أولاً – تعريف 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

1)  92: بروتون

2)  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.

ويوجد 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)

ثانياً - 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.

ثالثاً - 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 :

1)  الليزر

2)  الانتشار الغازي

3)  الأشعة الكهرومغناطيسية

4)  جهاز الطرد المركزي التي تعتبر من أفضل الطرق من الناحية الاقتصادية مقارنة بالطرق الأخرى

رابعاً - 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.

خامساً - 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 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) .

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.

و خلاصة الموضوع هنا :

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.

سادساً - اكتشاف اليورانيوم :

تم اكتشاف اليورانيوم كمادة متواجدة في الطبيعة ، وذلك بواسطة الكيميائي الألماني (مارتن كلابروث) عام 1789.

وفي عام 1896 م اكتشف (بكريل) أن أحد أملاح اليورانيوم يصدر اشعاع كما اثبت أن الاشعاع الذي اكتشفه يصدر عن جميع مركبات اليورانيوم بصورة تلقائية مستمرة دون الحاجة لاية مؤثرات خارجية من ضغط ودرجة حرارة وعليه تم تسميةاشعاع اليورانيوم بالاشعاع النشط.

وفي عام 1898 م قام (بيير كوري) وزوجته (مدام كوري) باكتشاف النشاط الاشعاعي للثوريوم مادة ناتجة عن تفكك اليورانيوم 238 العنصر غير المستقر ويتفكك إلى الثوريوم 234 إلى البروتكتينيوم 234 ويتكرر التفكك حتى يصل إلى حالة الاتزان حيث يعطي الرصاص 206 المستقر,

كما اكتشفا في نفس السنة عنصرين جديدين يوجدان في خامات اليورانيوم هي :

1)  العنصر الأول : أطلق عليه الراديوم وهو عنصر أقوى في نشاطه الاشعاعي من اليورانيوم بمليون مرة

2)  العنصر الثاني : أطلق عليه بولونيوم. وبعد 10 سنوات اكتشف رذرفورد في عام 1908 م الغاز النشط اشعاعيا - الرادون – الناتج عن التحليل الطيفي لاحد مركبات اليورانيوم.

 سابعاً- العنصر المشع :

وعليه فإن اليورانيوم يعد أحد العناصر الكيميائية المشعة ويرمز له بحرف  U، وعدده الذري هو 92، والوزن الذري له 238.02 جم/مول .

ومن أبرز صفاته:

1)  ثقيل

2)  شديد الصلابة

3)  أبيض فضي

4)  سام كيمائيا

5)   فلزي

وقطعة من معدن اليورانيوم الصافي تبدو قريبة من معدن الفضة ، أو الفولاذ .

ولكنها ثقيلة جداً نسبة إلى حجمها حيث تبلغ كثافته نحو 20 جرام / سنتيمتر مكعب، أي أن 1 متر مكعب من اليورانيوم يزن نحو 20 طنا وعليه فانه يعد من أثقل المعادن الموجودة في الطبيعة.

ويبلغ العمر النصفي لليورانيوم (Half Life) 238 حوالي 4468 مليون سنة.

ويعرف العمرالنصفي للعناصر المشعة بالزمن اللازم لكي ينخفض النشاط الإشعاعي إلى النصف.

أما العمر النصفي اليورانيوم 235 فيبلغ حوالي 704 مليون سنة ، ويبلغ العمر النصفي لليورانيوم 234 حوالي 248 ألف سنة.

كما تقدر درجة انصهاره ب 1000 درجة مئوية ويذوب في الاحماض المركزة وله أربعة نظائر توجد هذه النظائر متلازمة في الطبيعة هي:

1.  يورانيوم-235 يتواجد بنسبة 0.7%:

وهو قابل للانشطار  (fissile)، 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 0.7 بالمائة ويستخدم في المفاعلات النووية وتصنع منه القنابل الذرية ويعمل كبادئ للقنبلة الهيدروجينية.

