علوم و فنون هسته ای جزء فن آوریهای پیشرفته و برتر در عصر کنونی می باشد. امروز تأثیر این علوم در گسترش دانش بشری، تسلط بر طبیعت، تأمین رفاه و پیشرفت زندگی بشر غیر قابل تردید بوده و به درستی می توان آن را از عناصر و محورهای اصلی توسعه پایدار و از عوامل مهم اقتدار یک کشور به شمار آورد. در واقع در طول نیم قرن گذشته در نتیجه تلاش پیگیر پژوهشگران، این فن آوری نقش مهمی در رشد صنعت، کشاورزی و پزشکی ایفاء نموده است. استفاده از رادیوایزوتوپها در تشخیص و درمان بیماریها، بکارگیری فن آوری هسته ای در تولید برق و تولید مواد با خواص ویژه و همچنین تولید گونه های مقاوم محصولات کشاورزی نسبت به آفات و کم آبی تنها شماری از استفاده های گوناگون این علوم درپزشکی، صنعت و کشاورزی است. جمهوری اسلامی ایران مصمم است که با توجه به تأثیر شگرف علوم و فنون هسته ای در مؤلفه های علمی، اقتصادی و اجتماعی به طور کلی توسعه پایدار، راه خود را در مسیر پرپیچ و خم استفاده صلح آمیز از این فن آوری باز نماید.

چرخه سوخت هسته ای

اورانیوم متداولترین سوخت برای راکتورهای هسته است. اورانیوم به طور طبیعی به شکل مخلوطی از اکسیدهای مختلف است که به طور وسیعی در پوسته زمین به صورتهای پراکنده یافت می شود.

برای استفاده از اورانیوم به عنوان سوخت، ابتدا باید آن را از سنگهای معدنی استخراج و جداسازی نمود(مرحله فرآوری سنگ معدن اورانیوم) سپس با تبدیل و غنی سازی، آنرا آماده برای تهیه سوخت کرد(مرحله تبدیل و غنی سازی اورانیوم) پس از آن با روشهای شیمیایی و فیزیکی مختلف به تولید سوخت هسته ای مناسب مبادرت نمود(مرحله تولید سوخت هسته ای) و نهایتاً پس از استفاده سوخت در راکتور اتمی به بازفرآوری سوخت مصرف شده اقدام می شود. به مجموعه این فرایندها، چرخه سوخت هسته ای گفته می شود. مراحل مختلف چرخه سوخت هسته ای عبارتند از:

1ـ فرآوری سنگ معدن اورانیوم

2ـ تبدیل و غنی سازی اورانیوم

3ـ تولید سوخت هسته ای

4ـ بازفرآوری

کاربرد علوم هسته ای درپزشکی و صنعت و کشاورزی

علیرغم پیشرفت همه جانبه علوم و فنون هسته ای در طول نیم قرن گذشته، هنوز این تکنولوژی در اذهان عمومی ناشناخته مانده است. وقتی صحبت از انرژی اتمی به میان می آید، اغلب مردم ابر قارچ مانند حاصل از انفجارات اتمی و یا راکتورهای اتمی برای تولید برق را در ذهن خود مجسم می کنند و کمتر کسی را می توان یافت که بداند چگونه جنبه های دیگری از علوم هسته ای در طول نیم قرن گذشته زندگی روزمره او را دچار تحوّل نموده است. اما حقیقت در این است که امروزه از رادیوایزوتوپها و پرتوهای ناشی از فرایندهای هسته ای جهت بهبود محصولات غذایی، نگهداری مواد غذایی، تعیین منابع آبهای زیرزمینی، استریلیزه کردن منابع و تولیدات پزشکی، آنالیز هورمونها، کنترل فرایندهای صنعتی، و بررسی آلودگی محیط زیست استفاده فراوانی به عمل می آید.

