش راهنمائی و یاری كرده‌اند كمال تشكر و قدردانی را كنم. از بخش اكتشاف و استخراج سازمان انرژی اتمی جناب آقایان مهندسین آشتیانی، مهدی‌نیا، داوودنژاد، قادری، آقاجانلو، نوریان، جمالی، شهبازی، تقی‌زادگان و جناب آقای هاشمی‌وند مسئول انبار اكتشاف كمال سپاسگزاری را دارم و دیگر پرسنل و كارمندان بخش اكتشاف و استخراج سازمان انرژی اتمی.

ضمناً از جناب آقای مهندس فتاحی مدیریت گروه معدن دانشگاه آزاد اسلامی واحد محلات كه استاد راهنمای بنده هستند و راهنمائیهای ایشان در تهیة این گزارش بسیار مؤثر بوده است كمال تشكر را دارم.

جعفر هاشمی‌وند

26/3/83

فصل 1- كلیاتی در مورد اورانیوم

1-1- مقدمه عناصر رادیواكتیو

عناصری در طبیعت موجود می باشند كه دارای هستة سنگین هسته و با صدور اشعه‌های a و b و گاما به عناصر سبكتر تبدیل می شوند، این عمل را فروپاشی می‌گویند. اشتعه a از جنس هلیم دو بار مثبت (He2+) می‌باشد. اشعه b، الكترون با بار منفی و دارای انرژی جنبشی می‌باشد و اشعه g كه از هسته اتم تابش می‌شود.

عناصر رادیواكتیو در طبیعت گوناگونند ولی عناصری كه مورد توجه است اورانیوم، توریم و پتاسیم است كه به شرحشان می پردازیم:

اورانیوم 238: این ایزوتوپ اورانیوم با داشتن عدد اتمی n 92 یكی از ایزوتوپهای فلز اورانیوم (238، 235 و 234) می‌باشد كه تقریباً 99% اورانیوم موجود در طبیعت را تشكیل می‌دهد. این ایزوتوپ اورانیوم نیمه عمری در حدود 5/4 میلیارد سال دارد كه مقدار آن در پوستة جامد زمین ppm 4-2 می‌باشد.

توریم 232: توریم 232، عدد اتمی 90 دارد و یكی از سه ایزوتوپ عنصر توریم (232، 230 و 228) می‌باشد كه نیمه عمری حدود 11میلیارد سال دارد و مقدار آن ppm 12-10 در لایة جامد زمین است.

پتاسیم 40 : دارای عدد اتمی 99 می‌باشد كه تنها ایزوتوپ رادیواكتیو عنصر پتاسیم می‌باشد كه نیمه عمری در حدود 3/1 میلیارد سال دارد مقدار آن در پوستة جامد زمین 2% است. عناصر مهم تولیدكننده g در طبیعت سه عنصر بالا هستند.  (1)

1-1- زمین شناسی اورانیوم

كانی سازی اورانیوم در سنگهای تونی پیروكلاستیك و یا به عبارت دیگر توفهای بازیك تشكیل شده است. كه این نوع توفهای بازیك در حاشیه توده های گرانیتی كه متأثر از این توده شیب دار شده است قرار گرفته است.

كانی سازی  اورانیوم در امتداد شیب طبقات لایة پیروكلاستیك قرار داشته و شیب كانی سازی از شیب طبقات پیروی می‌كند. (1)

1-2- كانیها و كانسارهای اورانیوم

كانیهای اولیه اورانیوم عبارتند از اورانینیت، پیچ بلاند، دایویدیت، برایزیت و از كانیهای ثانویة اورانیوم می‌توان زیپیت را نام برد.

بیش از هشتاد سنگ معدنی شناخته شده وجود دارد كه دارای مقادیر قابلی اورانیوم هستند ولی فقط كمتر از دوازده تای آنها در زمین فراوانند.

از مهمترین كانه های اورانیوم اورانیت است كه تركیبی از بی اكسید اورانیوم (O2) و تری اكسید اورانیوم (O3) است و به شكل گرد سیاه است این كانه در نهشت های عمیق یافت می‌شود. كانه های دیگر عبارتند از كارنولیت به رنگ زرد روشن كه در آن اورانیوم با پتاسیم و آنادیم تركیب شده است.

توربرنیت كه بلور خاكستری رنگ فسفات اورانیوم و مس است. (1)

1-4- روشهای اكتشاف كانسازهای اورانیوم

برای اكتشاف كانسارهای اورانیوم دو روش وجود دارد یكی روش رادیواكتیو است كه اساس این روش بر خاصیت رادیواكتیویته اجسام استوار است كه تمامی اكتشافات در روی زمین صورت می‌گیرد.

