علوم و فنون هستهاى جزء فن آوريهاى پيشرفته و برتر در عصر كنونى مىباشد. امروز تأثير اين علوم در گسترش دانش بشرى، تسلط بر طبيعت، تأمين رفاه و پيشرفت زندگى بشر غير قابل ترديد بوده و به درستى مىتوان آن را از عناصر و محورهاى اصلى توسعه پايدار و از عوامل مهم اقتدار يك كشور به شمار آورد. در واقع در طول نيم قرن گذشته در نتيجه تلاش پيگير پژوهشگران، اين فن آورى نقش مهمى در رشد صنعت، كشاورزى و پزشكى ايفاء نموده است. استفاده از راديوايزوتوپها در تشخيص و درمان بيماريها، بكارگيرى فن آورى هستهاى در توليد برق و توليد مواد با خواص ويژه و همچنين توليد گونههاى مقاوم محصولات كشاورزى نسبت به آفات و كمآبى تنها شمارى از استفادههاى گوناگون اين علوم در پزشكى، صنعت و كشاورزى است. جمهورى اسلامى ايران مصمم است كه با توجه به تأثير شگرف علوم و فنون هستهاى در مؤلفههاى علمى، اقتصادى و اجتماعى به طور كلى توسعه پايدار، راه خود را در مسير پرپيچ و خم استفاده صلحآميز از اين فن آورى باز نمايد.
چرخه سوخت هستهاى
اورانيوم متداولترين سوخت براى راكتورهاى هسته است. اورانيوم به طور طبيعى به شكل مخلوطى از اكسيدهاى مختلف است كه به طور وسيعى در پوسته زمين به صورتهاى پراكنده يافت مىشود.
براى استفاده از اورانيوم به عنوان سوخت، ابتدا بايد آن را از سنگهاى معدنى استخراج و جداسازى نمود(مرحله فرآورى سنگ معدن اورانيوم) سپس با تبديل و غنى سازى، آنرا آماده براى تهيه سوخت كرد(مرحله تبديل و غنى سازى اورانيوم) پس از آن با روشهاى شيميايى و فيزيكى مختلف به توليد سوخت هستهاى مناسب مبادرت نمود(مرحله توليد سوخت هستهاى) و نهايتاً پس از استفاده سوخت در راكتور اتمى به بازفرآورى سوخت مصرف شده اقدام مىشود. به مجموعه اين فرايندها، چرخه سوخت هستهاى گفته مىشود. مراحل مختلف چرخه سوخت هستهاى عبارتند از:
1- فرآورى سنگ معدن اورانيوم
2- تبديل و غنى سازى اورانيوم
3- توليد سوخت هستهاى
4- بازفرآورى
كاربرد علوم هستهاى در پزشكى و صنعت و كشاورزى
عليرغم پيشرفت همه جانبه علوم و فنون هستهاى در طول نيم قرن گذشته، هنوز اين تكنولوژى در اذهان عمومى ناشناخته مانده است. وقتى صحبت از انرژى اتمى به ميان مىآيد، اغلب مردم ابر قارچ مانند حاصل از انفجارات اتمى و يا راكتورهاى اتمى براى توليد برق را در ذهن خود مجسم مىكنند و كمتر كسى را مىتوان يافت كه بداند چگونه جنبههاى ديگرى از علوم هستهاى در طول نيم قرن گذشته زندگى روزمره او را دچار تحوّل نموده است. اما حقيقت در اين است كه امروزه از راديوايزوتوپها و پرتوهاى ناشى از فرايندهاى هستهاى جهت بهبود محصولات غذايى، نگهدارى مواد غذايى، تعيين منابع آبهاى زيرزمينى، استريليزه كردن منابع و توليدات پزشكى، آناليز هورمونها، كنترل فرايندهاى صنعتى، و بررسى آلودگى محيط زيست استفاده فراوانى به عمل مىآيد.
