deadheart
03-29-2010, 02:27 PM
عنصر اليورانيوم
اليورانيوم من العناصر الثقيلة وهو فلز ابيض فضي اللون وليس أثقل العناصر حيث تبلغ كثافته 18.7 جرام/مكعب السنتم أي مرة ونصف اثقل من الرصاص وان أثقل العناصر تبلغ كثافته حوالي 22 جرام/سم مكعب. واليورانيوم موجود في معظم الأحجار الطبيعية على الأرض بنسبة 2 الى 4 غام لكل طن وهو موجود في مياه البحار والمحيطات بنسب متفاوتة تبدا من 2 ملي جرام في الطن وان كلفة استخلاصه من المياه تكون باهظة جدا وقد اكتشف بواسطة الكيميائي الألماني Martin Klaproth سنة 1789 من خام يعرف في ذلك الوقت باسم Pitchblende وقد سمي هذا الحجر على اسم الكوكب Uranus الذي كان قد اكتشف قبل ذلك بعشر سنوات وهو ليس مشترك في النظام الشمسي وان انحلال اليورانيوم يعتبر من المصادر الرئيسية للطاقة والحرارة في باطن الأرض وبسبب كثافته العالية فانه يستخدم في كثير من الأعمال منها طلي الزجاج منذ القرن الأول ميلادي وحاليا يستخدم في موازنة اليخوت وفي موازنة الطائرات وفي تحديد أعمار الصخور والترسبات الطينية والمتحجرات بالإضافة الى كونه من المصادر الرئيسية للإشعاع ودرجة انصهاره عالية جدا تصل إلى 1132 درجة مئوية ورمزه الكيميائي هو U وذرة اليورانيوم تحتوي على 92 إلكترون تدور حول النواة في مستويات للطاقة معروفة ومحدد من قبل الدارسين في الكيمياء والفيزياء الذرية. وفي سنة 1896 اكتشف الكيميائي بيكرل ان اليورانيوم عنصر مشع وبذلك يكون او اكتشاف للعناصر المشعة في الطبيعة
نظائر اليورانيومUranium Isotopes
اليورانيوم يمتلك 24 نظير معروف ومستقر نسبيا ( النظائر هي أشكال من نفس العنصر متشابه في الخواص الكيمائية ولكنها تختلف في كتلة النواة حيث يتغير فيها عدد النيوترونات) والهيدروجين له ثلاثة نظائر وهكذا. وتبدا نظائر اليورانيوم بالعدد الكتلي 218 وبعمر نصفي 1.5 ملس ثانية وتنتهي باليورانيوم 242 بعمر نصفي 16.8 دقيقة وبينها اليورنيوم 234 بعمر نصفي 2.455E+5 سنة واليورنيوم 235 بعمر نصفي 7.038E+8 سنة واليورنيوم 238 بعمر نصفي يساوي 4.468E+8 سنة. واليورانيوم الطبيعي يحتوي على نظيرين مهمين هما U(238) بنسبة 8%93.2 واليورانيوم U(235) ونسبته 0.71% تقريبا والباقي هو 234واليورانيوم 235 مهم لأنه تحت ظروف معينة يمكنه أن ينشطر ويعطي طاقة هائلة ويسمى في بعض الأحيان بألأنشطاري Fissile ومعدل عمر النصف لصخور اليورانيوم هو بحدود 4E+9Y وهي عادة تشع جسيمات الفا وبيتا
عملية التخصيب Enrichment operation
هي عملية زيادة نسبة اليورانيوم 235 في أنموذج خام اليورانيوم ( لا يشترط ان يكون الخام هنا من معدن اليورانيوم بل يمكن ان يكون أي مركب يحتوي اليورانيوم كأحد مكوناته) حتي يمكن استخدامه فاذا ازدادت النسبة من 0.7% الى 2 او 6% فان الاستخدام يكون للمفاعلات النووية وتزداد الطاقة التي يولدها المفاعل كلما ازداد نسبة التخصيب وإذا ازدادت إلى حدود 90% فان اليورانيوم يستخدم في إنتاج الأسلحة النووية.
