كل شيء عن اليورانيوم

الهندسة الكيميائية والبترول
1

اليورانيومFONT=&quot[/FONT]
تحتوي القشرة الأرضية على كمية من اليورانيوم ليست بالقليلة ( تساوي تقريباً كمية مادة الرصاص) . حيث تقدر بـ 0.0005 % من كل القشرة الأرضية،أي 65 * 10 12 طن ويكون مبعثراً في جميع الدول ، ولكن يتواجد في بعض الدول بنسب أكبر مثل :كونغو ، نيجر،تشيكوسلوفاكيا،موريتانيا،كندا ، استراليا، جنوب أفريقيا، الهند، إسبانيا، البرتغال.يتواجد في الوطن العربي حراً ومع الفوسفات,،حيث يشكل في الفوسفات نسبة0.015 %. تصل احتياطات الوطن العربي من اليورانيوم إلى /1.5/ مليون طن من فلزات اليورانيوم الأولي U3O8 و إجمالي الاحتياط الثانوي من الفوسفات إلى/4.9153/مليون طن.إن معدل اكتشاف اليورانيوم في العالم وصل في التسعينات إلى ما بين / 200 ـ 300 ألف طن / سنوياً.


علماً بأن اليورانيوم (U-236)غير موجود في الطبيعة ولكن يمكن أن يصنع بالمفاعلات



[SIZE=5]

[/SIZE]أبرز صفاته:
اليورانيوم هو عنصر فلزي ثقيل، أبيض فضي، سام , الوزن الذري لليورانيوم 238,0289
ويعتبر من أعقد المعادن المعروفة على سطح الأرض من الناحية الكيماوية حيث يتكون من عشرات العناصر المتداخلة مع بعضها البعض
حيث إن هذا الخام لا يوجد بكثرة في كل دول العالم وإنما يوجد في دول محدودة جداً هي كندا وأمريكا وجنوب أفريقيا وأستراليا ,نيجيريا.

وقطعة من معدن اليورانيوم الصافي تبدو قريبة من معدن الفضة أو الفولاذ ولكنها ثقيلة جداً فكثافته عند 25°م هي 19,05جم لكل سنتيمتر مكعب أي أن 1 متر مكعب من اليورانيوم يزن نحو 20 طن! فهو من أثقل المعادن الموجودة في الطبيعة, فهو ثاني أثقل عنصر موجود في الطبيعة بعد البلوتونيوم
[SIZE=5][COLOR=#3333FF][FONT=&quot]

[/FONT][/COLOR][/SIZE]
ينصهر اليورانيوم عند 1,132°م،
ويغلي عند 3,818°م.
[SIZE=5]وهو ينتمي إلى مجموعة العناصر المسماة سلسلة الأكتينيدات[COLOR=blue][FONT=&quot]

[/FONT][/COLOR]المظهر
silvery gray metallic
يتآكل إلى شظايا
Electrons per shell
2, 8, 18, 32, 21, 9, 2
الخواص الطبيعية
الحالة
solid
نقطة الذوبان
1405.3 K
(1132.3 °C, 2070 °F)
نقطة الغليان
4404 K
(4131 °C, 7468 °F)
حرارة الانصهار
9.14 kJ•mol−1
حرارة التبخر
417.1 kJ•mol−1
السعة الحرارية
(25 °C) 27.665 J•mol−1•K−1
الخصائص الذرية
البنية البلورية
orthorhombic
حالات التأكسد
3+,4+,5+,6+
(weakly basic oxide)
السالبية الكهربية
1.38 (Pauling scale)
نصف القطر الذري
138.5 pm
نصف قطر فان در فالس
186 pm
خواص اخرى[/SIZE]
[SIZE=5]الترتيب المغنطيسي
paramagnetic
المقاومة الكهربية
(0 °C) 0.280 µΩ•m
التوصيل الحراري
(300 K) 27.5 W•m−1•K−1
التمدد الحراري
(25 °C) 13.9 µm•m−1•K−1
معامل يونج
208 GPa
نسبة بواسون[COLOR=blue][FONT=&quot]
0.23

[/FONT][/COLOR][/SIZE]
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. وينتج اليورانيوم أيضًا الانفجارات الهائلة لبعض الأسلحة النووية.
يوجد اليورانيوم الطبيعي في القشرة الأرضية بنسبة 3 جرامات في الطن, وأيضًا في ماء البحر بنسبة 3 مليجرامات في الطن(المتر المكعب). الواحد إذاً هو عنصر نادر
يستخلص اليورانيوم إما من طبقات قريبة من سطح الأرض أو عن طريق التعدين من باطن الأرض. ورغم أن مادة اليورانيوم توجد بشكل طبيعي في أنحاء العالم المختلفة، إلا أن القليل منه فقط يوجد بشكل مركز كخام يمكن الاستفادة منه
[SIZE=5][COLOR=#3333CC][FONT=&quot]

[/FONT][/COLOR][/SIZE]
خاماته وتواجده
هناك مناجم للفحم ومناجم للذهب … كذلك هناك مناجم لمادة " اليورانيوم " الخامية ، حيث يتم استخراج هذا المعدن من مناجمه
ويتحد اليورانيوم بسهولة مع العناصر الأخرى، ويوجد في الطبيعة عادة مكونًا مركبات مع الأكسجين. وفي معظم المياه السطحية والجوفية يوجد اليورانيوم في شكل أكسيد أو كربونات أو فوسفات أو فلوريد أو كبريتات. وبالإضافة إلى ذلك، يتفاعل اليورانيوم مع الأحماض مكونًا مركبات تسمى أملاح اليورانيل.وكل مركبات اليورانيوم عالية السمية
المصدر الأساسي لليورانيوم هو اليورانينيت UO2 ، ومن أهم أنواعه البتشبلند، الذي اكتشف فيه اليورانيوم لأول مرة.
ومن الخامات الرئيسية الأخرى :
اليورانوفان
الكوفينيت
الكارنوتيت k2(UO3)(VO4)2.3H2O
وقد يحتوي الحجر الجيري والطفل والفوسفات على ترسبات قيمة من خامات اليورانيوم
[SIZE=5] بينما يحتوي الجرانيت عادة على كميات قليلة من اليورانيوم[COLOR=blue][FONT=&quot].