توليد گونههايى از محصولات غذايى داراى حاصلخيزى بيشتر، توليد گونههاى مقاوم نسبت به آفات و كم آبى، استفاده مؤثرتر از منابع آبى و جمع آورى آنها، نابودى آفات، جلوگيرى از فساد محصولات در هنگام نگهدارى از مهمترين موارد استفاده از علوم و تكنولوژى هستهاى در كشاورزى است. كاربرد روشهاى هستهاى در علوم پزشكى نسبت به ساير بخشها معروفتر و عمومىتر است. بيش از 100 سال است كه دانشمندان با خواص اشعه ايكس آشنا شدهاند و از آن براى تشخيص پزشكى استفاده مىكنند. تصويربردارى، تشخيص،پيش بينى و درمان برخى بيماريها در نتيجه استفاده از پرتودهى و راديوايزوتوپها حاصل مىگردد. بطور مثال 131I- براى تشخيص محل و مكان تومورهاى مغزى مورد استفاده قرار مىگيرد و يا از آن براى تعيين فعاليت غده تيروئيد و كبد استفاده مىشود.51 – Cr براى تحقيقات خونشناسى، 75 – Seبراى بررسى لوزالمعده، 57-Co براى تشخيص كم خونى، 14- Cبراى تحقيقات بيولوژيكى و داروسازى، 137-Cs جهت درمان غدد سرطانى، 67-Cu براى از بين بردن غدد سرطانى از رايجترين راديوداروها در امر پزشكى مىباشند. استفاده از پرتو گاما توليد شده از 60- Coاز مؤثرترين و مقرون به صرفهترين روشها در زمينه سترون نمودن وسايل، ابزار آلات و توليدات پزشكى است.
طى نيم قرن گذشته، تكنولوژى هستهاى كاربردهاى گستردهاى در صنعت نيز يافته است. تسهيل عمليات اكتشاف و استخراج معادن زيرزمينى نفت و گاز، تشخيص محل نشت سيالات در لولهها و مخازن، تعيين ميزان خوردگى فلزات، اندازهگيرى دقيق قطرسنجى، ضخامت سنجى و سطح سنجى، تعيين فرسودگى غشاء داخلى كورههاى صنعتى، استفاده از اثرات متقابل پرتوها با مواد جهت بهينه سازى عملكرد آنها در صنعت و… تماماً از مهمترين استفادههاى صنعت از علوم و فنون هستهاى است. در اين زمينه بطور مثال 241-Am جهت تعيين محل حفارى چاههاى نفت، 109-Cd جهت آزمايش عيار فلزات، 14- Cبراى تحقيقات باستانشناسى، 85-Kr جهت اندازهگيرى ضخامت صفحات و الياف بكار مىروند.
فنآورى هستهاى در ايران
در حال حاضر جمهورى اسلامى ايران برنامه، كلان هستهاى خود را عمدتاً در سه زمينه متمركز نموده كه مناسب است جداگانه به هر يك از آنها بطور خلاصه پرداخته شود.
1) راكتورهاى هستهاى
الف) توليد الكتريسيته توسط نيروگاههاى هستهاى
از مهمترين منابع استفاده صلحآميز از انرژى اتمى، ساخت راكتورهاى هستهاى جهت توليد برق مىباشد. راكتور هستهاى وسيلهاى است كه در آن فرايند شكاف هستهاى به صورت كنترل شده انجام مىگيرد. در طى اين فرايند انرژى زيادى آزاد مىگردد. هم اكنون در سراسر جهان، راكتورهاى متعددى در حال كار وجود دارند كه بسيارى از آنها براى توليد قدرت و به منظور تبديل آن به انرژى الكتريكى، پارهاى براى راندن كشتيها و زيردريائيها، برخى براى توليد راديوايزوتوپها و تحقيقات علمى و گونههايى نيز براى مقاصد آزمايشى و آموزشى مورد استفاده قرار مىگيرند. در حال حاضر بيش از 430 نيروگاه اتمى در جهان در حال كار مىباشند كه نزديك به 16 درصد برق جهان را توليد مىكنند.
از مهمترين برنامههاى كلان جمهورى اسلامى ايران در توسعه هستهاى، توليد برق هستهاى مىباشد. طى سه دهه گذشته با توجه به روند روبه رشد توسعه اجتماعى و اقتصادى در ايران، استراتژى بهره بردارى از منابع فسيلى متأثر از دو عامل محدود كننده گشته است. از يك طرف ارتقاء سطح زندگى و برنامههاى بهبود شاخصهاى اقتصادى نيازمند تأمين روند تقاضاى صعودى انرژى در كليه بخشهاى خانگى و صنعتى داخلى مىباشد و از طرفى ديگر، اقتصاد ملى وابسته به درآمدهاى نفتى است كه رهايى از اين دو عامل متضاد، مستلزم ايجاد يك استراتژى درازمدت و تجديدنظر در روند استفاده بى رويه از منابع فسيلى در كشور شده است.
