اليورانيوم وتخصيبه: من الكعكة الصفراء إلى وقود المفاعلات النووية . 🟡☢️ إعداد: محمد حسبان المحافظ الجيولوجي . لمحتوى جيولوجي عصري ومتطور، قناة اليوتيوب: https://youtube.com/@muhafedgeology _____________________________________________ 🟡 المقدمة اليورانيوم (رمزه الكيميائي U، عدده الذري 92) هو عنصر فلزي ينتمي إلى الفلزات الثقيلة، يتميّز بكتلته الذرية العالية. يُستخدم بشكل رئيسي في توليد الطاقة النووية، وصناعة الأسلحة النووية، وبعض التطبيقات الطبية والبحثية، بفضل قابليته للانشطار النووي. 🟡 الخصائص الفيزيائية والكيميائية اليورانيوم معدن فضي اللون يميل إلى الرمادي، كثيف وثقيل جدًا. يتمتع بخواص فيزيائية فريدة: الوزن الذري: 238.02891 درجة الانصهار: 1132.2 °C درجة الغليان: 4131 °C الكثافة: 19.05 غ/سم³ تقريبًا (في الحالة المعدنية) 🟡 نظائر اليورانيوم الطبيعية 1. يورانيوم-238 (U-238): يمثل حوالي 99.27% من اليورانيوم الطبيعي. لا ينشطر حراريًا بسهولة، لكنه يُستخدم لإنتاج البلوتونيوم-239 بعد امتصاص النيوترونات. 2. يورانيوم-235 (U-235): نحو 0.72% من اليورانيوم الطبيعي، وهو النظير القابل للانشطار ويستخدم في توليد الطاقة النووية والأسلحة. 3. يورانيوم-234 (U-234): يمثل نسبة ضئيلة جدًا (<0.01%) وينتج ضمن سلسلة اضمحلال U-238. 🟡 أهم استخدامات اليورانيوم 1. الطاقة النووية: يُستخدم اليورانيوم المخصب بنسبة 3–5% من U-235 في مفاعلات الماء الخفيف لتوليد الطاقة الكهربائية. 2. الأسلحة النووية: يُستخدم يورانيوم مخصب بنسبة تفوق 90% لإنتاج الرؤوس النووية. 3. الذخائر الخارقة للدروع: يُستخدم اليورانيوم المستنفد (DU) في الذخائر بفضل كثافته العالية وقدرته على اختراق الأهداف المدرعة. 4. المجال الطبي والبحثي: يُستخدم اليورانيوم بدرجات تخصيب مختلفة في المفاعلات البحثية لإنتاج نظائر طبية مشعة. 🟡 عملية تخصيب اليورانيوم 1. التحويل إلى سداسي فلوريد اليورانيوم (UF₆): يُحوّل خام أكسيد اليورانيوم (U₃O₈) إلى UF₆ وهو غاز مناسب لعمليات الفصل. 2. الفصل بالطرد المركزي الغازي: يُدوَّر UF₆ بسرعات عالية، فيتم فصل النظائر وفقًا للفرق الطفيف في الكتلة بين U-235 وU-238. 3. الانتشار الغازي (تقنية قديمة): تعتمد على تمرير الغاز عبر أغشية مسامية. كانت بطيئة واستهلاكها للطاقة عالٍ. 4. الفصل بالليزر (تقنية متقدمة): تستهدف ذرات U-235 باستخدام أطوال موجية محددة من الليزر لعزلها، ولا تزال محدودة الاستخدام تجاريًا. 🟡 دورة وقود اليورانيوم 1. التعدين: استخراج خامات اليورانيوم مثل الأورانينيت من المناجم المفتوحة أو تحت الأرض. 2. الإثراء الأولي: طحن الخام ومعالجته كيميائيًا لإنتاج "الكعكة الصفراء" (U₃O₈). 3. التحويل إلى UF₆: ضروري للمرحلة التالية وهي التخصيب. 4. التخصيب: رفع نسبة U-235 باستخدام الطرد المركزي. 5. تصنيع قضبان الوقود: تحويل اليورانيوم المخصب إلى أقراص تُرصّ داخل أنابيب معدنية مقاومة للحرارة والإشعاع. 6. تشغيل المفاعل: تُستخدم القضبان لإحداث تفاعل نووي متسلسل يحرر طاقة حرارية. 7. إعادة المعالجة أو التخزين: يتم التعامل مع الوقود المستنفد إما بإعادة استخدام المواد الصالحة أو بتخزينها كمواد نفايات عالية الإشعاع. ☢️ المخاطر والتحديات بيئية: تشمل التلوث الناتج عن التعدين والمعالجة والتخزين. أمنية: يتعلق بخطر استخدام المواد المخصبة لأغراض عسكرية. تقنية: مثل صعوبة التحكم في UF₆ وتحديات تخزينه. نفايات مشعة: تتطلب تقنيات متقدمة لعزلها لفترات طويلة. 🟡 الرقابة الدولية تُشرف الوكالة الدولية للطاقة الذرية (IAEA) على برامج تخصيب اليورانيوم لضمان استخدامها السلمي. وتُعد معاهدة عدم انتشار الأسلحة النووية (NPT) المرجع القانوني الدولي الأساسي، مع التزامات بالإبلاغ، والتفتيش، والشفافية. _________ 🟡👇 المراجع 1. International Atomic Energy Agency (IAEA), “Uranium Production and Fuel Cycle” 2. World Nuclear Association, “Uranium Enrichment” 3. U.S. Department of Energy, Office of Nuclear Energy 4. Krane, K. S., Introductory Nuclear Physics, Wiley, 1988 5. Glasstone, S. & Sesonske, A., Nuclear Reactor Engineering, Springer, 1994