ما هو اليورانيوم وفوائده ومن أين يستخرج

نظائر اليورانيوم

يوجد اليورانيوم في عدة أشكال مختلفة قليلاً ، تُعرف بالنظائر ، وتختلف هذه النظائر عن بعضها البعض في عدد الجسيمات غير المشحونة في النواة ، والمعروفة باسم النيوترونات ، وعلى الرغم من احتوائه على 16 نظيرًا ، فإن لليورانيوم الطبيعي ثلاثة نظائر فقط. ، اثنان منها من اليورانيوم الخام. هذه النظائر الطبيعية هي:

• أورانوس 238: يشار إليه باسم U-238 ، وهو النظير الوحيد الذي يخضع للانشطار ، مما يعني أنه يمكن تفتيته بواسطة نيوترون ، ويمثل 99.3٪ من خام اليورانيوم.
• اليورانيوم 235: يشار إليه باسم U-235 ويشكل حوالي 0.7 ٪ من وزن خام اليورانيوم.
• اليورانيوم 234: يشار إليه باسم U-234 وهو أقل النظائر وفرة ، ويشكل 0.0054٪ فقط من خام اليورانيوم.

عملية فصل النظائر

العدد الذري لليورانيوم هو 92 ، وهو ما يتوافق مع عدد البروتونات في النواة ، بينما تحتوي النظائر الطبيعية الثلاثة على أعداد ذرية مختلفة ، حيث تحتوي ذرة اليورانيوم 238 على 146 نيوترونًا ، وتحتوي ذرة اليورانيوم 235 على 143 نيوترونًا ، وتحتوي ذرة اليورانيوم 234 على 142 نيوترونًا فقط ، وهذا الرقم يعطي العدد الإجمالي للبروتونات والنيوترونات التي لها الكتلة الذرية لكل نظير ، أي 238 ، 235 ، أو 234 على التوالي ، وعلى المستوى الذري ، يختلف حجم ووزن هذه النظائر قليلاً ، مما يعني أنه مع المعدات المناسبة وفي ظل الظروف المناسبة يمكن فصل النظائر.

قنابل نووية من اليورانيوم

القنابل النووية أو القنابل الذرية هي أسلحة نووية تستخدم طاقة الانشطار النووي لإنتاج انفجارات قوية ، وفي الواقع استخدمت الولايات المتحدة سلاحين نوويين فقط في سياق الحرب العالمية الثانية قرب النهاية. بعد حرب عام 1954 م ، تتكون القنابل الذرية من عنصر انشطاري مثل اليورانيوم المخصب في نظير يمكن أن يدعم تفاعل سلسلة الانشطار النووي ، وعندما يدخل نيوترون حر إلى نواة ذرة انشطارية مثل اليورانيوم 235 أو U- 235 ، ينقسم اليورانيوم إلى ذرتين أصغر حجمًا. تسمى الشظايا بالانشطار ، بالإضافة إلى المزيد من النيوترونات ، ويمكن أن يكون الانقسام الذاتي مستدامًا لأنه ينتج المزيد من النيوترونات بالمعدل الضروري لحدوث المزيد من الانشطار ، وهذا يخلق تفاعلًا متسلسلًا.[1]

من هو مكتشف اليورانيوم؟

تم اكتشاف اليورانيوم لأول مرة من قبل الكيميائي الألماني مارتن كلابروث في عام 1789 م خلال تجربة تم فيها عزل أكسيد اليورانيوم من تحليل عينات البتشبلند من مناجم الفضة في مملكة بوهيميا السابقة ، الواقعة في ما يعرف الآن بجمهورية التشيك. في ذلك الوقت ، كان اسم أورانوس إشارة إلى كوكب أورانوس ، اكتشف قبل 8 سنوات من اكتشاف اليورانيوم ، وكان اليورانيوم في ذلك الوقت يسمى العنصر الانشطاري ، لأنه قادر على الانشطار ، وهذا صحيح. من الجدير بالذكر أن اكتشاف مارتن كلابروث وجد أنه أكسيد اليورانيوم. هذا فقط ليس يورانيوم نقي كما كان يعتقد في الأصل ، حيث تم اكتشافه لاحقًا وعرفت العديد من خصائصه.[2]

