ما هو اليورانيوم وفوائده ومن اين يستخرج؟فالعناصر الطبيعية الموجودة في الطبيعة الأم هي مواد تشكلت أكثر من الملايين السنوات من الظروف الطبيعية التي ولد فيها ، ولكل عنصر خصائصه الخاصة التي تحددها تركيبته والظروف التي أوجدته ، ومنها اليورانيوم الذي يعد من أهم العناصر في الوقت الحالي ، بالنظر إلى المنافسة العالمية لإنتاجه. عن الفوائد التي يقدمها ، وفي مقالتنا من خلال موقعناسنتعرف على اليورانيوم وفوائده وأين يتم استخراجه وسنذكر كل شيء عنه.
ما هو اليورانيوم
ينتمي اليورانيوم إلى المعادن الثقيلة، ويشار له بالرمز الدوري u، وعدده الذري 92، ويتواجد بشكل طبيعي في القشرة الأرضية في أماكن متفرقة من العالم، وحتى أنه يتواجد في مياه البحر، كما يوجد في أنواع مختلفة من المواد الخام ، ويتميز بوفرة على سطح الأرض مقارنة بالمعادن الثقيلة الأخرى ، فهو أكثر وفرة بنحو 1000 مرة من الذهب ، ولفهم اليورانيوم بشكل صحيح ، من المهم فهمه. النشاط الإشعاعي لهذا العنصر ، حيث أن اليورانيوم له نشاط إشعاعي طبيعي ، حيث أن نواته غير مستقرة ، وبالتالي فإن العنصر في حالة تسوس مستمر ، وعلى الرغم من أنه مادة طبيعية في قشرة الأرض ، فإن اليورانيوم الطبيعي فيه يكون إلى حد كبير خليط من نظيرين ينتميان إلى اليورانيوم نفسه ، وهما اليورانيوم 238 واليورانيوم 235.
التناظرية التي يمكن استخدامها في تاريخ عصر الأرض هي
نظائر اليورانيوم
يوجد اليورانيوم في عدة أشكال مختلفة قليلاً ، والتي تُعرف بالنظائر ، وتختلف هذه النظائر عن بعضها البعض في عدد الجسيمات غير المشحونة في النواة ، والتي تُعرف بالنيوترونات ، وعلى الرغم من احتوائه على 16 نظيرًا ، فإن لليورانيوم الطبيعي ثلاثة نظائر فقط ، اثنان منها من اليورانيوم الخام ، وهذه النظائر الطبيعية هي:
- اليورانيوم 238: يشار إليه باسم U-238 ، وهو النظير الوحيد الذي يخضع للانشطار ، وهذا يعني أنه يمكن أن يتفكك تحت تأثير النيوترون ، ويمثل 99.3٪ من اليورانيوم الخام.
- اليورانيوم 235: يشار إليه باسم U-235 ، ويشكل حوالي 0.7٪ من كتلة اليورانيوم الخام.
- اليورانيوم 234: يشار إليه باسم U-234 ، وهو أقل النظائر وفرة ، ويشكل 0.0054٪ فقط من اليورانيوم الخام.
عملية فصل النظير
العدد الذري لليورانيوم هو 92 ، وهو عدد البروتونات في النواة ، بينما تحتوي النظائر الطبيعية الثلاثة على أعداد ذرية مختلفة ، حيث تحتوي جزيئات اليورانيوم 238 على 146 نيوترونًا ، وجزيئات اليورانيوم 235 تحتوي على 143 نيوترونًا ، بينما تحتوي جزيئات اليورانيوم 234 فقط على 142 نيوترونًا ، مع إعطاء العدد إجمالي البروتونات والنيوترونات الكتلة الذرية لكل نظير هو 238 أو 235 أو 234 على التوالي ، وعلى المستوى الذري ، يختلف حجم ووزن هذه النظائر قليلاً ، مما يعني أنه مع المعدات المناسبة وتحت بالشروط الصحيحة ، يمكن فصل النظائر.
