العصر النووي (فترة التسعينات)

الملف محمل بالكامل ضمن جريدة إقتصاد الغد العدد السادس عشر صفحة 2 بتاريخ الأحد 10 أغسطس 2008

العصر النووي(فترة الثمانينات)

*هذا الملف يناقش تطور العصر النووي خلال الفترة من 1980حتي 1990

*المقال محمل بالكامل ضمن جريدة إقتصاد الغد ، العمود في صفحة 2 العدد االخامس عشر بتاريخ 3 أغسطس 2008

*هذا الملف يناقش تطور العصر النووي خلال الفترة من 1970 حتي 1980

*المقال محمل بالكامل ضمن جريدة إقتصاد الغد

* الملف محمل بالكامل في هذا الموقع

Not for commercial use

 يشتمل هذا الملف علي تغير تكاليف إنشاء المحطات النـــــــووية منذ عام 1974 ، وذلك بتفاصيلها مما يجعل القارئ علي دراية تامة بهذا الموضوع الذي يشغل بال العديد من الدول العربية

COSTS OF NUCLEAR POWER PLANTS — WHAT WENT WRONG?

No nuclear power plants in the United States ordered since 1974 will be completed, and many dozens of partially constructed plants have been abandoned. What cut off the growth of nuclear power so suddenly and so completely? The direct cause is not fear of reactor accidents, or of radioactive materials released into the environment, or of radioactive waste. It is rather that costs have escalated wildly, making nuclear plants too expensive to build. State commissions that regulate them require that utilities provide electric power to their customers at the lowest possible price. In the early 1970s this goal was achieved through the use of nuclear power plants. However, at the cost of recently completed plants, analyses indicate that it is cheaper to generate electricity by burning coal. Here we will attempt to understand how this switch occurred. It will serve as background for the next chapter, which presents the solution to these problems.

Several large nuclear power plants were completed in the early 1970s at a typical cost of $170 million, whereas plants of the same size completed in 1983 cost an average of $1.7 billion, a 10-fold increase. Some plants completed in the late 1980s have cost as much as $5 billion, 30 times what they cost 15 years earlier. Inflation, of course, has played a role, but the consumer price index increased only by a factor of 2.2 between 1973 and 1983, and by just 18% from 1983 to 1988. What caused the remaining large increase? Ask the opponents of nuclear power and they will recite a succession of horror stories, many of them true, about mistakes, inefficiency, sloppiness, and ineptitude. They will create the impression that people who build nuclear plants are a bunch of bungling incompetents. The only thing they won't explain is how these same "bungling incompetents" managed to build nuclear power plants so efficiently, so rapidly, and so inexpensively in the early 1970s.

For example, Commonwealth Edison, the utility serving the Chicago area, completed its Dresden nuclear plants in 1970-71 for $146/kW, its Quad Cities plants in 1973 for $164/kW, and its Zion plants in 1973-74 for $280/kW. But its LaSalle nuclear plants completed in 1982-84 cost $1,160/kW, and its Byron and Braidwood plants completed in 1985-87 cost $1880/kW — a 13-fold increase over the 17-year period. Northeast Utilities completed its Millstone 1,2, and 3 nuclear plants, respectively, for $153/kW in 1971, $487/kW in 1975, and $3,326/kW in 1986, a 22-fold increase in 15 years. Duke Power, widely considered to be one of the most efficient utilities in the nation in handling nuclear technology, finished construction on its Oconee plants in 1973-74 for $181/kW, on its McGuire plants in 1981-84 for $848/kW, and on its Catauba plants in 1985-87 for $1,703/kW, a nearly 10-fold increase in 14 years. Philadelphia Electric Company completed its two Peach Bottom plants in 1974 at an average cost of $382 million, but the second of its two Limerick plants, completed in 1988, cost $2.9 billion — 7.6 times as much. A long list of such price escalations could be quoted, and there are no exceptions. Clearly, something other than incompetence is involved. Let's try to understand what went wrong.