هناك ثلاثة مستويات من اليورانيوم المخصب:
اليورانيوم ذو الخصوبة العالية Highly enriched uranium ويحتوي على 20% من اليورانيوم-235. اليورانيوم ذو الخصوبة الواطئة Low-enriched uranium ويحتوي على اقل من 20% من اليورانيوم-235. اليورانيوم ذو الخصوبة المحدودة Slightly enriched uranium وتحتوي على 0.9% الى 2% من اليورانيوم-235.
تم تخصيب اليورانيوم لأول مرة في الولايات المتحدة بعد الحرب العالمية الثانية، حيث تم بناء 3 من المفاعلات النووية في ولايات «تينيسي» و «أوهايو» و«كنتاك»، وكانت الطريقة المستعملة عبارة عن ضخ كميات كبيرة من اليورانيوم على شكل غاز يورانيوم هيكسافلوريد uranium hexafluoride الى حواجز ضخمة تحوي ملايين الثقوب الصغيرة جدا، وبهذه الطريقة يتم انتشار اليورانيوم-235 (وهو الجزء المطلوب) بسرعة أكبر ونسبة الى اليورانيوم-238 (وهو الجزء غير المرغوب فيه لكونه أثقل)، وتم استغلال الفرق في سرعة الانتشار وجمع كميات هائلة من اليورانيوم-235، وتمتلك الولايات المتحدة يورانيوما مخصبا من النوع العالي الخصوبة بنسبة 90%.
إنتاج الطاقة هنا يتم بعملية تدعى الانشطار حيث تنفلق نواه اليورانيوم بعد قذفها بالنيوترونات الحرارية Thermal Neutrons الى نواتين مجموع كتلتيهما وكتلة النواتج الأخرى لا يساوي كتلة نواة اليورانيوم 235 والنيوترون الحراري وفرق الكتلة هذا يتحول الى طاقة ( مع ملاحظة ان فرق الكتلة هذا يكون صغير جدا) وحسب معادلة العلاقة بين الكتلة والطاقة للعالم اينشتين وهي ( الطاقة = الكتلة x مربع سرعة الضوء)، سرعة الضوء تبلغ 3x10E+8 متر لكل ثانية، فإذا تحولت كتلة مقدارها 10 ملي جرام من اليورانيوم ( المليجرام يعادل كتلة إحدى الحشرات الصغيرة تقريبا) إلى طاقة فإنها تنتج من الطاقة بقدر 9x10E+11 جول ( الجول يعادل الطاقة التي نصرفها عندما نرفع 100 جرام من المادة مسافة متر واحد) ، ولمزيد من المقارنة : فان تسخين لتر من الماء ورفع درجة حرارته من 20 درجة مئوية الى 100 درجة مئوية يحتاج الى 3.36x10E+5 جول أي ان تحويل ما يعادل كتلة حشرة من المادة ( أي مادة كانت) إلى طاقة يمكن إن يجهز طاقة كافية لكي تغلي 2680 خزان من الماء بسعة متر مكعب ( طن متري) وهذه الطاقة تكفي لستة منازل تستهلك 20 أمبير لمدة سنة.
