TỪ KHỦNG HOẢNG TINH CHẾ HẠT NHÂN CỦA IRAN, CHÚNG TA HIỂU THẾ NÀO LÀ LÀM GIÀU URANIUM?

 tin breaking news

tổng thống Iran thị sát nồng độ Uranium làm giàu. Iran tuyên bố chỉ vì mục đích 'hòa bình'?

Theo RFI ngày 1/3/2023 tin nóng nhất cho biết Iran sắp đủ lượng URANIUM được làm giàu để đủ chế bom nguyên tử...

Trong báo cáo mới nhất của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) được công bố hôm qua 28/02/2023, Iran đang tiếp tục phát triển chương trình làm giàu uranium ở tốc độ cao. Vẫn theo IAEA, mức uranium được làm giàu lên đến 83,7%, một ngưỡng gần với mức 90% được sử dụng để sản xuất vũ khí nguyên tử. Teheran đã phủ nhận cáo buộc trên.  Từ Teheran, thông tín viên Siavosh Ghazi cho biết cụ thể : 

Theo báo cáo của IAEA, trữ lượng uranium được làm giàu ở Iran hiện nay cao gấp 18 lần giới hạn cho phép trong thỏa thuận hạt nhân năm 2015. Đáng chú ý là Teheran sở hữu 87 kg uranium được làm giàu tới 60%. Ngoài ra, cơ quan thuộc Liên Hiệp Quốc đã phát hiện các phân tử uranium được làm giàu ở mức gần đạt 90%, ngưỡng cần thiết để sản xuất bom nguyên tử. 

Những chỉ số mới này làm cho các nước phương Tây lo lắng. Theo người đứng đầu CIA, trong vài tuần nữa, Iran có thể sản xuất đủ lượng uranium được làm giàu ở mức độ cao để chế tạo bom nguyên tử. ..(RFI 1/3/2023 trích)

Có hai vấn đề cho chúng ta hỏi về khủng hoảng chuyện Uranium của Iran. 

-Liệu Iran có bao nhiêu kg Uranium 235 có nồng độ LÀM GIÀU TỚI 90% để làm nguyên liệu cho bom hạt nhân

-Khối lượng tối thiểu cho 1 quả hỏa tiễn (hay bom) hạt nhân hiện Iran cần 

LÀM GIÀU URANIUM LÀ GÌ

cách đây 10 năm, ngày 3/7/2013 Hoa Kỳ và Nga giúp chuyển gần 16kg uranium được tinh luyện ở mức cao ra khỏi Việt Nam trong chiến dịch toàn cầu cắt giảm việc sử dụng nhiên liệu hạt nhân có thể dùng làm nguyên liệu chế bom nguyên tử.(xin bấm vào URANIUM Từ đó chúng ta hiểu ra rằng không phải có quặng Uranium là có thể có bom hạt nhân hay chạy ngay nhà máy điện hạt nhân! Muốn dùng Uranium chúng ta phải ứng dụng kỹ thuật. Trong đó , nguyên liệu U 235 cần cho bom hạt nhân vừa ít vừa khó làm giàu nó cần kỹ thuật cao từ các nước khoa học tiến bộ mới được.
 ĐHL

   logo  Cơ Quan Kiểm Soát Hạt Nhân Hoa Kỳ

Phần lớn trong 500 lò phản ứng hạt nhân của thế giới hiện tại đang cần đến Uranium được LÀM GIÀU từ đồng vị U235
Vận hành chính trong tiến trình này đều ứng phương pháp  gaseous centifrige tam dich la` LY TÂM KHÍ  sẽ trình bày phần dưới- Phương thức của Áutralia kết hợp với phương pháp ứng dụng năng lượng tia Laser phát minh của Hoa kỳ

Uranium tinh chế hay làm giàu (enrichment)- đó là U235,  nguyên liệu cần cho các lò phản ứng hạt nhân, kỹ thuật tại lò kiểm soát được phản ứng, và sử dụng nguồn nước nhẹ.

(Nước nhẹ H₂O khác với nước nặng D₂O  do trong nhân nucleus của H nước nặng có 1 proton+ 1 neutron , trong khi trong nhân của H nước nhẹ chỉ có trơ 1 proton thôi )

1. THẾ NÀO LÀ LÀM GIÀU URANIUM?

Làm giàu Uranium có nghĩa là làm sao gia tăng tỷ lệ các nguyên tử U mà chúng có khả năng bị chẻ đôi (split) bởi phản ứng phân hạch( fission reaction) cho ra năng lượng thông thuờng với dạng NHIỆT NĂNG từ đó  tạo ra điện lực. Không phải tất cả các nguyên tử U nào cũng mang tính chất giống nhau. KHi U mới được khai thác từ mỏ ra , nó thuờng chứa tới 99.3% loại U-238, 0,7% U235 và U234 lại còn nhỏ hơn cả 0.01% hay 1/10,000.

Như thế các đồng vị khác biệt như trên đều có cái giống nhau là đều mang 92 dương điện tử(proton) ở nhân (nucleus). Chuyện khác ở đây là U 238 có 146 trung hòa tử(neutrons), U 235 có 143 và U 234 chỉ có 142 neutrons. (tổng số>>> proton + neutron = khối lượng nguyên tử).