 The Use of Airborne Gamma Ray Spectrometry by M.I.M. Exploration—A Case Study From the Mount Isa Inlier, North West Queensland, Australia

 Jayawardhana, P.M. [1],and Sheard, S.N.[1]

ABSTRACT

This paper describes how airborne radiometrics has been used by M.I.M. Exploration Pty. Ltd. (MIMEX) to aid mineral exploration. The case study for this paper focuses on the Mount Isa airborne survey undertaken from 1990–92. During this survey both radiometrics and magnetics were recorded over 639 170 line kilometres. Due to the perceived value of the radiometric data, stringent calibration procedures, including the creation of a test range, were adopted. In addition to the newly flown areas, agreements were entered into to acquire existing data (76 760 line kilometres) from other companies. These were reprocessed and stitched in to give an overall ‘seamless join to images. The total area covered by the Mount Isa airborne survey was 1 513 000 km

Over the last five years MIMEX has undertaken a number of projects and generated a number of products to maximise the in-house use of radiometrics for mineral exploration. This paper highlights these products, techniques, and results based on radiometric signatures of major mines in the Mount Isa Inlier; radioelement contour maps; geomagnetic/radiometric interpretation maps; lithological mapping; regolith mapping; geochemical sampling; and spatial modelling using geographical information systems (GIS).

Due to the recent introduction of GIS technology and better techniques for handling MIMEX’s high quality digital data, there has been a revived interest in making more use of image data sets. The integration of raster and vector data sets for both spectral and spatial modelling has highlighted the vast potential that lies ahead.

* For non commercial uses

البحث محمل في هذا الملف

Reactor Types

1.Pressurized Water Reactors (PWR)

PWRs use nuclear-fission to heat water under pressure within the reactor. This water is then circulated through a heat exchanger (called a "steam generator") where steam is produced to drive an electric generator. The water used as a coolant in the reactor and the water used to provide steam to the electric turbines exists in separate closed loops that involve no substantial discharges to the environment. Of the 104 fully licensed reactors in the United States, 69 are PWRs.

 www.eia.doe.gov/cneaf/nuclear/page/nuc_reactors

/pwr.html

 

2.Boiling Water Reactors (BWR)

The remaining 35 operable reactors in the United States are BWRs.  BWRs allow fission-based heat from the reactor core to boil the reactor’s coolant water into the steam that is used to generate electricity. General Electric built all boiling water reactors now operational in the United States. Areva NP and Westinghouse BNFL have each designed BWRs.www.eia.doe.gov/cneaf/nuclear/page/nuc_

reactors/bwr.html

 

3.Pressurized Heavy Water Reactors (PHWR)

PHWRs have been promoted primarily in Canada and India, with additional commercial reactors operating in South Korea, China, Romania, Pakistan, and Argentina. Canadian-designed PHWRs are often called "CANDU" reactors. Siemens, ABB (now part of Westinghouse), and Indian firms have also built commercial PHWR reactors. Heavy water reactors now in commercial operation use heavy water as moderators and coolants.  The Canadian firm, Atomic Energy of Canada Limited (AECL), has also recently proposed a modified PHWR (the ACR series) which would only use heavy water as a moderator.  Light water would cool these reactors. No successful effort has been made to license commercial PHWRs in the United States. PHWRs have been popular in several countries because they use less expensive natural (not enriched) uranium fuels and can be built and operated at competitive costs. The continuous refueling process used in PHWRs has raised some proliferation concerns because it is difficult for international inspectors to monitor.  Additionally, the relatively high Pu-239 content of PHWR spent fuel has also raised proliferation concerns.  The importance of these claims is challenged by their manufacturers.  PHWRs, like most reactors, can use fuels other than uranium and the ACR series of reactors is intended to use slightly enriched fuels.  Particular interest has been shown in India in thorium-based fuel cycles.

 http://www.eia.doe.gov/cneaf/nuclear/page/nuc_

reactors/china/candu.html

 

4.High Temperature Gas-cooled Reactors (HTGR):

HTGRs are distinguished from other gas-cooled reactors by the higher temperatures attained within the reactor. Such higher temperatures might permit the reactor to be used as an industrial heat source in addition to generating electricity.  Among the future uses for which HTGRs are being considered is the commercial generation of hydrogen from water.  In some cases, HTGR turbines run directly by the gas that is used as a coolant.  In other cases, steam or alternative hot gases such as nitrogen are produced in a heat exchanger to run the power generators.  Recent proposals have favored helium as the gas used as an HTGR coolant.  The most famous U.S. HTGR example was the Fort Saint Vrain reactor that operated between 1974 and 1989. Other HTGRs have operated elsewhere, notably in Germany. Small research HTGR prototypes presently exist in Japan and China. Commercial HTGR designs are now promoted in China, South Africa, the United States, the Netherlands, and France though none of these is yet commercially marketed.  The proposed Next Generation Nuclear Plant (NGNP) in the U.S. will most likely be a helium-based HTGR, if it is funded to completion.

http://www.nuc.berkeley.edu/designs/mhtgr/mhtgr.

