شرح تخصيب اليورانيوم ببساطة
يعتبر تخصيب اليورانيوم هو عملية ضرورية لخلق وقود نووي فعال من اليورانيوم المستخرج
تخصيب اليورانيوم
يعتبر اليورانيوم 235 أهم نظير انشطاري لليورانيوم لوقود المفاعلات والأسلحة النووية. لكي تكون مفيدة لأي من هذه الأغراض ، يجب زيادة تركيز اليورانيوم 235 بفصله عن اليورانيوم 238 من خلال عملية تعرف باسم التخصيب .
لذلك يعتبر تخصيب اليورانيوم هو عملية ضرورية لخلق وقود نووي فعال من اليورانيوم المستخرج من خلال زيادة نسبة اليورانيوم 235 التي تخضع للانشطار بالنيوترونات الحرارية .
ما هو عنصر اليورانيوم ؟
-اليورانيوم عنصر مشع، اليورانيوم النقي معدن أبيض فضي.
-مسحوق اليورانيوم الناعم قابل للاشتعال ، مما يعني أنه سيشتعل تلقائيًا في درجة حرارة الغرفة .
-العدد الذري لليورانيوم هو 92 ، مما يعني أن ذرات اليورانيوم تحتوي على 92 بروتونًا وعادة 92 إلكترونًا. يعتمد نظير اليورانيوم على عدد النيوترونات الموجودة به. تم تسمية اليورانيوم على اسم كوكب أورانوس.
أين نحصل علي اليورانيوم؟
يُستخرج خام اليورانيوم الطبيعي من الرواسب الموجودة في قشرة الأرض. على الرغم من وجود رواسب اليورانيوم في جميع أنحاء العالم ، تمتلك خمس دول 65 ٪ من الإمداد المعروف من خام اليورانيوم وهي : أستراليا وكازاخستان وروسيا وكندا والنيجر.
بعدالحصول علي رواسب خام اليورانيوم التي تتكون بشكل طبيعي يتم عزلها من خلال التفاعلات الكيميائية وعمليات الفصل.
يُعرف اليورانيوم في شكله المعزول باسم الكعكة الصفراء وله الصيغة الكيميائية U 3 O 8 . ومع ذلك ، لا يحتوي اليورانيوم الموجود بشكل طبيعي على تركيز عالٍ بدرجة كافية من اليورانيوم 235 لذا يجب زيادة تركيز اليورانيوم 235 قبل أن يمكن استخدامه بشكل فعال كوقود نووي.
كيف تتم عملية تخصيب اليورانيوم ؟
تتضمن خطوتان رئيسيتان وهما :1-التحويل 2- الفصل .
أولا العمليات الكيميائية (عملية التحويل ):
يتطلب التخصيب أن يكون اليورانيوم في صورة غازية ، وأبسط طريقة لتحقيق ذلك هي تحويله إلى مادة كيميائية مختلفة تعرف باسم سداسي فلوريد اليورانيوم .
يجب أن يكون اليورانيوم في صورة غازية للتخصيب بسبب اختلاف الخواص الكيميائية والفيزيائية التي تمتلكها النظائر المختلفة (U-235 و U-238). يتم استخدام هذه الاختلافات والتلاعب بها بسهولة أكبر عندما يكون اليورانيوم في شكل غازي.
الخطوة الأولى لليورانيوم بعد مغادرته للمنجم : تتم عملية تغييره من مركب أكسيد اليورانيوم إلى سادس فلوريد اليورانيوم في محطة تحويل .و تُعرف عملية التحويل الرئيسية المستخدمة في كندا وفرنسا وروسيا باسم “العملية الرطبة” وتتضمن مراحل تحويل كيميائية متعددة.
مراحل تحويل خام اليورانيوم الي سادس فلوريد اليورانيوم:
1-يتم إذابة تركيز أكسيد اليورانيوم في حمض النيتريك (HNO 3 ) ، مما ينتج عنه نترات اليورانيل (UO 2 (NO 3 ) 2 ).
2- يتم تنقية نترات اليورانيل هذه وتبخيرها ثم تحللها حرارياً في النهاية لتكوين مسحوق ثالث أكسيد اليورانيوم (UO 3 ).
3- توجد عمليتا فرن يتم فيها تحويل UO 3 الى UO 2 ثم يتفاعل بعد ذلك مع فلوريد الهيدروجين (HF) لإنتاج رباعي فلوريد اليورانيوم (UF 4 ).
4- يتم إدخال UF 4 في مفاعل طبقة مميعة ويتفاعل مع الفلور الغازي لإنتاج UF 6 .
