ما هو اليورانيوم وفوائده واين يستخرج؟العناصر الطبيعية الموجودة في الطبيعة الأم هي المواد التي تكونت على مدى ملايين السنوات وهي من الظروف الطبيعية التي ولدت فيها ، ولكل عنصر خصائصه الخاصة التي تتحدد بتكوينه والظروف التي تشكلته ، ومن بينها اليورانيوم وهو أحد العناصر المهمة في الوقت الحاضر. ، نظرًا للمنافسة العالمية لإنتاجه من أجل الفوائد التي يوفرها. موقع مرجعيسنتعرف على اليورانيوم وفوائده وأين يتم استخراجه ونذكر كل ما يتعلق به.

ما هو اليورانيوم؟

ينتمي اليورانيوم إلى المعادن الثقيلة المشار إليها بالرمز الدوري U ، العدد الذري 92 ، وهو موجود بشكل طبيعي في قشرة الأرض في أجزاء مختلفة من العالم ، بل إنه يوجد في مياه البحر ، يوجد أيضًا في أنواع مختلفة من المواد الخام ، ويتميز بوفرة على سطح الأرض بالنسبة للمعادن الثقيلة الأخرى ، فهو أكثر وفرة بحوالي 1000 مرة من الذهب ، ولفهم اليورانيوم بشكل صحيح ، من المهم فهمه. النشاط الإشعاعي لهذا العنصر ، حيث أن لليورانيوم نشاط إشعاعي طبيعي ، حيث أن نواته غير مستقرة ، وبالتالي فإن العنصر في حالة من الانحلال المستمر ، وعلى الرغم من أنه مادة طبيعية في قشرة الأرض ، إلا أن اليورانيوم الطبيعي فيه يكون إلى حد كبير خليط من نظيرين ينتميان إلى اليورانيوم نفسه ، وهما اليورانيوم 238 واليورانيوم 235.[1]

النظير الذي يمكن استخدامه في تاريخ عصر الأرض هو

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 يشكلان اليورانيوم الخام ، وهذه النظائر الطبيعية هي:

  • اليورانيوم 238: يشار إليه باسم U-238 ، وهو النظير الوحيد الذي يخضع للانشطار ، مما يعني أنه يمكن أن يتفتت تحت تأثير النيوترون ، ويمثل 99.3٪ من خام اليورانيوم.
  • 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 شيوعًا ، حيث يشكل 0.0054٪ فقط من خام اليورانيوم.

عملية فصل النظائر

العدد الذري لليورانيوم هو 92 ، وهو عدد البروتونات في النواة ، بينما تحتوي النظائر الطبيعية الثلاثة على عدد ذري ​​مختلف ، حيث تحتوي ذرات اليورانيوم 238 على 146 نيوترونًا ، بينما تحتوي ذرة اليورانيوم 235 على 143 نيوترونًا ، بينما تحتوي ذرات اليورانيوم 234 فقط على 142 نيوترونًا ، والعدد يعطي إجمالي البروتونات والنيوترونات لها الكتلة الذرية لكل نظير ، أي 238 أو 235 أو 234 على التوالي ، وعلى المستوى الذري ، يختلف حجم ووزن هذه النظائر قليلاً ، مما يعني أنه مع المعدات المناسبة وفي ظل الظروف المناسبة ، يمكن فصل النظائر.

قنابل نووية مصنوعة 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 ، قرب النهاية. من الحرب حوالي عام 1954 م ، وتتكون القنابل الذرية من عنصر انشطاري ، مثل اليورانيوم ، المخصب بنظير يمكنه الحفاظ على تفاعل نووي انشطاري متسلسل ، وعندما يضرب نيوترون حر نواة ذرة قابلة للانشطار 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 تفاعلًا متسلسلًا.[1]

من هو مكتشف اليورانيوم؟

تم اكتشاف اليورانيوم لأول مرة بواسطة الكيميائي الألماني مارتن كلابروث في عام 1789 بعد الميلاد ، من خلال إجراء تجربة عزل فيها أكسيد اليورانيوم أثناء تحليل عينات البتشبلند من مناجم الفضة في مملكة بوهيميا السابقة ، الواقعة في جمهورية التشيك الحالية. في ذلك الوقت ، كان اسم أوران إشارة إلى كوكب أورانوس الذي تم اكتشافه قبل 8 سنوات من اكتشاف اليورانيوم ، وكان اليورانيوم يشار إليه في ذلك الوقت كعنصر انشطاري ، لأنه قادر على الانشطار ، وهو كذلك. الجدير بالذكر أنه تم اكتشاف أن اكتشاف مارتن كلابروث هو أكسيد اليورانيوم. فقط ، ليس اليورانيوم النقي كما كان يعتقد في الأصل ، حيث تم اكتشافه لاحقًا وعرفت خصائصه المتعددة.[2]