GIF

5.Sodium-cooled reactors reactors

Sodium-cooled reactors are included on this list primarily because of proposals to build a Toshiba 4S reactor in Alaska. Sodium-cooled reactors use the molten (liquid) metal sodium as a coolant to transfer reactor generated heat to an electricity generation unit.  Sodium-cooled reactors are often associated with “fast breeder reactors (FBRs)” though this is technically not the case in the 4S design.

* هذا الملف يعالج طيقة لاستخلاص اليورانيوم من خاماته دون استخراج الخام من باطن الأرض- أي طريقة حديثة لتعدين اليورانيوم بدون شق مناجم أو حفر أنفاق. يستحدم في هذه الطريق توصيل سائل حامضي إلي خام اليورانيوم عن طريق شبكة من الأنابيب ويتم إذابة اليورانيوم من خاماته، ثم يتم سحب السائل المحتوي علي ركاز اليورانيوم.

*هذه الطريقة تساعد علي تخفيض تكاليف انتاج اليور انيوم.

* للمزيد من التفاصيل يمكنكم الاطلاع علي البحث المحمل بالكامل في هذا الموقع

* للاستعمال الثقافي وليس للاستخدام التجاري  Not for commercial use

* يشمل هذا لملف كتاب عن استكشاف وانتاج اليورانيوم والطلب عليه، كما يشتمل علي تقرير عن تطور صناعة اليورانيوم في كل دولة مشتركة في مجموعة اليورانيوم.

* يمثل هذا الملف ثقافة نووية رفيعة المستوي عن كل ما يجري في استكشاف وإنتاج اليورانيوم والطلب عليه في العالم.

* هذا الملف للأغلا اض التثقيفية وليس لأي غرض تجاري

*هذا  الملف يبن المعايير العالمية التي يجب اتباعها عند حساب احتياطيات الخام، وكيف تترتبط الثقة في الأرقام التي تظهر في الحسابات بمقدرا  وتفاصيل عمليات الاستكشاف.

* الملف محمل بالكامل ضمن هذا الموقع

يشتمل هذا الملف علي إحدي محاضراتي في اللقاء التقني الخاص بتعدين واستكشاف اليورانيوم بالأردن في نوفمبر 2009، وقد تم دعوتي من قبل الوكالة الدولية للطاقة الذرية لإلقاء ثلاث محاضرات عن:

1- طرق حساب احتياطيات خام اليورانيوم

2- استكشاف اليورانيوم في المناطق القارية

3- اختيار مواقع  مفاعلات القوي النووية

* المحاضرة الأولي محملة بالكامل بهذا الملف

* لمزيد من المعلومات برجاء الاتصال بي عن طريق البريد الإلكتروني:

[email protected]

ISL-amenable sandstone-type uranium deposit: Global aspects and recent developments in China

a East China Institute of Technology, Jiangxi Province, China. b Beijing Research Institute of Uranium Geology, Chaoyang District, Beijing, China. c Changsha Uranium Geology Research Institute, China

