غنی‌سازی اورانیوم چرا و چطور انجام می‌شود؟

رئیس جمهور ایالات متحده روز سه‌شنبه، یک روز پیش از پایان مهلت، آتش‌بس دو هفته‌ای با ایران را تمدید کرد؛ اقدامی که با امید به برگزاری دور دوم مذاکرات در اسلام‌آباد پاکستان انجام شده است.

یکی از مطالبات اصلی ایالات متحده این است که ایران تمام فعالیت‌های غنی‌سازی اورانیوم را متوقف کند.

ایران همواره تأکید کرده برنامه هسته‌ای‌اش صرفاً برای مصارف غیرنظامی، مانند تولید برق است؛ کاربردی که به غنی‌سازی اورانیوم در محدوده ۳ تا ۵ درصد نیاز دارد. در مقابل، برای ساخت سلاح هسته‌ای، غنای اورانیوم باید به حدود ۹۰ درصد برسد.

در این گزارش، توضیح داده می‌شود که اورانیوم چیست، چگونه غنی‌سازی می‌شود.

اورانیوم چیست و کدام کشورها آن را دارند؟

اورانیوم یک فلز سنگین است که به‌عنوان سوخت در رآکتورهای هسته‌ای و همچنین در تسلیحات هسته‌ای استفاده می‌شود. این عنصر به‌طور طبیعی رادیواکتیو است و معمولاً در غلظت‌های پایین در سنگ‌ها، خاک و حتی آب دریا یافت می‌شود.

حدود ۹۰ درصد از تولید جهانی اورانیوم تنها در پنج کشور انجام می‌شود: قزاقستان، کانادا، نامیبیا، استرالیا و ازبکستان. با این حال، ذخایر اورانیوم در کشورهای دیگری نیز شناسایی شده است.

اورانیوم یا از طریق استخراج مستقیم از زمین به‌دست می‌آید یا روش رایج‌تر این است که از طریق فرآیندهای شیمیایی این عنصر را از داخل سنگ‌ها بیرون کشیده و جدا می‌کنند.

پیش از آن‌که اورانیوم به‌عنوان سوخت هسته‌ای استفاده شود، در چند مرحله به اشکال مختلفی تبدیل می‌شود:

• کیک زرد: سنگ معدن استخراج‌شده خرد شده و با مواد شیمیایی ترکیب می‌شود تا پودری دانه‌درشت به نام «کیک زرد» تولید شود که برخلاف نامش معمولاً سبز تیره یا زغالی‌رنگ است.
• اورانیوم تترا فلوراید: کیک زرد با گاز هیدروژن فلوراید واکنش داده و به کریستال‌های سبزرنگی به نام تترافلوراید اورانیوم یا «نمک سبز» تبدیل می‌شود.
• اورانیوم هگزافلوراید: این ماده با فلور بیشتر به هگزا فلوراید اورانیوم (کریستال سفید) تبدیل می‌شود که با گرم شدن به گاز تبدیل شده و برای غنی‌سازی آماده است.
• اورانیوم دی اکسید: این گاز در سانتریفیوژ چرخانده شده و به پودر سیاه و بسیار ریزی تبدیل می‌شود.
• قرص‌های سوخت هسته‌ای: این پودر به قرص‌های سرامیکی فشرده تبدیل می‌شود که در رآکتورهای هسته‌ای استفاده می‌شوند.

اورانیوم چگونه غنی‌سازی می‌شود؟

اورانیوم طبیعی شامل سه ایزوتوپ است. حدود ۹۹.۳ درصد آن U-238 (سنگین‌تر و کم‌واکنش‌تر)، حدود ۰.۷ درصد U-235 و مقدار بسیار کمی U-234 است.

برای تولید انرژی، ایزوتوپ سبک‌تر U-235 از U-238 جدا می‌شود؛ فرآیندی که «غنی‌سازی» نام دارد. U-235 قادر به حفظ واکنش زنجیره‌ای هسته‌ای است.

برای این کار، ابتدا اورانیوم به گاز UF₆ تبدیل شده و وارد سانتریفیوژها می‌شود. این دستگاه‌ها با سرعت بسیار بالا می‌چرخند (بیش از ۱,۰۰۰ دور در ثانیه) و ایزوتوپ سنگین‌تر را به دیواره‌ها می‌رانند، در حالی‌که U-235 در مرکز باقی می‌ماند.

یک سانتریفیوژ به تنهایی مقدار اندکی جداسازی را انجام می‌دهد. برای رسیدن به درصدهای غنای بالاتر یا همان غنی‌سازی، این فرآیند در زنجیره‌ای از سانتریفیوژها (در ساختار آبشاری) بارها تکرار می‌شود تا زمانی که غنای مناسب U-235 بدست بیاید.

سطوح مختلف غنی‌سازی اورانیوم

هرچه درصد U-235 بیشتر باشد، اورانیوم غنی‌تر محسوب می‌شود.

مقادیر کم (۳ تا ۵ درصد) برای تأمین سوخت نیروگاه‌های هسته‌ای کافی است، اما برای ساخت سلاح هسته‌ای به سطوح بسیار بالاتری (حدود ۹۰ درصد) نیاز است.

