تعني تخصيب اليورانيوم وأهم تقنياته، يعد اليورانيوم عنصرا ثقيلا متواجدا في الطبيعة، ويتواجد في الصف السابع في الجدول الدوري، وينتمي اليورانيوم إلى مجموعة الأكتينيدات، ويعزى اكتشاف هذا العنصر إلى العالم الكيميائي مارتن كلابروث وهو ألماني الجنسية، وقد تم ذلك في عام 1789م.
في تجاربه على المعدن اليورانيوم، يتميز اليورانيوم بصلابته وكثافته ووزنه وقابليته للسحب، وفي هذه المقالة سنتعرف على اليورانيوم وعملية تخصيبه وأهم تقنياته.
تخصيب اليورانيوم
- إنها عملية تحويل اليورانيوم الخام الطبيعي إلى مادة قابلة للاستخدام، سواء لإنتاج الطاقة أو لصنع الأسلحة القاتلة، ويجب التنبيه إلى أن عملية التخصيب نفسها لا تعد العامل الحاسم في تحديد استخدام برامج الطاقة النووية.
- ويتم تحديد ذلك بواسطة نسبة التخصيب، ويمكن تعريف التخصيب على أنه عملية معقدة جدا تهدف إلى زيادة نسبة اليورانيوم -235 بشكل خاص.
- المادة التي يمكن تقسيمها بواسطة الانشطار وتحتوي على اليورانيوم الخام، وترمز إليها بالحرف U في اللغة اللاتينية، والهدف من ذلك هو جعلها صالحة للاستخدامات المختلفة، وهذا يتطلب زيادة تركيز اليورانيوم 235 بنسبة تتراوح بين 3% و 5%، وأيضا زيادة تركيزها إلى مستويات تزيد عن 80%، وهذا ما يعرف بالنقاء المثالي لتصنيع الأسلحة النووية.
مستويات تخصيب اليورانيوم
- يكون نسبة تخصيب اليورانيوم عالية حيث تصل إلى عشرين بالمئة من عنصر اليورانيوم-235.
- يكون تركيز اليورانيوم فيه منخفضا بنسبة لا تقل عن عشرين في المئة من اليورانيوم -235.
- نسبة خصوبة اليورانيوم تتراوح بين تسعة إلى اثنين بالمئة من عنصر اليورانيوم-235.
شاهد أيضًا: 10 أضرار لإستخراج اليورانيوم المخصب على الإنسان
التقنيات التي تستخدم لتخصيب اليورانيوم
الكعكة الصفراء
- تقنية تستخدم لتحويل اليورانيوم الخام إلى غاز سادس فلوريد اليورانيوم يواف 6، وبهذه الطريقة يتحول اليورانيوم من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية.
الحاجز الفولاذي
- في هذه المرحلة، يتم حقن ذرات اليورانيوم، حيث تتحرك ذرات اليورانيوم 235 بسرعة أعلى من ذرات اليورانيوم 238، ويجب أن نلاحظ أنه يتطلب تكرار العملية أكثر من 1400 مرة للحصول على نسبة تركيز يورانيوم 235 بين 3% و 5% من غاز سداسي فلوريد اليورانيوم.
الطرد المركزي
- تعتمد محطات التخصيب على فكرة الطرد المركزي، حيث تستغل الأجهزة في هذه المحطات الفارق الصغير بين نظير اليورانيوم 238 ونظيره الآخر 235. يتم ذلك عن طريق ضخ اليورانيوم الغازي في أسطوانات وتدويرها بسرعات تفوق سرعة الصوت.
- حيث يتم دفع الذرات الأثقل نحو الخارج، أي نحو اليورانيوم 238، وتبقى الذرات الأخف في الأسطوانة، أي في اليورانيوم 235 المخصب. يجب أن نشير إلى شيء هام، وهو أنه يجب تكرار هذه العملية عدة مرات للحصول على أعلى تركيز لليورانيوم.
اكتشاف اليورانيوم
- بعدما اكتشف العالم الألماني `مارتن كلابروث` عنصر اليورانيوم سنة 1789، قام بإطلاق اسم اليورانيوم عليه تيمنا بكوكب أورانوس، ولكن لاحقا تبين أن المادة المكتشفة هي أكسيد اليورانيوم وليست يورانيوما نقيا، وبعدها قام العالم الفرنسي `يوجين ميلشيور` بعزل اليورانيوم النقي عن طريق تسخين رباعي كلوريد اليورانيوم مع البوتاسيوم.
- اكتشف العالم الفرنسي `هنري بيكيريل` ظاهرة النشاط الإشعاعي في عنصر اليورانيوم عام 1869، وحدث ذلك بالصدفة أثناء دراسته تأثير أملاح اليورانيوم تحت تأثير الضوء.
- في عام 1903، شارك `بيير كوري` و`هنري بكريل` و`ماري كوري` في جائزة نوبل عن هذا الاكتشاف، وفي نفس العام، أشار مندليف إلى شيء هام وهو أن اليورانيوم كان أثقل العناصر التي تم اكتشافها في ذلك الوقت.
- لقد اكتشف العالم فريتز ستراسمان والعالم أوتو هان أن قصف عنصر اليورانيوم بالنيوترونات يؤدي إلى انشطاره إلى جزيئين متشابهين تقريبا، وهذه العملية تعرف باسم الانشطار النووي، حيث يتم توليد كميات كبيرة من الحرارة من كميات صغيرة جدا من اليورانيوم.
قد يهمك أيضًا: علم الكيمياء النووية
معلومات عامة تخص عنصر اليورانيوم
- عدد البروتونات في نواة اليورانيوم هو اثنان وتسعون، ورمزه الكيميائي هو حرف U.
