ماهو اليورانيوم المخصب وكيف يتم انتاجه ؟
ماهو اليورانيوم المخصب وكيف يتم انتاجه ؟
ما هو اليورانيوم المخصب
اليورانيوم المخصب هو نوع من اليورانيوم تم فيه زيادة النسبة المئوية لتكوين اليورانيوم 235 من خلال عملية فصل النظائر. يمثل اليورانيوم الطبيعي حوالي 99.284٪ من النظير 238U ، ولكن حوالي 0.711٪ فقط من حيث الوزن عند 235U.
235U هي النواة الذرية الوحيدة التي توجد “بكميات كبيرة” في الطبيعة وهي عرضة للانشطار بواسطة النيوترونات الحرارية.
اليورانيوم المخصب هو جزء لا يتجزأ من توليد الطاقة النووية المدنية وإنتاج الأسلحة النووية العسكرية ، والوكالة الدولية للطاقة الذرية تراقب وتتحكم في إمدادات اليورانيوم المخصب والجهود المبذولة لضمان سلامة الطاقة النووية مع الحد من الانتشار. يحاول القيام بذلك. حول الأسلحة النووية.
تم توفير نسخة مختصرة من اليورانيوم المخصب بواسطة مشروع Oalloy Manhattan من Oak Ridge Ingots وعدة مواقع في مطحنة تخصيب اليورانيوم. هناك حوالي 2000 طن من “المغنيسيوم” واليورانيوم عالي التخصيب في العالم ، معظمها للأسلحة النووية وقوة السفن وكمية صغيرة لمفاعلات الأبحاث.
يُعرف اليورانيوم 238 الذي يتبقى بعد التخصيب باسم اليورانيوم المستنفد “DU” ، وفي حين أنه أقل نشاطًا إشعاعيًا من الجرعة الموجودة في اليورانيوم الطبيعي ، إلا أنه لا يزال كثيفًا جدًا وخطيرًا للغاية. الحبيبات – هذه الحبيبات مصنوعة بشكل طبيعي للمعالجة من قبل المنتجين. المقصات مفيدة للأسلحة التي يمكنها اختراق الدروع والحماية من الإشعاع.
حاليًا ، يتم تخزين 95٪ من مخزونات اليورانيوم المستنفد في العالم بأمان.
العنصر 92 من الجدول الدوري
اليورانيوم هو العنصر 92 في الجدول الدوري ولكل جزيء 92 بروتونًا من نواته ، ولكن يمكن أن يختلف عدد النيوترونات وهذا هو الفرق بين النظائر الثلاثية لليورانيوم الموجودة على الأرض ، و 92 بروتونًا و 146 نيوترونًا هي الأكثر الوفرة الشائعة من اليورانيوم 238 ، حيث يمثل اليورانيوم 238 حوالي 99.3 في المائة من كل اليورانيوم. الباقي هو 0.7 في المئة U-235 مع آثار U-234.
يعتبر اليورانيوم “عنصرًا مشعًا” سيئ السمعة ، ولكن نصف عمر U-238 طويل جدًا وهو آمن إلى حد ما في التعامل معه طالما تم اتخاذ الاحتياطات. والأهم من ذلك ، أن اليورانيوم 238 ليس مادة انشطارية ، لكنه لا يمكنه بدء تفاعل نووي ويمكن أن يحافظ على تفاعل نووي.
ومع ذلك ، في حين أن اليورانيوم 235 مادة انشطارية قادرة على بدء التفاعلات النووية والحفاظ عليها ، فإن 0.7 في المائة من اليورانيوم الطبيعي لا يكفي لبناء قنابل أو مفاعلات لمحطات الطاقة. إنه في حدود 3-4 في المائة من اليورانيوم. -235 “يُعرف باليورانيوم المنخفض التخصيب أو درجة المفاعل” ويتطلب نسبة عالية من اليورانيوم في القنبلة وهو 90 بالمائة من اليورانيوم 235 “عالي التخصيب”.
لذا فإن تخصيب اليورانيوم هو عملية أخذ عينة من اليورانيوم تحتوي على نسبة عالية من اليورانيوم 235.
كان علماء مشروع مانهاتن خلال الحرب العالمية الثانية أول من اكتشف كيفية تفعيل ذلك. لقد توصلوا إلى أربع طرق لعزل اليورانيوم 235 من اليورانيوم الخام. انتشار الغاز ، والفصل الكهرومغناطيسي ، والانتشار الحراري السائل ، والطرد المركزي ، ولكن في ذلك الوقت لم يكن الطرد المركزي عملية تخصيب اليورانيوم على نطاق واسع.
يعتبر الطرد المركزي حاليًا الطريقة الأكثر شيوعًا لتخصيب اليورانيوم وهو قيد التطوير منذ عقود. هذه الطريقة أكثر فاعلية مما كانت عليه خلال الحرب العالمية الثانية ، يليها انتشار الغاز. كما تم تطوير طرق أخرى ، بما في ذلك بعض الأساليب القائمة على تقنية الليزر. “
والنوع المستخدم في صنع القنبلة هو اليورانيوم المخصب ، وهي عملية مكلفة وصعبة تظل عائقا ، إن لم يكن عقبة ، للدول الراغبة في تطوير أسلحة نووية. على الرغم من عدم تخصيب اليورانيوم في المفاعلات ، إلا أن الطريق إلى اليورانيوم لإنتاج الأسلحة النووية قد ازداد بشكل كبير حيث “بدأت إيران في إنتاج يورانيوم مخصب بنسبة 20٪.”