تاريخ اليورانيوم

يعود تاريخ اليورانيوم إلى نهاية القرن الثامن عشر ، عندما اكتشفه العالم مارتن كلابروث ، ورغم اكتشافه المبكر إلا أن خصائصه المهمة لم تكتشف إلا بعد عقود. أما بالنسبة لتزجيج وتلطيخ السيراميك في التصوير الفوتوغرافي المبكر ، فلم يتم التعرف على خصائصه المشعة المعروفة اليوم حتى عام 1866 م ، وظهرت إمكانية استخدامه كمصدر للطاقة فقط في منتصف القرن العشرين الماضي ، عندما تم استخدامه بعد الحرب العالمية. الثانية من قبل الولايات المتحدة الأمريكية ، والتي تضمنت القنبلة النووية التي نفذت مجزرة اليابان في هيروشيما ، وتطوير القضية بحيث يتم استخدام اليورانيوم الآن لتشغيل المفاعلات النووية التجارية وتوليد الكهرباء وإنتاج النظائر المستخدمة في الطب ، أغراض صناعية ودفاعية حول العالم.[2]

خصائص اليورانيوم

اليورانيوم عنصر موجود بشكل طبيعي على الكرة الأرضية ، ومثل أي عنصر آخر ، له خواصه الفيزيائية والكيميائية ، وأهمها:[2]

• العدد الذري: عدد البروتونات في النواة 92.
• الكود الذري: في الجدول الدوري للعناصر U.
• الوزن الذري: هذا هو متوسط ​​كتلة الذرة ، ويساوي 238.02891.
• كثافة: 18.95 جرام لكل سنتيمتر مكعب.
• يحدث: في درجة حرارة الغرفة ، تكون صلبة ولها ذرات قابلة للذوبان في الماء أو غازات الهواء.
• درجة حرارة الانصهار: درجة الحرارة 1135 درجة مئوية أو 2075 درجة فهرنهايت.
• نقطة الغليان: هذه 4131 درجة مئوية ، أي ما يعادل 7468 درجة فهرنهايت.
• عدد النظائر: يحتوي اليورانيوم على 16 نظيرًا ، 3 منها فقط توجد بشكل طبيعي.
• مظهر خارجي: اليورانيوم معدن ثقيل أبيض فضي لامع.
• جسديا: إنه مرن ، مطيل ومغناطيسي قليلاً.
• كيميائيا: في الهواء ، يُغطى اليورانيوم المعدني بطبقة من الأكسيد ، وتذيب الأحماض المعدن ، لكن القلويات لا تعمل عليه.
• تأثير: اليورانيوم ومركباته ، اليورانيل ، شديدة السمية كيميائيًا وإشعاعيًا.
• النشاط الإشعاعي: يحتوي اليورانيوم على ثلاثة تعديلات على البلورات المشعة: ألفا وبيتا وجاما.

مصادر اليورانيوم

تتعدد مصادر اليورانيوم ومنها:[3]

• في المعادن ، يحدث في البتشبلند ، والكارنيتات ، والكلفيت ، والإليوتونيت ، واليورانيت ، والأورافان ، والتوربورنيت.
• يوجد اليورانيوم في الصخور في صخور الفوسفات والجمر البني ورمال المونازيت.
• يمكن الحصول على اليورانيوم عن طريق اختزال هاليدات اليورانيوم باستخدام الفلزات القلوية أو القلوية الترابية ، أو عن طريق اختزال أكاسيد اليورانيوم بالكالسيوم أو الكربون أو الألومنيوم عند درجات حرارة مرتفعة.
• يمكن الحصول على المعدن عن طريق التحليل الكهربائي لـ KUV 5 أو KUV 4 ويتم إذابته في خليط مصهور من CaCl 2 و NaCl.
• يمكن الحصول على اليورانيوم عالي النقاء عن طريق الانحلال الحراري لهاليدات اليورانيوم.

كيف يتم استخراج اليورانيوم؟

يوجد يورانيوم خام من المنجم ويورانيوم منخفض الدرجة ، لذلك يجب تخصيب اليورانيوم من هذه الخامات للحصول عليه بكثرة. وتكون النتيجة عجينة صفراء ، أو ما يسمى بالكعكة الصفراء ، تحتوي على 75٪ من أكسيد اليورانيوم ، وبعد ذلك يتم تنقية العجينة الصفراء ، مع عدد من التحولات الكيميائية وتحويلها إلى صورة مفلورة ، أو سداسي فلوريد اليورانيوم ، بحيث يكون كل منها تحتوي ذرة اليورانيوم على 6 ذرات فلور ، وهذا ما يسمى بعملية التحويل ، لذا فإن اليورانيوم منتج نقي جاهز للتخصيب.[3]

