راکتور آب سنگین اراک؛ نگین اتمی جدید ایران

به گزارش تابناک، اگر به دوران مذاکرات برجام و قبل از آن برگردیم و اگر چند خط قرمز بزرگ طرف های غربی و حتی روسیه و چین را در نظر بگیریم ، در کنار غنی سازی و تحقیق و توسعه، حتما راکتور آب سنگین اراک یکی از سه ضلع مثلث خطوط قرمز آن ها به شمار می رفت . خط قرمزی که دیپلمات های ایران با پافشاری بر حقوق ملی و منافع بلند مدت در صنعت هسته ای ، زیر بار آن نرفتند و توانستند راکتور آب سنگین را پس از مذاکرات پیچیده و سنگین حفظ کنند . اهمیت این راکتور به حدی بود که رهبر انقلاب در نامه معروف شروط 9گانه شان برای اجرای برجام یکی از بندها را به این تاسیسات و حفظ آب سنگین در راکتور اراک اختصاص دادند . حالا پس از حدود 8 سال از اجرای برجام راکتور جدید و مدرن شده آب سنگین خنداب (اراک) که با طراحی ایرانی و تلاش متخصصان کشورمان بازطراحی و تجهیزاتش ساخته شده، ماه های پایانی خود را برای آغاز تست سرد می گذراند و به نوعی شمارش معکوس آن آغاز شده است . دومین بازدید خبرنگاران رسانه های مختلف از مرکز هسته ای شهدای خنداب به حضور در راکتور آب سنگین خنداب (اراک) اختصاص داشت و متخصصان حاضر در این تنها راکتور آب سنگین غرب آسیا که باعث شده ایران را وارد باشگاه راکتورسازان دنیا کند به توضیح درباره بخش های مختلف آن پرداختند.

راکتور آب سنگین خنداب همان جایی است که هزاران کیلومتر دورتر در قلب اروپا بر سر گنج هسته‌ای‌اش ساعت‌ها وزرای خارجه کشورهای قدرتمند دنیا را به چالش کشیده بود تا راهی برای تفاهم بر سر آن بیابند؛ از ژنو تا وین و لوزان ، غربی‌ها با ادعاهای واهی خود از آن به عنوان یک تهدید یاد می‌کردند اما ایرانیان آن را به نمادی از خودباوری و تیزهوشی تبدیل کردند و اینک توانسته‌اند نخستین راکتور اتمی ایرانی را در آن منطقه بسازند و سرانجام با رسیدن به توافق برجام قرار شد تا ضمن بازطراحی قلب راکتور که با طرح ایرانی انجام می شود، این افتخار کشور به صورت یک راکتور آب سنگین باقی بماند .

 

 

کار ساخت راکتور آب سنگین قبلی خنداب عملا از سال 1378 شروع و تا سال 1383 ادامه داشته و بر اساس برنامه قرار بود ابتدای سال 93 به راه‌اندازی آزمایشی برسد که با برجام کار ساخت آن متوقف شد. اصولا علت ساخت چنین راکتوری که سوخت غنی شده نیاز نداشت این بود که ما دسترسی به غنی‌سازی اورانیوم نداشتیم و از طرفی هم کارخانه تولید آب سنگین و به اندازه کافی اورانیوم طبیعی داشتیم بنابراین به این فکر افتادیم که با وجود این منابع غنی می‌توانیم یک راکتور آب سنگین را طراحی کنیم و بسازیم. نگرانی طرف مقابل هم از این بود چراکه در دنیای امروز بیشتر کشورهایی که خارج از نظارت آژانس بمب اتمی ساخته اند با استفاده از پلوتونیوم حاصل از باقی مانده سوخت راکتورهای آب سنگین بوده است، پاکستان، هند، کره شمالی و اسرائیل از آن جمله اند، در حالی که اگر چه راکتور قدیمی ایران حدود 9 کیلو پلوتونیوم در سال تولید می کرد اما ما از ابتدا چنین رویکردی را حرام اعلام کردیم و دنبال بهره برداری های صلح آمیز بودیم.