جمهورى اسلامى ايران با توجه به ملاحظات مختلف از جمله محدود بودن منابع فسيلى، ارزش افزوده بيشتر استفاده از اين منابع در صنايع تبديلى مثل پتروشيمى و معضلات زيست محيطى ناشى از استفاده از آنها، نمىتواند صرفاً به خاطر داشتن منابع عظيم نفت و گاز تنها متكى به تأمين انرژى خود از ميان سوختهاى فسيلى باشد. لذا جمهورى اسلامى ايران براى تأمين انرژى خود مىبايست از انواع ديگر انرژى خصوصاً انرژى هستهاى استفاده نمايد.
به منظور تعيين سهم بهينه انواع نيروگاهها براى تأمين انرژى الكتريكى مورد نياز كشور طى 20 سال آينده، نتايج استفاده از مدل برنامه ريزى WASP كه معروفترين و كاربردىترين مدل بهينه سازى سيستم عرضه انرژى الكتريكى است نشان مىدهد كه تا سال 2025 جمهورى اسلامى ايران موظف است بر اساس رشد مؤلفههاى اقتصادى كشور، ساخت 20000 مگاوات برق هستهاى را به عنوان برنامه اصلى توسعه نيروگاههاى هستهاى كشور در دستور كار خود قرار دهد.
ب) راكتورهاى تحقيقاتى
اولين راكتور تحقيقاتى هستهاى كه در ايران مورد بهره بردارى قرار گرفت، راكتورى از نوع آب سبك استخرى با قدرت حرارتى 6 مگاوات بود كه شروع ساخت آن سال 1960 و تاريخ اولين بهره بردارى آن سال 1967 تحت مديريت دانشگاه تهران صورت پذيرفته است. در حال حاضر سه نوع راكتور تحقيقاتى با مشخصات زير در ايران در حال بهرهبردارى است:
راكتور تحقيقاتى تهران (TRR) نوع آب سبك با قدرت 5 مگاوات.
راكتور تحقيقاتى مينياتورى (MNSR)، نوع آب سبك با قدرت KW 30 كيلو وات.
راكتورصفر قدرت آب سنگين (HWZPR)، نوع آب سنگين با قدرت 100 وات.
راكتور تحقيقاتى پنج مگاواتى مستقر در مركز تحقيقات هستهاى تهران، علاوه بر كاربردهاى فوق الذكر جهت توليد برخى از راديوايزوتوپهاى مورد نياز كشور در پزشكى، صنعت و كشاورزى نيز مورد استفاده قرار گرفته است. با افزايش طول عمر اين راكتور(37 سال تاكنون) و قديمى و مستعمل شدن تجهيزات و سيستمهاى مختلف آن، همانند ساير راكتورهاى مشابه در جهان، مىبايست به فكر جايگزينى براى آن بود.
از طرف ديگر نيازمنديهاى روز افزون كشور به راديوداروهاى مختلف جهت مصارف تشخيص و درمان پزشكى و راديوايزوتوپهاى گوناگون براى كاربردهاى صنعتى و تحقيقاتى و محدوديتهاى مختلفى كه كشور حتى در ارتباط با تهيه و تأمين اين قبيل از راديوايزوتوپها از منابع خارج از كشور روبرو بوده است. مسؤولين كشور را مصمم به احداث يك راكتور تحقيقاتى جديد به منظور جايگزينى اين راكتور قديمى نمود. راكتور تحقيقاتى جديد از نوع آب سنگين و با قدرت 40 مگاوات بوده و موسوم به (JR04) مىباشد. طراحى پايه اين پروژه در سال 2002 كامل شده است و بلافاصله طراحى تفصيلى شروع گرديد. عمليات اجرايى و تداركات پروژه از سال 2004 آغاز گرديده و عمليات خاكبردارى ساختمان راكتور، ساختمان جانبى، ساختمان كنترل و ساختمانهاى سرويس دهى تاكنون تكميل شده است و پيش بينى مىشود كارهاى ساختمانى ساختمان راكتور در آينده نزديك تكميل شود.
