انرژى هسته اى با توجه به ویژگى هاى حیرت انگیزش در آزادسازى حجم بالایى از انرژى در قبال از میان رفتن مقادیر ناچیزى از جرم، به عنوان جایگزین سوخت هاى پیرفسیلى که ناجوانمردانه در حال بلعیده شدن هستند، مطرح شده است. ایران نیز با وجود منابع گسترده نفت و گاز به دلیل کاربردهاى بهترى که سوخت هاى فسیلى نسبت به سوزانده شدن در کوره ها و براى تولید حرارت دارند، براى دستیابى به این نوع از انرژى تلاش هایى را از سال هاى دور داشته است و در سال هاى پس از انقلاب همواره مورد اتهام واقع شده که هدف اصلى اش نه فناورى صلح آمیز که رسیدن به فناورى تسلیحات هسته اى است.

در این گفتار پیش از آن که وارد مباحث متداول دیپلماتیک شویم نگاهى خواهیم انداخت به چرخه سوخت هسته اى و اجزاى تشکیل دهنده آن، همچنین مرز میان کاربرد صلح آمیز و تسلیحاتى را نشان خواهیم داد.چرخه سوخت هسته اى شامل مراحل استخراج، آسیاب، تبدیل، غنى سازى، ساخت سوخت باز تولید و راکتور هسته اى است و به یک معنا کشورى که در چرخه بالا به حد کاملى از خودکفایى و توسعه رسیده باشد با فناورى تولید سلاح هاى هسته اى فاصله چندانى ندارد.

استخراج

در فناورى هسته اى، خواه صلح آمیز باشد یا نظامى، ماده بنیادى موردنیاز، اورانیوم است. اورانیوم از معادن زیرزمینى و همچنین حفارى هاى روباز قابل استحصال است. این ماده به رغم آن که در تمام جهان قابل دستیابى است اما سنگ معدن تغلیظ شده آن به مقدار بسیار کمى قابل دستیابى است.

زمانى که اتم هاى مشخصى از اورانیوم در یک واکنش زنجیره اى دنباله دار که به دفعات متعدد تکرار شده، شکافته مى شود، مقادیر متنابهى انرژى آزاد مى شود، به این فرآیند شکافت هسته اى مى گویند. فرآیند شکاف در یک نیروگاه هسته اى به آهستگى و در یک سلاح هسته اى با سرعت بسیار روى مى دهد اما در هر دو حالت باید به دقت کنترل شوند. مناسب ترین حالت اورانیوم براى شکافت هسته اى ایزوتوپ هاى خاصى از اورانیوم 235 (یا پلوتونیوم 239) است. ایزوتوپ ها، اتم هاى یکسان با تعداد نوترون هاى متفاوت هستند. به هرحال اورانیوم 235 به دلیل تمایل باطنى به شکافت در واکنش هاى زنجیرى و تولید انرژى حرارتى به عنوان «ایزوتوپ شکافت» شناخته شده است. هنگامى که اتم اورانیوم 235 شکافته مى شود دو یا سه نوترون آزاد مى کند این نوترون ها با سایر اتم هاى اورانیوم 235 برخورد کرده و باعث شکاف آنها و تولید نوترون هاى جدید مى شود.براى روى دادن یک واکنش هسته اى به تعداد کافى از اتم هاى اورانیوم 235 براى امکان ادامه یافتن این واکنش ها به صورت زنجیرى و البته خودکار نیازمندیم. این جرم مورد نیاز به عنوان «جرم بحرانى» شناخته مى شود.باید توجه داشت که هر 1000 اتم طبیعى اورانیوم شامل تنها حدود هفت اتم اورانیوم 235 بوده و 993 اتم دیگر از نوع اورانیوم 238 هستند که اصولاً کاربردى در فرآیندهاى هسته اى ندارند.

تبدیل اورانیوم

سنگ معدن اورانیوم استخراج شده در آسیاب خرد و ریز شده و به پودر بسیار ریزى تبدیل مى شود. پس از آن طى فرآیند شیمیایى خاصى خالص سازى شده و به صورت یک حالت جامد به هم پیوسته که از آن به عنوان «کیک زرد» (yellow cake) یاد مى شود، درمى آید. کیک زرد شامل 70 درصد اورانیوم بوده و داراى خواص پرتوزایى (radioactive) است.

