اليورنيوم

تعريف اليورانيوم

استخدمات اليورانيوم

كيفية تخصيب اليورانيوم

التخصيب بين السلم والحرب

تردد كثيراً خلال الفترة الماضية مصطلح تخصيب اليورانيوم، والمخاوف من استخداماته العسكرية، بينما يدافع البعض عن هذا التخصيب ضمن حق امتلاك تقنيات الطاقة النووية للأغراض السلمية. فما هو تخصيب اليورانيوم،وما هي استخداماته?...إنتاج الطاقة? أم إنتاج الأسلحة النووية?.

تعريف اليورانيوم

اليورانيوم فلز مشع أبيض فضي اللون، رمزه الكيميائي U. وهو مصدر الطاقة المستخدمة في توليد الطاقة الكهربائية في كل محطات القدرة النووية التجارية الكبيرة. وعلى سبيل المثال بإمكان قطعة من اليورانيوم في حجم كرة المضرب إطلاق كمية من الطاقة تساوي كمية الطاقة التي تطلقها حمولة من الفحم الحجري يبلغ وزنها ثلاثة ملايين ضعف وزن قطعة اليورانيوم. واليورانيوم ينتج أيضًا الانفجارات الهائلة لبعض الأسلحة النووية.

ويعتبر اليورانيوم عنصر نادر في الطبيعة، حيث يوجد في القشرة الأرضية بنسبة 3 جرامات في الطن، وأيضًا في ماء البحر بنسبة 3 مليجرامات في الطن. ويتكون اليورانيوم الطبيعي من ثلاثة أنواع: يورانيوم 234 و يورانيوم 235 و يورانيوم 238.

وتدل الأرقام 238و235 على مجموع عدد البروتونات والنيوترونات في نواة النظير أو بمعنى آخر تدل على كتلته. ويتزود العالم باحتياجه من اليورانيوم الخام من عدد محدود من الدول، وهي كندا والولايات المتحدة الأمريكية وجنوب إفريقيا وأستراليا ونيجيريا .

استخدمات اليورانيوم

اليورانيوم هو ثاني أثقل عنصر موجود في الطبيعة بعد البلوتونيوم. ويستغل المهندسون ثقل اليورانيوم في عدد من التطبيقات، حيث يستخدمونه في البوصلات الدوارة في الطائرات، لحفظ توازن الجنيحات وغيرها من سطوح التحكم في الطائرات والمركبات الفضائية، وللوقاية من الإشعاع باستخدام اليورانيوم غطاء. واليورانيوم المستخدم في هذه التطبيقات ذو خاصية إشعاعية ضعيفة جدًا. ويستخدم العلماء اليورانيوم أيضًا لتحديد أعمار الصخور والمياه الجوفية وترسبات الترافرتين (أحد أشكال الحجر الجيري) في المواقع الأثرية، وهذا طبعا بالإضافة لاستخدامه في توليد الحرارة لإنتاج الطاقة وكذلك صناعة الأسلحة النووية.

تاريخ استخدام اليورانيوم

استخدم الناس اليورانيوم ومركباته منذ حوالي ألفي عام تقريبًا. فقد احتوي زجاج ملون أنتج في حوالي عام 79م على أكسيد اليورانيوم، وظل مصنعو الزجاج يستخدمون هذا المركب مادة ملونة حتى القرن التاسع عشر.إذ أنه يعطي هذا اللون حينما يخلط مسحوقه بعجينة الزجاج الساخنة قبل تشكيلها، و لازالت بعض المتاحف العالمية تحتفظ ببعض هذه الأواني بشكل خاص جداً. وأيضًا استخدم اليورانيوم كمادة ملونة في طلاء أو تزجيج الخزف الصيني. بالإضافة إلى ذلك استخدم اليورانيوم في معالجة الصور الفوتوغرافية.

في عام 1789م اكتشف الكيميائي الألماني مارتن كلابروث اليورانيوم ، موجوداً في معدن يسمى البتشبلند. وقد سمى كلابروث اليورانيوم على اسم كوكب أورانوس، الذي كان قد اكتشف في عام 1781م.

وفي عام 1841م فصل الكيميائي الفرنسي يوجين بليجو اليورانيوم النقي من البتشبلند.

ولم يكن يعرف صُنَّاع ولا حتى مستعملي الصبغة الصفراء الجميلة انها تشع أشعة ذرية مميتة، فقط في سنة 1896 اكتشف سر هذه الأشعة الفيزيائي الفرنسي الحاصل على جائزة نوبل أنطوان هنري بيكوريل. وذلك حين أثبت أن هذه المادة الغريبة تنطلق منها أشعة غير مرئية لها قدرة مدهشة على الاختراق.وكان هذا الاكتشاف أول اكتشاف لعنصر مشع في التاريخ. وهكذا كان الفضل لليورانيوم في اكتشاف الأشعة النووية.