[/FONT][/COLOR][/SIZE]
وفي دراسات وجد ان الفوسفات الأردني المستخدم في صناعة حامض الفوسفوريك يحتوي على نحو 50 إلى 100 جزء بالمليون من اليورانيوم الذي يمكن إستخلاصه بالطرق التكنولوجية الحديثة لإنتاج مادة الكعكة الصفراء (Yellow Cake)
[SIZE=5]

[/SIZE]

وهذه الصورة لخندق في منطقة وسط المملكة الاردنية من مجموعة خنادق وابار تم حفرهاحيث تم حفر اربعين بئرا و29 خندقا بطول مئتي متر وعمق 4,5 متراً بعد ان دلت الدراسات على وجود كميات مناسبة من اليورانيوم


[SIZE=5]وتعد كندا والولايات المتحدة الأمريكية وجنوب إفريقيا وأستراليا ونيجيريا من أهم الدول المزوّدة لليورانيوم[COLOR=blue][FONT=&quot].

[/FONT][/COLOR][/SIZE]
في نهاية تسعينيات القرن العشرين بلغ إجمالي وزن اليورانيوم القابل للتعدين بتكاليف معقولة حوالي 2,700,000 طن متري. ويبلغ إنتاج العالم السنوي من اليورانيوم حوالي 35,000 طن متري. وتأتي كندا في مقدمة الدول المنتجة لليورانيوم في العالم، حيث تنتج منطقة ساسكاتشوان أكثر من نصف ما تنتجه كندا من اليورانيوم

تاريخ استخدام اليورانيوم

· استخدم الناس اليورانيوم ومركباته منذ حوالي ألفي عام تقريباً فقد احتوى زجاج ملون أنتج من خوالي عام 79 م على أكسيد اليورانيوم , وظل مصنعو الزجاج يستخدمون هذا التركيب يستخدمون هذا المركب مادة ملونة حتى القرن التاسع عشر

[SIZE=5]· واستخدم اليورانيوم أيضًا مادة ملونة في طلاء أو تزجيج الخزف الصيني. وبالإضافة إلى ذلك استخدم اليورانيوم في معالجة الصور الفوتوغرافية[COLOR=blue][FONT=&quot].

[/FONT][/COLOR][/SIZE]
· اكتشف الكيميائي الألماني مارتن كلابروث اليورانيوم في عام 1789م، حيث وجده في البتشبلند، وهو معدن داكن، أسود مزرق اللون. وقد سمى كلابروث اليورانيوم على اسم كوكب أورانوس، الذي كان قد اكتشف في عام 1781م

[SIZE=5]· في عام ا841 م فصل الكيميائي الفرنسي يوجين بليجو اليورانيوم النقي من البتشبلند[COLOR=blue][FONT=&quot].

[/FONT][/COLOR][/SIZE]
[SIZE=5]· وفي عام 1896م، اكتشف الفيزيائي الفرنسي أنطوان هنري بكويريل أن اليورانيوم مادة مشعة، وكان هذا الاكتشاف أول اكتشاف لعنصر مشع في التاريخ[COLOR=#943634][FONT=&quot].

[/FONT][/COLOR][/SIZE]

· وفي 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 1938م.

· وفي عام 1942م، أنتج الفيزيائي الإيطالي المولد إنريكو فيرمي ومساعدوه في جامعة شيكاغو أول تفاعل سلسلي اصطناعي، مستخدمين اليورانيوم 235 مادة انشطارية. وقد قاد عمل فيرمي إلى تطوير القنبلة الذرية، كما قادت الأبحاث العلمية إلى الاستخدامات السلمية لليورانيوم.

[SIZE=5]· 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، والنظم الحكومية المرتبطة بالسلامة،(كما حدث في مفاعل فوكوشيما في اليابان ومن قبله مفاعل تشرنوبل في الاتحاد السوفيتي) وارتفاع تكلفة وتشغيل المحطات الجديدة مقارنة بتكلفة محطات القدرة التي تستخدم الطاقة الناتجة عن حرق الفحم الحجري والغاز الطبيعي.[COLOR=blue][FONT=&quot]

[/FONT][/COLOR][/SIZE]
.
نظائر اليورانيوم


[SIZE=5]§ نظير ذرييورانيوم ( 235) وهو قابل للانشطار، (fissile ) ويدعى النظير الانشطاري حيث يعطي هذا النظير بالانشطار كميات هائلة من الطاقة، وهو لا ينشطر تلقائيا، ولكن عند تعرضه لتيار من النيوترونات يتحول إلى بلوتونيوم (239)، الذي له خاصية الانشطار التلقائي ويتواجد في خام اليورانيوم بنسبه صغيره 0.71 % و يستخدم في المفاعلات النووية وتصنع منه القنابل الذرية و يعمل كبادئ للقنبلة الهيدروجينية ،[COLOR=blue][FONT=&quot]

[/FONT][/COLOR][/SIZE]
[SIZE=5]§ نظير ذري يور انيوم(238) ويتواجد في الخام بنسبة كبيره (99.28( % وهو غير قابل للانشطار (non fissile) وهو مايتم تخصيبه للاستخدام في المفاعلات النووية و يستخدم في الدراسات والتشخيص ويستعمل أيضاً في تحسين الزراعة والعلاج الكيماوي ويستخدم في تتبع وصول الدواء لاماكنه داخل الجسم الحي . ويستخدم في المفاعلات المولدة للوقود النووي breeder reactor
ويعرف اليورانيوم 238 باليورانيوم المستنفد، أو الخامد، أو المنضّب[COLOR=blue][FONT=&quot].

