ما هو اليورانيوم وفوائده ومن أين يأتي العناصر الطبيعية الموجودة في الطبيعة الأم هي مواد تكونت على مدى ملايين السنين من الظروف الطبيعية التي ولدت فيها، ولكل عنصر خصائصه الخاصة التي تحددها تكوينه والظروف التي شكلته. حاليًا، نظرًا للسباق العالمي للتعدين عليه لما يوفره من فوائد، وفي هذه المقالة سنتعرف على ماهية اليورانيوم ومميزاته ومواقع تعدينه، ونذكر كل ما يتماشى معه . ذات الصلة.
ما هو اليورانيوم
اليورانيوم معدن ثقيل، يُشار إليه بالرمز الدوري U، العدد الذري 92، ويوجد بشكل طبيعي في قشرة الأرض في أجزاء مختلفة من العالم وحتى في مياه البحر، كما يوجد في أنواع مختلفة من المواد الخام. ، وتتميز بوفرة على سطح الأرض، وفيما يتعلق بالمعادن الثقيلة الأخرى، فهي تزيد بحوالي 1000 مرة عن الذهب، وللفهم الصحيح لليورانيوم من المهم فهم النشاط الإشعاعي لهذا العنصر، حيث أن اليورانيوم له نشاط إشعاعي طبيعي، من حيث أن جوهره غير مستقر، وبالتالي فإن العنصر في حالة من الانحلال المستمر. على الرغم من أنه مادة طبيعية في قشرة الأرض، فإن اليورانيوم الطبيعي الموجود فيه هو إلى حد كبير مزيج من نظيرين ينتميان إلى نفس اليورانيوم، وهي اليورانيوم 238 واليورانيوم 235.
نظائر اليورانيوم
يوجد اليورانيوم في عدة أشكال مختلفة قليلاً تُعرف بالنظائر، وتختلف هذه النظائر عن بعضها البعض في عدد الجسيمات غير المشحونة في النواة، والمعروفة باسم النيوترونات، وعلى الرغم من احتوائه على 16 نظيرًا، فإن لليورانيوم الطبيعي ثلاثة نظائر فقط. ، اثنان منها يشكلان اليورانيوم الخام، وهذه النظائر الطبيعية هي
- يورانيوم 238 يشار إليه باسم U-238 وهو النظير الوحيد الذي يخضع للانشطار، مما يعني أنه يمكن أن يتحلل بواسطة نيوترون، ويشكل 99.3٪ من خام اليورانيوم.
- اليورانيوم 235 مُصنَّف على أنه U-235 ويشكل حوالي 0.7٪ من وزن خام اليورانيوم.
- اليورانيوم 234 يُشار إليه باسم U-234، وهو أقل النظائر وفرة، ويشكل 0.0054٪ فقط من خام اليورانيوم.
عملية فصل النظائر
العدد الذري لليورانيوم هو 92، وهو ما يتوافق مع عدد البروتونات في النواة، بينما تمتلك النظائر الطبيعية الثلاثة أعدادًا ذرية مختلفة، حيث تحتوي ذرات اليورانيوم 238 على 146 نيوترونًا، وتحتوي ذرات اليورانيوم 235 على 143 نيوترونًا، بينما تحتوي ذرات اليورانيوم 238 على 143 نيوترونًا. تحتوي ذرات اليورانيوم 234 على 142 نيوترونًا فقط، والعدد يعطي إجمالي البروتونات والنيوترونات لها كتل ذرية لكل نظير، أي 238 أو 235 أو 234 على التوالي، وعلى المستوى الذري يختلف حجم ووزن هذه النظائر قليلاً، مما يعني أنه باستخدام المعدات المناسبة وفي ظل الظروف المناسبة، يمكن فصل النظائر.
قنابل اليورانيوم النووية
القنابل النووية، أو القنابل الذرية، هي أسلحة نووية تستخدم الطاقة من الانشطار النووي لإنتاج انفجارات قوية، وفي الواقع تم استخدام سلاحين نوويين فقط في سياق الحرب العالمية الثانية، من قبل الولايات المتحدة، قرب النهاية. حروب حوالي عام 1954 م، وتتكون القنابل الذرية من عنصر انشطاري مثل اليورانيوم المخصب بنظير يمكن أن يحافظ على تفاعل سلسلة الانشطار النووي وعندما يضرب نيوترون حر نواة ذرة انشطارية مثل اليورانيوم 235 أو U -235، يتحلل اليورانيوم إلى ذرتين أصغر حجمًا تسمى شظايا الانشطار، بالإضافة إلى المزيد من النيوترونات، ويمكن الحفاظ على الانشطار الذاتي لأنه ينتج المزيد من النيوترونات بالمعدل اللازم لإنشاء انشقاقات جديدة، وهذا يخلق تفاعلًا متسلسلًا.
