المرجع الموثوق للقارئ العربي

ما هو اليورانيوم وفوائده ومن أين يستخرج

كتابة : اسماعيل منصور

ما هو اليورانيوم وفوائده ومن أين يستخرج، فالعناصر الطبيعية التي تتواجد في الطبيعة الأم، هي مواد تكونت عبر ملايين السنين من الظروف الطبيعية التي ولدت فيها، ولكل عنصر منها خصائصه التي يحددها تركيبته والظروف التي كونته، ومن بينها اليورانيوم، الذي يعد من العناصر المهمة في الوقت الحالي، نظراً للتسابق العالمي على إنتاجها لما تقدمه من فوائد، وفي مقالنا هذا عبر موقع المرجع، سوف نتعرف على ما هو اليُورانيوم وفوائده وأماكن استخراجه ونذكر كل ما يخصه. 

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 أنه يوجد في أنواع مختلفة من المادة الخام، ويتميز بوفرَته على سطح الأرض نسبة إلى المعادن الثقيلة الأخرى، فهو أكثر وفرة بحوالي 1000 مرة من الذهب، ولفهم اليُورانيوم بشكل صحيح، من المهم فهم النشاط الإشعاعي لهذا العنصر، حيث أن اليورانيوم يمتلك نشاط إشعاعي طبيعي، من حيث أن نواته غير مستقرة، ولذا فإن العنصر في حالة اضمحلال مستمر، وبالرغم من أنه مادة طبيعية في القشرة الأرضية، إلا أن اليُورانيوم الطبيعي فيها، هو عبارة عن خليط إلى حد كبير من نظيرين ينتميان إلى اليُورانيوم نفسه، وهما اليورانيوم 238، واليورانيوم 235.[1]

شاهد أيضًا: النظير الذي يمكن استخدامة في تاريخ عمر الأرض هو

نظائر اليورانيوم

يوجد اليُورانيوم في عدة أشكال مختلفة قليلاً، والتي تعرف باسم النظائر، وتختلف هذه النظائر عن بعضها البعض في عدد الجسيمات غير المشحونة في النواة، والتي تعرف باسم النيوترونات، وبالرغم من امتلاكه 16 نظير، إلا أن اليُورانيوم الطبيعي له ثلاثة نظائر فقط، اثنان منهما يشكلان اليُورانيوم الخام، وهذه النظائر الطبيعية هي:

  • اليورانيوم 238: ويشار إليه ب U-238، وهو النظير الوحيد الذي يخضع للانشطار، هذا يعني أنه يمكن أن يتفتت تحت تأثير النيوترون، ويمثل 99.3% من اليورانيوم الخام.
  • اليورانيوم 235: ويشار إليه ب U-235، ويشكل حوالي 0.7% من كتلة اليُورانيوم الخام.
  • اليورانيوم 234: ويشار إليه ب U-234، وهو أقل النظائر انتشاراً، ويشكل 0.0054% فقط من اليورانيوم الخام.

عملية فصل النظير

العدد الذري لليورانيوم هو 92، وهو عدد البروتونات في النواة، بينما النظائر الطبيعية الثلاثة تحتوي عدد ذري مختلف، حيث تحتوي ذرات اليُورانيوم 238 على 146 نيوترونًا، وتحتوي ذرات اليُورانيوم 235 على 143 نيوترونًا، بينما تحتوي ذرات اليُورانيوم 234 على 142 نيوترونًا فقط، ويعطي العدد الإجمالي للبروتونات والنيوترونات الكتلة الذرية من كل نظير، أي 238 أو 235 أو 234 على التوالي، وعلى المستوى الذري، يختلف حجم ووزن هذه النظائر قليلاً، وهذا يعني أنه مع المعدات المناسبة وفي ظل الظروف المناسبة، يمكن فصل النظائر.

القنابل النووية المصنوعة من اليورانيوم

القنابل النووية، أو القنابل الذرية، هي أسلحة نووية تستخدم الطاقة الناتجة من الانشطار النووي لإنتاج انفجارات هائلة، وفعلياً، تم استخدام سلاحين نوويين فقط في سياق الحرب العالمية الثانية، وكلاهما من قبل الولايات المتحدة، قرب نهاية الحرب حوالي العام 1954م، وتتكون القنابل الذرية من عنصر انشطاري، مثل اليورانيوم، والمخَصب بالنظير الذي يمكن أن يحافظ على سلسلة تفاعل نووي انشطاري، وعندما يضرب نيوترون حر نواة ذرة انشطارية مثل اليورانيوم 235، أو U-235، ينقسم اليورانيوم إلى ذرتين أصغر 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.[1]