[/FONT][/COLOR][/SIZE]
[SIZE=5]§ نظير ذري (233) قابل أيضا للانشطار بالنوترونات ويمكن استخدامه في المفاعلات الذرية التي تعمل بغاز الهيليوم المولدة للحرارة العالية Thermal nuclear reactor ،[COLOR=blue][FONT=&quot]

[/FONT][/COLOR][/SIZE]
§ نظير ذري (234) ويتواجد كشوائب داخل الخام نسبته حوالي 0,006%.
فترة نصف العمر
عنصر اليورانيوم ذو نشاط إشعاعي، إذ أن ذراته تتفتت ببطء مطلقة طاقة في شكل إشعاع حيث تبلغ فترة نصف العمر بالنسبة إلى (نظير ذري 238) حوالي 4.9 710× سنة(4,9 بليون عام)
ولليورانيوم 235 حوالي 7.04 810 × سنة(حوالي 700 مليون عام)
ولليورانيوم 234 حوالي 250,000 عام

النشاط الإشعاعي
كل نظائر اليورانيوم مشعة، حيث تنحل (تتفتت) نوى ذراتها مطلقة جسيمات وطاقة، وخاصة جسيمات ألفا وجسيمات بيتا وأشعة جاما.
وعندما ينحل النظير يتحول إلى نظير آخر. وبحدوث سلسلة من الانحلالات يتحول اليورانيوم في النهاية إلى نظير للرصاص غير مشع.
[SIZE=5]

[/SIZE]

الزمن المعطى بين الخطوات يمثل فترة نصف العمر :

s : ثانية
mi : دقيقة
d : يوم
m : شهر
Y : سنة



ويقيس العلماء معدل إشعاع أي نظير على أساس عمره النصفي، أي الفترة الزمنية التي يتبقى بعدها نصف عدد الذرات المكونة لعينة من النظير في شكل ذرات لذلك النظير.
[SIZE=5]. ويعتقد أن جزءًا كبيرًا من حرارة باطن الأرض ينتج عن الإشعاع الصادر عن اليورانيوم[COLOR=blue][FONT=&quot].

[/FONT][/COLOR][/SIZE]
قابلية الانشطار

ينشطر اليورانيوم 235 إلى شظيتين عند قذفه بنيوترون، وتنطلق عن ذلك طاقة، كما ينطلق نيوترونان أو أكثر. وتسبب هذه النيوترونات بدورها انشطار نوى أخرى، مطلقة أيضًا طاقة ونيوترونات. عند انشطار نواة يورانيوم 235 تتحرر طاقة يتجاوز مقدارها 200 مليون إلكترون/ فولت. وبشكل أكثر وضوحا يمكن مقارنة مقدار الطاقة المحررة بالطاقة المحررة من الفحم: من كيلو غرام واحد من الفحم يمكن إنتاج 8 كيلو واط/ ساعة. أما من كيلو غرام واحد من اليورانيوم 235، فيمكن إنتاج ما يقارب 24 مليون كيلو واط/ ساعة. ويتم إنتاج هذه الطاقة داخل المفاعلات النووية.
[SIZE=5] وتحت ظروف معينة يمكن لهذه العملية أن تستمر في سلسلة من الانشطارات ذاتية الاستمرار تسمى التفاعل السلسلي[COLOR=#3333FF][FONT=&quot].

[/FONT][/COLOR] [/SIZE]
ولا تنشطر نواة اليورانيوم 238 عند قذفها بنيوترون إلا نادرًا، وذلك لأنها عادة تمتص النيوترونات التي تصطدم بها.
وبهذا تعتبر مادة اليورانيوم 235 هي الوقود الرئيسي المستخدم في المفاعلات النووية
ويتم التحكم بمعدل الانشطار النووي في المفاعل باستخدام قضبان من مادة الكاديوم التي تقوم بامتصاص بعض النيوترونات المتحررة فهي تسمح بتنظيم الانشطار النووي والتحكم الآمن به ، كما يستخدم نظام تبريد مائي للتخلص من الحرارة المفرطة التي تنتج في أثناء العملية ، ويستخدم البخار الذي يتم توليده لتدوير التربينات التي تولد الطاقة الكهربائية وبذلك فلإنتاج 133 ميغا وات يحتاج المفاعل إلى 25 طن من اليورانيوم المخصب والتي يتم إنتاجها من 210 طن من اليورانيوم الطبيعي

تعدين اليورانيوم
[SIZE=5] تستخدم شركات التنقيب ثلاث طرق رئيسية لاستخراج اليورانيوم من الأرض :
1_التعدين المحلولي المكاني
2_التعدين المكشوف
3_ التعدين الأرضي.[COLOR=blue][FONT=&quot]

[/FONT][/COLOR][/SIZE]
التعدين المحلولي المكاني. يبدأ التعدين المحلولي المكاني بضخ محلول خاص عبر ثقوب تحفر في باطن الأرض لتذويب أكاسيد اليورانيوم. ويضخ المحلول المحتوي على الأكاسيد بعد ذلك إلى حاويات موضوعة على السطح.
وفي كل الحالات تقريبًا، تكون الثقوب المستخدمة في التعدين المحلولي المكاني محفورة مسبقًا ضمن جهود التنقيب عن ترسبات اليورانيوم، حيث يستخدمها المنقبون، أثناء عمليات الاستكشاف الأولية لإنزال كاشفات الإشعاع.

التعدين المكشوف. في هذا النوع من التعدين تستخدم المتفجرات لتفتيت الصخور والترب التي تغطي ترسبات اليورانيوم قرب سطح الأرض. يحفر المنقبون ثقوبًا تملأ بالمتفجرات. وبعد الانفجارات تستخدم جرافات ضخمة لإبعاد الكتل الصخرية، ثم تستخدم جرافات أصغر لاستخراج خام اليورانيوم.

