تولید قرص های توریم-اورانیوم به روش اشباع سازی

ده ها سال است که بشر به دنبال انرژی های ارزان قیمت و جایگزین مناسب برای سوخت های فسیلی می گردد. نیاز روزافزون به انرژی، تولید بیش ازپیش انرژی الکتریکی، حمل ونقل و هزاران نیاز دیگر که همگی وابسته به انرژی الکتریکی هستند، بشر را بر آن داشت تا انرژی اتمی را همه ساله بیش ازپیش گسترش دهد. تخمین دانشمندان از میزان اورانیوم قابل استخراج از معادن سراسر دنیا نشان از آن دارد که این میزان به سرعت در حال اتمام است. یکی از این موادی که به نسبت اورانیوم به میزان بسیار بیشتری در سراسر کره خاکی گسترده شده، توریم است. در این پروژه روش های تولید قرص توریم-اورانیوم بررسی گردیده است. قرص توریم در این پروژه با روش متالورژی پودر تولید می شود و اورانیوم با روش اشباع سازی به آن اضافه می گردد. توریم یک ماده زایا است و باید در کنار آن از ماده ای شکافت پذیر استفاده شود. از اورانیوم 233 در کنار توریم در چرخه سوخت بسته به عنوان ماده شکافت پذیر استفاده می شود. از آنجاییکه همراه اورانیوم 233 ، اورانیوم 232 نیز به مقدار قابل توجهی وجود دارد، و این ماده ساتع کننده قوی گاما است، این فرآیند باید در حفاظ های مخصوص و با هزینه ی هنگفت انجام شود. با روش اشباع سازی می شود هزینه را کاهش داد. در این روش نیمی از مسیر ساخت بدون نیاز به حفاظ انجام می شود. تولید قرص های توریمی برای اولین بار است که در سازمان انرژی اتمی ایران آغاز گردیده است. در فرایند اشباع سازی قرص های خام متخلخل توریم اکسید با چگالی کم در شرایط غیر حفاظ دار ساخته می شوند. سپس تحت شرایط حفاظ دار در محلول 1.5 مولار اورانیل نیترات اشباع شده و برای خشک شدن در دمای 500 درجه قرار گرفته و در نهایت برای تولید قرص چگال در 1700 درجه تف جوشی می گردند. در این پروژه میزان چگال شدن قرص توریم-اورانیوم و همچنین غلظت محلول نیترات اورانیل مورد مطالعه قرار گرفته است. تأثیر افزودنی های مختلف در قرص و همچنین زمان ماند قرص در کوره از دیگر مواردی هستند که در این پروژه مورد بررسی قرارگرفته اند. افزودنی ها در پودر اکسید توریم شامل دکسترین، پلی اتیلن گلیکل و اکسید منیزیم بودند. آزمون های متعددی بروی پودر و قرص نهایی انجام شده است. قرص هایی که شامل افزودنی دکسترین بودند پس از قرار گرفتن در محلول از بین رفته و تخریب شدند و قرص های ساخته شده با پودر دارای افزودنی پلی اتیلن گلیکول استحکام خوبی را نشان دادند. با آزمون های انجام شده مشخص شد که برای این قرص ها چگالی 94/98% تئوری و درصد وزنی اورانیوم 8% به دست آمد. برای اطمینان از نتایج مربوط به آزمون طیف پلاسمای جفت شده ی القایی ، آزمون تیتراسیون نیز به روی قرص های نهایی انجام شده و در آن آزمون نیز میزان اورانیوم 6/8% به دست آمد همچنین آزمون سطح سنجی با استفاده از میکروسکوپ الکترونی برای مشخص شدن ساختار قرص، انجام شد. قرص های شامل پلیمر به عنوان چسباننده، دارای ترک های میکروسکوپی بودند. قرص های بدون افزودنی دارای سطحی یکدست و همگن بودند و قرص های همراه با اکسید منیزیم به صورت میانگین تشکیل دانه هایی به اندازه 1/43 میکرومتر و به صورت همگن دادند.