اليورانيوم الذي يستخدم للحصول على الطاقة يسمى باليورانيوم المخصب Enriched Uranium
طرق تخصيب اليورانيوم
هناك ثلاثة طرق معروفة في تخصيب اليورانيوم ( طرق تخصيب اليورانيوم صناعة تعتبر واحدة من أسرار الدولة التي تقوم بعملية التخصيب) ومعظم طرق التخصيب او فصل اليورانيوم 235 عن الخام تعتمد أساسا على فرق الكتلة بين النظيرين 235 و 238 حيت ان نسبة الكتلة بين النظيرين هي بحدود 0.85 :
1- الطرد المركزي
في هذه الطريقة يحول اولا خام اليورانيوم الى غاز سداسي فلور اليورانيوم بطرق كيمائية معروفة ثم يدور المتوى في جهاز يسمى جهاز الطرد المركزي وتجمع بذرات غاز سداسي الفلور المحتوي على اليورانيوم 235. حيث يضخ الغاز داخل في اسطوانات تدور بسرعة عالية مما يؤدي الى انجراف الذرات الى الوجه المنحني من الأسطوانة بتأثير القوة المركزية وهذه القوة تتناسب مع الكتلة بثبات السرعة وكتل الغز الأثقل وهي التي تحتوي على 238 تنزلق على الأسطوانة نحو الأسفل والأخف والتي تحتوي على 235 تبقى في الأعلى وتجمع ومن ثم تكرر العملية مرات عديدة للحصول على التركيز المطلوب. وهذه العملية تحتاج الى طاقة عالية للحصول على السرعة المطلوبة للفصل والى زمن وجهود كبيرة للحصول على التركيز المطلوب من 235 .
2- الانتشار الغازي:
في هذه الطريقة يضخ الغاز خلال صفائح رقيقة تحتوي على الملايين من الثقوب الدقيقة جدا والتي ينتشر من خلالها الغاز الى التي تليها اعتمادا على كون إن جزيئات الغاز الخفيف تمر أسرع من الأثقل منها وبذلك يمكن فصلها وتعاد العملية ألاف المرات للحصول على التركيز المطلوب.
3- طريقة الليزر:
في هذه الطريقة تستخدم توليفة من حزمة الليزر بتركيز عال والشحنة الكهربائية في فصل نظائر اليورانيوم حيث يحول النموذج الى غاز بواسطة التسخين بألكترونات في وعاء مغلق ثم تمرر به حزمة من الليزر وعند تردد معين يتوالف مع مستويات الطاقة الكترونية في 235 ولا يتوالف مع 238 وبذلك نحصل على ذرات متأينة من اليورانيوم 235 يمكن فصلها عن الغاز عن طريق الواح باردة يتكاثف عليها البخار يتحول الى سائل ثم يحول الى صلب حسب درجة حرارة الألواح ومن ميزات هذه الطريقة بانها تستخدم طاقة كهربائية اقل من الطرق السابقة ولكن بتقنيات أكثر تعقيدا
اليورانيوم المستنفذ Depleted Uranium
اليورانيوم المستنفذ او الناضب او المنضب هو ما يتبقى بعد تخصيب اليورانيوم الطبيعي من أجل صناعة الأسلحة أو من أجل وقود المفاعل النووية. في هيئته المتجمدة، فإن اليورانيوم الناضب معتدل النشاط الإشعاعي يمتلك 60% من نشاط الطبيعي لليورانيوم ويشع جيسيمات الفا وهو يتكون من اليورانيوم 238 في معظم تركيبه وقليا من اليورانيوم 235 واليورانيوم 234 . وتبلغ كثافته 1.7 أضعاف كثافة الرصاص.