التعدين الأرضي. يستخدم التعدين الأرضي في حالة وجود خام اليورانيوم بعيدًا عن السطح. تحفر شركات التنقيب أنفاقًا داخل الترسبات، وبعد ذلك يحفر المنقبون ثقوبًا داخل جدران الأنفاق لملئها بالمتفجرات التي تخلخل الخام، ثم يضعون الخام في دلاء ترفع إلى السطح.

[SIZE=5]
يتبع…



[/SIZE]

2

تكرير ومعالجة خام اليورانيوم






· اولا يتم تكسير الخام إلى قطع صغيرة ثم يتم تجميعها عن طريقة الطفو باستخدام حمض الفوليك, ثم يتم تحميصها في الهواء حتي يتم تحوليها إلى الأكاسيد المقابلة

· بعد ذلك يتم تصفيتها في مزيج من حمض الكبريتيك وبرمنجانات البوتاسيوم حتى نتأكد من أكسدة اليورانيوم الموجود بالخام يتم ترسيب اليورانيوم بأضافة هيدروكسيد الصوديم حتي يتحول الي الصيغه غير الذائبه (Na2U2O7) ويطلق عليها اسم الكعكة الصفراء yellow cake( وتنقى الكعكة الصفراء إلى أكسيد يسمى أيضًا الكعكة الصفراء، وصيغته الكيميائية( U3O8 يذكر أن 60% إلى 70% من الكعكة الصفراء من اليورانيوم بالتحديد من ثاني أكسيد اليورانيوم(أكسيد اليورانيوم المركز)، وهي نشطة إشعاعيا.
· , بعد ذللك يتم إضافة حمض النيتريك حتى يتحول إلى نترات اليورانيم UO2(NO3)2 (H2O)nالذي يتم امرار بخار الفلور عليه متحولا إلى بخار من فلوريد اليورانيم (UF4)

ثم يتم استخلاص اليورانيوم النقي بواسطة الاختزال عن طريق عنصر الكالسيوم ويتم استخلاص نظائر اليورانيوم أيضا بطريقة مماثلة.( ويُخضع الأكسيد في معمل تحويل إلى تفاعل كيميائي مع الفلور، لإنتاج سادس فلوريد اليورانيوم او هكسا فلورايد اليورانيوم (UF6).وينبغي الاشارة ان لسداسي فلوريد اليورانيوم خواص مؤكسدة وهو قابل للتفاعل بسهولة، وعلى ذلك يتعين التعامل معه بعناية بالغة.
ويتعين مد أنابيب وإنشاء مضخات خاصة في وحدات التحويل من الألومنيوم والنيكل. كما ينبغي أن يكون الغاز بمنأى عن الزيت ومواد التشحيم حتى لا تحدث أي تفاعلات كيميائية غير مطلوبة
[SIZE=5]

[/size]

تطبيقات واستخدام اليورانيوم
1- الاستخدام السلمي:- حيث يستخدم اليورانيوم المخصب الذي وصلت فيه درجة تركيز اليورانيوم 235 القابل للانشطار من 3 % إلى 5 %. وعامل التحفيز النيوتروني يجب أن يكون أقل من الواحد في صناعة وقود المفاعل النووي لإنتاج الطاقة
[SIZE=5](حيث إن عامل التحفيز النيتروني هو عدد النيترونات المستخدمة في انشاء سلسلة التفاعلات chain reaction في المفاعل النووي.)[COLOR=#3333FF][FONT=&quot]

[/font][/color][/size]
[SIZE=5]

[/size]o
يستعمل اليورانيوم المستنزف أيضا كدرع واقي لبعض الحاويات المحتوية على مواد اشعاعية.
o ويستغل المهندسون ثقل اليورانيوم في عدد من التطبيقات، حيث يستخدمون اليورانيوم في البوصلات الدوارة في الطائرات، لحفظ توازن الجنيحات وغيرها من سطوح التحكم في الطائرات والمركبات
o يعد اليورانيوم وقودا ممتازا في المنشأت التي تعمل بالطاقة النووية.
o كما أن خواص اليورانيوم المشعة ونصف عمر العينة يجعله مناسبا لتقدير عمر الصخور النارية. ويستخدم العلماء اليورانيوم أيضًا لتحديد والمياه الجوفية وترسبات الترافرتين )أحد أشكال الحجر الجيري) في المواقع الأثرية. يوجد اليورانيوم أساسًا في الصخور، ولكن بتركيزات منخفضة جدًا. ففي المتوسط، يوجد 26 رطلاً فقط من اليورانيوم في كل مليون رطل من القشرة الأرضية. ويوجد اليورانيوم بتركيزات أقل من ذلك في الأنهار والبحيرات والمحيطات وغيرها من الأجسام المائية، حيث يوجد ما بين 0,1 رطل و10 أرطال من اليورانيوم في كل بليون رطل من الماء، بما تحتويه من مواد محتوية على اليورانيوم.
o تشغيل المحطات الضخمة لتوليد الكهرباء، وفي تحلية ماء البحر


2 - الاستخدام العسكري:- حيث يستخدم اليورانيوم المخصب في إنتاج الأسلحة النووية (قنابل ، رؤوس نووية) ولكي يتم إنتاج أسلحة نووية يشترط أن تكون نسبة اليورانيوم 235 المخصب من 20 % إلى 90 % وهذا يتوقف على نوعية السلاح وهنا عامل التحفيز النيتروني يجب أن يكون أكبر
فاليورانيوم 235 يستخدم لصناعة الاسلحة النووية من الواحدالانشطارية والاندماجية والتي لها الاثر الكبير على الارواح والممتلكات
[SIZE=5]