تاريخ اليورانيوم

يعود تاريخ اليورانيوم إلى نهاية القرن الثامن عشر ، عندما اكتشفه العالم مارتن كلابروث ، ورغم اكتشافه المبكر إلا أن خصائصه المهمة لم تكتشف إلا بعد عقود. بالنسبة لتزجيج السيراميك ، وللتلوين في التصوير الفوتوغرافي المبكر ، لم يتم التعرف على خصائصه المشعة المعروفة اليوم حتى عام 1866 م ، ولم تظهر إمكانية استخدامه كمصدر للطاقة حتى منتصف القرن العشرين الماضي ، حيث تم استخدامه في أعقاب الحرب العالمية الثانية ، من قبل الولايات المتحدة الأمريكية ، والتي قامت بما في ذلك القنبلة النووية التي ارتُكبت فيها مذبحة هيروشيما اليابانية ، وتطوير الأمر ، بحيث يستخدم اليورانيوم الآن لتشغيل مفاعلات نووية تجارية إنتاج الكهرباء ، وإنتاج النظائر المستخدمة للأغراض الطبية والصناعية والدفاعية حول العالم[2]

خصائص اليورانيوم

اليورانيوم عنصر موجود بشكل طبيعي في الكرة الأرضية ، وكأي عنصر آخر له خصائصه الفيزيائية والكيميائية ، وأهمها:[2]

  • العدد الذري: عدد البروتونات في النواة 92.
  • الكود الذري: في الجدول الدوري للعناصر ، تكون U.
  • الوزن الذري: وهو متوسط ​​كتلة الذرة ، ويساوي 238.02891.
  • كثافة: 18.95 جرام لكل سنتيمتر مكعب.
  • قضية: في درجة حرارة الغرفة تكون صلبة ولها ذرات قابلة للذوبان في الماء أو في غازات الهواء.
  • نقطة الانصهار: تبلغ درجة الحرارة 1135 درجة مئوية ، أو 2075 درجة فهرنهايت.
  • نقطة الغليان: إنها 4131 درجة مئوية ، أي ما يعادل 7468 فهرنهايت.
  • عدد النظائر: يحتوي اليورانيوم على 16 نظيرًا ، 3 منها فقط توجد بشكل طبيعي.
  • المظهر: اليورانيوم معدن ثقيل لامع ولونه أبيض فضي.
  • جسديا: إنه مرن ، مطيل ومغناطيسي قليلاً.
  • كيميائيا: عند تعرضه للهواء ، يُغطى معدن اليورانيوم بطبقة من الأكسيد ، وتذيب الأحماض المعدن ، لكنه لا يتأثر بالقلويات.
  • التأثير: اليورانيوم ومركباته ، اليورانيل ، شديدة السمية كيميائيًا وإشعاعيًا.
  • النشاط الإشعاعي: يعرض اليورانيوم ثلاثة تعديلات بلورية مشعة ، ألفا وبيتا وجاما.

مصادر اليورانيوم

تتعدد مصادر اليورانيوم من أهمها:[3]

  • في المعادن ، يوجد في البتشبلند ، الكارنيت ، الكلفيت ، اليوتونيت ، اليورانيت ، اليورانوفان والتوربورنيت.
  • يوجد اليورانيوم في الصخور في صخور الفوسفات والليغنيت ورمال المونازيت.
  • يمكن تحضير اليورانيوم عن طريق تقليل هاليدات اليورانيوم ، باستخدام الفلزات القلوية أو القلوية الترابية ، أو عن طريق اختزال أكاسيد اليورانيوم بالكالسيوم أو الكربون أو الألومنيوم عند درجات حرارة مرتفعة.
  • يمكن إنتاج المعدن بالتحليل الكهربائي لـ KUF 5 أو UF 4 ، ويتم إذابته في خليط مصهور من CaCl 2 و NaCl.
  • يمكن تحضير اليورانيوم عالي النقاء عن طريق الانحلال الحراري لهاليدات اليورانيوم

كيف يتم استخلاص اليورانيوم؟

يوجد يورانيوم في شكله الخام يستخرج من المنجم ، وبصورة منخفضة الدرجة ، ولذلك يجب تركيز اليورانيوم من هذه الخامات للحصول على كميات وفيرة منها. وتكون النتيجة عجينة صفراء ، أو ما يسمى بالكيك الأصفر ، وتحتوي على 75٪ من أكسيد اليورانيوم ، وتأتي بعد ذلك مرحلة تنقية العجينة الصفراء ، بسلسلة من التحولات الكيميائية وتحويلها إلى شكل مفلور ، أو يسمى سداسي فلوريد اليورانيوم ، بحيث تحتوي كل ذرة يورانيوم على 6 ذرات فلور ، وهذا ما يسمى بعملية التحويل ، وبالتالي فإن اليورانيوم منتج خالي من الشوائب ، وجاهز للتخصيب.[3]

ما هو تخصيب اليورانيوم؟

بالمعنى البسيط ، 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 وقود المفاعلات النووية. ، ويمكن أن يتم التخصيب من خلال عدة عمليات ، مثل عملية فصل النظائر التي شرحناها سابقًا ، أو نشر الغاز أو أجهزة الطرد المركزي الغازية.[3]