2.  يورانيوم -238 يتواجد بنسبة 97%:

ويتواجد في الخام بنسبة كبيره 99.3 وهو عنصر غير مستقر وغير قابل للانشطار (No fissile) وهو ما يتم تخصيبه للاستخدام في المفاعلات النووية .

ويستخدم في الدراسات ويستعمل أيضاً في تحسين الزراعة والعلاج الكيماوي ويستخدم في تتبع وصول الدواء لأماكنه داخل الجسم الحي.

ويستخدم في المفاعلات المولدة للوقود النووي (breeder reactor).

3.  يورانيوم -233 قابل أيضا للانشطار بالنوترونات :

ويمكن استخدامه في المفاعلات الذرية التي تعمل بغاز الهيليوم المولدة للحرارة العالية (Thermal nuclear reactor).

4.  يورانيوم -234 :

يتواجد بنسبة كشوائب في المادة الخام .

ويستخدم في المفاعلات الحرارية (Thermal uranium)

وايضا كمادة لعزل المواد المشعة (shield) ووقود ممتاز للمنشآت التي تعمل بالطاقة النووية إضافة إلى استخدامة لتقدير عمر الصخور النارية.

ونظرا لندرة أحد نظائر اليورانيوم الطبيعي، (يورانيوم -235) كما افدنا مسبقا والتي تتمثل بـ0.7% وإنه النظيرالقابل للانشطار (fissile) وينتج عن عملية إنشطاره كميات هائلة من الطاقة فإنه يتم عمل رفع نسبة يورانيوم -235 المتواجد في اليورانيوم الطبيعي عن طريق عملية تسمى بتخصيب اليورانيوم (Enriching) العملية التي ينتج عنها كل من اليورانيوم المخصب واليورانيوم المنضب (المستنفذ) وفق المعادلة التالية:

اليورانيوم المنضب + اليورانيوم المخصب اليورانيوم الطبيعي

11kg + 1 kg 12kg

 ثامناً - الأثار البيولوجية :

وينصب اهتمامنا بالدرجة الاولى حول الآثار السلبية البيولوجية لليورانيوم المنضب (المستنفذ) حيث أن خطورة التعرض له تكمن في : (سميته) وفق جرعته .

ونظرا لكون الوسيلة التي يخرج منها اليورانيوم المنضب من جسم الإنسان هي التبول وعليه فإن الجزء الأكبر تضررا في جسم الإنسان يعتبر الكليتين.

كما أن أكاسيد اليورانيوم أيضا تسبب القلق الأكبر وذلك لتحللها وفقا لنسب تراكيزها وكميات السوائل المذيبة المتواجدة في جسم الإنسان.

 علما بأن 90% من اليورانيوم المنضب (المستنفذ) يتحلل في فترة زمنية تترواح ما بين 24 - 48 ساعة أما الـ10% المتبقية فإنها للأسف تترسب على أو تبقى في الرئتين إذا ما كانت قد استنشقت.

ويقسم التعرض الإشعاعي إلى نوعين:

1.  النوع الأول : التعرض الحاد ( (Acute Exposure:

وهو التعرض إلى الإشعاع لفترات زمنية قصيرة (بضعة دقائق أو ساعات) .

وعند وصول هذا التعرض إلى جرعات إشعاعية عالية يتسبب في أضرار صحية تتناسب شدتها مع مقدار الجرعة المستلمة وأن هذا النوع من الآثار لا ينطبق على التلوث البيئي باليورانيوم المنضب.

2.  النوع الثاني : التعرض المزمن    (Chronic Exposure):

وهو التعرض إلى جرعات إشعاعية واطئة تمتد لمدة زمنية طويلة .

هذا النوع من التعرض يحدث تأثيراً مهما كانت الجرعة ،  وأن احتمالية حصول التأثير تتناسب مع الجرعة الإشعاعية.

تاسعاً -  ماذا تفعل في حال تعرضك او تواجدك في الموقع الملوث ؟

1)  التأكد من أن مرض الإشعاع لا ينتقل باللمس ولا بالعدوى.

2)  في حال تعرضك لإشعاعات فعليك عمل التالي:

‌أ)     تغيير الملابس وأخذ حمام بالماء الساخن والصابون.