روش دیگر ژئوفیزیك هوابردی است كه متداولترین روشهای ژئوفیزیك هوابردی یكی روش مغناطیسی و دیگری روش رادیواكتیو است كه بوسیلة هواپیمان صورت می‌گیرد.

عملیات اسپكترومتری مواد رادیواكتیو مغناطیسی سنجی هوائی در حدود 000/600 كیلومترمربع از مساحت ایران در شرق و شمالغرب توسط شركتهای استرایائی و فرانسوی و آلمانی انجام گرفته است و مورد پوشش پروژه اكتشافات هوائی قرار گرفته است كه اطلاعات بدست آمده بصورت نقشه های ایزورادیومتری و پروفیل مسیر پرواز در مقیاسهای 1 :250000 و 1:50000 به سازمان انرژی اتمی ایران تحویل داده شده است و با استفاده از امكانات روز سخت افزاری و نرم افزاری مورد تعبیر و تفسیر و نهایتاً استفاده در كاوش مواد رادیواكتیو خصوصاً اورانیوم قرار گرفته است. (2)

1-5- اورانیوم منبع انرژی

نقش اورانیوم در تأمین نیاز انرژی جهان بسیار عظیم است و گسترش نیروگاههای هسته ای زمانی قابل توجیه است كه اورانیوم و سوختهای شكافی دیگر بتوانند سهم بسزائی در تأمین انرژی جهان در دهه های آینده داشته باشند.

اورانیوم به شكل مخلوطی از اكسیدهائی كه فرمول تقریبی آنها u3o8 است و سیلاً‌در پوستة زمین یافت می‌شوند. (3)

1-6- بزرگترین ذخایر اورانیوم

بزرگترین ذخایر كشورهای غیركمونیستی در كانادا، استرالیا، آفریقای جنوبی و ایالات متحدة آمریكا قرار دارند. غنی ترین سنگ معدنهای اورانیوم حاوی 05/0 تا 2/0 درصد u3o8 هستند و آنهائی كه در حال حاضر مورد بهره برداری قرار می گیرند اورانیومی ارزانی با قیمت كیلوئی 80 دلار تولید می‌كنند این سنگ معدنها می توانند مصرف فعلی جهان را كه 41000 تن در سال است حداقل به مدت 40 سال تأمین كنند.

از آن پس سنگ معدنهای خیلی كم غناتر درون كه اینها و سنگواره های رسی شامل 01/0 درصد u3o8 هستند كه باید استخراج شوند و در آن صورت قیمت اورانیوم به صورت خیلی بالا خواهد بود. (3)

1-7- انواع ذخایر اورانیوم

منابع اورانیوم برحسب قیمت تولید (دلار بر كیلوگرم 4) و میزان اطمینان از اطلاعات پیرامون دسته بندی می‌شوند.

منابع بالنسبه مطئن (RAR)  آن دسته از ذخائر كه استخراج آن با فناوریهای معتبر ممكن باشد.

منابع تخمینی دیگر (EAR) به منابعی گفته می‌شود كه انتظار می رود با توسعه منابع موجود 2 بررسی مناقی كه اكتشاف به طور كامل انجام نشده قابل استحصال باشد.

بالاخره منابع نظری (SR) به ذخایری از سنگهای معدنی اورانیوم گفته می‌شود كه مبنای برونیابی و مدارك غیرمستقیم وجودشان متصور است.

جدول 1-1- منابع اورانیوم (3)

قیمت تولید

میلیون تن اورانیوم

RAR

EAR-1

EAR-2

SR

1-8- فرآوری سوخت هسته ای

1-8-1- چرخة سوخت هسته ای

روشی كه اورانیوم در راكتورهای هسته ای به مصرف می‌رسد احتمالا باز – مصرف می‌رسد شامل یك رشته فرآیندهائی است كه خیلی پیچیده تر از زغال سنگ و نفت در نیروگاههای غیرهسته ای است.

چرخة سوخت هسته ای را می‌توان به شكل 1-1 مشاهده كرد. مراحل این چرخه عبارتند از:

استخراج سنگ معدن اورانیوم متعاقباً خرد كردن آن ، جدا سازی و فرآوری برای تولید اكسید اورانیوم، u3o8 موسوم به كیك زرد.

انتقال كیك زرد به كارخاانه تولید میله های سوخت.

فرآوری شیمیائی كیك زرد، غنی سازی و ساخت میله های سوخت.

انتقال میله های سوخت به نیروگاههای هسته ای

انبار كردن و كاربرد سوخت در راكتور (1 تا 3 سال) پس از آن تعویض یا انباركردن سوخت مصرف شده برای چند ماه

انتقال سوخت مصرف شدة شدیداً پرتوزا از نیروگاه به كارخانه فرآوری

باز – فرآوری و جداسازی سوخت مصرف شده به سه مؤلفه اورانیوم غنی شده، پلوتونیوم و فرآورده های دیگر.