   Nguyên liệu để cung ứng cho các lò phản ứng hạt nhân cần phải có nồng độ U235 cao hơn nhiều khi so với quặng lấy từ thiên nhiên. Lý do tại sao ?vì U 235 là chất liệu có khả năng tạo ra phản ứng PHÂN HẠCH (fissionable), cũng đồng nghĩa tạo ra phản ứng hạt nhân và giữ cho phản ứng này LIÊN TỤC mãi.  

Thông thừong mà nói, số lượng đồng vị U 235 được làm giàu đi từ 0.7% đạt tới khoảng 5%.                                                          

                                                         *

           3 PHƯƠNG PHÁP LÀM GIÀU URANIUM

1-KHUẾCH TÁN  KHÍ  [gaseous diffusion]

2-LY TÂM KHÍ [gas centrifuge]

3-PHÂN LY BẰNG TIA LASER [laser separation ]

1- TIẾN TRÌNH LÀM GIÀU URANIUM BẰNG PHƯƠNG PHÁP "gaseous diffusion xin tam dich la` : KHUẾCH TÁN KHÍ

Tiến trình làm giàu bằng cách khuếch tán khí ứng dụng phương pháp khuếch tán phân tử để cách ly một thể khí từ hỗn hợp hai dạng khí khác nhau. phương pháp cách ly các đồng vị được hoàn thiện bởi sự khuếch tán uranium( nó đã hợp với flourine tạo thành uranium hexaflouride (UF6) một dạng khí ) khi ngang qua một màng ngăn xốp (dùng để cản ), khi ứng dụng sự khác nhau trong vận tốc di chuyển giữa hai đồng vị để đạt được sự phân tách hợp chất này.

                 -KHUẾCH TÁN  KHÍ (gaseous diffusion )

Tiến trình: 
trong nhà máy làm ứng dụng phương pháp khuếch tán khí, khí uranium hexafluoride UF6 được chậm rãi bơm vào trong nhà máy qua ống lọc đặc biệt gọi là mạng lọc xốp. Những lỗ nhỏ trong màng xốp này nhỏ đến nỗi chỉ đủ kích thuớc cho các phân tử hơi UF6 xuyên qua thội. Các đồng vị trong khí UF6 nhẹ hơn gồm U 234 và U 235 có khuynh huớng bị khuếch tán nhanh hơn các UF6 nào nặng hơn gồm các đồng vị U 238. Một màn ngăn như vậy chưa đủ chúng ta cần có hàng trăm màng lọc như vậy liên tục nhau cho đến thời điểm chúng ta có đủ U 235 dùng cho lò phản ứng. Đoạn cuối của công đoạn này , khí UF6 đã được tinh luyện sẽ được rút ra dược đông lại dưới dạng lỏng để chứa vào thùng chứa. UF6 tiếp tục làm lạnh cho đến khi nào đổi qua thể đặc và chúng được vận chuyển tới xưởng chế tạo ra nguyên liệu để dùng cho nhà máy điện hạt nhân.(biểu đồ bên phải là tiến trình làm giàu bằng phương pháp khuếch tán khí )

Nguy hiểm : nguy hiểm đầu tiên chúng ta phải kể tới trong phương pháp tinh luyện Uranium bằng phương pháp khuếch tán khí trong nhà máy làm ra loại này bao gồm đe dọa về hóa học cùng phóng xạ xảy ra do UF6 xảy đến cho chúng ta khi xử lý sai uranium đã được làm giàu xong , những chất liệu đó có khả năng gây ra những tai biến rất nghiêm trọng(phản ứng hạt nhân giây chuyền bất ngờ )

 nhà máy ở đâu: nhà máy nhận nhiệm vụ chuyên về khuếch tán khí tại Hoa kỳ trú tại Paducah bang Kentucky. Một nhà máy tương tự đóng tại Piketon-Ohio, nhưng bị đóng cửa vào tháng 3 năm 2001. Cơ Quan Tinh Luyện Hoa Kỳ (USEC) thuộc bộ Năng Lượng Hoa kỳ đã thuê hai nhà máy này và được điều khiển bởi Cơ Quan Kiểm Soát Hạt Nhân Hoa Kỳ  từ mồng 4 tháng 3/1997

2-PHƯƠNG PHÁP   LY TÂM KHÍ (gas centrifuge)

phương pháp này dùng môt loạt trục máy ly tâm song song với nhau . Các dạng khí có chứa chất phóng xạ này được đem vào và quay với tốc độ rất cao , các phân tử có phân tử khối cao sẽ bị bắn ra bám vào thành máy ly tâm còn các phân tử khối nhỏ hơn sẽ tập trung vào phần trung tâm. Khí loại thải và chất liệu đã được làm giàu sẽ được lấy ra bằng những dụng cụ múc đặc biệt.