ما هو تخصيب اليورانيوم؟

بمعنى بسيط ، يعتبر تخصيب اليورانيوم عملية ضرورية لإنتاج وقود نووي فعال من اليورانيوم المستخرج من الطبيعة الأم ، عن طريق زيادة نسبة اليورانيوم 235 ، الذي يخضع بدوره للانشطار بالنيوترونات الحرارية ، وترتبط عملية التخصيب بـ إنتاج. بمجرد تكرير العجينة الصفراء وتحويلها إلى سداسي فلوريد اليورانيوم ، يصبح اليورانيوم جاهزًا للتخصيب ، حيث تتم عملية زيادة نسبة اليورانيوم 235 من 0.7 في المائة في اليورانيوم الطبيعي إلى حوالي 3-5 في المائة لاستخدامه في وقود المفاعلات النووية. ، ويمكن أن يتم التخصيب من خلال عدة عمليات ، مثل عملية فصل النظائر التي شرحناها سابقًا ، أو الانتشار الغازي ، أو أجهزة الطرد المركزي الغازية.[3]

استخدامات اليورانيوم

تاريخياً عرف الإنسان القديم اليورانيوم دون أن يعرفه ، فعند استخدام أكسيد اليورانيوم كصبغة لطلاء السيراميك ، وبعد اكتشافه الحقيقي والواضح ظهرت أهم تطبيقاته ، ومنها:[4]

• لليورانيوم أهمية كبيرة كوقود نووي لأن الوقود النووي يستخدم لتوليد الكهرباء وإنتاج النظائر والأسلحة.
• يعتقد العلماء في جيولوجيا الأرض أن اليورانيوم والثوريوم يسببان معظم الحرارة الداخلية للأرض بسبب وجود اليورانيوم والثوريوم.
• يستخدم اليورانيوم 238 ، بعمر نصف 4.51 × 109 سنوات ، لعمر الصخور النارية ، وهذا ما يعرف بالتأريخ الإشعاعي.
• يمكن استخدام اليورانيوم لتصلب وتصلب الفولاذ.
• يستخدم اليورانيوم في صناعات مثل أجهزة التوجيه والجيروسكوبات ومكابح الصواريخ وغيرها.
• يستخدم اليورانيوم لأهداف الأشعة السينية ، والتي تستخدم على نطاق واسع في الطب.
• يمكن استخدام النترات كمسحوق فوتوغرافي ، بينما يمكن استخدام الأسيتات في الكيمياء التحليلية.
• اقترح العلماء أن الوجود الطبيعي لليورانيوم في التربة قد يكون دليلاً على وجود الرادون وذريته.
• تم استخدام أملاح اليورانيوم في صناعة زجاج الفازلين الأصفر والسيراميك.

فوائد اليورانيوم

كمادة طبيعية ، وفي حالة استخدامه للأغراض السلمية دون أي استخدامات نووية أخرى ، يعتبر اليورانيوم من أهم المواد ذات المزايا الكبيرة خاصة في مجال الطاقة ، ومن أهم مميزاته:[4]

• الطاقة النووية ، المصنوعة من اليورانيوم ، هي مصدر للكهرباء أكثر صحة وخالية من الكربون من الوقود الأحفوري.
• يعتبر اليورانيوم مصدرًا ممتازًا للطاقة من أجل تحميل أساسي موثوق للشبكة الكهربائية.
• إنه مصدر محايد للكربون للكهرباء وأكثر صحة من الوقود الأحفوري.
• إن استخدام مواد أقل في الطاقة المختبرية ، مثل اليورانيوم ، يعني تعدين أقل وتأثيرًا أقل على البيئة.
• يتوزع اليورانيوم على نطاق واسع وخاصة في الصناعات الكبيرة وتعتبر النظائر المشعة المشتقة منه مفيدة للغاية خاصة في مجال الطب.
• يستخدم اليورانيوم مع بعض المواد المشعة الأخرى لمعرفة تكوين الأرض وتاريخها ومواردها الجوفية.
• من الناحية الاقتصادية ، يعد تعدين اليورانيوم وتخصيبه من الصناعات التي تطور اقتصاديات الدول المنتجة ، وخاصة في كندا ، وتوفر فرص عمل كبيرة جدًا.

جميع الأكتينيدات هي عناصر مشعة.