 

 

طبق ماده دوم از پیوست اول برجام قرار شد تا ایران ضمن توقف کار در راکتور قبلی، کالندریای راکتور را خارج و با نگهداری در ایران، تمام منافذ و   ورودی های آن را پر کند. به طور ساده باید گفت قلب راکتور قدیمی اراک از سه قسمت به نام های آپرپارت که رویه بالایی قلب را تشکیل می دهد، کالندریا که داخل قلب است و میله های سوخت و موادی که قرار است پرتو دهی شوند در آن جا می گیرند و پوسته قلب که برینگ نام دارد شکل گرفته بود و طبق برجام ، تنها کالندریا خارج و بتن ریزی شده و دو قسمت دیگر به همراه ساختمان و تاسیسات جانبی تقریبا بدون تغییر در راکتور جدید   استفاده می شوند. آمریکایی ها اصرار داشتند که کالندریا یا از ایران خارج شود یا تکه تکه شود که با مخالفت ما این مخزن در ایران باقی ماند و راه های ورودی آن با بتن مسدود شد. موضوع بتن ریزی در کالندریای قلب راکتور اراک از جمله حاشیه سازترین مسائل در صنعت هسته ای به شمار می رود و حتی در یک تصویر با نرم افزار فتوشاپ نشان داده شد که دو نفر با فرغون و بتن میکسر در حال ریختن سیمان در چاله راکتور هستند.

 

 

 با توافق برجام یک تحول بزرگ در عرصه راکتور آب سنگین اراک شکل گرفت و قرار شد تا با مشارکت کشورهای 1+5 و با محوریت و اجرای ایران، راکتوری مدرن با قابلیت های بسیار بیشتر و بهتر ساخته شود.

 

پیشنهادی که آن‌ها در مذاکرات دادند این بود که این راکتور کلا به آب سبک تبدیل  شود تا تولید پلوتونیوم که به ادعای آن ها خطرناک بود کاهش یابد اما خط قرمز نظام این بود که شاکله راکتور باید باقی بماند و آب سنگین حفظ شود. طرح نهایی راکتور جدید در سازمان انرژی اتمی ایران تدوین و تحویل آژانس بین‌المللی انرژی اتمی شد. طرح جدید اولا مقدار شارژ نوترونی را بالا می برد و به ما امکان می‌دهد که تست مواد و سوخت را با هم داشته باشیم که برای تولید سوخت هسته ای مهم ترین موضوع است و دوم این ‌که تولید رادیو ایزوتوپ‌های ما را افزایش می دهد.

 

طراحی های راکتور جدید توسط متخصصان ایرانی انجام شد و برای بهره برداری از دانش فنی و تجارب بین المللی و ارتقای ایمنی راکتور ، این طراحی ها به تایید طرف چینی نیز رسید و کسب دانش فنی طراحی و ساخت راکتورهای اتمی ،تربیت نیروی انسانی متخصص،ایجاد امکانات تحقیق و توسعه ، تولید رادیوایزوتوپ های صنعتی و کشاورزی دارویی، گردآوری شرکت های مهندسین مشاور داخلی برای اجرای طرح های پیچیده صنعت هسته ای در بالاترین سطح، ارتقای اعتماد به نفس و خودباوری از اهداف این پروژه قرار گرفت ضمن این که کبالت 60،مولیبدن 99 و ایریدیوم 192 از جمله محصولاتی است که قرار است راکتور تحقیقاتی خنداب اراک تولید کند.

 

راکتور اراک به ما در تولید رادیوداروها نیز کمک می‌کند زیرا ما 900 هزار بیمار سرطانی داریم که راکتور تهران به تنهایی جوابگوی این بیماران نیست. در واقع راکتور اراک برای کمک به راکتور تهران است ولی اگر روزی گفتند عمر راکتور تهران به پایان رسیده و باید جمع شود ، در اراک می‌توانیم تولید را ادامه دهیم ، پیش‌بینی هم این است که در 20 سال آینده 85 درصد رادیو داروهای مورد نیاز کشور در راکتور اراک تامین شود.

 

تعداد مجتمع های سوخت راکتور قبلی 150 عدد و سوخت مورد استفاده آن اکسید اورانیوم طبیعی بود در حالی که راکتور جدید 78 مجتمع سوخت با غنای 3.3 درصد خواهد داشت که باعث می شود فضای بیشتری به مواد پرتوگیر اختصاص یابد. وزن اورانیوم مورد استفاده در راکتور قدیمی بیش از 9 تن  پیش بینی شده بود در حالی که در راکتور خنداب وزن اورانیوم 375 کیلو خواهد بود اما مهم ترین و کلیدی ترین نکته آن کاهش شدید تولید پلوتونیوم است که از حدود 10کیلو به زیر یک کیلو در سال می رسد تا نگرانی طرف های مقابل را رفع کند.

