در مطلبی که در پی میآید، مولف کوشیده است با اطلاعاتی در حد دانش عمومی خوانندگان سانتریفوژ را شرح دهد.
اولین سانتریفوژ صنعتی دنیا بیش از نیم قرن پیش توسط یک دانشمند آلمانی به نام زیپه اختراع شد و به طور عملیاتی مورد استفاده قرار گرفت. البته تکنولوژی آن با سانتریفوژهای امروزی فرق زیادی داشت، ولی اصول کار آن فرقی با سانتریفوژهای امروزی نداشت.
در صنعت سوخت هستهای، این وسیله نقشی اساسی دارد جهت جدا کردن ایزوتوپهای اورانیوم۲۳۵ و اورانیوم۲۳۸در گاز هگزافلوراید اورانیوم(UF۶) از سانتریفوژ استفاده میشود. البته روشهای متعددی مانند جداسازی ایزوتوپی الکترومغناطیسی، پخش دیفوزیون گازی، دیفوزیون گرمایی، فرآیندهای آئرودینامیکی، جداسازی ایزوتوپی لیزری، تبادل یونی و فرایند جداسازی پلاسمایی وجود دارد ولی در بیش از ۹۵درصد صنعت هستهای جهان، اورانیوم به وسیله یکی از دو روش سانتریفوژ گازی و پخش گازی جدا شده و غنی میشود.
سانتریفوژ دستگاه استوانهای شکلی است که درست مثل توربین هواپیما پرههایی در وسط آن وجود دارد. این پرهها به طور متوسط در هر ثانیه ۱۰۰۰ دور میزنند. در نتیجه این چرخش، اورانیوم سنگین روی دیواره آخرین سانتریفوژ قرار میگیرد و اورانیوم۲۳۵در کنار آن مینشیند. باید هزاران سانتریفوژ در کنار هم قرار گیرند تا بتوان با کمک مجموعه آنها اورانیوم را غنی کرد ایران در فرآیند کاربردی غنیسازی از روش سانتریفوژ گازی استفاده میکند.
در روش پخش گازی، هگزافلوراید اورانیوم تحت فشار از میان یک سری دیافراگمها یا غشاهای متخلخل عبور کرده و از آنجایی که اورانیوم ۲۳۵ سبکتر از اورانیوم ۲۳۸ میباشد آنها سریعتر حرکت کرده و امکان کمی بیشتری برای عبور از سوراخهای موجود در غشا را دارند.
گاز UF۶ که از طریق غشا پخش میشود اندکی غنی بوده ضمن اینکه آنچه نمیتواند گذر کند از اورانیوم ۲۳۵ تهی است.
در روش پخش گازی دوران سریع ماده سبب میشود تا ایزوتوپهای سنگینتر به طرف دیواره خارجی حرکت کنند. عامل جداسازی در این روش به تفاوت جرمی ایزوتوپهایی که باید جداسازی شوند بستگی دارد در غنیسازی اورانیوم با روش سانتریفوژ گازی، از تعداد زیادی سیلندر دوار که به صورت موازی و متوالی کنار هم قرار داده شدهاند استفاده میشود.
دستگاههای سانتریفوژ به صورت آبشاری یا کاسکد(سیستم غنیسازی دنبالهای) به هم مرتبط هستند این دوران باعث ایجاد یک نیروی گریز از مرکز میشود، به طوری که مولکولهای گازی سنگینتر به طرف خارج سیلندر حرکت کرده و مولکولهای گازی سبکتر در قسمت مرکزی(محورگردنده) جمع میشوند.
گاز به داخل یک سری لولههای خلأ وارد شده که هر یک شامل یک گردنده با بیش از دو متر طول و قطر ۱۵تا۲۰سانتیمتر هستند. گردندهها با سرعت بالای ۵۰۰۰۰ تا ۷۰۰۰۰ دور در دقیقه، مولکولهای سنگینتر حاوی اورانیوم ۲۳۸ در لبه خارجی سیلندر متمرکز میشوند. افزایش اورانیوم ۲۳۵ نیز در مرکز وجود دارد. جهت جداسازی بالاتر نیاز به سانتریفوژهای با سرعت بالاتر و استفاده از تعداد بیشتری از آنها است.
باید یادآور شد که به دلیل سرعتهای دوران بسیار بالا، طراحی آنها و همچنین مواد استفاده شده در آنها از نظر متالوژی پیچیده بوده و دقت بالایی را طلب میکند. گاز UF۶ خورنده بوده، بنابراین باید تمام اجزایی که با این ماده در تماسند مقاوم در برابر خوردگی باشند.
جهت بالا بردن ظرفیت جداسازی سانتریفوژها باید طول گردنده و سرعت دیواره گردنده افزایش یابد. برای ساخت گردندهها از آلیاژهای آلومینیوم، فولاد ماراژین، تیتانیوم و یا ترکیباتی که با برخی شیشههای خاص تقویت شده که با نام فیبرهای کربنی معروف هستند، استفاده میشود؛ البته متداولترین ماده در حال حاضر، فولاد ماراژین است یک سانتریفوژ مدرن از زمان راهاندازی، به مدت بیش از ۱۰سال میتواند بدون نگهداری به کار خود ادامه دهد.
از مراکز مهم غنیسازی اورانیوم که از روش پخش گازی استفاده میکنند در اروپا میتوان به گروناو(Gronau) آلمان و یورنکو که متشکل از شرکتهای انگلیسی، آلمانی و هلندی هستند نام برد که مکان آن در capenhurst بریتانیا میباشد.
روسیه هم به عنوان یک غول صنعتی در این زمینه از چهار مرکز که چهل درصد ظرفیت جهان را تولید میکند از همین شیوه پخش گازی استفاده میکند. آمریکا هم تکنولوژی سانتریفوژ گازی را در آینده نزدیک جایگزین تکنولوژی سانتریفوژهای پخش گاز قدیمی میکند زیرا این روش نسبت به روش قدیمی به انرژی کمتری برای رسیدن به جداسازی مشابه نیاز دارد.
ژاپن، چین، برزیل، پاکستان و شاید کره شمالی هم جهت غنیسازی اورانیوم از چنین روشی استفاده میکنند. به طور کلی مجموعه آبشارهای بزرگ سانتریفوژ گازی که در کشورهای فرانسه، آلمان، بریتانیا و چین مورد استفاده قرار میگیرند برای تولید اورانیومی است که برای مصرف داخلی و نیز صادرات است، اما در ژاپن تولید آن فقط جهت مصرف داخلی است.
باتوجه به این آمار میتوان دریافت که در حال حاضر و آینده هم سانتریفوژهای گازی مهمترین نوع جهت غنیسازی اورانیوم در سطح جهان بوده و هر روز در جهت افزایش تکنولوژی و راندمان آن کار میشود؛ البته لازم به ذکر است که روسیه این صنعت عظیم را به عنوان یادگاری ارزشمند از اتحادجماهیرشوروی سابق به ارث برده است و در حال حاضر تأمینکننده سوخت هستهای تعداد زیادی از راکتورهای قدرت دنیا بوده و از این نظر در دنیا پیش رو است.