ودرجة انصهاره عالية يسبب تصلبه الشديد وتعرضه المسبق لدرجات حرارة عالية سواء كان في داخل المفاعل او إثناء عملية التخصيب وحين يصنع رأس سلاح ما أو قلبه من اليورانيوم الناضب، يكتسب السلاح قدرة هائلة على اختراق المدرعات. يخترق السلاح المدجج باليورانيوم المستنفذ المدرع كما يقطع السكين في الزبد ثم يتفجر على هيئة سحابة بخارية محترقة وغبار اليورانيوم الناضب أسود اللون. يستقر هذا البخار على هيئة أتربة أكسيد اليورانيوم والتي لها خواص السموم الكيماوية، بالإضافة إلى أنها مشعة. هذه الأتربة تعتبر سامة للغاية في حالة استنشاقها أو ابتلاعها أو دخولها إلى الدورة الدموية عبر جلد مجروح
اليورانيوم من العناصر الثقيلة وهو فلز ابيض فضي اللون وليس أثقل العناصر حيث تبلغ كثافته 18.7 جرام/مكعب السنتم أي مرة ونصف اثقل من الرصاص وان أثقل العناصر تبلغ كثافته حوالي 22 جرام/سم مكعب. واليورانيوم موجود في معظم الأحجار الطبيعية على الأرض بنسبة 2 الى 4 غام لكل طن وهو موجود في مياه البحار والمحيطات بنسب متفاوتة تبدا من 2 ملي جرام في الطن وان كلفة استخلاصه من المياه تكون باهظة جدا وقد اكتشف بواسطة الكيميائي الألماني Martin Klaproth سنة 1789 من خام يعرف في ذلك الوقت باسم Pitchblende وقد سمي هذا الحجر على اسم الكوكب Uranus الذي كان قد اكتشف قبل ذلك بعشر سنوات وهو ليس مشترك في النظام الشمسي وان انحلال اليورانيوم يعتبر من المصادر الرئيسية للطاقة والحرارة في باطن الأرض وبسبب كثافته العالية فانه يستخدم في كثير من الأعمال منها طلي الزجاج منذ القرن الأول ميلادي وحاليا يستخدم في موازنة اليخوت وفي موازنة الطائرات وفي تحديد أعمار الصخور والترسبات الطينية والمتحجرات بالإضافة الى كونه من المصادر الرئيسية للإشعاع ودرجة انصهاره عالية جدا تصل إلى 1132 درجة مئوية ورمزه الكيميائي هو U وذرة اليورانيوم تحتوي على 92 إلكترون تدور حول النواة في مستويات للطاقة معروفة ومحدد من قبل الدارسين في الكيمياء والفيزياء الذرية. وفي سنة 1896 اكتشف الكيميائي بيكرل ان اليورانيوم عنصر مشع وبذلك يكون او اكتشاف للعناصر المشعة في الطبيعة
نظائر اليورانيومUranium Isotopes
اليورانيوم يمتلك 24 نظير معروف ومستقر نسبيا ( النظائر هي أشكال من نفس العنصر متشابه في الخواص الكيمائية ولكنها تختلف في كتلة النواة حيث يتغير فيها عدد النيوترونات) والهيدروجين له ثلاثة نظائر وهكذا. وتبدا نظائر اليورانيوم بالعدد الكتلي 218 وبعمر نصفي 1.5 ملس ثانية وتنتهي باليورانيوم 242 بعمر نصفي 16.8 دقيقة وبينها اليورنيوم 234 بعمر نصفي 2.455E+5 سنة واليورنيوم 235 بعمر نصفي 7.038E+8 سنة واليورنيوم 238 بعمر نصفي يساوي 4.468E+8 سنة. واليورانيوم الطبيعي يحتوي على نظيرين مهمين هما U(238) بنسبة 8%93.2 واليورانيوم U(235) ونسبته 0.71% تقريبا والباقي هو 234واليورانيوم 235 مهم لأنه تحت ظروف معينة يمكنه أن ينشطر ويعطي طاقة هائلة ويسمى في بعض الأحيان بألأنشطاري Fissile ومعدل عمر النصف لصخور اليورانيوم هو بحدود 4E+9Y وهي عادة تشع جسيمات الفا وبيتا
عملية التخصيب Enrichment operation
هي عملية زيادة نسبة اليورانيوم 235 في أنموذج خام اليورانيوم ( لا يشترط ان يكون الخام هنا من معدن اليورانيوم بل يمكن ان يكون أي مركب يحتوي اليورانيوم كأحد مكوناته) حتي يمكن استخدامه فاذا ازدادت النسبة من 0.7% الى 2 او 6% فان الاستخدام يكون للمفاعلات النووية وتزداد الطاقة التي يولدها المفاعل كلما ازداد نسبة التخصيب وإذا ازدادت إلى حدود 90% فان اليورانيوم يستخدم في إنتاج الأسلحة النووية.
