ماهو اليورانيوم المخصب وكيف يتم انتاجه ؟


اليورانيوم المخصب هو نوع من اليورانيوم الذي تم زيادة تكوين نسبته في المئة من اليورانيوم 235 وذلك خلال عملية فصل النظائر ، حيث أن اليورانيوم الطبيعي يمثل نحو 99.284٪ من النظائر 238U ، ولكن مع 235U فإنه لايشكل سوى حوالي 0.711٪ من وزنه .

235U هو النواه الوحيده الموجودة في الطبيعة ” في أي كمية ملحوظة” والتي تنشطر من النيوترونات الحرارية .
اليورانيوم المخصب هو العنصر الحاسم في توليد الطاقة النووية المدنية والأسلحة النووية العسكرية ، وقد قامت الوكالة الدولية للطاقة الذرية لعدة محاولات في رصد ومراقبة عمليات إمدادات اليورانيوم المخصب ، وجهودها الرامية المبذوله لضمان سلامة الطاقة النووية ، مع الحد من انتشار الأسلحة النووية .
أعطيت نسخة مختصرة لليورانيوم المخصب من خلال مشروع مانهاتن Oralloy ، من سبيكة أوك ريدج ، وبعض المواقع من النباتات حيث تم إثراء اليورانيوم . ولا تزال Oralloy مستخدمة في بعض الأحيان للإشارة إلى اليورانيوم المخصب ، وهناك حوالي 2000 طن ” من المغنيسيوم ” واليورانيوم عالي التخصيب في العالم ، والذي ينتج عن معظمها الأسلحة النووية ، التي تساعد علي تسيير السفن ، وكميات أقل لمفاعلات الأبحاث .
الكمية المتبقية من 238U بعد تخصيب تعرف باسم اليورانيوم المنضب ” DU “، وهي الأقل إشعاعا بكثير من كمية الإشعاع المتواجدة في اليورانيوم الطبيعي ، وإن كانت لا تزال كثيفة جدا وخطرة للغاية ، حيث توجد في شكل حبيبات – هذه الحبيبات هي طبيعية من قبل المنتج للعمل علي القص الذي يجعله مفيد للأسلحة القادرة على اختراق الدروع والحماية من الإشعاع .
وفي الوقت الحاضر ، لا يزال هناك 95٪ من الأسهم في العالم من اليورانيوم المنضب المتواجود في التخزين الآمن .
ماهو اليورانيوم المخصب وكيفية انتاجه :
اليورانيوم هو العنصر 92 في الجدول الدوري وكل جزيء له 92 بروتونا من نواتها ، ولكن عدد النيوترونات يمكن أن تختلف ، وهذا هو الفرق بين النظائر الثلاثية لليورانيوم التي نجدها هنا على الأرض ، واليورانيوم 238 يحتوي علي ” 92 من البروتونات والنيوترونات 146 ” ، وهو الشكل الأكثر وفرة ، ونحو 99.3 في المئة من جميع اليورانيوم من U-238. والباقي هو 0.7 في المئة من U-235 ، مع كمية ضئيلة من U-234 .
اليورانيوم لديه سمعة سيئة ” بإعتباره من العناصر المشعة “، بينما عنصر U-238 لديه مدى طويل جدا إلى نصف العمر ، وهذا يعني أنه يمكن التعامل معه إلى حد ما بأمان طالما أنك متخذ الاحتياطات . والأهم من ذلك ، أنه على الرغم من أن عنصر U-238 ليس مادة انشطارية ، فإنه لا يمكن البدء في التفاعل النووي ويمكن الحفاظ عليه .
ومع ذلك فإن U-235، هو المادة الانشطارية ، التي يمكن أن تبدأ التفاعل النووي والحفاظ عليه ، إلا أن 0.7 في المئة في طبيعيه اليورانيوم ليست كافية لصنع القنابل أو حتى المفاعل النووي لمحطة توليد الكهرباء ، ولكي يتحقق ذلك فإنك ستتطلب محطة الطاقة لنسبه من اليورانيوم التي تتراوح بين 3-4 في المئة من U-235 ” وهو ما يعرف باليورانيوم المنخفض التخصيب أو مفاعل الصف ” ، والقنبلة تحتاج إلي نسبه عاليه من اليورانيوم التي تبلغ 90 في المئة من U-235 ” اليورانيوم عالي التخصيب” .
إذن تخصيب اليورانيوم ، هو العملية التي نأخذ من خلالها عينة من اليورانيوم الذي يحتوي علي نسبة عاليه من يورانيوم U-235 .
وكان أول من قام بمعرفة كيفية تفعيل هذا هو علماء مشروع مانهاتن خلال الحرب العالمية الثانية . حيث جاءوا بأربع طرق لفصل اليورانيوم 235 من اليورانيوم الخام عن طريق : الانتشار الغازي ، والفصل الكهرومغناطيسي ، ونشر الحراره السائلة والطرد المركزي ، وإن كان في الوقت الذي يعتبر الطرد المركزي ليس عملية لتخصيب اليورانيوم على نطاق واسع .
الطرق الأكثر شيوعا اليوم ، لتخصيب اليورانيوم هي الطرد المركزي التي جذبت عقود من التنمية ، وهذه الطريقة تعد أكثر الطرق كفاءة مما كانت عليه خلال الحرب العالمية الثانية “، ثم الانتشار الغازي ، ويجري تطوير الأساليب الأخرى ، بما في ذلك عدة استنادات إلى تقنيات الليزر .