[/size]يستخدم اليورانيوم في التطبيقات العسكرية في ما يسمى بالقاذفات الخارقة حيث يتم استعمال اليورانيوم المستنزف الذي يستطيع تدمير الاهداف المدرعة عند السرعات العالية. ولهذه الشظايا اثر سلبي على البيئة كما حدث في أحداث حرب الخليج (متلازمة حرب الخليج)





[SIZE=5]و بناء على ما تقدم يتضح أن استخدام اليورانيوم المخصب في المجال السلمي والعسكري يتوقف على نسبة تركيز اليورانيوم 235 وبهذا يعتبر تخصيب اليورانيوم سلاحا ذا حدين يمكن استخدامه في الخير أو الشر حسب النوايا.[COLOR=#3333FF][FONT=&quot]

[/font][/color][/size]


يتع…
[SIZE=5] \

[/size]

3

تخصيب اليورانيوم

ذكرنا سابقا انن الطاقة النووية يمكن استخدامها في المجال السلمي(انتاج الطاقة الكهربائية مثلاً) او العسكري
ولكي يمكن استخدام اليورانيوم في المفاعل؛ لإنتاج الحرارة عبر تفاعل انشطاري، ينبغي أن تكون قاعدة اليورانيوم قاعدة نشطة أي أن يكون اليورانيوم مخصبا بما يكفي للسماح بحدوث تسلسل تفاعلي يستمر من تلقاء نفسه
ولكي نحصل على طاقة كهربائية من عنصر اليورانيوم235 يتوجب زيادة تركيزه أو “تخصيبه” بنسبة تتراوح بين (3الى 5 %)، أما الحصول على ما يعرف باليورانيوم النقي المثالي لإنتاج قنبلة نووية، فيلزم معه التخصيب بنسبة 20 الى 90 % وذلك يتوقف على طبيعة السلاح النووي
حيث ان القنبلة النووية تحوي من 4 الى 8 كيلو غرام على شكل كميتين منفصلتين من اليورانيوم 235 السريع الانشطار اي أقل من 20% من اليورانيوم 238
ان كل المفاعلات الاتعمل الا بتخصيب اليورانيوم وزيادة نسبة اليورانيوم الانشطاري(يورانيوم 235) والنوع الوحيد من المفاعلات الذي يمكن أن يعمل باليورانيوم الطبيععي(الذي يحوي النظائر الثلاث دون تخصيب) هي من نوع MAGNOX وتستعمل الماء الثقيل و الغاز _الجرافيت

لكن نعلم ان اليورانيوم235 يتواجد باكثر من شكل والمطلوب تزكيزه(تخصيب)اليورانيوم 235 لأنه هو المستخدم في المفاعلات النووي,ويتواجد مع اليورانيوم 238 الذي يتواجد بنسبة كبيرة
ان اليورانيوم 238 أثقل من اليورانيوم 235 بنسبة بسيطة(وهذا مايعقد طريقة الفصل)لاتتجاوز 0,85 %ومن هذا الفرق البسيط في الكتلة يمكن فصل النظيرين والحصول على تركيز اكبر من اليورانيوم 235 بعملية التخصيب
اي بالمختصر عملية التخصيب هي العملية التي تزيد تركيز اليورانيوم 235(اليورانيوم الانشطاري) في اليورانيوم الى نسبة معينة لاستخدامه في المفاعلات النووية

فنجد من ذلك ان مصانع تخصيب اليورانيوم هي النقطة الفاصلة بين الاستخدام السلمي والعسكري للطاقة النووية
فعملية التخصيب لا تشكل بحد ذاتها عاملا في تحديد الاستخدامات السلمية أو غير السلمية لأي برنامج نووي، وإنما نسبة التخصيب، التي إن كانت عالية، فإن العنصر المخصب يصلح استخدامه كوقود نووي أو في صنع قلب القنبلة النووية
وتتطلب الرقابة والتفتيش الدائمين من ناحية الوكالة الدولية للطاقة الذرية, إذا أراد العالم منع انتشار الأسلحة النووية
وعملية التخصيب هذه صعبة ومكلفة وتكمن الصعوبة ان النظائر الذي يراد ازالتها من اليورانيوم شبيهة جدا من ناحية الوزن للنظائر
هناك ثلاث مستويات من اليورانيوم المخصب:
• اليورانيوم ذو الخصوبة العالية Highly enriched uranium وتحتوي على 20% من اليورانيوم-235
• اليورانيوم ذو الخصوبة المنخفضة Low-enriched uranium وتحتوي على اقل من 20% من اليورانيوم-235
• اليورانيوم ذو الخصوبة المحدودة Slightly enriched uranium وتحتوي على 0.9% إلى 2% من اليورانيوم-235
والجدير بالذكر أن الصعوبة في عملية التخصيب تتمثل في الوصول إلى نسبة (3 الى 5 %)في المائة من نوع “اليورانيوم المخصب 235”، لكن بعد ذلك تصبح عملية زيادة النقاء إلى 20 أو 90 في المائة سهل
التحدي الرئيسي أمام أي دولة تريد صناعة قنبلة نووية، لا تكمن فقط بطريقة تخصيب اليورانيوم والحصول على نسبة مرتفعة فقط بل هو معرفة تحول اليورانيوم عالي النقاء إلى سلاح نووي، وهي تقنية متقدمة جدا وتحتاج تقنيات عالية ومخابر متطورة وميزانية خاصة وامكانيات عالية