انباركردن فرآوردهای شكافت به صورت مایع در كارخانه باز فرآوری برای چند سال

انباركردن اورانیوم تهی شده و پلوتونیوم و مصرف دوبارة این مواد در كارخانه میله های سوخت برای باز مصرف در راكتورها

10. انبار كردن و در نهایت دور ریختن سوخت مصرف شده بدون فرآوری (3)

 

 

شكل 1-1- چرخة سوخت هسته ای (3)

1-8-2- استخراج اورانیوم

اورانیوم به صورت ذخائر اندك به صورت گسترده ای در سطح زمین وجود دارد. در جهان غرب منابع اصلی اورانیوم در كشورهای ایالات متحدة آمریكا، كانادا، استرالیا، آفریقای جنوبی، نیجر و فرانسه قرار دارد.

با وجودی كه صخره های محتوی اورانیوم دارای درصد بسیار كمی از خود اورانیوم هستند اما ممكن است تصور شود كه استخراج اورانیوم به دلیل طبیعت پرتوزای ماده خطرناك است.

خطر پرتوزائی فقط در معادن زیرزمینی كه فاقد هواكش كافی است قابل ملاحظه است. زیرا در آن صورت گاز پرتوزای را دون جمع می‌شود و خطراتی كه بعداً گفته می‌شود كاركنان و كارگران را تهدید می‌كند.

در معادن سطحی خر پرتوزائی نیست بلكه خطر گرد و غبار حاصل از منفجركردن، خرد كردن و شكست قطعات بزرگ صخره است

در سالهای نخستین استخراج اورانیوم بیماری و مرگ و میر زیادی در بین كارگران معادن اورانیوم دیده می‌شود اما امروزه با احتیاطهای لازم و ایمنی های لازم این خطرات وجود ندارد. (3)

1-8-3- حمل و نقل اورانیوم

در چرخة سوخت هسته ای در سه نقطه است كه اورانیوم و احتمالاً پلوتونیوم باید مسافت زیادی را طی كند اول كیك زرد از معدن به كارخانه سوخت منتقل شود و در یك مرحله بعد اورانیوم خالص یا uo2 از كارخانه به نیروگاههای هسته ای ارسال شودو.

خطر خاصی در این عملیات وجود ندارد مگر اهمیت سوق الجیشی اورانیوم و پلوتونیوم به عنوان سلاحهای هسته ای. بنابراین این خطر است كه تروریستها و راهزنها یا عوامل دولتهای غیرمسئول اورانیوم و پلوتونیوم را در حین حمل و نقل دزدیده و به مقاصد خود به كار گیرند.

برای جلوگیری از دزدیده شدن سوخت در راه رسیدن به نیروگاهها با یك پرتودهی مختصر آن را پرتوزا كرده و سر و كار با آن را خطرناك می سازد ولی این عمل به كاركنانی كه سوخت را حمل می‌كنند خطر می رساند در آینده روشهای دیگر ابداع خواهد شد. (3)

1-9- فرآوری شیمیائی كیك زرد

كیك زرد سنگ معدن تخلیص شدة اورانیوم است (u3o8) برای راكتورهائی كه سوخت دی اكسیداورانیوم غنی شده، uo2 مصرف می‌كنند (اغلب نیروگاههای اطراف جهان). مرحله بعد تبدیل u3o8 به هگزافلوریداورانیوم uF6 است.

uF6 یك تركیب گازی است و می‌توان آن را در كارخانه های غنی سازی از نوع پخشی (دیفوزیونی) یا مركز ـ گریزی استفاده كرد. تبدیل u3o8 به uF6 چند مرحله دارد:

الف) حل كردن كیك زرد در مخلوطی از اسیدنیتریك و اسیدسولفوریك.

ب) تولید نیترات اورانیل خالص در شكل محلول آبگون به كمك حلال دی اتیل اتر.

ج) افزودن آمویناك برای ایجاد رسوبات دی اورانات آمونیوم (ADU)

د) تكلیس (خشك كردن به كمك گرما) ADC و احیای آن توسط هیدروژن و تولید uo2

هـ) تبدیل uo2 به uF4 به كمك اسیدفلوریدریك (HF)

و) تبدیل uF4 به uF6 در اثر تركیب آن با فلور پس از غنی سازی هگزافلورید اورانیوم را با آب و هیدروژن تركیب و آن را دوباره به uo2 تبدیل می‌كنند. (3)

1-10- غنی سازی اورانیوم

فرآیند غنی سازی اورانیوم شامل جداسازی نسبی 235u و 238u تا غلظت 235u در محلول بیش از غلظت آن در اورانیوم می‌شود

در مقیاس تجاری دو فرآیند برای غنی سازی اورانیوم وجود دارد. در هر دوی این فرایندها اورانیوم طبیعی به تركیب گازی هگزافلوریداورانیوم (uF6) تبدیل می‌شوند و ایزوتوپ طبیعی اورانیوم دو گاز تولید می‌كند كه جرم مولكولی آنها كمی باهم فرق دارد، 238 uF6 كمی سنگین تر از 235 uF6 است.