تولید گونه هایی از محصولات غذایی دارای حاصلخیزی بیشتر، تولید گونه های مقاوم نسبت به آفات و کم آبی، استفاده مؤثرتر از منابع آبی و جمع آوری آنها، نابودی آفات، جلوگیری از فساد محصولات در هنگام نگهداری از مهمترین موارد استفاده از علوم و تکنولوژی هسته ای در کشاورزی است. کاربرد روشهای هسته ای در علوم پزشکی نسبت به سایر بخشها معروفتر و عمومی تر است. بیش از 100 سال است که دانشمندان با خواص اشعه ایکس آشنا شده اند و از آن برای تشخیص پزشکی استفاده می کنند. تصویربرداری، تشخیص،پیش بینی و درمان برخی بیماریها در نتیجه استفاده از پرتودهی و رادیوایزوتوپها حاصل می گردد. بطور مثال 131 I - برای تشخیص محل و مکان تومورهای مغزی مورد استفاده قرار می گیرد و یا از آن برای تعیین فعالیت غده تیروئید و کبد استفاده می شود.51 ـ Cr برای تحقیقات خون شناسی، 75 ـ Se برای بررسی لوزالمعده، 57- Co برای تشخیص کم خونی، 14- C برای تحقیقات بیولوژیکی و داروسازی، 137- Cs جهت درمان غدد سرطانی، 67- Cu برای از بین بردن غدد سرطانی از رایج ترین رادیوداروها در امر پزشکی می باشند. استفاده از پرتو گاما تولید شده از 60- Co از مؤثرترین و مقرون به صرفه ترین روشها در زمینه سترون نمودن وسایل، ابزار آلات و تولیدات پزشکی است.

طی نیم قرن گذشته، تکنولوژی هسته ای کاربردهای گسترده ای در صنعت نیز یافته است. تسهیل عملیات اکتشاف و استخراج معادن زیرزمینی نفت و گاز، تشخیص محل نشت سیالات در لوله ها و مخازن، تعیین میزان خوردگی فلزات، اندازه گیری دقیق قطرسنجی، ضخامت سنجی و سطح سنجی، تعیین فرسودگی غشاء داخلی کوره های صنعتی، استفاده از اثرات متقابل پرتوها با مواد جهت بهینه سازی عملکرد آنها در صنعت و... تماماً از مهمترین استفاده های صنعت از علوم و فنون هسته ای است. در این زمینه بطور مثال 241- Am جهت تعیین محل حفاری چاههای نفت، 109- Cd جهت آزمایش عیار فلزات، 14- C برای تحقیقات باستان شناسی، 85- Kr جهت اندازه گیری ضخامت صفحات و الیاف بکار می روند.

فن آوری هسته ای درایران

در حال حاضر جمهوری اسلامی ایران برنامه، کلان هسته ای خود را عمدتاً در سه زمینه متمرکز نموده که مناسب است جداگانه به هر یک از آنها بطور خلاصه پرداخته شود.

1) راکتورهای هسته ای

الف) تولید الکتریسیته توسط نیروگاههای هسته ای

از مهمترین منابع استفاده صلح آمیز از انرژی اتمی، ساخت راکتورهای هسته ای جهت تولید برق می باشد. راکتور هسته ای وسیله ای است که در آن فرایند شکاف هسته ای به صورت کنترل شده انجام می گیرد. در طی این فرایند انرژی زیادی آزاد می گردد. هم اکنون در سراسر جهان، راکتورهای متعددی در حال کار وجود دارند که بسیاری از آنها برای تولید قدرت و به منظور تبدیل آن به انرژی الکتریکی، پاره ای برای راندن کشتیها و زیردریائیها، برخی برای تولید رادیوایزوتوپها و تحقیقات علمی و گونه هایی نیز برای مقاصد آزمایشی و آموزشی مورد استفاده قرار می گیرند. در حال حاضر بیش از 430 نیروگاه اتمی در جهان در حال کار می باشند که نزدیک به 16 درصد برق جهان را تولید می کنند.

از مهمترین برنامه های کلان جمهوری اسلامی ایراندر توسعه هسته ای، تولید برق هسته ای می باشد. طی سه دهه گذشته با توجه به روند روبه رشد توسعه اجتماعی و اقتصادی درایران، استراتژی بهره برداری از منابع فسیلی متأثر از دو عامل محدود کننده گشته است. از یک طرف ارتقاء سطح زندگی و برنامه های بهبود شاخص های اقتصادی نیازمند تأمین روند تقاضای صعودی انرژی در کلیه بخش های خانگی و صنعتی داخلی می باشد و از طرفی دیگر، اقتصاد ملی وابسته به درآمدهای نفتی است که رهایی از این دو عامل متضاد، مستلزم ایجاد یک استراتژی درازمدت و تجدیدنظر در روند استفاده بی رویه از منابع فسیلی در کشور شده است.