Abstract

It is concluded that most of known ISL-amenable uranium deposits are attributed to roll sub-type, a minority to basal-channel sub-type, and a few to tabular in case that redistribution of U occurred. Such a classification and related explanation are beneficial to exploration in China. However, there exist significant differences between deposits in Central Asia and those in Wyoming in aspects of tectonic background, scale and shape of host sandbodies, and attitude of ore bodies though all are attributed to the same roll sub-type. Similar situation is presented for deposits of basal channel sub-type. So, it is proposed to establish deposit model and  odel series, providing guidelines for exploration. Four model series and eleven models have been tentatively formulated, including: 1) Central Asia-South Texas series (Chu Sarysu-Syr Darya, Central Kyzylkum, Yili and  outh Texas models) where hosts are large-scale tabular sandbodies, usually developed on the slope parallel to the long axis of the basin and orebodies have a “C” shape with convex surfaces perpendicular to the long axis of the basin; 2) Wyoming series (Shirley-Wind River-Powder River and Great Divide models) where hosts are moderate/small sandbodies forming a wide ribbon, deposited in compressive foreland basins while ore bodies  occur on both margins of ribbon-shaped sandbodies with the convex surfaces directed outwards; 3) Grants series (Grants-primary and Grants re-distributed models) where host sandstones were deposited as channel fill within a large-scale humid alluvial fan, containing plenty of organic matter, and orebodies are mostly tabular in shape, transformed locally into roll form; and 4) Siberia-Bohemia series (West Siberia, Trans-baikal-West Yunnan and  North Bohemia models) where U concentrations occur in, on, and/or adjacent to detrital plant debris within the channel sandstone, filling incised valley. Besides, recognition criteria are briefly explained. On the other hand, the sandstone-type uranium metallogenetic prospect of China is discussed with special attention to the Northwest Territory of China that could be considered as the east extension of a giant uranium super-province, stretching from Central Asia eastwards. The territory includes four domains and thirteen sub-domains different in uranium endowment. Meanwhile, the features of six selected deposits/mineralized areas are described in brief, including  the Kujie’ertai, roll sub-type, hosted in tabular sand-bodies (J1-2sh); the Shihongtan, roll sub-type, hosted in ribbon-shaped sand-bodies (J2x); the Dongsheng, tabular sub-type with local U redistribution, hosted in ribbon-shaped sand-bodies (J2z); the Nuheting, tabular sub-type, hosted in ribbon-shaped sand-bodies (K2e); the Bayantala, basal channel sub-type of Mesozoic (K1bs) age; and the Chenzishan, basal channel sub-type of Cenozoic (N2m age). Finally, it is emphasized that China, especially the Northwest Territory of China, remains highly perspective, having only minor exploration in the past.

دراسات جيولوجية مقترحة  لتقليل مخاطر الزلازل علي موقع مفاعل القوي بمنطقة الضبعة، الساحل الشمالي، مصر

هذه ترجمة لعنوان البحث المنشور عام 1995 من إعداد عبدالعاطي بدر سالمان

البحث تم تحميله بالكامل علي الموقع

METHODS OF EVALUATING ORE PROCESSING AND EFFLUENT TREATMENT FOR CIGAR LAKE ORE AT THE RABBIT LAKE MILL

C.R. EDWARDS

Cameco Corporation, Saskatoon, Saskatchewan, Canada

Abstract

هذا التقرير غاية في الأهمية لجميع العاملين في مجال استكشاف وتعدين واستخلاص اليورانيوم حيث يوجد به فصول تفصيلية لمناقشة تلك الموضوعات كما يلي (التقرير محمل بالكامل في هذا الموقع بغرض الثقافة النووية وليس لأي أغراض تجارية):

1. INTRODUCTION 

2. HISTORY OF URANIUM MINING

3. CLASSIFICATION OF DEPOSITS.

3.1. Definition and examples 

3.1.1. Unconformity-related ...

3.1.2. Sandstone

3.1.3. Quartz-pebble conglomerate 

3.1.4. Veins 

3.1.5. Breccia complex 

3.1.6. Intrusive 

3.1.7. Phosphorite 

3.1.8. Collapse breccia pipe 

3.1.9.Volcanic

3. Surficial.9

3.1.11. Metasomatite 

3.1.12.Metamorphic

3.1.13. Lignite.

3.1.14.  Blackshale

3.2. The exploitable deposits 

4. PARAMETERS TO BE CONSIDERED WHEN ASSESSING A

URANIUM ORE RESOURCE

4.1.Location

4.2. Shape 

4.3. Size 

4.4. Depth 

4.5. Orientation

4.6. Geotectonics 

4.7. Mineralogy 

4.8. Hydrology

4.9. Boundary conditions ...............................................................................................................13

5. PROJECT IMPACT AND APPROVAL.

5.1. Project proposal

5.2. EIS guidelines

5.3. EIS report.. EIS approval process

MINING.............................................................................................................................................16

6.1. Benefits greater than liabilities 

6.2. ALARA .

6.3. Mining methods

6.3.1. Open pit 

6.3.2. Underground

6.3.3. In situ leaching (ISL)

6.4. Influence on mining methods

6.4.1. Social and legal (regulatory) .

6.4.2. Resource recovery 

* يشتمل هذا الملف علي البحوث التي ألقيت بمؤتمر الوكالة الدولية للطاقة الذرية الذي عقد في فينا في أكتوبر 2000