آژانس بین‌المللی انرژی اتمی هر سطحی کمتر از ۲۰ درصد را «اورانیوم کم‌غنی‌شده» (LEU) و هر سطحی بالاتر از ۲۰ درصد را «اورانیوم با غنای بالا» (HEU) در نظر می‌گیرد.

کم‌غنی‌شده – کمتر از ۲۰ درصد

گرید تجاری – ۳ تا ۵ درصد: سوخت استاندارد برای اغلب نیروگاه‌های هسته‌ای جهان
رآکتورهای ماژولار کوچک – ۵ تا ۱۹.۹ درصد: مورد استفاده در راکتورهای مدرن‌تر و رآکتورهای تحقیقاتی پیشرفته

غنی‌شده بالا – بیش از ۲۰ درصد

گرید تحقیقاتی – ۲۰ تا ۸۵ درصد: برای تولید ایزوتوپ‌های پزشکی یا آزمایش مواد در رآکتورهای تخصصی

گرید تسلیحاتی – بالاتر از ۹۰ درصد: سطح موردنیاز برای بیشتر سلاح‌های هسته‌ای

گرید دریایی – ۹۳ تا ۹۷ درصد: مورد استفاده در رآکتورهای هسته‌ای زیردریایی‌ها و ناوهای هواپیمابر

اورانیوم ضعیف‌شده (کمتر از ۰.۳ درصد U-235) محصول باقی‌مانده پس از غنی‌سازی است و می‌تواند برای محافظت در برابر تابش یا در مهمات ضدزره استفاده شود.

غنی‌سازی اورانیوم چقدر زمان می‌برد؟

میزان تلاش برای غنی‌سازی اورانیوم خطی نیست؛ به این معنا که رساندن اورانیوم از ۰.۷ درصد طبیعی به ۲۰ درصد بسیار دشوارتر از رساندن آن از ۲۰ درصد به ۹۰ درصد است. زمانی که اورانیوم به حدود ۶۰ درصد برسد، رسیدن به سطح ۹۰ درصد (گرید تسلیحاتی) بسیار سریع‌تر می‌شود.

این میزان تلاش با واحدی به نام SWU (واحد جداسازی واحد) اندازه‌گیری می‌شود.

بر اساس ارزیابی آژانس بین‌المللی انرژی اتمی، ایران حدود ۴۴۰ کیلوگرم اورانیوم با غنای ۶۰ درصد در اختیار دارد؛ مقداری که در صورت افزایش به ۹۰ درصد، از نظر تئوریک برای ساخت حدود ۱۰ تا ۱۱ بمب هسته‌ای ساده کافی است.

تد پُستول، استاد بازنشسته علوم، فناوری و امنیت بین‌الملل در موسسه تکنولوژی ماساچوست، گفته است که پیش از حمله آمریکا به تأسیسات هسته‌ای فردو، ایران حداقل ۱۰ آبشار شامل ۱۷۴ سانتریفیوژ IR-6 در اختیار داشته است؛ یعنی در مجموع ۱,۷۴۰ سانتریفیوژ IR-6 فعال.

مدل IR-6 یکی از پیشرفته‌ترین سانتریفیوژهای ایران محسوب می‌شود. ایران ده‌ها هزار سانتریفیوژ قدیمی‌تر نیز دارد.

اطلاعات دقیقی درباره وضعیت این سانتریفیوژها یا ذخایر هگزا فلوراید اورانیوم (UF₆) وجود ندارد، اما گفته می‌شود این مواد همچنان در زیر زمین نگهداری می‌شوند.

پستول محاسبه کرده که این آبشارها می‌توانند سالانه بین ۹۰۰ تا ۱,۰۰۰ سو تولید کنند.

او می‌گوید: «رسیدن از اورانیوم طبیعی به غنای ۶۰ درصد که ایران قبلاً به آن دست یافته، حدود ۵ سال زمان و حدود ۵,۰۰۰ سو نیاز دارد.»

او ادامه داد: «اما اگر بخواهم از ۶۰ درصد به ۹۰ درصد برسم، فقط به حدود ۵۰۰ سو نیاز دارم. بنابراین به‌جای پنج سال، اگر از ۶۰ درصد شروع کنم، ممکن است این کار فقط ۴ تا ۵ هفته طول بکشد.»

پستول برای توضیح این موضوع از مثال ساعت استفاده کرد: «فرض کنید رسیدن به ۳۳ درصد ۷ دقیقه طول می‌کشد و رسیدن به ۵۰ درصد ۸ دقیقه دیگر. اما رسیدن به ۹۰ درصد فقط یک دقیقه زمان می‌برد.»

پستول می‌گوید ذخایر ایران در زیر زمین نگهداری می‌شود و بنابراین حمله نظامی لزوماً توان و دانش هسته‌ای را از بین نمی‌برد.

او تصریح می‌کند یک آبشار سانتریفیوژ برای تولید اورانیوم در سطح تسلیحاتی می‌تواند فضایی «در حد یک آپارتمان کوچک» (حدود ۶۰ متر مربع) اشغال کند و به‌راحتی پنهان شود.

