الرئيسية » تكنولوجيا »

تخصيب اليورانيوم: رحلة من الخام إلى الوقود النووي

كامل برنامج التخصيب

محمد علي*

تخصيب اليورانيوم هو عملية معقدة وحاسمة لإنتاج الوقود النووي اللازم لتوليد الطاقة الكهربائية في المفاعلات النووية، بالإضافة إلى تطبيقات أخرى مثل الأسلحة النووية. تتضمن هذه العملية عدة مراحل تبدأ من استخراج اليورانيوم الخام وصولاً إلى تحويله إلى شكل صلب قابل للاستخدام.
1. استخراج اليورانيوم الخام ومعالجته الأولية
تبدأ رحلة تخصيب اليورانيوم باستخراج خام اليورانيوم من المناجم. يوجد اليورانيوم في الطبيعة على شكل مركبات كيميائية مختلفة، وأكثرها شيوعًا هو أكسيد اليورانيوم. بعد الاستخراج، يُنقل الخام إلى محطات معالجة أولية حيث يخضع لعدة خطوات:
* السحق والطحن: يُسحق الخام ويُطحن إلى مسحوق ناعم لزيادة مساحة سطحه وتسهيل استخلاص اليورانيوم منه.
* الغسل الكيميائي (Leaching): يُخلط المسحوق بمحاليل كيميائية (عادةً حمض الكبريتيك أو كربونات الصوديوم) لإذابة مركبات اليورانيوم. تُفصل الشوائب الصلبة، ويبقى اليورانيوم مذابًا في المحلول.
* الترسيب والتركيز: يُعاد ترسيب اليورانيوم من المحلول على شكل مركب صلب، عادةً ما يكون “كعكة اليورانيوم الصفراء” (Yellowcake)، وهي مركز لليورانيوم الخام تحتوي على نسبة عالية من أكسيد اليورانيوم (U_3O_8).
2. تحويل اليورانيوم إلى غاز سادس فلوريد اليورانيوم (UF_6)
بعد الحصول على كعكة اليورانيوم الصفراء، يجب تحويلها إلى شكل غازي لتسهيل عملية التخصيب. تُعد هذه الخطوة ضرورية لأن الغازات هي الوحيدة التي يمكن فصل نظائرها بكفاءة باستخدام التقنيات المتوفرة. تتم هذه العملية في مصانع التحويل على النحو التالي:
* التنقية (Purification): تُنقى كعكة اليورانيوم الصفراء لإزالة أي شوائب متبقية قد تعيق عملية التخصيب اللاحقة.
* الأكسدة والاختزال: تُحول كعكة اليورانيوم الصفراء (U_3O_8) إلى أكسيد اليورانيوم (UO_2) عن طريق تفاعلات الأكسدة والاختزال.
* الفلورة (Fluorination): يُفاعل أكسيد اليورانيوم (UO_2) مع غاز الفلور (أو مركبات تحتوي على الفلور) لإنتاج غاز سادس فلوريد اليورانيوم (UF_6). هذا المركب فريد من نوعه لأنه يصبح غازًا عند درجة حرارة منخفضة نسبيًا (أقل من 60 درجة مئوية)، مما يجعله مثاليًا لعمليات الفصل القائمة على انتشار الغازات أو الطرد المركزي.
3. تخصيب اليورانيوم في أجهزة الطرد المركزي
يُعتبر غاز سادس فلوريد اليورانيوم (UF_6) هو المادة الخام لعملية التخصيب الفعلية. يحتوي اليورانيوم الطبيعي على نظيرين رئيسيين:
* اليورانيوم-238 (^{238}U): وهو النظير الأكثر وفرة، ويشكل حوالي 99.28% من اليورانيوم الطبيعي.
* اليورانيوم-235 (^{235}U): وهو النظير القابل للانشطار، ويشكل حوالي 0.72% فقط من اليورانيوم الطبيعي. هذا النظير هو المطلوب لتشغيل المفاعلات النووية وإنتاج الأسلحة النووية.
تهدف عملية التخصيب إلى زيادة نسبة اليورانيوم-235. تُعد أجهزة الطرد المركزي حاليًا هي الطريقة الأكثر شيوعًا وكفاءة للتخصيب.
* مبدأ عمل الطرد المركزي: تُدخل أسطوانات غاز سادس فلوريد اليورانيوم (UF_6) إلى أجهزة طرد مركزي دوارة بسرعة عالية جدًا (عشرات الآلاف من الدورات في الدقيقة). بسبب قوة الطرد المركزي، تميل الجزيئات الأثقل (التي تحتوي على ^{238}U) إلى التجمع بالقرب من جدران الأسطوانة، بينما تميل الجزيئات الأخف (التي تحتوي على ^{235}U) إلى التجمع بالقرب من المحور المركزي.
* تتالي الطرد المركزي (Cascades): نظرًا لأن الفرق في الكتلة بين نظيري اليورانيوم صغير جدًا، فإن جهاز طرد مركزي واحد لا يكفي لتحقيق درجة التخصيب المطلوبة. لذلك، تُوصل آلاف أجهزة الطرد المركزي في سلسلة تُسمى “تتالي”. يخرج الغاز المخصب جزئيًا من جهاز طرد مركزي ليدخل الجهاز التالي في السلسلة، وتتكرر هذه العملية آلاف المرات لزيادة تركيز اليورانيوم-235 تدريجيًا.
* درجات التخصيب:
* اليورانيوم منخفض التخصيب (LEU): يحتوي على أقل من 20% من اليورانيوم-235، ويُستخدم كوقود لمعظم المفاعلات النووية التجارية (عادةً ما يتراوح التخصيب بين 3% و 5%).
* اليورانيوم عالي التخصيب (HEU): يحتوي على 20% أو أكثر من اليورانيوم-235. يُستخدم هذا النوع في مفاعلات الأبحاث، وفي بعض المفاعلات البحرية، وفي الأسلحة النووية (حيث يتجاوز التخصيب 90%).
4. تحويل اليورانيوم المخصب من غاز إلى صلب
بعد عملية التخصيب، يُعاد تحويل غاز سادس فلوريد اليورانيوم المخصب إلى شكل صلب آمن ومستقر يمكن استخدامه كوقود نووي. تتم هذه العملية في مصانع تحويل الوقود النووي:
* التكثيف (Desublimation): يُبرد غاز سادس فلوريد اليورانيوم المخصب، مما يجعله يتكثف مباشرة من الحالة الغازية إلى الحالة الصلبة. يُجمع سادس فلوريد اليورانيوم الصلب في أسطوانات تخزين.
* التحويل إلى ثاني أكسيد اليورانيوم (UO_2): الخطوة الأهم هي تحويل سادس فلوريد اليورانيوم (UF_6) إلى ثاني أكسيد اليورانيوم (UO_2)، وهو الشكل الأكثر شيوعًا للوقود النووي المستخدم في المفاعلات. تتم هذه العملية عن طريق التفاعل مع الماء والبخار، ويُزال الفلور في هذه العملية.
* تصنيع الوقود: يُضغط مسحوق ثاني أكسيد اليورانيوم (UO_2) المخصب ويُشكل على هيئة أقراص صغيرة (Pellets). تُكلس هذه الأقراص في درجات حرارة عالية جدًا لزيادة كثافتها وصلابتها. بعد ذلك، تُكدس هذه الأقراص في أنابيب معدنية طويلة مصنوعة من سبائك الزركونيوم أو الفولاذ المقاوم للصدأ، وتُعرف هذه الأنابيب بـ”قضبان الوقود”. تُجمع قضبان الوقود هذه في مجموعات تُعرف باسم “حزم الوقود” أو “تجميعات الوقود”، وهي جاهزة للاستخدام في قلب المفاعل النووي.
إن عملية تخصيب اليورانيوم هي مثال حي على التقدم الهندسي والعلمي المعقد الذي يمكن أن يؤدي إلى تطبيقات هائلة، سواء في توليد الطاقة النظيفة أو في مجالات أخرى. ومع ذلك، فإن هذه العملية تتطلب رقابة دولية صارمة لضمان استخدامها في الأغراض السلمية ومنع انتشار الأسلحة النووية.
* كاتب مقالات علمية مقيم في برشلونة