 

 

ساختمان راکتور اراک شامل سه بخش اصلی است یک ساختمان چند طبقه نوساز که اتاق کنترل در آن جا قرار دارد و به نوعی ساختمان بهره‌برداری راکتور است، یک گنبد با دودکشی بلند که قلب راکتور را در خود جا داده و محلی برای قرار گرفتن تانکرهای کوچک و بزرگ آب و بخش دستگاه های تهویه هوای داخل راکتور است . چاله راکتور در میانه ساختمان و درست زیر هسته مرکزی گنبد وجود دارد. قلب راکتور قدیمی استوانه‌ای بزرگ از جنس استیل بود که درون این چاله قرار داشت اما امروز درون چاله غیر از بخش کالندریا ، بقیه بخش ها ساخته شده  و البته خبری هم از بتن نیست . کالندریای معروف نیز در مکانی در همین سایت توسط آژانس پلمب شده است . یک جرثقیل قطبی 120 تنی ساخت ایران با 360درجه توان چرخش، کار جابه جایی راکتور قبلی و آینده را بر عهده دارد که با رنگ زرد خود در سقف ساختمان راکتور خودنمایی می‌کند. در گوشه ای از سالن، استخری خالی از آب دیده می شود که پس از راه اندازی راکتور با آب مقطر پر خواهد شد و محل قرار گرفتن میله های سوخت مصرف شده خواهد بود تا پس از مدت زمانی نسبتا طولانی، تشعشع و حرارتشان گرفته شود. در اطراف محوطه زیر گنبد 4 اتاق تعبیه شده که مبدل‌های حرارتی در آن‌ها وجود دارند این مبدل‌ها 2 جداره هستند تا هم آب سنگین و هم آب سبک درونشان جریان داشته باشد. این اتاق‌ها نیز با در‌های ضخیم و ضد تشعشع از فضای اصلی راکتور جدا می‌شوند. دیواره‌های راکتور از بتن مسلح به آرماتور آهنی پوشیده شده و خود گنبد هم دولایه بتنی و فلزی دارد.

 

 

بخش دیگر راکتور، ساختمان کنترل است . از طریق یک راهرو به سالن سیمیلاتور یا شبیه‌ساز اتاق کنترل راکتور اراک می‌رویم. نوساز و جدید به نظر می‌رسد ضمن این‌که نکته مهم، اختصاصی بودن این سیمیلاتور برای راکتور اراک و ایرانی بودن تمام تجهیزات و طراحی‌های آن است هرچند باید برای راکتور جدید به روز رسانی شود. با صدای آژیر بلندی روشن شدن راکتور ، شبیه‌سازی شد و یک مهندس جوان که مسئول اتاق شبیه‌ساز است به ارائه توضیحات فنی نحوه کارکرد راکتور آب سنگین اراک می‌پردازد. ابتدا از علت ایجاد سیمیلاتور می‌گوید و اتاق کنترل راکتور را به کابین هواپیما تشبیه می‌کند که در آن جا هم خلبان از ابتدا در هواپیما آموزش نمی‌بیند بلکه در یک شبیه‌ساز آمادگی‌های لازم را کسب می‌کند تا هزینه پایین بیاید و ایمنی افزایش یابد. همه اپراتورهایی که قرار است در اتاق کنترل هر راکتوری بنشینند باید تعداد ساعاتی را در سیمیلاتور آموزش ببینند و بدترین حوادث و اتفاقات را تجربه کنند و برایش برنامه طراحی می‌شود. حتی پرسنلی که آموزش‌ها را تمام کرده و الان در اتاق کنترل واقعی مثل نیروگاه واقعی هستند هم باید هر ماه یک روز را داخل اتاق کنترل بروند تا با شرایط اضطراری بدون هماهنگی، مواجه شوند. در ادامه به فرایندی که در راکتور اتفاق می‌افتد، می‌پردازد و می‌گوید: راکتور محفظه‌ای است که قرار است واکنش شکافت هسته‌ای در آن اتفاق بیفتد. در واکنش شکافت، اورانیوم 235 داریم که متلاشی می‌شود . اورانیوم 235 به 2 پاره شکافته می‌شود و حدود 2.5 یا 3 نوترون اضافی هم تولید می‌کند و در واقع تعداد نوترون‌های ما زیاد می‌شود. مهم برای ما این است که این چند نوترون ایجاد شده خودشان باعث شکافت‌های بعدی شوند تا در جهاتی که می‌خواهیم استفاده شود. راکتور ما راکتور آب سنگین است . در آب سنگین به جای هیدروژن، دوتریوم دارد. دوتریوم نسبت به هیدروژن، کندکنندگی -پایین آوردن انرژی نوترون‌ها- و خنک‌کنندگی بهتری دارد و خاصیت دوتریوم این است که نوترون‌ها را جذب نمی‌کند و خاصیت مهمی به شمار می‌رود. واکنش شکافت شروع می‌شود و انرژی تولید می‌کنند. میان مجتمع‌های سوخت فاصله کمی و در این فاصله آب سنگین در جریان است. در نتیجه دمای آب اطراف این میله‌ها بالا می رود و به حدود 70 درجه می‌رسد که خطرناک است و باید این دما را پایین بیاوریم. برای این کار آب سنگین که گرمای میله های سوخت را گرفته از راکتور خارج   و وارد بخشی به نام مبدل حرارتی می‌شود. داخل این جا آب سنگین گرم شده در لوله ای از کنار آب معمولی 30 درجه عبور می‌کند و با تبادل دمایی، دمایش به 50 درجه می‌رسد و به قلب باز می‌گردد. ما در راکتور آب سنگین حدود 70 متر مکعب آب سنگین داریم که به دلیل ارزش بالای این آب هیچ خروجی نباید داشته باشیم و این آب سنگین در یک سیکل کاملا بسته مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای حفظ ایمنی در قلب راکتور ، ما میله‌های کنترلی داریم که در مواقع لزوم باعث خاموش شدن راکتور و کنترل قدرت آن می‌شوند. وضعیت ایمنی این جا به گونه‌ای است که اگر احیانا اپراتور هم حواسش نبود، راکتور به صورت اتومات به سمت خاموشی می‌رود.