* الغرض من ذلك إعطاء الفرصة لشباب الباحثين للإطلاع علي البحوث في هذا المجال الهام، وخاصة هؤلاء الذين لا تتاح لهم فرصة للمشاركة في تلك المؤتمرات الدولية 

*بحوث المؤتمر محملة بالكامل ضمن هذا الملف

* ليست للإستخدام التجاري ولكنها لنشر الثقافة النووية

تم إجراء هذا التحقيق الصحفي مع الدكتور عبدالعاطي بدر سالمان بواسطة الصحفية سالي بدر بجريدة النهار المصرية. يوضح الجوانب العامة الخاصة باليورانيوم وأهمية الإسراع في إنشاء محطات نووية في مصر قبل فوات الأوان

(التحقيق محمل ضمن هذا الموقع كمرفق pdf

يعلق بأذهان الكثير من الناس، عندما يتحدثون عن الطاقة النووية أنها مقصورة على المفاعلات النووية أو ربما الأسلحة النووية، ولكن قليل من الناس يعرفون المدى الرحب لاستخدامات النظائر المشعة والتي ساهمت في تغير حياتنا من منذ عشرات السنين. فانه

باستخدام مفاعلات نووية صغيرة لأغراض خاصة يمكن إنتاج مواد إشعاعية متنوعة (النظائر) بتكلفة زهيدة، ولهذا السبب فان استخدام النظائر المشعة المنتجة صناعيا قد أصبح واسع الانتشار منذ أوائل الخمسينيات ،حيث يوجد الآن حوالي 270 مفاعل بحثي في 59 دولة ينتجون تلك النظائر.

النظائر المشعة

نحتاج في حياتنا اليومية إلي الطعام والماء والصحة الجيدة، وتلعب النظائر المشعة في وقتنا الحالي دورا هاما في التقنيات التي تمدنا بهذه المنظومة الثلاثية، ويتم إنتاج النظائر المشعة بواسطة قذف كميات صغيرة من بعض العناصر بواسطة النيوترونات.

ففي الأغراض الطبية يتسع استخدام النظائر المشعة في تشخيص الأمراض والبحوث ذات الصلة كما يلي:

-   فمثلا الصبغات الكيميائية المشعة تصدرا أشعة جاما والتي تعطى معلومات هامة لتشخيص الأمراض لبعض أجزاء الجسم وكفاءة بعض الأعضاء الخاصة، كذلك فان العلاج بالأشعة يستخدم النظائر المشعة في معالجة بعض الأمراض مثل السرطان. كما تستخدم أشعة جاما التى تنبعث من مصدر قوى في تعقيم السرنجات والشاش وبعض الأجهـــزة الطبيـــة الأخرى .

-  أما التطبيقات في حفظ الأطعمة فان النظائر المشعة تستخدم في منع إنبات جذور المحاصيل بعد حصادها وذلك لقتل الطفيليات والآفات المؤذية التى يمكن أن توجد بها، كذلك تستخدم في التحكم في إنضاج الفواكه والخضراوات المخزنة ومدة صلاحيتها . ومن

    الجدير بالذكر أن الأطعمة المشععة أصبحت مقبولة من الهيئات الصحية والعالمية للاستهلاك البشرى في عدد من الدول ومن أمثلة ذلك البطاطس والحبوب والفواكه والمعلبات.وتسهم عملية تشعيع الأغذية في مقاومة الطفيليات وجراثيم التسمم الغذائي (3)

-   كذلك تلعب النظائر المشعة في الحفاظ على نباتات المحصولات وعمليات الإكثار الخاصة بها، فهي تستخدم لزيادة الإنتاجية ومكافحة الآفات والتغيرات المناخية في العديد من المحصولات، وفى دراسة كيف تؤثر الأسمدة والمبيدات في تلك المحاصيل لزيادة إنتاجية وصحة حيوانات التسمين .