القنابل النووية المصنوعة من اليورانيوم
القنابل النووية ، أو القنابل الذرية ، هي أسلحة نووية تستخدم الطاقة الناتجة عن الانشطار النووي لإنتاج انفجارات هائلة ، وفي الواقع ، تم استخدام سلاحين نوويين فقط في سياق الحرب العالمية الثانية ، من قبل الولايات المتحدة ، بالقرب من نهاية الحرب العالمية الثانية. حرب عام 1954 ، والقنابل الذرية تتكون من عنصر انشطاري ، مثل اليورانيوم ، المخصب بنظير يمكن أن يحافظ على سلسلة من تفاعلات الانشطار النووي ، وعندما يضرب نيوترون حر نواة ذرة انشطارية مثل اليورانيوم. 235 ، أو U-235 ، ينقسم اليورانيوم إلى ذرتين أصغر حجمًا تسمى شظايا الانشطار ، بالإضافة إلى المزيد من النيوترونات ، ويمكن أن يكون الانشطار الذاتي مستدامًا ، لأنه ينتج المزيد من النيوترونات بالسرعة المطلوبة لإحداث انشقاقات جديدة ، وهذا يخلق سلسلة من ردود الفعل.
من هو مكتشف اليورانيوم
تم اكتشاف اليورانيوم لأول مرة بواسطة الكيميائي الألماني مارتن كلابروث ، في عام 1789 ، من خلال إجراء تجربة تم فيها عزل أكسيد اليورانيوم أثناء تحليل عينات البتشبلند من مناجم الفضة في مملكة بوهيميا السابقة ، الواقعة في العصر الحالي. جمهورية التشيك ، وكان يطلق عليها اكتشافه في ذلك الوقت ، كان الاسم هو أورانوس ، في إشارة إلى كوكب أورانوس ، الذي تم اكتشافه قبل 8 سنوات من اكتشاف اليورانيوم ، ثم تمت الإشارة إلى اليورانيوم كعنصر انشطاري ، لأنه قادر على الخضوع للانشطار ، وتجدر الإشارة إلى أنه تبين لاحقًا أن اكتشاف مارتن كلابروث ، هو أكسيد يورانيوم فقط ، وليس يورانيوم نقيًا كما كان يُعتقد في الأصل ، حيث تم اكتشافه لاحقًا وعرفت خصائصه المتعددة.
تاريخ اليورانيوم
يعود تاريخ اليورانيوم إلى نهاية القرن الثامن عشر ، عندما اكتشفه العالم مارتن كلابروث ، وعلى الرغم من اكتشافه المبكر ، لم يتم اكتشاف خصائصه المهمة إلا بعد عقود. المادة التي تستخدم بدورها الصقيل الخزفي ، وللتلوين في التصوير الفوتوغرافي المبكر ، وخواصها الإشعاعية المعروفة اليوم ، لم يتم التعرف عليها حتى عام 1866 ، ولم يتم الكشف عن إمكانية استخدامها كمصدر للطاقة حتى يومنا هذا. منتصف القرن العشرين الماضي كما استخدم في أعقاب الحرب العالمية الثانية من قبل الولايات المتحدة الأمريكية التي صنعت منها القنبلة النووية التي ارتكبت فيها مجزرة هيروشيما اليابانية وتطورت إلى مادة عنصرية ، حتى أصبح الآن يورانيوم ، يستخدم لتشغيل المفاعلات النووية التجارية التي تنتج الكهرباء ، وإنتاج النظائر المستخدمة للأغراض الطبية والصناعية والدفاعية في جميع أنحاء العالم.
خصائص اليورانيوم
اليورانيوم عنصر موجود بشكل طبيعي على الأرض ، وكأي عنصر آخر له خواصه الفيزيائية والكيميائية ، وأهمها:
- العدد الذري: وعدد البروتونات في النواة هو 92.
- الرمز الذري: في الجدول الدوري للعناصر ، تكون U.
- الوزن الذري: وهو متوسط كتلة الذرة ويساوي 238.02891.
- كثافة: 18.95 جرام لكل سنتيمتر مكعب.
- حالة: في درجة حرارة الغرفة ، يكون صلبًا ، ويحتوي على جزيئات تذوب في الماء أو الغازات الهوائية.
- نقطة الانصهار: 1135 درجة مئوية ، أو ما يعادل 2075 درجة فهرنهايت.
- نقطة الغليان: إنها 4131 درجة مئوية ، أي ما يعادل 7468 درجة فهرنهايت.
- عدد النظائر: يحتوي اليورانيوم على 16 نظيرًا ، 3 منها فقط موجودة بشكل طبيعي.
- مظهر: اليورانيوم معدن ثقيل لامع ، ولونه أبيض مع مسحة فضية.
- جسديا: إنه مرن وقابل للطرق ومغناطيسي قليلاً.