هدف پایه اى دانشمندان هسته اى از فرآیند غنى سازى افزایش میزان اتم هاى اورانیوم 235 است که براى این هدف اورانیوم باید اول به گاز تبدیل شود. با گرم کردن اورانیوم تا دماى 64 درجه سانتیگرادى حالت جامد به گاز هگزا فلوئورید اورانیوم (UFG) تبدیل مى شود. هگزافلوئورید اورانیوم خورنده و پرتوزا است و باید با دقت جابه جا شود، لوله ها و پمپ ها در کارخانه هاى تبدیل کننده به صورت ویژه اى از آلیاژ آلومینیوم و نیکل ساخته مى شوند. گاز تولیدى همچنین باید از نفت و روغن هاى گریس به جهت جلوگیرى از واکنش هاى ناخواسته شیمیایى دور نگه داشته شود.

غنى سازى

هدف غنى سازى مشخصاً افزایش میزان اورانیوم 235 _ ایزوتوپ شکافت _ است. اورانیوم مورد نیاز در مصارف صلح آمیز نظیر راکتورهاى هسته اى نیروگاه ها باید شامل دو تا سه درصد اورانیوم 235 باشد اما اورانیوم مورد نیاز در تسلیحات اتمى باید شامل بیش از نود درصد اورانیوم 235 باشد.شیوه متداول غنى سازى اورانیوم سانتریفوژ کردن گاز است. در این روش هگزافلوئورید اورانیوم در یک محفظه استوانه اى با سرعت بالا در شرایط گریز از مرکز قرار مى گیرد. این کار باعث جدا شدن ایزوتوپ هاى با جرم حجمى بالاتر از اورانیوم 235 مى شود (اورانیوم 238). اورانیوم 238 در طى فرآیند گریز از مرکز به سمت پائین محفظه کشیده شده و خارج مى شود، اتم هاى سبک تر اورانیوم 235 از بخش میانى محفظه جمع آورى و جدا مى شود. اورانیوم 235 تجمیع شده پس از آن به محفظه هاى گریز از مرکز بعدى هدایت مى شود. این فرآیند بارها در میان زنجیرى از دستگاه هاى گریز از مرکز در کنار هم چیده شده تکرار مى شود تا خالص ترین میزان اورانیوم بسته به کاربرد آن به دست آید.از اورانیوم غنى شده در دو نوع سلاح هسته اى استفاده مى شود یا به صورت مستقیم در بمب هاى اورانیومى و یا طى چند مرحله در بمب هاى پلوتونیومى مورد استفاده قرار مى گیرد.

بمب اورانیومى

هدف نهایى طراحان بمب هاى هسته اى رسیدن به یک جرم «فوق بحرانى» است که باعث ایجاد یک سرى واکنش هاى زنجیره اى به همراه تولید حجم بالایى از حرارت مى شود. در یکى از ساده ترین نوع طراحى این بمب ها یک جرم زیر بحرانى کوچک تر به جرم بزرگ ترى شلیک مى شود و جرم ایجاد شده باعث ایجاد یک جرم فوق بحرانى و به تبع آن یک سرى واکنش هاى زنجیره اى و یک انفجار هسته اى مى شود.کل این فرآیند در کمتر از یک دقیقه رخ مى دهد. براى ساخت سوخت براى یک بمب اورانیومى هگزافلوئورید اورانیوم فوق غنى شده در ابتدا به اکسید اورانیوم و سپس به شمش فلزى اورانیوم تبدیل مى شود. میزان انرژى آزاد شده ناشى از شکافت هسته اى را به کمک یک فناورى تقویتى افزایش مى دهند. این فناورى شامل کنترل و به کارگیرى خواص همجوشى یا گداخت هسته اى است.در همجوشى هسته اى ما شاهد به هم پیوستن ایزوتوپ هایى از هیدروژن و پس از آن تشکیل یک اتم هلیوم هستیم. به دنبال این واکنش مقادیر قابل توجهى گرما و فشار آزاد مى شود. از سوى دیگر همجوشى هسته اى سبب تولید نوترون هاى بیشتر و تغذیه واکنش شکافت شده و انفجار بزرگ ترى را ترتیب مى دهد.

برخى تجهیزات این فناورى تقویتى به عنوان بمب هیدروژنى و سلاح هاى هسته اى _ حرارتى (Thermonuclear) شناخته مى شوند.

