الف)استخراج سوخت

 سوخت هسته اي:

     سوخت هسته اي،مادّ اي است از جنس اورانيوم آن كه مي تواند در راكتورهاي هسته اي قرار گيرد و با انجام فعل و انفعالات شكافت هسته اي،انرژي زيادي از خود آزاد كند و از اين انرژي آزاد شده براي توليد برق يا مصارف درماني و پزشكي،صنعتي،كشاورزي يا تحقيقاتي استفاده شود.(مهدي كرمي (26،12،1385)چرخه ي سوخت هسته اي چيست؟،ويژه نامه ي سال 86 جام جم،ص87)

     اورانيوم يكي از عناصر شيميايي جدول تناوبي است كه نماد آن U و عدد اتمي آن 92 مي باشد.اورانيوم كه يك عنصر سنگين،سمّي،فلزّي،راديواكتيو و برّاق به رنگ سفيد مايل به نقره اي مي باشد به گروه آكتنيدها تعلّق داشته و ايزوتوپ 235 آن براي سوخت راكتورهاي هسته اي و سلاح هاي هسته اي استفاده مي شود.اين عنصر داراي دماي ذوب^C ْ45 بوده و به رغم تصوّر عام،فراواني آن در طبيعت حتّي از عناصري از قبيل جيوه،طلا و نقره نيز بيشتر است.استراليا داراي بزرگ ترين معادن اورانيوم است و كشورهاي قزّاقستان،كانادا،آفريقاي جنوبي،ناميبيا،برزيل و روسيه نيز از معادن بزرگي برخوردارند.

     عنصر اورانيوم در طبيعت داراي ايزوتوپ هاي مختلف(19 ايزوتوپ)از جمله دو ايزوتوپ مهم و پايدار 238 و 235 است.اورانيوم 235 مهم ترين مادّه ي مورد نياز راكتورهاي هسته اي است،امّا مشكل اين جاست كه اورانيوم استخراج شده از معدن تركيبي از ايزوتوپ هاي 235 و 238 بوده و در ميان سهم ايزوتوپ 235 حدود 7/0 درصد است و به همين علّت بايد به روش هاي مختلف درصد اورانيوم 235 را در مقايسه با اورانيوم 238 بالا برده و بسته به نوع راكتور هسته اي از 2 تا 5 درصد غني كرد. 

استخراج اورانيوم:

     براي كشف اورانيوم دو نوع حفّاري و تكنيك هاي موقعيّتي به كار مي رود.حفّاري ممكن است به صورت زيرزميني يا چاله هاي باز روي زمين انجام شود.

     در كل حفاّري هاي روزميني در جاهايي استفاده مي شود كه ذخيره ي معدني نزديك به سطح زمين و حفّاري هاي زيرزميني براي ذخيره هاي معدني عميق تر به كار مي رود.به طور نمونه براي حفّاري هاي روزميني بيشتر از 200 متر عمق،نياز به گودال بزرگي در سطح زمين است.

ب)توليد كيك زرد

     موادّ معدني حاوي اورانيوم با استفاده از روش هاي معدن كاوي "زيرزميني" يا "روزميني" استخراج شده و سپس طي فرايندهاي مكانيكي موسوم به "آسياب كردن" و "كوبيدن" از ديگر عناصر جدا مي شود. اورانيوم پس از استخراج تفكيك،كوبيده،خرد و به شكل پودر درآمده و سپس براي توليد مادّه اي موسوم به كيك زرد (yellow cake) مورد استفاده قرار مي گيرد.كيك زرد در واقع محصول فراروي سنگ معدن اورانيوم است و به تركيباتي گفته مي شود كه ناخالصي هاي معدني آن به ميزان زيادي گرفته شده و حاوي 7 تا 90 درصد اكسيد اورانيوم از نوع U3O8 است.