‌ب)  علاج الحروق وتطهير الملابس الملوثة.

‌ج)   التزام الراحة التامة مع شرب سوائل

‌د)    ضع جميع النفايات والملابس الملوثة توضع في أكياس بلاستيكية.

 عاشراً - جسم الإنسان :

ويدخل اليورانيوم المنضب إلى جسم الإنسان عن طريق الأتي: :

1)  الاستنشاق : وذلك بواسطة التنفس عندما يكون بصيغة أو كسيد اليورانيوم (UO2)

2)  أو على شكل دقائق عالقة حيث تستقر في الرئتين.

3)  الجهاز الهضمي : حيث تستقر دقائق اليورانيوم المنضب الناتجة عن ارتطام القذائف بأهداف صلبة على الماء ومن ثم دخولها إلى السلسلة الغذائية ويتناولها الإنسان حيث يكون تأثيرها مباشراً على الكليتين مسببا ارتفاعاً في نسبة يورايا الدم.

4)  عن طريق الجلد (اللمس) : وذلك نتيجة أنتشاره عليه بشكل نترات اليورانيوم المنضب والتي تعد المواد المشعة الأكثر خطورة لعدم القدرة على علاج التغيرات البايلوجية التي تحدثها في الجسم أو إعادة الخلايا إلى طبيعتها الأولية قبل الإصابة، ومدى تأثيرها السيئ الذي يستغرق عشرات السنين.

الحادي عشر : طريقة إستخلاص اليورانيوم :

1) يتم تكسير الخام إلى قطع صغيرة ثم يتم تجميعها عن طريقة الطفو باستخدام حمض الفوليك

2) يتم تحميصها في الهواء حتي يتم تحوليها إلى الأكاسيد المقابلة

3)  بعد ذلك يتم تصفيتها في مزيج من حمض الكبريتيك وبرمنجانات البوتاسيم حتى نتأكد من أكسدة اليورانيوم الموجود بالخام

4) يتم ترسيب اليورانيوم بأضافة هيدروكسيد الصوديوم حتى يتحول الي الصيغه غير الذائبه (Na2U2O7) ويطلق عليها اسم الكعكة الصفراء yellow cake,

5) بعد ذلك يتم إضافة حمض النيتريك حتى يتحول إلى نترات اليورانيوم UO2(NO3)2 (H2O)nالذي يتم أمرار بخار الفلور عليه متحولا إلى بخار من فلوريد اليورانيوم الرباعي (UF4)

6) ثم يتم استخلاص اليورانيوم النقي بواسطة الاختزال عن طريق عنصر الكالسيوم

7) يتم استخلاص نظائر اليورانيوم أيضا بطريقة مماثلة.

8) يحصل عليه بعد التنقية الميكانيكية لخاماته بمعالجة الخام ore بحمض الكبريت أو بحمض الآزوت ( حمض النتريك ) أو بمحلول كربونات الصوديوم

9) ثم يفصَل إما بترسيبه: وذلك بجعل المحلول قلوياً (أي زيادة pH المحلول)، فيترسب ثنائي يورانات الأمونيوم (NH4)2UO4؛ وإما بشكل ماءات اليورانيل UO2(OH)2.

10) بعد تكليس الراسب يحصل على مزيج من أكاسيد اليورانيوم التي تحوَّل إلى مركبات مناسبة مثل UF4، أو U3O8، أو UO2 ليحصل منها على المعدن الحر

ولتنقية المركّب الناتج من الشوائب يتم عمل الأتي :

‌أ)     يحل مرّة أخرى في حمض الآزوت

‌ب)  يفصل اليورانيوم باستخلاصه بمحل عضوي مناسب

‌ج)    ومن ثم يبلوَر بشكل نترات اليورانيل UO2(NO3)2 التي تحوَّل إلى الأكسيد UO2 بالتسخين،

‌د)    أخيراً يحوَّل هذا الأكسيد إلى UF4 بمعالجته بفلوريد الهدروجين الجاف الساخن .