استخدامات اليورانيوم

تاريخياً عرف الإنسان القديم اليورانيوم دون أن يعرفه ، فعند استخدام أكسيد اليورانيوم كعامل تلوين لطلاء السيراميك ، وبعد اكتشافه الحقيقي والواضح ظهرت أهم استخداماته ، ومنها:[4]

  • لليورانيوم أهمية كبيرة كوقود نووي ، حيث يستخدم الوقود النووي لتوليد الطاقة الكهربائية ، وصنع النظائر ، وصنع الأسلحة.
  • في جيولوجيا الأرض ، يعتقد العلماء أن اليورانيوم والثوريوم يسببان معظم الحرارة الداخلية للأرض من وجود اليورانيوم والثوريوم.
  • يستخدم اليورانيوم 238 ، مع نصف عمر 4.51 × 10 9 سنوات ، لتقدير عمر الصخور النارية ، وهذا ما يعرف بالتأريخ الإشعاعي.
  • يمكن استخدام اليورانيوم لتصلب وتصلب الفولاذ.
  • يستخدم اليورانيوم في صناعات مثل أجهزة التوجيه والجيروسكوبات ومكابح الصواريخ وغيرها.
  • يستخدم اليورانيوم لأهداف الأشعة السينية ، والتي تستخدم على نطاق واسع في المجال الطبي.
  • يمكن استخدام النترات كمسحوق فوتوغرافي ، ويستخدم الأسيتات في الكيمياء التحليلية.
  • اقترح العلماء أن الوجود الطبيعي لليورانيوم في التربة قد يكون دليلاً على وجود الرادون وبناته.
  • استُخدمت أملاح اليورانيوم في إنتاج طلاءات زجاج فاسلين أصفر وسيراميك.

فوائد اليورانيوم

كمادة طبيعية ، وإذا تم استخدامه سلمياً دون أي أهداف نووية أخرى ، فإن اليورانيوم يعتبر من أهم المواد التي توفر فوائد كبيرة ، خاصة في مجال الطاقة ، ومن أهم فوائده:[4]

  • الطاقة النووية ، التي يتم إنتاجها من خلال اليورانيوم ، هي مصدر للكهرباء أكثر صحة وخالية من الكربون من الوقود الأحفوري.
  • يعتبر اليورانيوم مصدرًا رائعًا للطاقة للحصول على طاقة حمل أساسية موثوقة للشبكة الكهربائية.
  • إنه مصدر للكهرباء محايد للكربون وأكثر صحة من الوقود الأحفوري.
  • استخدام مواد أقل في طاقة المختبر ، مثل اليورانيوم ، يعني تعدين أقل وتأثير أقل على البيئة.
  • ينتشر اليورانيوم على نطاق واسع ، خاصة في الصناعات الكبيرة ، وتعتبر النظائر المشعة المشتقة منه مفيدة للغاية ، خاصة في المجال الطبي.
  • يستخدم اليورانيوم مع بعض المواد المشعة الأخرى لمعرفة تكوين الأرض وتاريخها ورواسب مواردها الجوفية.
  • من الناحية الاقتصادية ، يعد إنتاج اليورانيوم وتخصيبه من الصناعات التي تطور اقتصاديات الدول المنتجة ، وخاصة في كندا ، وتوفر فرص عمل كبيرة جدًا.

جميع الأكتينيدات هي عناصر مشعة

أضرار اليورانيوم

يسير التلوث الإشعاعي والمعادن الثقيلة جنبًا إلى جنب مع تطور اليورانيوم ، وقد طور تعدين اليورانيوم إرثًا مؤسفًا من الأنواع المهددة بالانقراض ، فضلاً عن التلوث ، غالبًا بشكل دائم ، على الأراضي العامة والمياه الثمينة ، مما يتسبب في آثار كارثية على صحة الإنسان والملوثات يمكن أيضًا أن يؤدي تعدين اليورانيوم إلى تلويث النظم البيئية المائية لمئات السنين كما يمكن أن يهدد مجتمعات المصب والأسماك والحياة البرية ، ويمكن أن يشكل جميع مراحل تطوير اليورانيوم ، من الاستكشاف إلى التعدين والطحن والإنتاج ، إلى التهديدات الفريدة إلى الأنواع والنظم البيئية والمجتمعات البشرية ، بدءًا من تدمير الموئل واضطراب الحياة البرية ، إلى التراكم البيولوجي والتلوث الذي لا رجعة فيه للمياه ، يهدد ازدهار اليوم من خلال البناء على إرث اليورانيوم من الأضرار البيئية والاجتماعية.[4]

بهذا نصل إلى نهاية مقالنا الذي كان بعنوان ما هو اليورانيوم وفوائده واين يستخرج؟، ومن خلالها تعرفنا على ماهية اليورانيوم وخصائصه وفوائده وأين استخرج ومن اكتشفه وتاريخه ومصادره واستخداماته المتعددة. كما تعلمنا عن استخدامها في صنع قنبلة نووية وكيفية تخصيبها.