 

 

در سال های مذاکرات برجام و پس از آن همواره یکی از سوالات مهم و پرتکرار درباره راکتور جدید آب سنگین در خنداب این بوده که در واقع با طراحی جدید که در آن از اورانیوم غنی شده به جای اورانیوم طبیعی استفاده خواهد شد ، راکتور اراک، آب سبک می شود و دیگر چرا باید از آب سنگین برای راکتور استفاده کنیم ؟

یک متخصص هسته ای که از مسائل مذاکراتی برجام هم آگاه است به خراسان می گوید: راکتور قدیمی بسیاری از نیازهای ما از جمله تست سوخت و تولید برخی ایزوتوپ های ما را جواب نمی داد چون این ها شار نوترون بالا می خواست که به دلیل طبیعی بودن سوخت، آن شار نوترونی از این راکتور حاصل نمی شد . آن راکتور بد نبود اما همه نیازهای ما را پاسخ نمی داد ضمن این که در مذاکرات هم ایجاد نگرانی می کرد. کار شروع شد و مستقیم زیر نظر دکتر صالحی که تخصص راکتور دارند پیش رفت و ما طرح خود را به 1+5 ارائه کردیم . شش ماه چالش های فنی با متخصصانی که از بهترین آزمایشگاه های ملی آمریکا می آمدند و تجربه ساخت راکتورهای فوق پیشرفته روز آمریکا را داشتند، انجام شد. چالش فنی بزرگی بود که توانستیم طرح خود را اثبات کنیم تا نگرانی های طرف مقابل را برطرف سازد اما قابلیت های این راکتور از جمله شار نوترونی برای هر تستی و تولید هر ایزوتوپی مناسب بود و همه بهانه ها چه نامرتبط و چه مرتبط درباره ایمنی ، تولید پلوتونیوم و ... دفاع شد .

 

این راکتور جدید هم نیازهای ما را پوشش می دهد و هم این که طرح را خودمان دادیم ضمن این که این راکتور کاملا آب سنگین است. اصولا به راکتوری آب سبک گفته می شود که درون آن بالاخره به شیوه ای آب سبک استفاده شده باشد . در راکتورهای کانالی مثل راکتور اراک یا طرحی که الان ارائه دادیم ، در سه جا از سیال استفاده می شود ، یکی برای خنک کردن سوخت که کولند نام دارد یک جا برای کند کنندگی نوترون که مدریتور نام دارد و یک جا هم برای بازتابش نوترون هاست که رفلکتور نامیده می شود. در طرحی که ایران داده در هر سه جایی که سیال استفاده می شود از جنس آب سنگین خواهد بود . پس این جا آب سبکی نیست که راکتور آب سبک باشد .

 

 

ساخت راکتور جدید خنداب با طرح ایرانی و با مدیریت دانشمندان و متخصصان کشورمان انجام می‌شود و ناگفته پیدا و قابل پیش‌بینی است که آن دستان هنرمند و آن ذهن خلاقی که راکتور منحصر به فرد قبلی را ساخته و طرح جدید را نیز با تایید نهادهای بین المللی تثبیت کرد، قطعا در ساخت راکتور مدرن و پیشرفته  آینده که 2 اقدام مهم و حیاتی برای ایران یعنی تست سوخت و تولید ایزوتوپ‌های بیشتر را انجام می دهد نیز موفق خواهد شد و با افتخار راکتوری خواهیم داشت که چندین برابر راکتور فعلی فواید و کارایی برای ایران عزیز به همراه می آورد.