طرق تخصيب اليورانيوم
ومن الصعب فصل نظائر اليورانيوم عن بعضها بطرق كيميائية لأن نظائر العنصر الواحد متشابهه في السلوك الكيميائي ، إلا أن اختلاف النظائر في السلوك الفيزيائي يسهل علينا فصلها عن بعضها ، فالنظيرين يورانيوم – 235 ، ويورانيوم – 238 يختلفان عن بعضهما في الكتلة.
في الواقع هناك العديد من الطرق والتقنيات الهادفة لتخصيب اليورانيوم وبعضها تم كشف النقاب عنه ويتم العمل فيه منذ عشرات السنين وهي شائعة والبعض الأخر اهذه التقنيات لا يزا قيد الابحاث والتجارب أو قد يعتبر من الأسرار العسكرية للدول المتقدمة نووياً التي تحيطها بكامل السرية والمراقبة ويصعب جداً الحصول عليها
ومن أشهر الطرق المتبعة بالتخصيب
ü الطرد المركزي Ultracentrifuge Process
ü الانتشار الغازي Gaseous Diffusion
ü الفصل بالليزر Laser isotope Separation
ü طرق الديناميكا الهوائية Aerodynamic Methods
ü الفصل الكهرومغناطيسي
ü الفصل بالتبادل الكيميائي
ü الفصل بالبلازما : وتشمل تقنيات منها :
1_بلازما الطرد المركزي
2_بلازما دواسون

وتعد طريقة الفصل بالطرد المركزي الاكثر انتشاراً بسبب كلفتها القليلة (اسباب اقتصادية)مقارنة بغيرها

والهدف الأساسي للعلماء النوويين هو زيادة كمية الذرات من اليورانيوم-235، وهي العملية التي تعرف بالتخصيب. ولكي يمكن الوصول إلى هذه المرحلة، يتعين أن يتحول اليورانيوم أولا إلى غاز، المعروف باسم سداسي فلوريد اليورانيوم وذلك بتسخينه لنحو 64 درجة مئوية.
ولسداسي فلوريد اليورانيوم خواص مؤكسدة وهو قابل للتفاعل بسهولة، وعلى ذلك يتعين التعامل معه بعناية بالغة.
ويتعين مد أنابيب وإنشاء مضخات خاصة في وحدات التحويل من الألومنيوم والنيكل. كما ينبغي أن يكون الغاز بمنأى عن الزيت ومواد التشحيم حتى لا تحدث أي تفاعلات كيميائية غير مطلوبة








 الطرد المركزي
المكونات والمبدأ

يتكون جهاز الطرد المركزي من غلاف اسطواني مفرغ من الهواء تدور بداخله اسطوانة بسرعة كبيرة وهذه الاسطوانة تدور تقريبا دون اي احتكاك بواسطة محرك كهربائي من الاسفل ومغناطيس قوي من الاعلى



693591766.jpg344×539



رسم توضيحي لاسطوانة الطرد المركزي


[SIZE=5][COLOR=#3333CC][FONT=&quot]فهو عبارة عن أسطوانات عمودية ذات حركة دوامية سريعة. ويضخ غاز سادس فلوريد اليورانيوم في كل أسطوانة عبر أنبوبة عمودية ثابتة داخل كل أسطوانة. وتجبر الحركة الدوّامية للأسطوانة كل الغاز الخارجي تقريبًا في اتجاه الجدران المنحنية. وبالإضافة إلى ذلك، تساعد مغرفة متصلة بقاعدة الأنبوبة الثابتة في انسياب الغاز عموديًا، كما تساهم الفروق في درجات الحرارة داخل الأسطوانة في إحداث هذا الانسياب العمودي.
بسبب هذه التأثيرات (ـ الحركة الدوّامية للأسطوانة وحركة المغرفة وفروق درجات الحرارة ـ )ينساب الغاز بنمط معقد، ويصبح الغاز القريب من قاعدة الأسطوانة مركزًا باليورانيوم 238 أكثر من الغاز العلوي. وتزيل المغرفة السفلية النفايات الغازية، التي تحتوي على تركيزات أعلى نسبيًا من اليورانيوم 238، بينما تزيل المغرفة العلوية الغاز المخصب الذي يحتوي على اليورانيوم 235 بتركيز أعلى. وتتكرر العملية حتى يتم الحصول على التركيز المطلوب من اليورانيوم 235.

[/font][/color][/size]
[SIZE=5]

[/size]خطوات العمل
تستخدم هذه الطريقة في عدد من المحطات في أوروبا واليابان،
تتم عملية التخصيب بالطرد المركزي في عدة خطوات:
· أولها تحويل اليورانيوم إلى غاز في شكل يورانيوم سداسي الفلورuf6(بغاز اليورانيوم هكسا فلورايد uranium hexafluoride ) ، ولأن فرق الكتلة بين جزيئات غاز النظيرين بسيطة يتم تخصيب اليورانيوم في خطوات متتالية في كل خطوة يتم زيادة نسبة اليورانيوم 235 حتى النسبة المطلوبة .
· وفي الخطوة التالية يتم تغذية جهاز الطرد المركزي بغاز اليورانيوم سداسي الفلور ونتيجة لسرعة دوران الاسطوانة المقدر بحوالي من 50 إلى 70 ألف دورة في الدقيقة (تدور على قاعدة يديرها محرك ) يتحرك الغاز في اتجاهين الغاز الثقيل بتركيز أكبر ليورانيوم 238 يدفع إلى الخارج في اتجاه جدار الأسطوانة حيث تتجمع الجزيئات الأكثر ثقلاً من اليورانيوم 238على جدار الأسطوانة ويهبط وهو اليورانيوم الأقل تخصيباً (الأثقل) نحوالقاع حيث يتم استخلاصه, ويعرف اليورانيوم المتبقي - وهو بالأساس من اليورانيوم-238 بعد إزالة كافة ذرات اليورانيوم-235 منه - باليورانيوم المنضب
· تتجمع جزيئات الغاز الخفيف بتركيز أكبر ليورانيوم 235 مركز الأسطوانة ويتحرك لأعلى.
· وبعمل فارق حراري على الاسطوانة يمكن فصل الغازين في اتجاه قمة وقاع الاسطوانة ، حيث يتم امتصاصها عن طريق أنابيب موصلة بالخطوة التالية للتخصيب.
[SIZE=5]· يتم إرسال اليورانيوم 235 المخصب إلى جهاز ثاني للطرد المركزي، يجري تغذية المرحلة التالية بغاز ثم تخصيبه على نحو طفيف بيورانيوم 235. وتتكرر تلك العملية عدة مرات عبر سلسلة من أجهزة الطرد المركزية[COLOR=#3333CC][FONT=&quot].