معلومات عن مكتشف اليورانيوم
تم اكتشاف اليورانيوم لأول مرة من قبل الكيميائي الألماني مارتن كلابروث في عام 1789 م، في تجربة عزل فيها أكسيد اليورانيوم أثناء تحليل عينات دفعة من مناجم الفضة في مملكة بوهيميا السابقة، الواقعة في ما يعرف الآن بجمهورية التشيك. اسم أورانوس نسبة إلى كوكب أورانوس الذي تم اكتشافه قبل 8 سنوات من اكتشاف اليورانيوم، وقد ورد ذكر اليورانيوم في ذلك الوقت كعنصر انشطاري، لأنه كان قادرًا على الانشطار، والجدير بالذكر أنه كان كذلك اكتشف لاحقًا أن اكتشاف مارتن كلابروث هو أكسيد يورانيوم، وليس يورانيوم نقيًا، كما كان يُفترض في البداية، ولكن كيف تم اكتشافه لاحقًا وعرفت العديد من خصائصه.
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.، لم يتم التعرف على خصائصه المشعة المعروفة حتى عام 1866 م، ولم تظهر إمكانية استخدامه كمصدر للطاقة إلا في منتصف القرن العشرين الماضي، حيث تم استخدامه بعد الحرب العالمية الثانية، الولايات المتحدة الأمريكية، والتي بما في ذلك القنبلة النووية التي حدثت فيها مذبحة هيروشيما اليابانية، وتطوير هذه القضية، بحيث يستخدم اليورانيوم الآن لتشغيل المفاعلات النووية التجارية التي تنتج الكهرباء، وإنتاج النظائر المستخدمة في الطب، والصناعية والدفاعية. أغراض حول العالم
خصائص اليورانيوم
اليورانيوم عنصر موجود بشكل طبيعي على الكرة الأرضية، ومثل أي عنصر آخر، له خواصه الفيزيائية والكيميائية، وأهمها
- العدد الذري عدد البروتونات في النواة هو 92.
- الرمز الذري في الجدول الدوري للعناصر، هذا هو U.
- الوزن الذري متوسط كتلة الذرة، ويساوي 238.02891.
- – الكثافة 18.95 جرام لكل سنتيمتر مكعب.
- الحالة صلبة في درجة حرارة الغرفة، وذرات قابلة للذوبان في الماء أو في غازات الهواء.
- نقطة الانصهار 1135 درجة مئوية أو 2075 درجة فهرنهايت.
- نقطة الغليان 4131 درجة مئوية، أي ما يعادل 7468 درجة فهرنهايت.
- عدد النظائر يحتوي اليورانيوم على 16 نظيرًا، 3 منها فقط موجودة بشكل طبيعي.
- المظهر اليورانيوم معدن ثقيل لامع ذو لون أبيض فضي.
- جسديًا إنه مرن ومرن ومغناطيسي قليلاً.
- كيميائياً عند ملامسته للهواء، يُغطى معدن اليورانيوم بطبقة من الأكسيد، وتذيب الأحماض المعدن، لكن القلويات لا تعمل عليه.
- التأثير يعتبر اليورانيوم ومركباته، اليورانيل، شديد السمية من الناحية الكيميائية والإشعاعية.
- النشاط الإشعاعي يُظهر اليورانيوم ثلاثة تعديلات بلورية مشعة ألفا وبيتا وجاما.
مصادر اليورانيوم
تتعدد مصادر اليورانيوم من أهمها
- في المعادن، يوجد في البتشبلند، الكارنيت، الكليفيت، المخبأ، اليورانيت، اليورانيوم والتربورنيت.
- في الصخور، يوجد اليورانيوم في صخور الفوسفات، والجمر البني، ورمال المونازيت.
- يمكن الحصول على اليورانيوم عن طريق تقليل هاليدات اليورانيوم بالمعادن القلوية أو القلوية الترابية، أو عن طريق تقليل أكاسيد اليورانيوم بالكالسيوم أو الكربون أو الألومنيوم عند درجات حرارة مرتفعة.
- يمكن الحصول على المعدن بالتحليل الكهربائي لـ KUF 5 أو KUF 4 ويذوب في خليط مصهور من CaCl 2 و NaCl.
- يمكن الحصول على اليورانيوم عالي النقاء عن طريق الانحلال الحراري لهاليدات اليورانيوم.
كيف يتم استخراج اليورانيوم
يوجد يورانيوم في شكله الخام يتم استخراجه من المنجم وفي صورة منخفضة الدرجة ولذلك يجب تخصيب اليورانيوم من هذه الخامات للحصول عليها بكميات وفيرة وتكون النتيجة عجينة صفراء أو ما شابه- تسمى الكعكة الصفراء، وتحتوي على 75٪ من أكسيد اليورانيوم، وبعدها تكون مرحلة تنقية العجينة الصفراء، عبر سلسلة من التحولات الكيميائية وتحويلها إلى شكل مفلور، أو ما يسمى سداسي فلوريد اليورانيوم، بحيث يكون لكل ذرة يورانيوم 6 ذرات فلور، وتسمى عملية التحويل، وبالتالي فإن اليورانيوم منتج، خالٍ من الشوائب، وجاهز للتخصيب.