-   وتستخدم النظائر المشعة أيضا في الصناعة  والتعدين ، حيث تستخدم لفحص اللحامات للكشف عن مواقع التسرب في مواسير خطوط البترول والوحدات الصناعية المتقدمة ، كذلك تستخدم في دراسة معدلات تآكل الفلزات ، وفى التحاليل الخاصة بالعديد من المعادن والوقود، وهناك العديد من الاستخدامات الأخرى ، حيث تستخدم النظائر المشعة المشتقة من البلوتونيوم الذي يتكون في المفاعلات في الأجهزة المنزلية الخاصة بالكشف عن الدخان. كذلك تلعب المعالجة الإشعاعية دورا هاما في تنقية مخلفات الصرف الصحي (3)

  -   وتستخدم النظائر المشعة بواسطة رجال الشرطة في مكافحة الجريمة، وذلك بالكشف والتحليل للملوثات في البيئة وفى دراسة حركة المياه السطحية، وقياس معدل سريان المياه من الأمطار والثلوج كذلك في قياس معدلات سريان المياه في الروافد والأنهار.

مفاعلات أخرى

-   هناك استخدامات أخرى للمفاعلات  حيث يوجد اكثر من 200 مفاعل نووي صغير بقوة 150 تستخدم في السفن ومعظم الغواصات والطائرات. وذلك يمكنها من البقاء في البحر أو الفضاء لمدة طويلة بدون تزويدها بالوقود.

-   كذلك يمكن استخدام الحرارة الناتجة من المفاعلات النووية مباشرة زيادة على استخدامها في توليد الكهرباء - ففي السويد وروسيا على سبيل المثال - لتسخين المساكن وإمداد العديد من العمليات الصناعية بالحرارة اللازمة مثل محطات إزالة ملوحة مياه البحر.

الأسلحة الحربية

لقد استخدم اليورانيوم والبلوتونيوم لصناعة القنابل قبل أن تظهر أهميتهما في إنتاج الطاقة الكهربائية والنظائر المشعة، ولكن هناك اختلاف بين نوع اليورانيوم والبلوتونيوم الذين يستخدمان في صناعة الأسلحة النووية والذي يستخدم في محطات الطاقة النووية. وتجدر الإشارة إلي أن اليورانيوم القابل للاستخدام في صناعة القنابل لابد أن يكون عالي الإثــراء ( اكثر من 90% يورانيوم -235 ) بدلا من 5, 3  %. أما البلوتونيوم المناسب لانتاج القنابل فلابد أن يكون عالي النقاوة ( اكثر من 90 % بلوتونيوم 239 ) ويتم تحضيره في مفاعلات خاصة.

        في هذه الأيام ولأسباب الحد من انتشار الأسلحة النووية، فإن الكثير من اليورانيوم  الحربي قد أصبح متاحا لإنتاج الكهرباء  حيث يخفف اليورانيوم الحربي بنسبة 25 :1 باليورانيوم المستنفذ (معظمه يورانيوم -238) خلال عمليه الإثراء وذلك قبل استخدامه في  محطات القوى النووية. وتجدر الإشارة إلي أن عدد المحطات النووية العاملة علي مستوي العالم قد وصل إلي 435 بالإضافة إلي 33 تحت الإنشاء حسب بيانات عام 1998(شكل1-8).

ولأهمية البلوتونيوم واستخداماته المتعددة فقد تم تناوله بشيء قليل من التفصيل كما يلي:

تعريفة

يمثل البلوتونيوم عنصرا مشعا من صنع الإنسان وترتيبه الثاني بين مجموعات عناصر اليورانيوم، ورقمه الذرى 94 ووزنه الذري 244 . وقد تم إنتاجه لأول مرة عام 1940 بواسطة جلين سيبورك ومساعديه في جامعة كاليفورنيا ببركلي بالولايات المتحدة الأمريكية، وذلك باستخدام السيكلوترون للحصول على نظير البلوتونيوم 238 كناتج من قذف اليورانيوم 235 بالنيوترونات . ومنذ ذلك الوقت ، فقد  أصبح  للبلوتونيوم  أهميه خاصة وذلك بسبب دوره في المفاعلات والأسلحة النووية.

والبلوتونيوم عبارة عن فلز فضي اللون ، ينصهر عند درجة حرارة 85 ,639 درجة مئوية (1184 درجة فهر نهيت) ويصل درجة الغليان عند 3230 درجة مئوية (5846 درجة فهر نهيت) وكثافته 8 ,19 جم / سم 3 . والبلوتونيوم من مجموعة عناصر "الاكتينيدات" ويشبه الأرضيات النادرة ، ويمكنه أن يمر بخمسة حالات بين درجة حرارة الغرفة ودرجة حرارة الغليان، ويدخل في السبائك مع العديد من الفلزات مثل الألومنيوم والبريليوم والكوبالت والحديد والمنجنيز والنيكل والفضة. وقد تم تحضير العديد من مركبات البلوتونيوم مثل أكسيد البلوتونيوم وعدة مركبات هالوجينية.