[/font][/color][/size]
· يتم الدفع بغاز مستنفد على نحو خفيف من اليورانيوم 235 لعمل تغذية راجعة إلى المرحلة السابقة
[SIZE=5] [COLOR=#3333CC][FONT=&quot]وتوصل اسطوانات الطرد المركزي بالتوالي والتوازن مع بعضها البعض حتى تصل درجة التركيز المطلوبة لليورانيوم 235 ، ويصل عدد تلك الاسطوانات إلى المئات وتوضع في مكان يسمى بمحطة الطرد المركزي.

[/font][/color]

[/size] رسم توضيحي يبين كيفية انتاج اليورانيوم المخصب (الاحمر) من اليورانيوم العادي (الأصفر)

ويقول خبراء ان التشغيل الأمثل لنحو 1500 من أجهزة الطرد المركزي أن تنتج كمية كافية من اليورانيوم عالي التخصيب لإنتاج قنبلة نووية واحدة خلال فترة عام.



الانتشار الغازي



تستخدم هذه الطريقة في الولايات المتحدة.
تعتمد على الاختلاف البسيط في الانتشار خلال غشاء شبه منفذ بين سادس فلوريد اليورانيوم 235
(U235F6) وسادس فلوريد اليورانيوم – 238 (U238F6)
حيث تضخ جزيئات سادس فلوريد اليورانيوم خلال حواجز تحتوي على ملايين الثقوب الدقيقة.
تمر جزيئات الغاز الخفيفة (تحتوي الجزيئات الخفيفة على ذرات اليورانيوم 235 )عبر ثقوب الحواجز أسرع من الجزيئات الثقيلة ولذلك يحتوي الغاز الذي يمر عبر الحاجز على نسبة من اليورانيوم 235 أعلى من الغاز الأصلي. ونظرًا لأن هذه الزيادة طفيفة جدًا فإن الغاز يجب أن يمر عبر الحاجز عدة آلاف مرة لإنتاج اليورانيوم المخصب الذي يراد استخدامه في محطات القدرة النووية

[SIZE=5].[COLOR=#3E3E3E][FONT=&quot]

[/font][/color]الفصل بالليزر ((Laser Isotope Separation[/size]
مبدأ الطريقة
[SIZE=5]هذه الطريقة مازلت في الطور التجريب والاختبار، وفيها تُستخدم توليفة من ضوء الليزر وشحنة كهربائية لفصل نظائر اليورانيوم. والليزر نبطية تنتج حزمة رفيعة من الضوء ذات مدى ترددي ضيق جدًا (تردد الضوء هو معدل اهتزاز موجات الضوء).[COLOR=#3333CC][FONT=&quot]

[/font][/color]نستخدم شعاع ليزر ذي طاقة معينة (طول موجي معين) على اثارة إثارة ذرات معينة(ذراتت اليورانيوم 235 وليس 238 ) ومن ثم إنتاج إيونات ينتج عنها تحلل أو التحام كيميائي لذرات اليورانيوم أو جزيئات سادس فلوريد اليورانيوم[COLOR=#3333CC][FONT=&quot] .

[/font][/color]ومن ثم يتم فصل نظيري اليورانيوم (الإيونات) عن بعضها البعض بطرق كهرومغناطيسية .حيث أن نواة اليورانيوم -235 تختلف عن نواة اليورانيوم -238 فإن ذلك ينتج عنه اختلاف في التركيب
الإلكتروني لإلكترونات كل منهما . ومن ثم يتوقع اختلافا - وإن كان طفيفا - في المدارات الإلكترونية[COLOR=#3333CC][FONT=&quot]

[/font][/color]مما ينتج عنه الانقسام الدقيق . إذا ما تم توجيه شعاع ليزر ذي طاقة محددة إلى مزيج من النظيرين
فإن هذا الشعاع يمكنه تأين -إثارة - أحدهما دون الآخر .
ومن ثم يمكن فصل النظيرين بطرق فيزيائية أو كيميائية تقليدية[COLOR=#3333CC][FONT=&quot] .

[/font][/color][/size]
[SIZE=5]فمثلا في حالة تقنية فصل البخار الذري يمكننا تأيين الذرات المثارة باستخدام شعاع ليزر ثانوي
وبعد ذلك يمكن فصل الإيونات باستخدام المجالات الكهربية والمغناطيسية
طاقة تأين ذرة اليورانيوم [COLOR=#3333CC][FONT=&quot]6,2 ev

[/font][/color][/size]
[SIZE=5]

[/size][SIZE=5]خطوات الفصل بالليزر[COLOR=#3333CC][FONT=&quot]