)

     در يك آسياب اورانيوم با عمل سنگ شويي از سنگ هاي معدنيِ خرد شده جدا مي شود كه يا با اسيد قوي يا باز قوي حل مي شود و به صورت محلول در مي آيد،سپس اورانيوم با ته نشين كردن از محلول جدا مي شود و بعد از خشك كردن و معمولاً حرارت دادن به صورت اشباع شده و غليظ در استوانه هاي 200 ليتري بسته بندي مي شود.

ج)توليد UF6                                                                                                                         

كيك زرد اوّليّه طيّ سوّمـــين مرحــله از توليد سوخت هـسته اي در كارخانه ي فنّاوري اورانيوم موسوم به"UCF" به فراورده هاي مخـتلف اورانيوم تبــديل مي شود.مــهم ترين فراورده ي تولــيدي در UCF گاز " "UF6است.اين گاز محصول استراتژيكي در توليد سوخت هسته اي است.زيرا در عمليات غني سازي به دليل استفاده از روش سانتريفيوژ بايد اورانيوم به حالت گازي شكل درآيد تا با استفده از شرايط و خواصّ گاز عمليات غني سازي صورت پذيرد.،البته محصولات اورانيومي ديگري در كارخانه UCF توليد مي شود كه مي توان UF4 و UO2 را نان برد كه UO2 توليد شده در UCF بدون نياز به غني سازي مي تواند به عنوان سوخت راكتورهاي آب سنگين مورد استفاده قرار گيرد.(كرمي(26،12،1385) چرخه ي سوخت هسته اي چيست؟ويژه نامه ي سال 86 جام جم،ص87)

د)غني سازي

     سنگ معدن اورانيوم موجود در طبيعت از دو ايزوتوپ 235 به مقدار 7/0درصد و اورانيوم 238 به مقدار 3/99 درصد تشكيل شده است.سنگ معدن را ابتدا در اسيد حل كرده و بعد از تخليص فلز،اورانيوم را به صورت تركيب با اتم فلوئور و به صورت ملكول هگزافلورايد اورانيوم(UF6) تبديل مي كنند كه به حالت گازي است.سرعت متوسّط ملكول هاي گازي با جرم ملكولي گـاز نسبت عكس دارد.اين پديده را"گراهان" در سال 1864 كشف كرد.از اين پديده كه به نام ديفوزيون گازي مشهور است براي غني سازي اورانيوم استفاده مي كنند.در عــمل هگزافلورايد اورانيومِ طبيعيِ گــازي شكل را ازســتون هايي كه جدار آن ها از اجسام متخلخل درست شده است عبور مي دهند.منافذ موجود در جسم متخلخل بايد قدري بيشتر از شعاع اتمي يعني در حدود 5/2 انگستروم(000000025/0 سانتي متر) باشد ضريب جداسازي متناسب با اختلاف جرم ملكول هاست.روش غني سازي اورانيوم تقريباً مطابق همين اصول است كه در اين جا گفته شد.با وجود اين مي توان به خوبي حدس زد كه پرخرج ترين مرحله ي توليد سوخت اتمي همين مرحله ي غني سازي ايزوتوپ هاست.زيرا از هر هزاران كيلو سنگ معدن اورانيوم 140 كيلوگرم اورانيوم طبيعي به دست مي آيدكه فقط 1 كيلوگرم كيلوگرم اورانيوم 235 خالص در آن وجود دارد.براي تهيه و تغليظ اورانيوم تا حدّ 5درصد حدّاقل 2000 برج از اجسام خلل و فرج دار با ابعاد نسبتاً بزرگ و پي در پي لازم است تا نسبت ايزوتوپ ها از برجي به برج ديگر به مقدار 01/0 درصد تغيير پيدا كند.در نهايت موقعي كه نسبت اورانيوم 235 به اورانيوم 238 به 5 درصد رسيد براي تخليص كامل بايد از سانتريفوژهاي بسيار قوي لستفاده كرد.براي ساختن نيروگاه اتمي،اورانيوم طبيعي و يا اورانيوم غني شده ميزان غني سازي ²³⁵U بين 1 تا 5 درصد كافي است،ولي براي تهيه ي بمب اتمي 5 تا 6 كيلوگرم ²³⁵U صد در صد خالص نياز است.