نظائر البلوتونيوم

يوجد البلوتونيوم بكمية شحيحة في خامات اليورانيوم الطبيعية، وتعتبر المفاعلات النووية والمعامل هي المصدر الحقيقي لهذا العنصر. ويتم إنتاج على الأقل 15  نظيرا مشعا للبلوتونيوم تنحصر أوزانها الذرية بين 232 إلى 246 ، ويمثل البلوتونيوم 239 أهمها . ويتميز هذا النظير بقابليته للانشطار عند تعرضه لمقذوفات نيوترونية ببطيء، ويتم تحضيره في المفاعلات النووية. وتبدأ عملية إنتاج البلوتونيوم 239 باستيلاء اليورانيوم 238 على النيوترونات ويتبع ذلك تحلل إشعاعي بخروج 2 جزئ بيتا. والبلوتونيوم239  - والذي تبلغ فترة نصف العمر له 000 24   سنة - يتحلل بانبعاث جزيئات ألفا، ويتحول إلى يورانيوم 235. وهناك نظيرا آخر هام للبلوتونيوم هو البلوتونيوم 238 والذي  يتحلل بانبعاث جزيئات ألفا ، ويبلغ نصف العمر له 88 سنه، ويعتبر   البلوتونيوم 242 أطول نصف عمر حيث يصل إلي 37600 سنة (4)

 الاستخدامات

إن خاصية الانشطار للبلوتونيوم 239 وإمكانية إنتاجه بكميات كبيرة في المفاعلات النووية جعله  من المناسب كمادة نووية انشطارية، وكعامل انشطاري في القنابل الذرية والهيدروجينية، وقد استخدم البلوتونيوم 239 لصناعة القنابل الذرية التي ألقيت فوق هيروشيما وناجازكى في عام 1945.

إن مفاعل كبير يعمل بالماء الخفيف ويستخدم يورانيوم 235 كوقود يمكنه أن ينتج سنويا 225 كيلو جرام (495رطل) بلوتونيوم كناتج ثانوي غالبيته بلوتونيوم 239. ويؤخذ هذا المنتج الثانوي ليستخدم في قضبان الوقود التي تحتوى على أكسيد البلوتونيوم وأكسيد اليورانيوم، كذلك يستخدم البلوتونيوم 239 كوقود في بعــض مفاعلات الولود السريع التي تسمي الــ:

                     Liquid-metal-cold fast breeder reactor (LMFBR)

وعلى هذا يمكن أن يستثمر البلوتونيوم في المستقبل في إنتاج الطاقة الكهربية. وله استخدام أخر، حيث أن الحرارة الناتجة عن التحلل الإشعاعي للبلوتونيوم 238 قد زودت سفينة الفضاء ابوللو  والأقمار الصناعية بالطاقة الحراري - كهربية. ويستخدم هذا النظير أيضا كمادة مساعدة لتقوية القلب في تجارب القلوب الصناعية. ومن بين النظائر الأخرى لهذا العنصر فان البلوتونيوم 242 والبلوتونيوم 244قد ثبت أهميتهما في البحوث الكيميائية وبحوث الفلزات.

تحضيره

تعتمد طرق فصل وتنقيه البلوتونيوم من نفايات الوقود المحترق في المفاعلات النووية على خاصية إمكانية وجود البلوتونيوم في الأشكال الثلاثية والرباعية والخماسية والسداسية  من حالات الأكسدة، حيث أن كلا منها يختلف في الخواص الكيمائية . في إحدى طرق الفصل يتم استخدام طريقة الـ  redox  ( الاختزال –الأكسدة ) فان اليورانيوم والبلوتونيوم الناتج من المفاعل يذاب في حامـض النيتريك ، ويتـم أكسدته إلى الحالــة السداسية ويتم استخلاصــه بمــادة الهـكسون  (Hexane methyl-n-butyl ketone) ، وبهذا يتم فصلها عن النواتج الانشطارية الأخرى. ثم يوضع الهيكسون مع محلول نترات الألومنيوم الذي يحتوى على عامل اختزال، وهذه الخطوة لا تؤثر على اليورانيوم ولكنها تحول البلوتونيوم إلي حالة الأكسدة الثلاثية وتجعله قابل للاستخلاص كمحلول. ويمكن أكسدة البلوتونيوم ثانية بتكرار ذلك، وتستخدم مراحل متتابعة لتنقية البلوتونيوم إلى  الدرجة المطلوبة (5):

 (Encyclopedia Americana, 1982, vol. 22, p.261).