اُكتب تعليقك (Your comment):

صحافة اسرائيل

إعلان

خاص «برس - نت»

صفحة رأي

مدونات الكتاب

آخر التعليقات

    أخبار بووم على الفيسبوك

    تابعنا على تويتر

    Translate »
    We use cookies to personalise content and ads, to provide social media features and to analyse our traffic. We also share information about your use of our site with our social media, advertising and analytics partners.
    Cookies settings
    Accept
    Privacy & Cookie policy
    Privacy & Cookies policy
    Cookie name Active

    Privacy Policy

    What information do we collect?

    We collect information from you when you register on our site or place an order. When ordering or registering on our site, as appropriate, you may be asked to enter your: name, e-mail address or mailing address.

    What do we use your information for?

    Any of the information we collect from you may be used in one of the following ways: To personalize your experience (your information helps us to better respond to your individual needs) To improve our website (we continually strive to improve our website offerings based on the information and feedback we receive from you) To improve customer service (your information helps us to more effectively respond to your customer service requests and support needs) To process transactions Your information, whether public or private, will not be sold, exchanged, transferred, or given to any other company for any reason whatsoever, without your consent, other than for the express purpose of delivering the purchased product or service requested. To administer a contest, promotion, survey or other site feature To send periodic emails The email address you provide for order processing, will only be used to send you information and updates pertaining to your order.