كيفية تحويل اليورانيوم إلى وقود نووي
اليورانيوم عنصر موجود بشكل طبيعي في القشرة الأرضية ، توجد آثار منه في كل مكان تقريبًا ، ولكن يتم التعدين حيث يتركز بشكل طبيعي.
لإنتاج وقود نووي من اليورانيوم الخام ، يجب أولاً استخلاص اليورانيوم من الصخور الموجودة ، ثم تخصيبه إلى نظير U-235 ، ثم تحويله إلى كريات يتم تحميلها في مجموعات قضبان الوقود النووي.
التعدين:
تستخرج إحدى وعشرون دولة اليورانيوم ، لكن ما يقرب من نصف إنتاج العالم يأتي من عشر دول فقط ، ستة منها كندا وأستراليا والنيجر وكازاخستان وروسيا وناميبيا.
في المناجم التقليدية ، يمر الخام أولاً من خلال كسارة ، ثم يتم سحقه في الماء لإنتاج الطين والجزيئات الدقيقة من الركاز المعلق في الماء ، ثم يتم ترشيح الطين بحمض الكبريتيك لإذابة أكسيد اليورانيوم ، وبقايا الصخور المتبقية. معادن أخرى غير منحلة ومخلفات المناجم.
ومع ذلك ، في الوقت الحاضر ، تم الانتهاء من حوالي نصف مناجم العالم دون حدوث اضطرابات كبيرة في الأراضي ، واعتمدت طريقة لتخصيص المياه الجوفية الغنية بالأكسجين من خلال خام اليورانيوم والتعدين. ويتم ضخها إلى السطح مع اليورانيوم المذاب. تنتج كلتا طريقتين التعدين سائلًا مذابًا لليورانيوم ، يتم ترشيحه أو تبادله الأيوني لفصل اليورانيوم ، والترسيب من المحلول ، والترشيح والتجفيف لإنتاج مركز أكسيد اليورانيوم ، والذي يتم وضعه بعد ذلك في براميل. الختم. يُعرف هذا التركيز باسم “الكعكة الصفراء” لأنه يعطي لونًا أصفر ساطعًا.
كيف يتم تخصيب اليورانيوم؟
يتطلب “التخصيب” وقود اليورانيوم المخصب في غالبية المفاعلات ونسبة من نظير اليورانيوم 235 من المستويات الطبيعية (0.7٪ إلى حوالي 3.5٪ إلى 5٪) وعملية تخصيبه.يُنتج اليورانيوم في صورة غازية ، ولهذا اكتشفناه على طول الطريق ، فالمناجم غنية بمصانع التحويل التي تحول أكسيد اليورانيوم إلى سداسي فلوريد اليورانيوم.
يقوم مصنع التخصيب بتخصيب اليورانيوم 235 ، مما يترك حوالي 85٪ من اليورانيوم في محلول حتى يتم فصل غاز سادس فلوريد اليورانيوم إلى مجريين. يصل تيار واحد إلى المستوى المطلوب من اليورانيوم 235 ثم يتم إرساله إلى المرحلة التالية من الوقود. دورة.
تيار آخر من اليورانيوم المستنفد -235 ، يسمى “الذيل” أو اليورانيوم المستنفد ، هو في الغالب اليورانيوم 238 ومن غير المرجح أن يتم استخدامه على الفور.
تستخدم مصانع التركيز الحالية عمليات الفصل بالطرد المركزي مع دوران آلاف الأنابيب العمودية بسرعات عالية ، ويجري حاليًا البحث في ما يبدو أنه تقنية جديدة ، تركيز الليزر. لا تتطلب بعض المفاعلات ، ولا سيما مفاعل CANDU الكندي ، تخصيب اليورانيوم.
إنتاج الوقود:
يتطلب تشغيل مفاعل نووي بقوة 1000 ميغاواط حوالي 27 طنًا من الوقود الجديد كل عام ، بينما تتطلب محطة الطاقة التي تعمل بالفحم أكثر من 2.5 مليون طن من الفحم لإنتاج هذا القدر من الطاقة.
يتم نقل سادس فلوريد اليورانيوم المخصب إلى مصنع لإنتاج الوقود ، حيث يتم تحويله إلى مسحوق ثاني أكسيد اليورانيوم ، ثم يتم ضغطه لتشكيل قوالب وقود صغيرة وتسخينه حتى يشبه مادة خزفية صلبة. ثم يتم إدخال الكريات في قضبان وقود رفيعة. يتم بعد ذلك تجميع قضبان الوقود لتشكيل مجموعات وقود بطول عدة أمتار.
يتم استخدام عدد كبير من قضبان الوقود لعمل كل مجموعة وقود اعتمادًا على نوع المفاعل ، وفي بعض الأحيان يتم استخدام مفاعلات الماء المضغوط.