جمهوری اسلامی ایران با توجه به ملاحظات مختلف از جمله محدود بودن منابع فسیلی، ارزش افزوده بیشتر استفاده از این منابع در صنایع تبدیلی مثل پتروشیمی و معضلات زیست محیطی ناشی از استفاده از آنها، نمی تواند صرفاً به خاطر داشتن منابع عظیم نفت و گاز تنها متکی به تأمین انرژی خود از میان سوختهای فسیلی باشد. لذا جمهوری اسلامی ایران برای تأمین انرژی خود می بایست از انواع دیگر انرژی خصوصاً انرژی هسته ای استفاده نماید.

به منظور تعیین سهم بهینه انواع نیروگاهها برای تأمین انرژی الکتریکی مورد نیاز کشور طی 20 سال آینده، نتایج استفاده از مدل برنامه ریزی WASP که معروفترین و کاربردی ترین مدل بهینه سازی سیستم عرضه انرژی الکتریکی است نشان می دهد که تا سال 2025 جمهوری اسلامی ایران موظف است بر اساس رشد مؤلفه های اقتصادی کشور، ساخت 20000 مگاوات برق هسته ای را به عنوان برنامه اصلی توسعه نیروگاههای هسته ای کشور در دستور کار خود قرار دهد.

ب) راکتورهای تحقیقاتی

اولین راکتور تحقیقاتی هسته ای که درایران مورد بهره برداری قرار گرفت، راکتوری از نوع آب سبک استخری با قدرت حرارتی 6 مگاوات بود که شروع ساخت آن سال 1960 و تاریخ اولین بهره برداری آن سال 1967 تحت مدیریت دانشگاه تهران صورت پذیرفته است. در حال حاضر سه نوع راکتور تحقیقاتی با مشخصات زیر درایراندر حال بهره برداری است:

راکتور تحقیقاتی تهران ( TRR ) نوع آب سبک با قدرت 5 مگاوات.

راکتور تحقیقاتی مینیاتوری ( MNSR )، نوع آب سبک با قدرت KW 30 کیلو وات.

راکتورصفر قدرت آب سنگین ( HWZPR )، نوع آب سنگین با قدرت 100 وات.

راکتور تحقیقاتی پنج مگاواتی مستقر در مرکز تحقیقات هسته ای تهران، علاوه بر کاربردهای فوق الذکر جهت تولید برخی از رادیوایزوتوپهای مورد نیاز کشور درپزشکی، صنعت و کشاورزی نیز مورد استفاده قرار گرفته است. با افزایش طول عمر این راکتور(37 سال تاکنون) و قدیمی و مستعمل شدن تجهیزات و سیستمهای مختلف آن، همانند سایر راکتورهای مشابه در جهان، می بایست به فکر جایگزینی برای آن بود.

از طرف دیگر نیازمندیهای روز افزون کشور به رادیوداروهای مختلف جهت مصارف تشخیص و درمان پزشکی و رادیوایزوتوپهای گوناگون برای کاربردهای صنعتی و تحقیقاتی و محدودیتهای مختلفی که کشور حتی در ارتباط با تهیه و تأمین این قبیل از رادیوایزوتوپها از منابع خارج از کشور روبرو بوده است. مسؤولین کشور را مصمم به احداث یک راکتور تحقیقاتی جدید به منظور جایگزینی این راکتور قدیمی نمود. راکتور تحقیقاتی جدید از نوع آب سنگین و با قدرت 40 مگاوات بوده و موسوم به ( JR40 ) می باشد. طراحی پایه این پروژه در سال 2002 کامل شده است و بلافاصله طراحی تفصیلی شروع گردید. عملیات اجرایی و تدارکات پروژه از سال 2004 آغاز گردیده و عملیات خاکبرداری ساختمان راکتور، ساختمان جانبی، ساختمان کنترل و ساختمانهای سرویس دهی تاکنون تکمیل شده است و پیش بینی می شود کارهای ساختمانی ساختمان راکتور در آینده نزدیک تکمیل شود.