لاحظ: بعد عملية التحويل ، يحتاج UF 6 إلى مزيد من الصقل بسبب وجود الشوائب.
ثانيا عمليات الفصل :
يتم التخصيب باستخدام جهاز طرد مركزي خاص يسمى جهاز طرد مركزي غازي . تعتمد عملية الفصل هنا على اختلاف كتلة الجزيئات.
يتم تغذية سادس فلوريد اليورانيوم في أسطوانة مفرغة تحتوي على دوار . عندما يتم تدوير هذه الدوارات بسرعة عالية ، يتجمع 238 UF 6 الأثقل بالقرب من جدران الأسطوانة بينما يتجمع 235 UF 6 الأخف قليلاً بالقرب من المحور المركزي. ثم يتم سحب المنتج المخصب .
لاحظ : من أجل حدوث فصل فعال ، يجب أن تدور أجهزة الطرد المركزي هذه بسرعة – بشكل عام حوالي 50000-70000 دورة في الدقيقة .
لاحظ أيضا : في السابق كان الانتشار الغازي هو تقنية التخصيب المهيمنة ، لكنه تطلب كميات هائلة من الكهرباء ومنشآت كبيرة ، لذلك يفضل استخدام أجهزة الطرد المركزي . ويوجد أيضا الإثارة بالليزر هي تقنية تخصيب جديدة نسبيًا لم تثبت جدواها تجاريًا بعد.
هل تخصيب اليورانيوم يضر البيئة ؟
تتضمن معظم عمليات التخصيب مواد مشعة طبيعية طويلة العمر. وبالتالي فإن الإجراءات الوقائية المطلوبة لمصنع التخصيب مماثلة لتلك الموجودة في الصناعات الكيميائية الأخرى.
عند تعرضه للرطوبة ، يشكل سادس فلوريد اليورانيوم حمض الهيدروفلوريك شديد التآكل.
أي تسرب لهذه المادة الكيميائية غير مرغوب فيه ولمنع هذا ، فإن جميع مناطق مصنع التخصيب تقريبًا تحافظ على غاز سادس فلوريد اليورانيوم تحت الضغط الجوي .و هذا يمنع أي تسرب خارجي.
بالإضافة إلى ذلك ، يتم توفير احتواء مزدوج في المناطق التي تتطلب ضغوطًا أعلى ويتم جمع غازات التنفيس ومعالجتها.
كان التخصيب في السابق المصدر الرئيسي لغازات الاحتباس الحراري من دورة الوقود النووي حيث تم توليد الكهرباء المستخدمة في التخصيب باستخدام الفحم . على الرغم من وجود انبعاثات غازات الدفيئة المصاحبة ، إلا أنها تمثل حوالي 0.1 ٪ فقط من انبعاثات محطة توليد الطاقة المكافئة التي تعمل بالفحم .
لاحظ أن: لا ترتبط الآثار الصحية لليورانيوم عادةً بالنشاط الإشعاعي للعنصر ، لأن جسيمات ألفا المنبعثة من اليورانيوم لا يمكنها حتى اختراق الجلد. انما ، يرتبط التأثير الصحي بسمية اليورانيوم ومركباته.
حيث يمكن أن يتسبب تناول مركبات اليورانيوم سداسي التكافؤ في حدوث تشوهات خلقية وتلف جهاز المناعة.
لاحظ أن : الانشطار النووي هو:
أنه عندما تنقسم نواة الذرة إلى نوى أخف من خلال تفاعل نووي ، تسمى العملية بالانشطار النووي. يمكن أن يكون هذا الاضمحلال انقسامًا تلقائيًا طبيعيًا عن طريق الاضمحلال الإشعاعي ، أو يمكن محاكاته بالفعل في المختبر من خلال تحقيق الظروف اللازمة (القصف بالنيوترينوات). تميل الأجزاء الناتجة إلى أن يكون لها كتلة مجمعة أقل من الكتلة الأصلية. الكتلة المفقودة هي ما يتم تحويله إلى طاقة نووية مثال : الانشطار النووي لليورانيوم 235.
المراجع :
1- موقع www.tutorials.nti.org أطلعت عليه بتاريخ 8/4/2023.
2- موقع www.energyeducation.ca أطلعت عليه بتاريخ 8/4/2023.
3- موقع www.thoughtco.com أطلعت عليه بتاريخ 9/4/2023.
4- موقع www.byjus.com أطلعت عليه بتاريخ 9/4/2023.
