ماهو اليورانيوم المخصب وكيف يتم انتاجه ؟

ما هو اليورانيوم المخصب

اليورانيوم المخصب هو العنصر الحاسم في توليد الطاقة النووية المدنية والأسلحة النووية العسكرية، وقد قامت الوكالة الدولية للطاقة الذرية بعدة محاولات لمراقبة عمليات إمداد اليورانيوم المخصب، وتسعى الوكالة جاهدة لضمان سلامة الطاقة النووية والحد من انتشار الأسلحة النووية .

تم تقديم نسخة مختصرة من اليورانيوم المخصب من خلال مشروع مانهاتن Oralloy، وهي مصنوعة من سبيكة أوك ريدج وبعض المواقع النباتية التي تم فيها تخصيب اليورانيوم. وما زالت Oralloy تستخدم أحيانا للإشارة إلى اليورانيوم المخصب، وهناك حوالي 2000 طن من المغنيسيوم واليورانيوم عالي التخصيب في العالم، والتي تستخدم بشكل رئيسي في صناعة الأسلحة النووية وتشغيل 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 .

حتى الآن، لا يزال 95٪ من الأسهم في العالم مخزنون في مخازن آمنة على شكل يورانيوم منضب .

العنصر 92 في الجدول الدوري

اليورانيوم هو العنصر 92 في الجدول الدوري، وكل جزيء له 92 بروتونا في نواته، ولكن عدد النيوترونات يمكن أن يختلف، وهذا هو الفرق بين النظائر الثلاثة لليورانيوم التي نجدها هنا على الأرض. يحتوي اليورانيوم 238 على 92 بروتونا و146 نيوترونا، وهو الشكل الأكثر وفرة ويشكل حوالي 99.3٪ من جميع اليورانيوم. والباقي هو 0.7٪ 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 .

على الرغم من ذلك، فإن اليورانيوم-235 هو المادة المشعة التي يمكن أن تشكل وتحافظ على التفاعل النووي، ومع ذلك، فإن نسبة 0.7 في المئة الموجودة في اليورانيوم الطبيعي غير كافية لصنع القنابل أو حتى تشغيل مفاعل نووي لمحطة توليد الكهرباء. لذا، يتطلب الأمر وجود نسبة تتراوح بين 3 إلى 4 في المئة من اليورانيوم-235، والمعروفة باسم اليورانيوم ذو التخصيب المنخفض أو مفاعل الصف، في محطة الطاقة لتحقيق ذلك. أما بالنسبة لصنع القنبلة، فإنه يتطلب وجود نسبة عالية تبلغ 90 في المئة من اليورانيوم-235، والمعروفة باسم اليورانيوم ذو التخصيب العالي .

عملية تخصيب اليورانيوم هي عملية نأخذ فيها عينة من اليورانيوم الذي يحتوي على نسبة عالية من اليورانيوم U-235 .

وكان أول من قام بفهم كيفية تفعيل هذا هو علماء مشروع مانهاتن خلال الحرب العالمية الثانية، حيث قدموا أربعة أساليب لفصل اليورانيوم 235 عن اليورانيوم الخام، وهي: الانتشار الغازي، والفصل الكهرومغناطيسي، واستخدام الحرارة السائلة والطرد المركزي، وعلى الرغم من أن طريقة الطرد المركزي لم تستخدم في تخصيب اليورانيوم على نطاق واسع في ذلك الوقت .

أكثر الطرق شيوعا اليوم لتخصيب اليورانيوم هي الطرد المركزي الذي جذب عقودا من التنمية، وهذه الطريقة أكثر كفاءة مما كانت عليه خلال الحرب العالمية الثانية، وثم الانتشار الغازي. كما يتم تطوير طرق أخرى، بما في ذلك عدة استنادات على 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 .

طريقة تحويل اليورانيوم إلى وقود نووي

اليورانيوم هو عنصر طبيعي يوجد في قشرة الأرض، ويحدث آثاره في كل مكان تقريبًا، على الرغم من أن التعدين يحدث في المواقع التي يتم فيها تركيزه بشكل طبيعي .

لتصنيع الوقود النووي من اليورانيوم الخام، يتم استخراج اليورانيوم من الصخور وتخضيب النظائر باليورانيوم 235 قبل تحويله إلى كريات يتم تحميلها في قضبان الوقود النووي .

التعدين :
توجد مناجم اليورانيوم في 21 بلدًا، ومع ذلك، يأتي ما يقرب من نصف الإنتاج العالمي من 10 بلدان فقط، وتقع الألغام في 6 بلدان، وهي 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 .

على الرغم من ذلك، يستخدم تقريبا نصف المناجم في العالم الآن طريقة التعدين. وهذا يعني أن التعدين يتم دون أي تأثير بيئي واسع النطاق، وتخصص المياه الجوفية المستخدمة فيه بحقنها بكميات كبيرة من الأكسجين من خلال خام اليورانيوم، ويتم ضخ المنتج مع اليورانيوم المنصهر إلى السطح. وهناك أيضا طرق التعدين التي تنتج سائلا يحتوي على اليورانيوم المنصهر فيه، حيث يتم تنقيته أو فصل اليورانيوم عنه بواسطة تبادل الأيونات، ثم يتم تنقيته وتجفيفه لإنتاج أكسيد اليورانيوم المركز، ومن ثم يتم وضعه في براميل وإغلاقها. وقد يكون لون هذا التركيز أصفرا لامعا، وبالتالي يعرف باسم “الكعكة الصفراء .

كيف يتم تخصيب اليورانيوم

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

تركز محطة التخصيب على اليورانيوم 235، حيث يتم ترك نسبة تصل إلى 85٪ من اليورانيوم في الحلول لفصل اليورانيوم السادس فلوريد الغازي إلى تيارين: تيار يحتوي على المستوى المطلوب من اليورانيوم 235 ثم يتم تحويله إلى المرحلة التالية من دورة الوقود .

يشير تيار آخر إلى استنفاد اليورانيوم 235 المعروف باسم “ذيول” أو اليورانيوم المنضب، والذي يحتوي بشكل رئيسي على اليورانيوم 238 ويعتبر غير مفيد بشكل كبير .

تعتمد محطات التخصيب الحالية على عملية الطرد المركزي، وتضم الآلاف من الأنابيب الرأسية التي تدور بسرعة عالية لتخصيب اليورانيوم، وتجرى الآن الأبحاث عن طريق تخصيب اليورانيوم باستخدام الليزر، والذي يعتبر تقنية جديدة. وهناك عدد قليل من المفاعلات، وخاصة المفاعلات الكندية CANDU، التي لا تحتاج إلى تخصيب اليورانيوم .

تصنيع الوقود :
يتطلب تشغيل مفاعل نووي بقدرة 1000 ميجاوات حوالي 27 طنًا من الوقود النووي الجديد في العام، بينما تحتاج محطة توليد الكهرباء من الفحم إلى أكثر من مليونين ونصف مليون طن من الفحم لإنتاج كمية كبيرة 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 .

يتم استخدام عدة أعواد وقود لجعل كل جمعية وقود تعتمد على نوع المفاعل الذي يستخدمه، ويمكن استخدام مفاعل الماء المضغوط .