في عام 1935م، اكتشف الفيزيائي الكندي المولد آرثر دمبستر اليورانيوم 235. واستخدم الكيميائيان الألمانيان أوتو هان وفرتز ستراسمان اليورانيوم لإنتاج أول انشطار نووي اصطناعي في عام 1938.

في يوم 12/2/ 1942نال اليورانيوم شهرة عالمية حيث أثبت العالم الفيزيائي الأمريكي إيطالي الأصل إنريكو فيرمي ومساعدوه في جامعة شيكاغو بالتجربة أنه بالإمكان استخلاص الطاقة النووية الهائلة بطريقة عملية واقتصادية وسهلة نسبياً وبشكل مستمر من اليورانيوم ذاته دون سائر المواد الأخرى، بالذات من نوعه المعروف باليورانيوم 235.

وقد قاد عمل فيرمي إلى تطوير القنبلة الذرية، كما قادت الأبحاث العلمية إلى الاستخدامات السلمية لليورانيوم.

ومنذ أوائل سبعينيات القرن العشرين أصبحت محطات القدرة النووية التي تستخدم اليورانيوم وقودًا من أهم مصادر الطاقة. وتوجد هذه المحطات في 30 دولة، يواصل عدد منها الآن بناء المزيد من المحطات. أما بقية الدول فقد أوقفت بناء المحطات الجديدة لأسباب عديدة منها القلق من تأثير هذه المحطات الجديدة على السلامة العامة، وارتفاع تكلفة وتشغيل المحطات الجديدة مقارنة بتكلفة محطات القدرة التي تستخدم الطاقة الناتجة عن حرق الفحم الحجري والغاز الطبيعي.

بدايات استخدام اليورنيوام فى المفاعلات النووية

ظهر أول مفاعل نووي سنة 1951 بالولايات المتحدة الأمريكية، ومنذ 1960 دخلت الطاقة النووية في عصر التصنيع. وفي بداية سنة 1997، تمكن 32 بلدا من أحداث بنيات تحتية نووية لإنتاج الكهرباء، إذ تم إحصاء آنذاك أكثر من 440 مفاعل نووي في حالة اشتغال. وفي سنة 2000، تمكنت الطاقة النووية من إنتاج 31 في المائة من الكهرباء المستهلك بأوروبا الغربية: (77 في المائة بفرنسا على سبيل المثال) و 15 في المائة بالولايات المتحدة الأمريكية و 28 في المائة بأمريكا اللاتينية و 24 في المائة بإفريقيا.
علما أن كل من الدانمارك واليونان وإيرلندة والنرويج والبرتغال والنمسا رفضت اللجوء إلى الطاقة النووية، في حين أن إيطاليا وهولندة وألمانيا والسويد اعتمد سياسة التخلي تدريجيا عن استعمال الطاقة النووية لتوليد الكهرباء.

كيفية تخصيب اليورانيوم

عملية تخصيب اليورانيوم Uranium enrichement عبارة عن عزل نظائر عناصر كيميائية محددة Isotope separation من عنصر ما لغرض زيادة تركيز نظائر اخرى للحصول على مادة تعتبر مشبعة بالنظير المطلوب على سبيل المثال عزل نظائر معينة من اليورانيوم الطبيعي للحصول على اليورانيوم المخصب و اليورانيوم المنضب . وتتم عملية التخصيب على مراحل حيث يتم في كل مرحلة عزل كميات أكبر من النظائر غير المرغوبة حيث يزداد العنصر تخصيبا بعد كل مرحلة لحد الوصول إلى نسبة النقاء المطلوبة.

على سبيل المثال اليورانيوم المخصب عبارة عن يورانيوم تمت زيادة نسبة نظائر اليورانيوم-235 فيه وازالة النظائر الأخرى. وعملية التخصيب هذه صعبة و مكلفة وتكمن الصعوبة ان النظائر الذي يراد ازالتها من اليورانيوم شبيهة جدا من ناحية الوزن للنظائر الذي يرغب بالابقاء عليها و تخصيبها ويتم عملية التخصيب باستخدام الحرارة عبر سائل او غاز لتساهم في عملية عزل النظائر غير المرغوبة وهناك طرق اخرى أكثر تعقيدا كاستعمال الليزر أو الأشعة الكهرومغناطيسية.