- وزن ذرة اليورانيوم هو 238.02891 وكثافته هي 18.95 جم/سم³.
- درجة انصهار اليورانيوم تبلغ 2.075 درجة فهرنهايت، أي ما يعادل 1.135 درجة مئوية.
- درجة غليانه 7.468 فهرنهايت، وهو ما يعادل 4.131 درجة مئوية.
- عدد نظائر اليورانيوم هو ستة عشر نظيرا، ومنها 3 توجد طبيعيا.
- يتواجد اليورانيوم في حالته الصلبة عند درجة حرارة الغرفة.
- توفيت العالمة ماري كوري، التي عملت في مجال الأبحاث عن اليورانيوم واكتشفت الراديوم والبولونيوم في عام 1934 بسبب إصابتها بفقر الدم النقوي، وهو انخفاض في عدد كريات الدم الحمراء بسبب تعرض العالمة للإشعاع لفترات طويلة.
- يتأكسد اليورانيوم بسرعة كبيرة جدا عند تعرضه للهواء.
- يعتبر اليورانيوم المخصب نوعا من أنواع اليورانيوم، حيث تتراوح النسبة النووية لليورانيوم -235 فيه بين -0.5 و0.3، على عكس النسبة العادية التي تبلغ 0.7%، ويمكن زيادة هذه النسبة عن طريق فصل نظائره أو باستخدام جهاز الفصل المركزي المخصص لذلك.
- يطلق على اليورانيوم المتبقي بعد عملية تخصيبه اسم اليورانيوم المنضب.
- وبنسبة إشعاع قليلة مقارنة باليورانيوم الطبيعي بحوالي 40%
- وهو يشكل خطرا كبيرا إذا تم استنشاقه أو تناوله عن طريق الفم
- أو عندما يتعرض الجسم لإطلاق النار.
نظائر اليورانيوم
نظائر العنصر هي ذرات اليورانيوم التي تمتلك عدد نيوترونات مختلف وأبرزها:
يورانيوم 238
- هو أكثر نوع منتشر من النظائر، حيث يشكل 99.3% من عنصر اليورانيوم الطبيعي.
- بالإضافة إلى أنه يعتبر الأكثر عمرا بين جميع الأنواع، حيث يصل عمره إلى 4.5 مليار سنة.
يورانيوم 235
- يمثل 0.7% من عنصر اليورانيوم الطبيعي.
- وهو نادر جدا كنظيره، ويمكن أن ينشطر ويعيش لمدة سبعمائة مليون سنة.
- ويتم استعماله فيما يعرف بالمفاعلات النووية.
اليورانيوم 234
- يتواجد في اليورانيوم الطبيعي بنسبة تعادل ١ إلى ١٨٨٠٠ عند مقارنته باليورانيوم ٢٣٨.
اليورانيوم 236
- يحتوي الوقود النووي الصناعي على اليورانيوم الذي يتم استهلاكه.
يورانيوم 233
- وهو نظير قابل للتفكك بواسطة النيوترونات، ويستخدم في عملية إنتاج الطاقة.
يورانيوم 232
- إنه نتيجة ثانوية للتفاعلات النووية، ويبلغ طول عمره 68.9 سنة.
اقرأ المزيد: العناصر الكيميائية والتكافؤات
استعمالات اليورانيوم
يتم استعمال اليورانيوم في عدة مجالات ومنها:
- يستخدم في إنتاج الطاقة النووية للأغراض العسكرية، وأيضا في صناعة الصواريخ والدبابات.
- ويجب أن يتم تذكير أن أول قنبلة ذرية تم إطلاقها في الحرب العالمية الثانية في عام 1945 فوق مدينة `ناجا زاكي` في اليابان، كانت تحتوي على اليورانيوم -235.
تسببت هذه القنبلة في تدمير البنية التحتية ووفاة العديد من البشر بأعداد تصل إلى عشرات الآلاف، بالإضافة إلى قنبلة الانشطار التي ألقيت فوق `هيروشيما` في نفس العام.
- يستخدم لإنتاج الطاقة النووية في العديد من الأغراض التجارية.
- يستخدم لتقدير عمر المواد من منظور إشعاعي.
- مثال على ذلك هو تقدير عمر الصخرة البركانية باستخدام اليورانيوم -238.
- يستخدم لتصنيع الأسمدة الفوسفاتية.
- يستخدم لتلوين الزجاج، فعند تعرضه للضوء الأسود ينبعث بلون أصفر مائل للأخضر.
تأثيرات اليورانيوم الضارة
- يمكن أن يتم الوصول إلى اليورانيوم بكميات محدودة عن طريق التنفس أو تناول الخضروات الجذرية مثل الفجل.
- وتكون تلك الكميات نوعا ما آمنة، ويقوم الجسم بالتخلص منها مباشرة من خلال البراز والبول.
- هناك أشخاص معرضون للضرر الناجم عن اليورانيوم، مثل أولئك الذين يعيشون بالقرب من المناجم ومواقع دفن النفايات الخطيرة.
- العاملون في صناعة الفوسفات يمكن أن يصابوا بأمراض الكلى ويكونوا عرضة أكبر للإصابة بالسرطان.
في نهاية المقال، ذكرنا معلومات مهمة جدا حول عنصر اليورانيوم ومعنى تخصيبه وأهم تقنياته، وتناولنا نظائره وتأثيراته الضارة واستخداماته الرئيسية، نأمل أن يكون المقال قد أجاب على جميع تساؤلاتكم المتعلقة باليورانيوم.