والنوع المستخدم في صناعة القنابل هو اليورانيوم المخصب ، ولكنه عمليه مكلفة وصعبة ، وهو السبب في أنه لا يزال يشكل عائقا ، وإن لم يكن يوجد بلد واحد لا يمكن التغلب عليه ، بالنسبة للبلدان التي ترغب في تطوير الأسلحة نووية ، وهي واحدة في الأمة لها القدرة على تخصيب اليورانيوم خارج مفاعل الصف ” حيث ان ايران بدأت في إنتاج اليورانيوم المخصب بنسبة 20٪ ” ، ولكن الطريق إلى اليورانيوم لصنع أسلحة نووية زاد بشكل ملحوظ .
الطريقة التي يتم بها تحويل خام اليورانيوم إلى وقود نووي :
اليورانيوم هو عنصر يوجد طبيعي في القشرة الأرضية ، وآثاره تحدث في كل مكان تقريبا ، على الرغم من أن التعدين يحدث في المواقع التي يتركز فيها بشكل طبيعي .
ولانتاج الوقود النووي من اليورانيوم الخام ، يتطلب أولاً اليورانيوم الذي يتم استخراجه من الصخور والذي تم العثور عليه ، ثم المخصب في النظائر من اليورانيوم 235 ، قبل أن يتم تحويلها إلى الكريات التي يتم تحميلها في تجميعات قضبان الوقود النووي .
التعدين :
مناجم اليورانيوم توجد في إحدي وعشرين بلدا ، على الرغم من أن ما يقرب من نصف الإنتاج العالمي يأتي من عشرة فقط ، والألغام في ستة بلدان ، في كندا ، وأستراليا ، والنيجر ، وكازاخستان وروسيا وناميبيا .
وفي المناجم التقليدية ، يمر الخام في المطحنة حيث يتم طحنه أولا ، ثم يتم طحنه في الماء لإنتاج الطين والجسيمات الخام الجميلة العالقة به في المياه ، ثم يتم ترشح الطين مع حامض الكبريتيك لإذابة أكاسيد اليورانيوم ، وترك الصخور المتبقية وغيرها من المعادن الغير منحله ، ومخلفات المناجم .
ومع ذلك ، ما يقرب من نصف الألغام في العالم الآن تستخدم طريقة التعدين ، وهذا يعني أن يتم إنجاز التعدين دون أي إزعاج بري واسع النطاق ، وتخصص المياه الجوفية التي يتم حقنها مع الكثير من الأوكسجين من خلال خام اليورانيوم ، ويتم ضخ الناتج مع اليورانيوم المذاب إلى السطح . وعلى حد سواء طرق التعدين التي تنتج السائل مع اليورانيوم المذاب فيها ، حيث يتم تصفية هذا أو اليورانيوم المفصول بالتبادل الأيوني ، والتي عجلت من الحل ثم تصفيتها وتجفيفها لإنتاج مركزات أكسيد اليورانيوم ، حيث وضعت بعد ذلك في براميل وأغلقت ، وقد يكون هذا التركيز لونه أصفر لامع ، وبالتالي يعرف باسم “الكعكة الصفراء” .
التخصيب :
يتطلب “التخصيب” وقود اليورانيوم الذي أثير الغالبية العظمى من جميع مفاعلات الطاقة النووية ونسبة من نظائر اليورانيوم 235 من المستوى الطبيعي ، تصل من 0.7٪ إلى حوالي 3.5٪ إلى 5٪ ، وتنتج عملية تخصيب اليورانيوم لديها في شكل غازي ، لذلك نجد على طول طريق الألغام ، غني بمحطات التحويل ، الأمر الذي يجعل أكسيد اليورانيوم يتحول إلى سداسي فلوريد اليورانيوم
وتركز محطة التخصيب علي اليورانيوم 235 ، تاركة حوالي 85٪ من اليورانيوم في محلول حتي يتم فصل سادس فلوريد اليورانيوم الغازي إلى تيارين : تيار يصل إلى المستوى المطلوب من اليورانيوم 235 ، ثم يمر إلى المرحلة التالية من دورة الوقود .
وتيار آخر تم فيه استنفاد اليورانيوم 235 ويسمى “ذيول” أو اليورانيوم المنضب ، وهو في الغالب اليورانيوم 238 ، وقليلاً ما يكون له استخدام فوري .
ومحطات التخصيب اليوم تستخدم عملية الطرد المركزي ، مع الآلاف من الأنابيب الرأسية بسرعة الغزل ، ويجري البحث الآن في تخصيب اليورانيوم بالليزر ، والتي يبدو أنها تقنية جديدة . وهناك عدد قليل من المفاعلات ، ولا سيما المفاعلات CANDU الكندية ، التي لا تتطلب اليورانيوم لتخصيبه .
تصنيع الوقود :
المطلوب حوالي 27 طن من الوقود الجديد في كل عام لتشغيل مفاعل نووي قوته 1000 ميغاواط ، وفي المقابل ، تتطلب محطة توليد الطاقة من الفحم أكثر من مليونين ونصف مليون طن من الفحم لإنتاج الكثير من الكهرباء .
ويتم نقل المخصب UF6 إلى المصنع لتصنيع الوقود حيث يتم تحويلها إلى مسحوق ثاني أكسيد اليورانيوم ، ثم يتم الضغط على هذا المسحوق لتشكيل قوالب وقود صغيرة ، والتي يتم تسخينها إلى أن تصبح مثل مادة السيراميك الصعبة ، ثم يتم إدراج الكريات في أنابيب رقيقة لتشكيل قضبان الوقود ، ثم يتم تجميع قضبان الوقود معا لتشكيل مجالس الوقود ، والتي هي عباره عن عدة أمتار طويلة .
ويستخدم عدد من قضبان الوقود لجعل كل جمعية للوقود تعتمد على نوع المفاعل الخاص بها ، وقد يستخدم مفاعل الماء المضغوط .