در فرآیند پخش گازی هگزافلورید اورانیوم را وامی دارند تا در اثر اختلاف فشار دو سوی غشا از یك رشته غشاهای متخلخل نفوذ كند. گاز سبك تر 235 uF6 با سرعت اندكی بیشتر از گاز سنگین تر 238 uF6 نفوذ می كند و در نتیجه در گاز عبور كرده از غشا غنی شدگی اندكی اختلاف وجود دارد. مقدار غنی شدگی در یك تك غشاء خیلی كم است و برای دستیابی به غنی شدگی قابل ملاحظه مراحل بسیاری لازم است.

فرآیند مركز – گریز شامل كاربست دستگاههای مركز گریز (سانتریفیوژ) سریع برای جداسازی 235 uF6 از 238 uF6  است.

هگزافلورید اورانیوم را وارد مركز گریز می‌كنند و در سرعتهای دورانی خیلی بالای این ماشینها، مولكولهای 238 uF6 در نزدیك محیط مركز گریز تراكم بیشتری نسبت به ناحیه خارجی دارند و مولكولهای 238 uF6 در ناحیه خارجی تراكم بیشتری نسبت به ناحیة نزدیك محور دارند.

به این ترتیب گازی كه از نزدیك محور دستگاه گرفته می شود از نظر مقدار 238 u غنی است و گازی كه از ناحیة محیطی دستگاه گرفته می‌شود از نظر 238 u فقیر است. بار دیگر برای رسیدن به غنی شدگی مناسب مراحل زیادی لازم است.

در هر دو این روشها مقدار زیادی انرژی لازم است در یكی برای پمپ كردن از مراحل بسیار زیاد و در دیگری برای راندن دستگاههای گریز از مركز.

مقدار انرژی لازم برای فرآیند مركز گریز یك مهم فرآیند پخش است و اكنون فرآیند مركز – گریز روش غنی سازی است.

فرآیند سوم غنی سازی اورانیوم شامل كاربردهای پرتوهای لیزری برای برانگیختن گزینش اتمهای 238 u (در حالت گازی) به حالت پوینده و سپس جمع آوری آنها در یك میدان الكتریكی است. این فرآیند جداسازی لیزری ایزوتوپ های بخار اتمی[1] در ایالات متحده آمریكا در حال گسترش است. (3)

فهرست مطالب

عنوان                                                                            صفحه

مقدمه و تشكر........................................................................................................

فصل اول ـ كلیاتی در مورد اورانیوم ......................................................................  

1-1-      مقدمه – عناصر رادیواكتیو .........................................................................

1-2-      زمین شناسی اورانیوم.................................................................................

1-3-      كانیها و كانسارهای اورانیوم.......................................................................

1-4-      روش اكتشاف كانسارهای اورانیوم.............................................................

1-5-      اورانیوم منبع انرژی....................................................................................

1-6-      بزرگترین ذخائر اورانیوم............................................................................

1-7-      انواع ذخائر اورانیوم....................................................................................

1-8-      فرآوری سوخت هسته ای..........................................................................

      1-8-1- چرخة سوخته هسته ای.........................................................................

     1-8-2- استخراج اورانیوم...................................................................................

     1-8-3 - حمل و نقل اورانیوم.............................................................................

1-9-      فرآوری شیمیائی كیك زرد........................................................................

1-10-  غنی سازی اورانیوم....................................................................................

1-11-  قیمت اورانیوم غنی شده ...........................................................................

عنوان                                                                            صفحه

1-12-  راكتور سازمان انرژی اتمی ........................................................................  

1-12-1- مواد موردنیاز راكتور..............................................................................

1-13-  خطرات ناشی از تابش اشعه ها بر محیط زیست و جانداران......................

1-13-1- فیزیك بهداشت.....................................................................................

1-14-  دور ریختن زباله های اورانیومی.................................................................

1-14-1- پسمانداری............................................................................................

1-15-  اساسنامه سازمان انرژی اتمی......................................................................

1-16-  تحصیلات رسمی در سازمان......................................................................

[1] . AVLIS

عمومی و آزاد