- كيميائيا: عند تعرضه للهواء ، يُغطى خام اليورانيوم بطبقة من الأكسيد ، وتعمل الأحماض على إذابة المعدن ، لكنها لا تتأثر بالقلويات.
- التأثير: اليورانيوم ومركباته ، اليورانيل ، شديدة السمية من وجهة النظر الكيميائية والإشعاعية.
- النشاط الإشعاعي: يعرض اليورانيوم ثلاثة تعديلات بلورية مشعة ، وهي ألفا وبيتا وجاما.
مصادر اليورانيوم
تتعدد مصادر اليورانيوم ، ومن أهم هذه المصادر:
- في المعادن ، يوجد في البتشبلند ، الكارنيت ، الكاليفيت ، الأوتونيت ، اليورانيت ، اليورانوفان والتوربيرنيت.
- يوجد اليورانيوم في الصخور في صخور الفوسفات والليغنيت ورمل المونازيت.
- يمكن تحضير اليورانيوم عن طريق اختزال هاليدات اليورانيوم ، باستخدام الفلزات القلوية أو القلوية الترابية ، أو عن طريق اختزال أكاسيد اليورانيوم بالكالسيوم أو الكربون أو الألومنيوم عند درجات حرارة عالية.
- يمكن إنتاج المعدن من خلال التحليل الكهربائي لـ KUF 5 أو UF 4 ، وسيتم إذابته في خليط مصهور من CaCl 2 و NaCl.
- يمكن تحضير اليورانيوم عالي النقاوة عن طريق التحلل الحراري لهاليدات اليورانيوم
كيف يتم استخراج اليورانيوم
يتواجد اليورانيوم بشكله الخام المستخرج من المنجم ، وبصورة منخفضة الدرجة ، لذلك يجب تركيز اليورانيوم من هذه الخامات للحصول على كميات وفيرة منه ، وفي هذه العملية تتكسر الصخور ثم تطحن جيداً ، يتم استخلاص اليورانيوم من خلال عدد من العمليات الكيميائية ، والتي تسمى المعالجة ، لتكون في النتيجة عجينة صفراء ، أو ما يسمى بالكعكة الصفراء ، والتي تحتوي على 75٪ من أكسيد اليورانيوم ، وبعد ذلك تأتي مرحلة تنقية الصفراء. عجينة ، من خلال سلسلة من التحولات الكيميائية وتحويلها إلى صورة مفلورة ، أو ما يسمى بسداسي فلوريد اليورانيوم ، بحيث تحتوي كل ذرة يورانيوم على 6 ذرات فلور ، وهذا يسمى عملية التحويل ، وبالتالي فإن اليورانيوم منتج خالية من الشوائب وجاهزة للتخصيب.
ما هو تخصيب اليورانيوم
في أبسط معانيها ، فإن تخصيب اليورانيوم عملية ضرورية لإنتاج وقود نووي فعال ، من اليورانيوم المستخرج من الطبيعة الأم ، وذلك بزيادة نسبة اليورانيوم 235 الذي يخضع بدوره للانشطار بالنيوترونات الحرارية ، وترتبط عملية التخصيب بالإنتاج. بعد تنقية المعجون الأصفر وتحويله إلى سداسي فلوريد اليورانيوم يصبح اليورانيوم جاهزًا للتخصيب ، حيث تتم عملية زيادة نسبة اليورانيوم 235 من 0.7 بالمائة في اليورانيوم الطبيعي إلى حوالي 3 إلى 5 بالمائة لاستخدامه في المفاعل النووي. يمكن إجراء الوقود والتخصيب من خلال عدة عمليات ، مثل عملية فصل النظائر التي وصفناها سابقًا ، أو نشر الغاز أو أجهزة الطرد المركزي الغازية.
استخدامات اليورانيوم
تاريخياً عرف الإنسان القديم اليورانيوم دون علمه ، فعند استخدام أكسيد اليورانيوم كعامل تلوين لطلاء السيراميك ، وبعد اكتشافه الحقيقي والواضح ظهرت أهم استخداماته ، ومنها:
- اليورانيوم له أهمية كبيرة كوقود نووي ، حيث يستخدم الوقود النووي لتوليد الطاقة الكهربائية ، وصنع النظائر ، وصنع الأسلحة.
- في جيولوجيا الأرض ، يعتقد العلماء أن اليورانيوم والثوريوم يتسببان في زيادة الحرارة الداخلية للأرض بسبب الوجود.
- يستخدم اليورانيوم 238 ، بعمر نصف 4.51 × 10 9 سنوات ، …