2) سوخت هسته ای

برنامه کلان دیگر در توسعه هسته ای ایران، خودکفائی در زمینه تولید سوخته هسته ای است. تصمیم به ساخت انواع نیروگاههای اتمی که تماماً تحت نظارت آژانس انجام خواهد شد جمهوری اسلامی ایران را ملزم می سازد که در زمینه تولید انواع سوخت هسته ای فعالیت نماید. روشن است که برای تولید سوخت هسته ای می بایست مراحل فرآوری سنگ معدن اورانیوم، تبدیل اورانیوم و غنی سازی اجرا گردد. پروژه ساغند یزد نمایش عینی فعالیت ایراندر زمینه استحصال اورانیوم از منابع طبیعی است. تأسیسات موجود در این کارخانه، اورانیوم را از عمق 350 متری استخراج کرده و سپس در منطقه بندرعباس و یا اردکان یزد(در حال ساخت) پس از اعمال فرایندهای مختلف شیمیایی و فیزیکی به کیک زرد تبدیل می کند. آنچه در اصفهان تحت عنوان پروژه ( UCF ) انجام می گردد. تبدیل کیک زرد به هگزارفلورید اورانیوم ( UF6 )، اورانیوم فلزی و اکسید اورانیوم است. خوراک اصلی کارخانه غنی سازی در نطنز می باشد. لذا آنچه در نطنز در حال انجام است تکمیل واحد غنی سازی اورانیوم برای تولید سوخت هسته ای نیروگاههایی است که از اورانیوم با غنای کم ( LEU ) حدوداً تا 5 درصد U-235 استفاده می کنند. اکسید اورانیوم نیز ترکیب اصلی سوخت هسته ای نیروگاهها و راکتورهای اتمی می باشد. برای تولید غلاف سوخت، کارخانه ZPP در اصفهان ساخته شده است.

3) توسعه هسته ای ایراندرپزشکی، صنعت و کشاورزی

جمهوری اسلامی ایران برنامه گسترده ای در خصوص توسعه هسته ای در موارد فوق دارد. در این زمینه، سازمان اترژی اتمی ایران با ایجاد مراکز و آزمایشگاههای مختلف تحقیقاتی، تولیدی و خدماتی در این امر اهتمام کامل ورزیده است.

مراکز زیر از جمله مهمترین تأسیسات هسته ای سازمان جهت اجرایی نمودن توسعه هسته ای می باشد.

1ـ مرکز تحقیقات هسته ای

2ـ مرکز تحقیقات گداخت هسته ای

3ـ مرکز تابش گاما

4ـ مرکز تحقیقات پزشکی و کشاورزی هسته ای

5 ـ مرکز پرتو فرآیند

6ـ مرکز علمی و صنعتی بناب

7ـ مرکز تحقیقات لیزر

بخشی از مهمترین فعالیت های مراکز فوق عبارتند از:

1ـ تولید رادیوایزوتوپهایی مثل: 192ـ Ir ، 60 ـ CO ، 137 ـ Cs

2ـ تولید رادیوداروهایی مثل: ژنراتور 99ـ Mo /m99 ـ Tc ، 131 ـ I ، 32 ـ P ، 67 ـ Ga

3ـ تولید انواع کیتهای رادیودارویی

4ـ تولید گندم موتانت و غیر موتانت، جو موتانت و غیر موتانت و پنبه موتانت

5 ـ تولید سیستم شمارش هسته ای با آشکار ساز گایگر

6ـ تولید مولد پالس هسته ای

7ـ تولید دزیمتر جیبی و دزیمتر دیجیتال دستی

8 ـ استریلزاسیون محصولات بهداشتی

9ـ تولید انواع لیزرها

موارد فوق تنها نمونه های اندکی از فعالیتهای سازمان انرژی اتمی در خصوص توسعه هسته ای درپزشکی، صنعت و کشاورزی است. در حال حاضر صدها پروژه تحقیقاتی، کاربردی و تولیدی در مراکز مختلف سازمان در حال انجام است که نشانگر عزم و برنامه ریزی جمهوری اسلامی ایراندر توسعه علوم و فن آوری هسته ای می باشد.

کلیه فعالیتهای انرژی هسته ای ایران از زمان پیوستن به معاهده NPT در 1970 و امضاء موافقتنامه پادمان جامع ( INFCIRC/214 ) زیر پوشش نظارتی آژانس بین المللی انرژی اتمی( IAEA ) بوده است.