    How do we protect your information?

    We implement a variety of security measures to maintain the safety of your personal information when you place an order or enter, submit, or access your personal information. We offer the use of a secure server. All supplied sensitive/credit information is transmitted via Secure Socket Layer (SSL) technology and then encrypted into our Payment gateway providers database only to be accessible by those authorized with special access rights to such systems, and are required to?keep the information confidential. After a transaction, your private information (credit cards, social security numbers, financials, etc.) will not be kept on file for more than 60 days.

    Do we use cookies?

    Yes (Cookies are small files that a site or its service provider transfers to your computers hard drive through your Web browser (if you allow) that enables the sites or service providers systems to recognize your browser and capture and remember certain information We use cookies to help us remember and process the items in your shopping cart, understand and save your preferences for future visits, keep track of advertisements and compile aggregate data about site traffic and site interaction so that we can offer better site experiences and tools in the future. We may contract with third-party service providers to assist us in better understanding our site visitors. These service providers are not permitted to use the information collected on our behalf except to help us conduct and improve our business. If you prefer, you can choose to have your computer warn you each time a cookie is being sent, or you can choose to turn off all cookies via your browser settings. Like most websites, if you turn your cookies off, some of our services may not function properly. However, you can still place orders by contacting customer service. Google Analytics We use Google Analytics on our sites for anonymous reporting of site usage and for advertising on the site. If you would like to opt-out of Google Analytics monitoring your behaviour on our sites please use this link (https://tools.google.com/dlpage/gaoptout/)

    Do we disclose any information to outside parties?

    We do not sell, trade, or otherwise transfer to outside parties your personally identifiable information. This does not include trusted third parties who assist us in operating our website, conducting our business, or servicing you, so long as those parties agree to keep this information confidential. We may also release your information when we believe release is appropriate to comply with the law, enforce our site policies, or protect ours or others rights, property, or safety. However, non-personally identifiable visitor information may be provided to other parties for marketing, advertising, or other uses.

    Registration

    The minimum information we need to register you is your name, email address and a password. We will ask you more questions for different services, including sales promotions. Unless we say otherwise, you have to answer all the registration questions. We may also ask some other, voluntary questions during registration for certain services (for example, professional networks) so we can gain a clearer understanding of who you are. This also allows us to personalise services for you. To assist us in our marketing, in addition to the data that you provide to us if you register, we may also obtain data from trusted third parties to help us understand what you might be interested in. This ‘profiling’ information is produced from a variety of sources, including publicly available data (such as the electoral roll) or from sources such as surveys and polls where you have given your permission for your data to be shared. You can choose not to have such data shared with the Guardian from these sources by logging into your account and changing the settings in the privacy section. After you have registered, and with your permission, we may send you emails we think may interest you. Newsletters may be personalised based on what you have been reading on theguardian.com. At any time you can decide not to receive these emails and will be able to ‘unsubscribe’. Logging in using social networking credentials If you log-in to our sites using a Facebook log-in, you are granting permission to Facebook to share your user details with us. This will include your name, email address, date of birth and location which will then be used to form a Guardian identity. You can also use your picture from Facebook as part of your profile. This will also allow us and Facebook to share your, networks, user ID and any other information you choose to share according to your Facebook account settings. If you remove the Guardian app from your Facebook settings, we will no longer have access to this information. If you log-in to our sites using a Google log-in, you grant permission to Google to share your user details with us. This will include your name, email address, date of birth, sex and location which we will then use to form a Guardian identity. You may use your picture from Google as part of your profile. This also allows us to share your networks, user ID and any other information you choose to share according to your Google account settings. If you remove the Guardian from your Google settings, we will no longer have access to this information. If you log-in to our sites using a twitter log-in, we receive your avatar (the small picture that appears next to your tweets) and twitter username.

    Children’s Online Privacy Protection Act Compliance

    We are in compliance with the requirements of COPPA (Childrens Online Privacy Protection Act), we do not collect any information from anyone under 13 years of age. Our website, products and services are all directed to people who are at least 13 years old or older.

    Updating your personal information

    We offer a ‘My details’ page (also known as Dashboard), where you can update your personal information at any time, and change your marketing preferences. You can get to this page from most pages on the site – simply click on the ‘My details’ link at the top of the screen when you are signed in.

    Online Privacy Policy Only

    This online privacy policy applies only to information collected through our website and not to information collected offline.

    Your Consent

    By using our site, you consent to our privacy policy.

    Changes to our Privacy Policy

    If we decide to change our privacy policy, we will post those changes on this page.
    Save settings
    Cookies settings