فكرة مبسطة عن اليورانيوم

فارس الفيزياء · #1 20-07-2008, 11:41

اليورانيوم:-
اليورانيوم هو عنصر فلزي موجود في الطبيعة على شكل معدن ويعتبر من أعقد المعادن المعروفة على سطح الأرض من الناحية الكيماوية حيث يتكون من عشرات العناصر المتداخلة مع بعضها البعض ، وتعد ذرة عنصر اليورانيوم أعقد ذرة حيث تحتوي على 92 بروتون و 146 نيترون يدور حولها 92 إلكترون بمسارات معقدة جداً وعنصر اليورانيوم يختلف عن بقية العناصر كون له نظيران مختلفان أي نوعان من الذرات كل ذرة تحمل عدداً من النيترونات مختلف عن نوع الذرة الأخرى.
يوجد اليورانيوم الطبيعي في القشرة الأرضية بنسبة 3 جرامات في الطن الواحد وأيضاً في ماء البحر بنسبة 3 مليجرامات في الطن الواحد إذاً هو عنصر نادر ، يتكون اليورانيوم الطبيعي في الغالبية من خليط من نظيرين مشعين هما اليورانيوم 238 ، 235 هي مجموعات البروتونات والنيترونات في نواة النظير وتسمى بالوزن "الكتلة" الذرية.
حيث إن هذا الخام لا يوجد بكثرة في كل دول العالم وإنما يوجد في دول محدودة جداً هي كندا وأمريكا وجنوب أفريقيا وأستراليا ,نيجيريا.

2.1/ جهاز الطرد المركزي :-
يتكون جهاز الطرد المركزي من غلاف أسطواني مفرغ من الهواء يدور بداخله أسطوانة بسرعة كبيرة هذه الأسطوانة تدور تقريباً بدون أي نوع من الاحتكاك بواسطة محرك كهربائي مثبت في أسفل الجهاز ومغناطيس قوي من الأعلى والشكل التالي يوضح جهاز الطرد المركزي.

توجد هنا صورة

3.1 / عملية تخصيب اليورانيوم :-
هي عبارة عن عزل نظائر عناصر كيميائية محددة من عنصر ما لغرض زيادة تركيز نظائر أخرى للحصول على مادة مشبعة بالنظير المطلوب على سبيل المثال عزل نظائر معينة من اليورانيوم الطبيعي للحصول على اليورانيوم المخصب والمنضب "المستنفد".
وبمعنى آخر اليورانيوم المخصب هو عبارة عن يورانيوم تمت زيادة نسبة نظائر اليورانيوم 235 فيه وإزالة النظائر الأخرى ، وعملية التخصيب هذه صعبة جداً ومعقدة ومكلفة ، وتكمن الصعوبة في أن النظائر التي يراد إزالتها من اليورانيوم شبيهة جداً من ناحية الوزن للنظائر التي يرغب الإبقاء عليها وتخصيبها.
وتتم عملية التخصيب بعدة طرق هي الليزر والانتشار الغازي والأشعة الكهرومغناطيسية وجهاز الطرد المركزي التي تعتبر من أفضل الطرق من الناحية الاقتصادية مقارنة بالطرق الأخرى وسنتناول في هذه الورقة طريقة تخصيب اليورانيوم بواسطة الطرد المركزي.

صورة توضيحية 4.1 / خطوات تخصيب اليورانيوم بالطرد المركزي:-
تتم عملية التخصيب بالطرد المركزي في عدة خطوات أولها تحويل اليورانيوم إلى غاز في شكل يورانيوم سداسي الفلور ، 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 يتحرك الغاز في اتجاهين الثقيل بتركيز أقل من اليورانيوم 235 يبقى في مركز الاسطوانة وبعمل فارق حراري على الاسطوانة يمكن فصل الغازين في اتجاه قمة وقاع الاسطوانة ، حيث يتم امتصاصها عن طريق أنابيب موصلة بالخطوة التالية للتخصيب.
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.
/ استخدامات اليورانيوم المخصب :-
أهم استخداماته في المجالين التاليين :-
1- الاستخدام السلمي:- حيث يستخدم اليورانيوم المخصب الذي وصلت فيه درجة تركيز اليورانيوم 235 القابل للانشطار من 3 % إلى 5 % في صناعة وقود المفاعل النووي لإنتاج الطاقة ، حيث أنه تعمل المفاعلات النووية على مبدأ الانشطار النووي وذلك من خلال انشطار نواة الذرة مما يؤدي إلى إطلاق طاقة حرارية وبهذا تعتبر مادة اليورانيوم 235 هي الوقود الرئيسي المستخدم في المفاعلات النووية ، ويحدث الانشطار النووي لذرات اليورانيوم بإطلاق النيترونات عليها ، وعندما تنشطر الذرات فإنها تطلق النيترونات واصطدام هذه النيترونات مع ذرات أخرى يسبب انشطارها فيتم تحرير المزيد من النيوترونات ، 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.
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 وتندرج الدول التي تمتلك أسلحة نووية حسب الترتيب التالي وهي :- أمريكا ، روسيا ، بريطانيا ، فرنسا ، الصين ، العدو الصهيوني ، الهند ، باكستان ، وأخيراً كوريا الشمالية وكذلك في الوقت الحاضر تسعى إلى امتلاكها إيران.
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.

الخلاصة :-
بناء على ما سبق نستنتج ما يلي :-
1 - أن اليورانيوم الطبيعي يتكون من خليط من نظيرين مشعين هما اليورانيوم 238 بنسبة 99.3 % واليورانيوم 235 بنسبة 0.7 %
2- أن اليورانيوم المخصب هو عبارة عن زيادة نسبة اليورانيوم 235 عن طريق تقنية الطرد المركزي لكي يصبح جاهز للاستعمال في المجال السلمي أو العسكري.
منقول
لكن ماحبيت ان نبدأ البحث فيه هو استخدام الليزر فى هذه العمليات وارجو الاستزادة من علمكم