2) سوخت هستهاى
برنامه كلان ديگر در توسعه هستهاى ايران، خودكفائى در زمينه توليد سوخته هستهاى است. تصميم به ساخت انواع نيروگاههاى اتمى كه تماماً تحت نظارت آژانس انجام خواهد شد جمهورى اسلامى ايران را ملزم مىسازد كه در زمينه توليد انواع سوخت هستهاى فعاليت نمايد. روشن است كه براى توليد سوخت هستهاى مىبايست مراحل فرآورى سنگ معدن اورانيوم، تبديل اورانيوم و غنى سازى اجرا گردد. پروژه ساغند يزد نمايش عينى فعاليت ايران در زمينه استحصال اورانيوم از منابع طبيعى است. تأسيسات موجود در اين كارخانه، اورانيوم را از عمق 350 مترى استخراج كرده و سپس در منطقه بندرعباس و يا اردكان يزد(در حال ساخت) پس از اعمال فرايندهاى مختلف شيميايى و فيزيكى به كيك زرد تبديل مىكند. آنچه در اصفهان تحت عنوان پروژه (UCF) انجام مىگردد. تبديل كيك زرد به هگزارفلوريد اورانيوم (UF6)، اورانيوم فلزى و اكسيد اورانيوم است. خوراك اصلى كارخانه غنى سازى در نطنز مىباشد. لذا آنچه در نطنز در حال انجام است تكميل واحد غنى سازى اورانيوم براى توليد سوخت هستهاى نيروگاههايى است كه از اورانيوم با غناى كم (LEU) حدوداً تا 5 درصد U-532 استفاده مىكنند. اكسيد اورانيوم نيز تركيب اصلى سوخت هستهاى نيروگاهها و راكتورهاى اتمى مىباشد. براى توليد غلاف سوخت، كارخانه ZPP در اصفهان ساخته شده است.
3) توسعه هستهاى ايران در پزشكى، صنعت و كشاورزى
جمهورى اسلامى ايران برنامه گستردهاى در خصوص توسعه هستهاى در موارد فوق دارد. در اين زمينه، سازمان اترژى اتمى ايران با ايجاد مراكز و آزمايشگاههاى مختلف تحقيقاتى، توليدى و خدماتى در اين امر اهتمام كامل ورزيده است.
مراكز زير از جمله مهمترين تأسيسات هستهاى سازمان جهت اجرايى نمودن توسعه هستهاى مىباشد.
1- مركز تحقيقات هستهاى
2- مركز تحقيقات گداخت هستهاى
3- مركز تابش گاما
4- مركز تحقيقات پزشكى و كشاورزى هستهاى
5 – مركز پرتو فرآيند
6- مركز علمى و صنعتى بناب
7- مركز تحقيقات ليزر
بخشى از مهمترين فعاليتهاى مراكز فوق عبارتند از:
1- توليد راديوايزوتوپهايى مثل: 192-Ir، 60-CO،137-Cs
2- توليد راديوداروهايى مثل: ژنراتور 99-Mo /m99-Tc، 131-I، 32-P، 67-Ga
3- توليد انواع كيتهاى راديودارويى
4- توليد گندم موتانت و غير موتانت، جو موتانت و غير موتانت و پنبه موتانت
5 – توليد سيستم شمارش هستهاى با آشكار ساز گايگر
6- توليد مولد پالس هستهاى
7- توليد دزيمتر جيبى و دزيمتر ديجيتال دستى
8 – استريلزاسيون محصولات بهداشتى
9- توليد انواع ليزرها
موارد فوق تنها نمونههاى اندكى از فعاليتهاى سازمان انرژى اتمى در خصوص توسعه هستهاى در پزشكى، صنعت و كشاورزى است. در حال حاضر صدها پروژه تحقيقاتى، كاربردى و توليدى در مراكز مختلف سازمان در حال انجام است كه نشانگر عزم و برنامهريزى جمهورى اسلامى ايران در توسعه علوم و فن آورى هستهاى مىباشد.
كليه فعاليتهاى انرژى هستهاى ايران از زمان پيوستن به معاهده NPT در 1970 و امضاء موافقتنامه پادمان جامع (INFCIRC/412) زير پوشش نظارتى آژانس بين المللى انرژى اتمى(IAEA) بوده است.