Những máy ly tâm này liên kết với nhau tạo thành một dãi dài từ cao xuống thấp. Trong quá trình này , khí UF6 được đặt vào từng xi lanh và quay tốc độ thật cao. Tốc độ quay như thế tạo ra lực ly tâm rất mạnh và các phân tử khối nặng hơn( chứa U 238) sẽ bị bắn ra thành ngoài và phân tử khí nhẹ hơn( có U 235) tập trung dần vào vùng trung tâm. Từ đó một dòng có một số nguyên tố nhẹ hơn U 235 sẽ được đi qua tầng  khác, còn những thứ khác tiếp tục quay đầu lại lại vào tầng thấp hơn để được ly tâm tiếp . Như thế càng lúc chúng ta càng có nhiều U 235 được làm giàu hơn là phương pháp khuyếch tán khí (biểu đồ bên phải)

                   PHƯƠNG PHÁP   LY TÂM KHÍ (gas centrifuge )

3- PHƯƠNG PHÁP PHÂN LY BẰNG TIA LASER  (laser separation)

phuong pháp này đạt được dưa vào nguyên lý photoexicitation  tam dich  QUANG KÍCH .

Laser Separation( kích thích các phân tử bằng hiệu ứng của tia laser). Kỹ thuật này được đặt cho cái tên là Cách Ly Đồng Vị Nguyên tử Khí Bằng Laser- Atomic Vapor Laser Isoptope Separation(AVLIS), có thể là Phân Ly Phân Tử Đồng Vị - Molecular Laser Isotope Separation (MLIS), hoặc là Cách ly Đồng vị Bởi Kích Thích Laser (SILEX). Một cách tổng quát , nó bao gồm 3 hệ thống:

   -Laser

   -Quang Học

   - Hệ thống chuyên dụng phân ly (hay module phân ly ) Những tia laser điều chỉnh được làm sao đạt đến tình trạng cao của bức xạ đơn sắc (monochromatic radiation- bức xạ đơn sắc - một màu duy nhất không do nhiều màu hợp lại). 

[theo tôi ánh sáng trắng ban ngày chúng ta thấy được qua quang phổ chúng ta thấy do : đỏ , cam , vàng, lục, lam , chàm , tím cộng lại nên không phải là ánh sáng đơn sắc)

Những bức xạ này có công dụng ảnh huởng tới đồng vị đặc biệt nào và không ảnh huởng tới các đồng vị khác. Các đồng vị bị quang hóa này(photoionize) sẽ thay đổi lý tính hay hóa tính của chúng từ đó chất liệu chúng ta cần sẽ được phân ly ra. Ví dụ phuong pháp Phân Ly Khí Đồng Vị Bằng Laser(AVLIS) dùng Uranium-sắt(U- Fe)dùng như hợp kim nguyên liệu , trong khi đó các phương pháp khác có thể dùng UF6 như là nguyên liệu cung ứng.

Hiện chưa có nhà máy nào ứng dụng phương pháp Laser hoạt động tại Hoa kỳ. Tuy nhiên vài công ty như Gẻneral Electric-Hitachi đã nộp đơn xin phép ứng dụng để mở nhà máy lên Cơ Quan Kiểm Soát Hạt Nhân Hoa Kỳ  NRC. Và họ đang xem xét.

Tinh luyện Uranium cái giá rất đắt:

một viên nhỏ nhiên liệu hạt nhân U 235 trong lò phản ứng hạt nhân. Viên này cao nhất có tới 40% U 235. Khác với bom nguyên tử cần tới 80% U 235 tinh chất mới nổ được

Hiện nay Tây Âu và Hoa Kỳ trừng phạt Iran do nước này ỷ vào tiền dầu để đeo đuổi vấn đề tinh chế Uranium nhưng thực chất để tạo bom nguyên tử. Tin gần nhất theo CNN, 1/3/2023 Iran hiện đang có đủ lượng Uranium tỷ lệ tinh chất cao tới gần 84% tức gần 90% của U-235 để chế ra bom hạt nhân. Thời gian hiện nay có thể đạt  trong vòng 12 ngày là có tỷ lệ đó tức là 90% tinh chất

Ngày xưa Hoa Kỳ cũng không phải dễ dàng để có được 2 trái bom hạt nhân dội vào 2 thành phố Nhật là Hiroshima và Nagasaki khiến Nhật phải đầu hàng đồng minh.

Theo lịch sử công bố, Mỹ cần 137 pounds Uranium 235 để làm bom Nguyên tử. Số lượng này tinh chế từ 4 tấn quặng uranium mới có. (Simon & Schuster,1995)

Hàng vạn người đã làm việc với tốn phí tới 500 triệu USD thời giá 1944 tương đương với 6 tỷ USD vào năm 2009 mới có được.

Cái giá tinh chế Uranium như thế để chúng ta biết rằng không những cần khoa học kỹ thuật mà quốc gia tinh luyện phải có tiền./.

ĐHLedition

các nguồn tham khảo

Theo IAEA, Iran sắp chạm ngưỡng đủ uranium sản xuất vũ khí nguyên tử (rfi.fr)

http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Conversion-Enrichment-and-Fabrication/Uranium-Enrichment/

http://www.nrc.gov/materials/fuel-cycle-fac/ur-enrichment.html#1

http://www.livescience.com/6463-uranium-enriched.html