پستول هشدار داد: «ایران خود را در موقعیتی قرار داده که حتی در صورت حمله، می‌تواند در تونل‌ها باقی بماند و مراحل نهایی غنی‌سازی را انجام دهد.»

پیمان منع گسترش سلاح‌های هسته‌ای چه می‌گوید؟

Treaty on the Non-Proliferation of Nuclear Weapons که در سال ۱۹۶۸ ایجاد شد، توافقی بین‌المللی برای جلوگیری از گسترش سلاح‌های هسته‌ای و ترویج استفاده صلح‌آمیز از انرژی هسته‌ای است. ایران نیز عضو این پیمان است.

این پیمان به کشورها اجازه می‌دهد از فناوری هسته‌ای برای اهداف صلح‌آمیز مانند انرژی، پزشکی و صنعت استفاده کنند، به شرط آن‌که تحت نظارت باشند.

کشورهای دارای سلاح هسته‌ای نیز متعهد می‌شوند این سلاح‌ها را منتقل نکنند و سایر کشورها نیز متعهد می‌شوند به‌دنبال ساخت آن نروند.

با این حال، بسیاری از قدرت‌های هسته‌ای همچنان در حال مدرن‌سازی زرادخانه‌های خود هستند. برخی بازیگران نیز عضو این پیمان نیستند، از جمله هند، پاکستان، اسرائیل، سودان جنوبی و کره شمالی.

در سال ۲۰۱۵، ایران با شش قدرت جهانی و اتحادیه اروپا توافقی به نام Joint Comprehensive Plan of Action امضا کرد.

بر اساس این توافق، ایران غنی‌سازی را به ۳.۶۷ درصد محدود کرد و در مقابل، تحریم‌ها کاهش یافت.

پستول می‌گوید ایران به این توافق پایبند بوده و مشکلی در اجرای آن وجود نداشت.

او افزود ایران اجازه داشت حدود ۶,۰۰۰ سانتریفیوژ داشته باشد و در صورت استفاده مخفیانه می‌توانست ظرف یک سال به سلاح برسد، اما همه این فعالیت‌ها تحت نظارت بود.

در سال ۲۰۱۸، ترامپ از این توافق خارج شد و تحریم‌ها را بازگرداند. ایران نیز به‌تدریج غنی‌سازی را از سر گرفت.

پس از ترور سردار قاسم سلیمانی در سال ۲۰۲۰، ایران اعلام کرد دیگر به محدودیت‌های غنی‌سازی پایبند نخواهد بود.

تلاش‌هایی در دوره جو بایدن برای احیای توافق انجام شد، اما به نتیجه نرسید.

در مذاکرات فعلی، ایران اعلام کرده آماده است اورانیوم ۶۰ درصدی خود را به حدود ۲۰ درصد کاهش دهد؛ فرآیندی که با مخلوط کردن با اورانیوم ضعیف‌شده انجام می‌شود.

پستول می‌گوید این اقدام می‌تواند نشانه‌ای از حسن نیت باشد و نشان دهد ایران به‌دنبال پاسخ به نگرانی‌های آمریکا است.

بر اساس گزارش Federation of American Scientists، تا اوایل سال ۲۰۲۶، ۹ کشور در مجموع حدود ۱۲,۱۸۷ کلاهک هسته‌ای در اختیار دارند. حدود دو سوم این تعداد متعلق به دو کشور است: روسیه با ۴,۴۰۰ کلاهک و ایالات متحده با ۳,۷۰۰ کلاهک (بدون احتساب زرادخانه‌های بازنشسته).

از مجموع سلاح‌های هسته‌ای موجود، حدود ۹,۷۴۵ کلاهک در زرادخانه‌های نظامی فعال برای استفاده در موشک‌ها، زیردریایی‌ها و هواپیماها نگهداری می‌شود و بقیه بازنشسته شده‌اند. از این تعداد، ۳,۹۱۲ کلاهک در حال حاضر روی موشک‌ها یا در پایگاه‌های بمب‌افکن مستقر هستند. از میان آن‌ها، حدود ۲,۱۰۰ کلاهک متعلق به آمریکا، روسیه، بریتانیا و فرانسه در وضعیت آماده استفاده سریع قرار دارند.

در حالی‌که روسیه و آمریکا هزاران کلاهک را در سال‌های گذشته برچیده‌اند، برخی کشورها به‌ویژه چین در حال افزایش ذخایر هسته‌ای خود هستند.

تنها کشوری که به‌صورت داوطلبانه از سلاح هسته‌ای دست کشیده، آفریقای جنوبی است. این کشور در سال ۱۹۸۹ برنامه هسته‌ای خود را متوقف کرد و از سال بعد شروع به برچیدن شش سلاح هسته‌ای خود کرد.

همچنین باور بر این است که اسرائیل نیز دارای سلاح هسته‌ای است و حداقل ۹۰ کلاهک در اختیار دارد، اما تل‌آویو داشتن سلاح هسته‌ای را نه تأیید و نه رد کرده و با وجود توافق‌نامه‌های متعدد، فشار بین‌المللی کمی برای شفاف‌سازی با آن مواجه است.