هناك ثلاثة مستويات من اليورانيوم المخصب:
اليورانيوم ذو الخصوبة العالية Highly enriched uranium ويحتوي على 20% من اليورانيوم-235. اليورانيوم ذو الخصوبة الواطئة Low-enriched uranium ويحتوي على اقل من 20% من اليورانيوم-235. اليورانيوم ذو الخصوبة المحدودة Slightly enriched uranium وتحتوي على 0.9% الى 2% من اليورانيوم-235.
تم تخصيب اليورانيوم لأول مرة في الولايات المتحدة بعد الحرب العالمية الثانية، حيث تم بناء 3 من المفاعلات النووية في ولايات «تينيسي» و «أوهايو» و«كنتاك»، وكانت الطريقة المستعملة عبارة عن ضخ كميات كبيرة من اليورانيوم على شكل غاز يورانيوم هيكسافلوريد uranium hexafluoride الى حواجز ضخمة تحوي ملايين الثقوب الصغيرة جدا، وبهذه الطريقة يتم انتشار اليورانيوم-235 (وهو الجزء المطلوب) بسرعة أكبر ونسبة الى اليورانيوم-238 (وهو الجزء غير المرغوب فيه لكونه أثقل)، وتم استغلال الفرق في سرعة الانتشار وجمع كميات هائلة من اليورانيوم-235، وتمتلك الولايات المتحدة يورانيوما مخصبا من النوع العالي الخصوبة بنسبة 90%.
إنتاج الطاقة هنا يتم بعملية تدعى الانشطار حيث تنفلق نواه اليورانيوم بعد قذفها بالنيوترونات الحرارية Thermal Neutrons الى نواتين مجموع كتلتيهما وكتلة النواتج الأخرى لا يساوي كتلة نواة اليورانيوم 235 والنيوترون الحراري وفرق الكتلة هذا يتحول الى طاقة ( مع ملاحظة ان فرق الكتلة هذا يكون صغير جدا) وحسب معادلة العلاقة بين الكتلة والطاقة للعالم اينشتين وهي ( الطاقة = الكتلة x مربع سرعة الضوء)، سرعة الضوء تبلغ 3x10E+8 متر لكل ثانية، فإذا تحولت كتلة مقدارها 10 ملي جرام من اليورانيوم ( المليجرام يعادل كتلة إحدى الحشرات الصغيرة تقريبا) إلى طاقة فإنها تنتج من الطاقة بقدر 9x10E+11 جول ( الجول يعادل الطاقة التي نصرفها عندما نرفع 100 جرام من المادة مسافة متر واحد) ، ولمزيد من المقارنة : فان تسخين لتر من الماء ورفع درجة حرارته من 20 درجة مئوية الى 100 درجة مئوية يحتاج الى 3.36x10E+5 جول أي ان تحويل ما يعادل كتلة حشرة من المادة ( أي مادة كانت) إلى طاقة يمكن إن يجهز طاقة كافية لكي تغلي 2680 خزان من الماء بسعة متر مكعب ( طن متري) وهذه الطاقة تكفي لستة منازل تستهلك 20 أمبير لمدة سنة.