من هو مكتشف اليورانيوم

تم اكتشاف اليُورانيوم لأول مرة، على يد الكيميائي الألماني مارتن كلابروث، وذلك في عام 1789م، وذلك عن طريق إجراء تجربة، عزل فيها أكسيد اليُورانيوم أثناء تحليل عينات البتشبلند من مناجم الفضة في مملكة بوهيميا السابقة، والواقعة في جمهورية التشيك الحالية، وقد أطلق على اكتشافه وقتها اسم أوران، وذلك نسبة إلى كوكب أورانوس، الذي تم اكتشافه قبل 8 سنوات من اكتشاف اليُورانيوم، وكان يشار إلى اليورانيوم حينها كعنصر انشطاري، وذلك لأنه قادر على الخضوع للانشطار، والجدير بالذكر، أن تبين لاحقاً، أن اكتشاف مارتن كلابروث، هو أكسيد اليُورانيوم فقط، وليس اليُورانيوم النقي كما كان يعتقد في الأصل، حيث تم اكتشافه بشكل أكبر لاحقاً ومعرفة خصائصه المتعددة.[2]

تاريخ اليورانيوم

يرجع تاريخ اليُورانيوم إلى نهاية القرن الثامن عشر، عندما تم اكتشافه على يد العالم مارتن كلابروث، وبالرغم من اكتشافه المبكر، إلا أن خصائصه المهمة لم يتم اكتشافها إلا بعد عقود، ففي بادئ الأمر، تم استخدام اليورانيوم في المقام الأول كمادة ملونة، والتي تستخدم بدورها لِتزجيج السيراميك، وللتلوين في التصوير الفوتوغرافي المبكر، ولم يتم التعرف على خصائصه المشعة المعروفة اليوم، حتى عام 1866م، ولم تتجلى إمكانية استخدامه كمصدر للطاقة حتى منتصف القرن العشرين الماضي، كما استخدم في أعقاب الحرب العالمية الثانية، من قبل الولايات المتحدة الأمريكية، التي صنعت منه قنبلتها النووية، التي ارتكبت فيها مجزرة هيروشيما اليابانية، وتطور به المادة الأمر، حتى أصبح اليورانيوم الآن، يستخدم لتشغيل المفاعلات النووية التجارية التي تنتج الكهرباء، وإنتاج النظائر المستخدمة للأغراض الطبية والصناعية والدفاعية في جميع أنحاء العالم[2]

خصائص اليورانيوم

اليورانيوم عنصر متواجد بشكل طبيعي في الكرة الأرضية، وكأَي عنصر آخر، فهو يمتلك خصائصه الفيزيائية والكيميائية، ومن أهمها:[2]

  • العدد الذري: وهو عدد البروتونات في النواة، هو 92.
  • الرمز الذري: في الجدول الدوري للعناصر، هو U.
  • الوزن الذري: والذي هو متوسط ​​كتلة الذرة، تساوي 238.02891.
  • الكثافة: 18.95 غرام لكل سنتيمتر مكعب.
  • الحالة: في درجة حرارة الغرفة تكون صلبة، وله ذرات ذائبة في الماء أو في غازات الهواء.
  • نقطة الانصهار: تبلغ 1135 درجة مئوية، أو ما يعادل 2075 درجة فهرنهايت.
  • نقطة الغليان: تبلغ 4131 درجة مئوية، ما يعادل 7،468 فهرنهايت.
  • عدد النظائر: يمتلك اليورانيوم 16 نظير، 3 منها فقط توجد بشكل طبيعي.
  • المظهر: اليورانيوم معدن ثقيل لامع، ولونه أبيض مائل إلى الفضي.
  • فيزيائياً: إنه مرن ومطيل ومغناطيسي قليلاً.
  • كيميائياً: عند تعرضه للهواء، يغطى معدن اليورانيوم بطبقة من الأكسيد، كما تعمل الأحماض على إذابة المعدن، لكنها لا تتأثر بالقلويات.
  • التأثير: يعتبر اليُورانيوم ومركباته، اليورانيل، شديدة السمية من الناحيتين الكيميائية والإشعاعية.
  • النشاط الإشعاعي: يعرض اليُورانيوم ثلاثة تعديلات بلورية مشعة، هي ألفا وبيتا وجاما. 

مصادر اليورانيوم

هناك عدة مصادر لليورانيوم، ومن أهم هذه المصادر:[3]

  • في المعادن، يتواجد في البتشبلند، الكارنيت، الكليفايت، الأوتونيت، اليورانيت، اليورانوفان والتوربيرنيت.
  • في الصخور، يتواجد اليُورانيوم في صخور الفوسفات واللّيغنيت ورمال المونازيت.
  • يمكن تحضير اليورانيوم عن طريق اختزال هاليدات اليُورانيوم، بِفلزات قلوية أو قلوية ترابية، أو عن طريق اختزال أكاسيد اليُورانيوم بالكالسيوم أو الكربون أو الألومنيوم عند درجات حرارة مرتفعة. 
  • يمكن إنتاج المعدن من خلال التحليل الكهربائي لـ KUF 5 أو UF 4، ويكون مذابًا في خليط مصهور من CaCl 2 و NaCl.
  • يمكن تحضير اليُورانيوم عالي النقاء عن طريق التحلل الحراري لهاليدات اليُورانيوم