راکتورهاى هسته اى

راکتورها داراى کاربردهاى کاملاً دوگانه هستند. در مصارف صلح آمیز با بهره گیرى از حرارت تولیدى در شکافت هسته اى کار مى کنند. این حرارت جهت گرم کردن آب، تبدیل آن به بخار و استفاده از بخار براى حرکت توربین ها بهره گرفته مى شود. همچنین اگر قصد ساخت بمب هاى پلوتونیومى در کار باشد نیز اورانیوم غنى شده را به راکتورهاى هسته اى منتقل مى کنند.در نوع خاصى از راکتورهاى هسته اى از اورانیوم غنى شده به شکل قرص هایى به اندازه یک سکه و ارتفاع یک اینچ بهره مى گیرند. این قرص ها به صورت کپسول هاى میله اى شکل صورت بندى شده و درون یک محفظه عایق، تحت فشار قرار داده مى شوند.

در بسیارى از نیروگاه هاى هسته اى این میله ها جهت خنک شدن درون آب غوطه ور هستند. روش هاى دیگر خنک کننده نیز نظیر استفاده از دى اکسیدکربن یا فلز مایع هستند. براى کارکرد مناسب یک راکتور _ مثلاً تولید حرارت با کمک واکنش شکافت _ هسته اورانیومى باید داراى جرم فوق بحرانى باشد، این بدین معناست که مقدار کافى و مناسبى از اورانیوم غنى شده جهت شکل گیرى یک واکنش زنجیرى خود به خود پیش رونده موردنیاز است.براى تنظیم و کنترل فرآیند شکافت میله هاى کنترل کننده از جنس موادى نظیر گرافیت با قابلیت جذب نوترون هاى درون راکتور وارد محفظه مى شوند. این میله ها با جذب نوترون ها باعث کاهش شدت فرآیند شکافت مى شوند.

در حال حاضر بیش از چهارصد نیروگاه هسته اى در جهان وجود دارند و 17 درصد الکتریسیته جهان را تولید مى کنند. راکتورها همچنین در کشتى ها و زیردریایى ها کاربرد دارند.

بازپردازش

بازپردازش یک عملیات شیمیایى است که سوخت کارکردى را از زباله هاى اتمى جدا مى کند.در این عملیات میله سوخت مصرف شده، غلاف بیرونى فلزى خود را در قبال حل شدن در اسیدنیتریک داغ از دست مى دهد.محصولات این عملیات که در راکتور مورد استفاده دوباره قرار مى گیرد، شامل 96 درصد اورانیوم، سه درصد زباله اتمى به شدت پرتوزا و یک درصد پلوتونیوم است.همه راکتورهاى هسته اى پلوتونیوم تولید مى کنند اما انواع نظامى آنها به صورت کاملاً بهینه ترى نسبت به سایر انواع راکتور این کار را انجام مى دهند. یک واحد بازپردازش و یک راکتور جهت تولید مقدار کافى پلوتونیوم مى توانند به صورت نامحسوسى در یک ساختمان عادى جاسازى شوند.این مسئله باعث مى شود استخراج پلوتونیوم با کمک بازپردازش به گزینه اى جذاب براى هر کشورى که به دنبال برنامه هاى غیرقانونى سلاح هاى اتمى است، تبدیل شود.

بمب پلوتونیوم

پلوتونیوم مزیت هاى متعددى نسبت به اورانیوم به عنوان جزیى از سلاح هاى اتمى دارد. تنها حدود چهار کیلوگرم پلوتونیوم براى ساخت یک بمب موردنیاز است، همچنین براى تولید 12 کیلوگرم پلوتونیوم در هر سال تنها به یک واحد کوچک بازپردازش نیاز است. یک کلاهک هسته اى شامل یک کره پلوتونیوم، احاطه شده توسط پوسته اى از فلز، مثلاً بریلیوم، است که نوترون ها را به فرآیند شکاف بازمى گرداند. این مسئله باعث مى شود مقدار کمترى پلوتونیوم براى رسیدن به جرم بحرانى و ایجاد یک واکنش شکافت زنجیره اى مورد نیاز باشد. به هرحال یک گروه تروریستى براى دسترسى به پلوتونیوم از راکتورهاى هسته اى غیرنظامى داراى مشکلات کمترى نسبت به دسترسى به اورانیوم غنى شده جهت ایجاد یک انفجار هسته اى هستند.کارشناسان معتقدند که بمب هاى عمل آورى شده پلوتونیوم مى تواند با تخصصى کمتر از آنچه که توسط فرقه «آئوم» در حمله با گاز اعصاب به مترو توکیو(1995) به کار گرفته شد، طراحى و جمع آورى شود.

یک انفجار هسته اى از این نوع مى تواند با نیروى معادل یکصد تنى TNT منفجر شود؛ بیست بار قوى تر از بزرگ ترین حمله تروریستى تاریخ!