اليورانيوم الذي يستخدم للحصول على الطاقة يسمى باليورانيوم المخصب Enriched Uranium
طرق تخصيب اليورانيوم
هناك ثلاثة طرق معروفة في تخصيب اليورانيوم ( طرق تخصيب اليورانيوم صناعة تعتبر واحدة من أسرار الدولة التي تقوم بعملية التخصيب) ومعظم طرق التخصيب او فصل اليورانيوم 235 عن الخام تعتمد أساسا على فرق الكتلة بين النظيرين 235 و 238 حيت ان نسبة الكتلة بين النظيرين هي بحدود 0.85 :
1- الطرد المركزي
في هذه الطريقة يحول اولا خام اليورانيوم الى غاز سداسي فلور اليورانيوم بطرق كيمائية معروفة ثم يدور المتوى في جهاز يسمى جهاز الطرد المركزي وتجمع بذرات غاز سداسي الفلور المحتوي على اليورانيوم 235. حيث يضخ الغاز داخل في اسطوانات تدور بسرعة عالية مما يؤدي الى انجراف الذرات الى الوجه المنحني من الأسطوانة بتأثير القوة المركزية وهذه القوة تتناسب مع الكتلة بثبات السرعة وكتل الغز الأثقل وهي التي تحتوي على 238 تنزلق على الأسطوانة نحو الأسفل والأخف والتي تحتوي على 235 تبقى في الأعلى وتجمع ومن ثم تكرر العملية مرات عديدة للحصول على التركيز المطلوب. وهذه العملية تحتاج الى طاقة عالية للحصول على السرعة المطلوبة للفصل والى زمن وجهود كبيرة للحصول على التركيز المطلوب من 235 .
2- الانتشار الغازي:
في هذه الطريقة يضخ الغاز خلال صفائح رقيقة تحتوي على الملايين من الثقوب الدقيقة جدا والتي ينتشر من خلالها الغاز الى التي تليها اعتمادا على كون إن جزيئات الغاز الخفيف تمر أسرع من الأثقل منها وبذلك يمكن فصلها وتعاد العملية ألاف المرات للحصول على التركيز المطلوب.
3- طريقة الليزر:
في هذه الطريقة تستخدم توليفة من حزمة الليزر بتركيز عال والشحنة الكهربائية في فصل نظائر اليورانيوم حيث يحول النموذج الى غاز بواسطة التسخين بألكترونات في وعاء مغلق ثم تمرر به حزمة من الليزر وعند تردد معين يتوالف مع مستويات الطاقة الكترونية في 235 ولا يتوالف مع 238 وبذلك نحصل على ذرات متأينة من اليورانيوم 235 يمكن فصلها عن الغاز عن طريق الواح باردة يتكاثف عليها البخار يتحول الى سائل ثم يحول الى صلب حسب درجة حرارة الألواح ومن ميزات هذه الطريقة بانها تستخدم طاقة كهربائية اقل من الطرق السابقة ولكن بتقنيات أكثر تعقيدا
اليورانيوم المستنفذ Depleted Uranium
اليورانيوم المستنفذ او الناضب او المنضب هو ما يتبقى بعد تخصيب اليورانيوم الطبيعي من أجل صناعة الأسلحة أو من أجل وقود المفاعل النووية. في هيئته المتجمدة، فإن اليورانيوم الناضب معتدل النشاط الإشعاعي يمتلك 60% من نشاط الطبيعي لليورانيوم ويشع جيسيمات الفا وهو يتكون من اليورانيوم 238 في معظم تركيبه وقليا من اليورانيوم 235 واليورانيوم 234 . وتبلغ كثافته 1.7 أضعاف كثافة الرصاص.
ودرجة انصهاره عالية يسبب تصلبه الشديد وتعرضه المسبق لدرجات حرارة عالية سواء كان في داخل المفاعل او إثناء عملية التخصيب وحين يصنع رأس سلاح ما أو قلبه من اليورانيوم الناضب، يكتسب السلاح قدرة هائلة على اختراق المدرعات. يخترق السلاح المدجج باليورانيوم المستنفذ المدرع كما يقطع السكين في الزبد ثم يتفجر على هيئة سحابة بخارية محترقة وغبار اليورانيوم الناضب أسود اللون. يستقر هذا البخار على هيئة أتربة أكسيد اليورانيوم والتي لها خواص السموم الكيماوية، بالإضافة إلى أنها مشعة. هذه الأتربة تعتبر سامة للغاية في حالة استنشاقها أو ابتلاعها أو دخولها إلى الدورة الدموية عبر جلد مجروح