 تأثيره على الإنسان

يعتبر البلوتونيوم سام للغاية ، إذا وصلت كميه ضئيلة ( ميكروجرام) إلي جروح في الجلد فإنها تسبب السرطان . و يكون أكسيد البلوتونيوم جزيئات صغيرة للغاية تبقى عالقة في الهواء ويحتمل أن تسبب سرطان الرئة عند استنشاقها أثناء التنفس، فإذا وصلت داخل الجسم فإن البلوتونيوم يمتص بشراهة في العظام ويسبب سرطان العظام.

 التأثيرات البيئية

إن الإشعاع الصادر من البلوتونيوم الناتج من وقود المفاعلات النووية المستنفذ يستمر لمئات الآلاف من السنين، وهذا  يحتم اتخاذ إجراءات صارمة لتخزين هذه النفايات ومنعها من التسرب إلى البيئة. ويجدر القول بأن بعض التلوث البيئي بالبلوتونيوم قد حدث بالفعل نتيجة تنفيذ برامج الأسلحة الذرية في العديد من الدول.

من خام اليورانيوم إلى وقود المفاعل

 يتم تعدين خام اليورانيوم (استخراجه من الأرض) بطريقتين إما عن طريق شق المناجم التحت سطحية أو المناجم المكشوفة وهذا يعتمد على عمق الخام وطريقة تواجده. بعد تعدين الخام يتم تكسيره وطحنه، وبعد ذلك يتم معالجته بالحامض لإذابة اليورانيوم ثم استرجاعه بعد ذلك من المحلول. ويمكن تعدين اليورانيوم بطريقة استخلاصه في مكان تواجده  ISL ، حيث يتم إذابته من الخام وهو في مكانه الأصلي ثم يرفع بواسطة طلمبات إلى السطح. والمنتج النهائي من عملية مراحل المنجم والمصنع آو الاستخلاص  المكانى ISL  هو ركاز اليورانيوم أكسيد (U3O8 ) ، وهذه هي الحالة التى يباع اليورانيوم عليها، وقبل أن يستخدم هذا المنتج في مفاعلات إنتاج الكهرباء فانه يمر بعدة عمليات حتى يكون صالحا للاستخدام كوقود في المفاعلات.

وفى معظم دول العالم فان الخطوة التالية لعمل وقودا يصلح للاستخدام هو تحويل أكسيد اليورانيوم إلي غاز سادس فلوريد اليورانيوم   UF6 والذي يجعله قابلا للإثراء الذي يتم فيه زيادة نسبة اليورانيوم 235 من مستوى وجوده في الطبيعية 7,.%إلى 3-4 %.  وهذه العملية ترفع الكفاءة الفنية في تصميم المفاعل وتشغيله وخاصة المفاعلات الكبيرة ويسمح باستخدام الماء العادي كمهدى. بعد عملية الإثراء ، يتم تحويل سادس فلوريد اليورانيوم  UF6  إلى أكسيد اليورانيوم UO2 والذي يكون أقراص الوقود، وتوضع هذه الأقراص في داخل أنابيب رقيقة من الفلز والتى ترتب على هيئة حزم من الوقود النووي الذي يوضع في لب المفاعل (1) (شكل 1-5) .

  أما عن المفاعلات التى تستخدم اليورانيوم الطبيعي كوقود لها ومن ثم فإنها تحتاج جرافيت أو ماء ثقيل كمهدى فان ركاز ثامن أكسيد اليورانيوم  U3O8 يحتاج ببساطة إلى تكريره وتحويله مباشرة إلى أكسيد اليورانيوم UO2.

أما بالنسبة للوقود المستنفذ فانه يرفع من المفاعل ويتم تخزينه (شكل 1-6)، تمهيدا لتدويره للاستخدام مرة ثانية أو تخزينه في باطن الأرض، علما بان هناك العديد من دراسات خاصة بإدارة المخلفات الإشعاعية طبقا لمستوياتها الإشعاعية.