[/font][/color][/size]
· طريقة فصل النظائر بالليزر تسمى طريقة البخار الذري تسخِّن حزمة من الإلكترونات قطعة من اليورانيوم عند قاعدة حاوية مغلقة، محولة اليورانيوم إلى بخار (غاز)، ثم يُخترق الغاز بنبضات من حزمة ليزرية.
· ويوالف تردد الحزمة بحيث تستطيع الإلكترونات في ذرات اليورانيوم 235 امتصاص الضوء، ولا تستطيع إلكترونات ذرات اليورانيوم 238 ذلك.
· عندما يمتص إلكترون اليورانيوم 235 هذا الضوء يحصل على طاقة تكفيه لترك الذرة. وتغير هذه العملية التوازن الكهربائي للذرة. فالإلكترون يحمل شحنة كهربائية سالبة، بينما تحمل النواة شحنة كهربائية موجبة واحدة أو أكثر. وفي الذرة العادية يكون عدد الشحنات الموجبة مساويًا لعدد الشحنات السالبة. ولذلك تكتسب الذرة شحنة موجبة عندما يتركها إلكترون. ويقول العلماء عن هذه الحالة إن الذرة تحولت إلى أيون موجب. وهكذا يؤيِّن ضوء الليزر ذرات اليورانيوم 235، ولا يؤيِّن ذرات اليورانيوم 238.
· عند صعود البخار الساخن إلى أعلى تجذب ألواح تجميع سالبة الشحنة في قمة الحاوية أيونات اليورانيوم 235 الموجبة. ولأن ألواح التجميع أبرد من الغاز فإن اليورانيوم 235 يتكثف عليه (يتحول من غاز إلى سائل).
· ويتقطر اليورانيوم 235 من ألواح التجميع إلى حاويات خاصة، مكونًا كتلة صلبة. ثم تجمع الكتل الصلبة وتنقى وتؤكسد لاستخدامها وقودًا نوويًا.
[SIZE=5]· وفي نفس الأثناء ينتقل اليورانيوم 238، المتعادل كهربائيًا، عبر الألواح المشحونة، ثم يتكثف فوق لوحة نفايات قرب قمة الحاوية.[COLOR=#3333CC][FONT=&quot]

[/font][/color][/size]
[SIZE=5]· في إحدى التقنيات الليزرية تسخن وحدة كهربائية قطعة من اليورانيوم منتجة بخارًا. وتعمل حزمتان ليزريتان معًا لتأيين ذرات اليورانيوم 235 في البخار، ثم تجمع لوحة موجبة الشحنة أيونات اليورانيوم 235، تاركة بخار ذرات اليورانيوم 238 تخرج عبر فتحة في قمة الحاوية.[COLOR=#3333CC][FONT=&quot]

[/font][/color][/size]
[SIZE=5]

[/size][SIZE=5]تستهلك طريقة فصل النظائر بالليزر طاقة كهربائية أقل بكثير من الطاقة التي تستهلكها طريقة الانتشار الغازي، كما أن تكلفة معدات طريقة الفصل بالليزر أقل بكثير من تكلفة معدات طريقة الطرد المركزي. ولذلك تجري الشركات المدعومة حكوميًا في فرنسا واليابان والولايات المتحدة التجارب لاستخدام طريقة فصل النظائر بالليزر.
[COLOR=#3333CC][FONT=&quot]

[/font][/color][/size]
[SIZE=5][COLOR=#000020][FONT=&quot]

[/font][/color]
 [COLOR=#003333][FONT=&quot]

[/font][/color][/size]
[SIZE=5][COLOR=#003333][FONT=&quot]

[/font][/color]ميزات هذه الطريقة:[/size]

[SIZE=5]· هناك مشكلات فنية مازالت معلقة تتعلق بالاستخدام التجاري لهذه التقنية .
إذ يلزمنا ليزر مناسب ومستمر وليس نبضيا وذو كفاءة عالية وهذا يمكن أن يوفرها
ليزر ثاني أكسيد الكربون [COLOR=#3333CC][FONT=&quot]

[/font][/color][/size]
[SIZE=5]· معامل فصل عالي يصل إلى 10[COLOR=#3333CC][FONT=&quot]

[/font][/color][/size]
[SIZE=5]· تكاليف فصل صغيرة[COLOR=#3333CC][FONT=&quot]

[/font][/color][/size]
[SIZE=5]· حتياجات طاقة صغيرة . لقد وجد أن امتصاص طاقة ليزر قدرها وات واحد
ينتج عنه 1,4 ذرة يورانيوم -235 كل ساعة أما عيوبها فهذه تتمثل في المشاكل التقنية المعقدة
التي يجب التغلب عليها قبل استغلال هذه الطريقة على نطاق تجاري[COLOR=#3333CC][FONT=&quot] .

[/font][/color][/size]

[SIZE=5]

[/size]

4

فعلا موضوع ومعلومات قيمه
شكرا جزيلا

[CENTER][SIZE=+0][CENTER][SIZE=+0][CENTER][SIZE=+0][CENTER][SIZE=+0][CENTER][SIZE=+0][CENTER][[URL=“http://majdah.maktoob.com/vb/up/14769618951089002862.gif”][URL=“http://majdah.maktoob.com/vb/up/14769618951089002862.gif”][URL=“http://majdah.maktoob.com/vb/up/14769618951089002862.gif”][URL=“http://majdah.maktoob.com/vb/up/14769618951089002862.gif”][URL=“http://majdah.maktoob.com/vb/up/14769618951089002862.gif”]

[URL=“http://majdah.maktoob.com/vb/up/2043871743497399936.gif”][URL=“http://majdah.maktoob.com/vb/up/2043871743497399936.gif”][URL=“http://majdah.maktoob.com/vb/up/2043871743497399936.gif”][URL=“http://majdah.maktoob.com/vb/up/2043871743497399936.gif”][URL=“http://majdah.maktoob.com/vb/up/2043871743497399936.gif”][URL=“http://majdah.maktoob.com/vb/up/2043871743497399936.gif”]](http://majdah.maktoob.com/vb/up/14769618951089002862.gif)[/center]
[/size][/center]
[/size][/center]
[/size][/center]
[/size][/center]

شكرى وتقديرى [/size][/center]

5

موضوع شيق ولكن يحتاج الى تفكير عميق واختصاصيون مهرة

شكرا للناشر

6

موضوع شيق ولكن يحتاج الى تفكير عميق واختصاصيون مهرة

شكرا للناشر