ما هو تخصيب اليورانيوم
بمعنى بسيط، يعتبر تخصيب اليورانيوم عملية ضرورية لتوليد وقود نووي فعال من اليورانيوم المستخرج من الطبيعة الأم عن طريق زيادة نسبة اليورانيوم 235، والذي يخضع بدوره للانشطار بواسطة النيوترونات الحرارية، وترتبط عملية التخصيب بـ عملية الإنتاج، بعد تنظيف العجينة الصفراء وتحويلها إلى سادس فلوريد اليورانيوم، يصبح اليورانيوم جاهزًا للتخصيب، حيث تتم عملية زيادة حصة اليورانيوم 235 من 0.7 بالمائة في اليورانيوم الطبيعي إلى حوالي 3-5 بالمائة لاستخدامه في وقود المفاعلات النووية.، والتخصيب باستخدام عدة عمليات، مثل عملية فصل النظائر التي شرحناها سابقًا، أو نشر الغاز أو أجهزة الطرد المركزي الغازية.
استخدامات اليورانيوم
تاريخياً عرف الإنسان القديم اليورانيوم دون أن يدرك ذلك عندما استخدم أكسيد اليورانيوم كصبغة لطلاء السيراميك، وبعد اكتشافه الحقيقي والواضح ظهرت أهم تطبيقاته، ومنها
- لليورانيوم أهمية كبيرة كوقود نووي لأن الوقود النووي يستخدم لتوليد الكهرباء وإنتاج النظائر والأسلحة.
- في جيولوجيا الأرض، يعتقد العلماء أن اليورانيوم والثوريوم يولدان معظم الحرارة الداخلية للأرض بسبب 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 الطب.
- يمكن استخدام النترات كمسحوق فوتوغرافي ويمكن استخدام الأسيتات في الكيمياء التحليلية.
- اقترح العلماء أن الوجود الطبيعي لليورانيوم في التربة قد يكون دليلاً على وجود الرادون وعناصره الفرعية.
- استُخدمت أملاح اليورانيوم في صناعة طلاء الفازلين الأصفر الزجاجي والسيراميك.
فوائد اليورانيوم
كمادة طبيعية، وإذا تم استخدامه للأغراض السلمية دون أي أغراض نووية أخرى، فإن اليورانيوم يعتبر من أهم المواد ذات المزايا الكبيرة خاصة في مجال الطاقة، ومن أهم مميزاته
- الطاقة النووية، التي يتم إنتاجها من اليورانيوم، هي مصدر للكهرباء أكثر صحة وخالية من الكربون من الوقود الأحفوري.
- يعتبر اليورانيوم مصدرًا ممتازًا للطاقة لتوفير حمولة أساسية موثوقة للشبكة الكهربائية.
- إنه متعادل الكربون ومصدر للكهرباء أكثر صحة من الوقود الأحفوري.
- استخدام مواد أقل في الطاقة المختبرية مثل اليورانيوم يعني تعدين أقل وتأثير أقل على البيئة.
- ينتشر اليورانيوم على نطاق واسع، خاصة في الصناعات الكبيرة، وتعتبر النظائر المشعة التي يتم الحصول عليها منه مفيدة للغاية، خاصة في مجال الطب.
- يستخدم اليورانيوم، إلى جانب العديد من المواد المشعة الأخرى، لدراسة تكوين الأرض وتاريخها ورواسب مواردها الجوفية.
- من الناحية الاقتصادية، يعد تعدين اليورانيوم وتخصيبه من الصناعات التي تعمل على تطوير اقتصاديات الدول المنتجة، وخاصة في كندا، وتوفر فرص عمل كبيرة جدًا.
أضرار اليورانيوم
يسير التلوث الإشعاعي والمعادن الثقيلة جنبًا إلى جنب مع تعدين اليورانيوم، وقد أدى تعدين اليورانيوم إلى إرث محزن من الأنواع المهددة بالانقراض، فضلاً عن التلوث، الذي غالبًا ما يكون دائمًا، للأراضي العامة والمياه الثمينة، مما تسبب في عواقب وخيمة على صحة الإنسان والملوثات. بالإضافة إلى ذلك، نتيجة لتعدين اليورانيوم، يمكن أن يلوث النظم الإيكولوجية المائية لمئات السنين، وكذلك يهدد السكان والأسماك والحياة البرية في اتجاه مجرى النهر، ويمكن أن يشكل تهديدًا في جميع مراحل تعدين اليورانيوم، من الاستكشاف إلى التعدين والمعالجة و إلى التهديدات الفريدة. إلى الأنواع والنظم البيئية والمجتمعات البشرية، بدءًا من تدمير الموائل وتعطيل الحياة البرية إلى التراكم الأحيائي وتلوث المياه الذي لا رجعة فيه، يهدد ازدهار اليوم، بالاعتماد على إرث اليورانيوم الضار بيئيًا واجتماعيًا.
هذا هو المكان الذي وصلنا فيه إلى نهاية مقالتنا ما هو اليورانيوم وفوائده وأين يتم تعدينه، وبفضل ذلك علمنا عن ماهية اليورانيوم وخصائصه وفوائده، وأين يتم تعدينه، ومن اكتشفه، وتاريخه، وتاريخه. مصادرها واستخداماتها المتعددة، كما علمنا عن استخدامها في القنبلة النووية وكيفية تخصيبها.