كيف يتم استخراج اليورانيوم

يوجد اليُورانيوم بصورته الخام المستخرجة من المنجم، وبشكل منخفض الدرجة، ولذلك يجب تركيز اليورانيوم من هذه الخامات للحصول على كميات وفيرة منها، وفي العملية، يتم تكسير الصخور ثم طحنها جيدًا، واستخراج اليورانيوم من خلال عدد من العمليات الكيميائية، والتي تسمى المعالجة، لتتكون في النتيجة عجينة صفراء، أو ما يسمى الكعكة الصفراء، والتي تحتوي على 75% من أكسيد اليورانيوم، بعد ذلك تأتي مرحلة تنقية العجينة الصفراء، وذلك بسلسلة من التحولات الكيميائية وتحويلها إلى صورة مفلورة، أو ما يسمى سادس فلوريد اليورانيوم، بحيث يكون لكل ذرة يورانيوم واحدة 6 ذرات فلور، وهذا ما يسمى بعملية التحويل، وهكذا يكون اليُورانيوم منتج خالي من الشوائب، وجاهز للتخصيب.[3]

ما هو تخصيب اليورانيوم

بالمعنى البسيط، تخصيب اليُورانيوم هو عملية ضرورية لخلق وقود نووي فعال، من اليورانيوم المستخرج من الطبيعة الأم، عن طريق زيادة نسبة اليُورانيوم 235، والتي بدورها تخضع للانشطار بالنيوترونات الحرارية، وترتبط عملية التخصيب بعملية الإنتاج، فبعد تنقية العجينة الصفراء وتحويلها إلى سادس فلوريد اليورانيوم، يصبح اليورانيوم جاهز للتخصيب، حيث تتم عملية زيادة نسبة اليورانيوم 235، من 0.7 بالمائة في اليُورانيوم 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 سابقاً، أو الانتشار الغازي أو أجهزة الطرد المركزي للغاز.[3]

استخدامات اليورانيوم

تاريخياً، لقد عرف الإنسان القديم اليُورانيوم دون أن يدري، عندما كان أكسيد اليُورانيوم يستخدم كعامل تلوين لطلاء السيراميك، وبعد اكتشافه بشكل حقيقي وواضح، برزت أهم استخداماته، ومنها:[4]

  • اليورانيوم له أهمية كبيرة كوقود نووي، حيث يستخدم الوقود النووي لتوليد الطاقة الكهربائية، وصنع النظائر، وصنع الأسلحة. 
  • في جيولوجيا الأرض، يعتقد العلماء أن اليُورانيوم والثوريوم، يتسببات في معظم الحرارة الداخلية للأرض ناتجة عن وجود. 
  • يستخدم اليُورانيوم 238، مع نصف عمر 4.51 × 10 9 سنوات، لتقدير عمر الصخور النارية، وهذا ما يعرف بـالتأريخ الإشعاعي.
  • يمكن استخدام اليُورانيوم لتقوية وتقوية الفولاذ.
  • يستخدم اليُورانيوم في الصناعات مثل أجهزة التوجيه والبوصلة الجيروسكوبية وكابح الصواريخ وغيرها.
  • يستخدم اليُورانيوم لأهداف الأشعة السينية، والتي يستفاد منها في المجال الطبي بشكل واسع.
  • يمكن استخدام النترات منه كمسحوق فوتوغرافي، كما ويستخدم الأسيتات منه في الكيمياء التحليلية.
  • رجح العلماء، أنه قد يكون الوجود الطبيعي لليورانيوم في التربة دليلاً على وجود الرادون وبناته.
  • تم استخدام أملاح اليُورانيوم لإنتاج الزجاج الأصفر الفازلين وطلاء السيراميك.

فوائد اليورانيوم

كمادة طبيعية، وإذا تم استخدامها بشكل سلمي دون أي أهداف نووية أخرى، فيعتبر حينها اليُورانيوم من أهم المواد التي تقدم فوائد جمة، وخاصة في مجال الطاقة، ومن أهم فوائده:[4]

  • تعد الطاقة النووية التي يتم إنتاجها من خلال اليورانيوم، مصدر كهرباء خالٍ من الكربون، وصحي أكثر من الوقود الأحفوري.
  • اليورانيوم هو مصدر طاقة رائع للحصول على طاقة حمل أساسية موثوقة للشبكة الكهربائية.
  • يعتبر مصدر كهرباء خالٍ من الكربون، وصحي أكثر من الوقود الأحفوري.
  • استخدام المواد الأقل في طاقة المعامل، مثل اليورانيوم، تعني تعدينًا أقل وتأثيرًا أقل على البيئة.
  • يعتبر اليُورانيوم واسع الانتشار، وخاصة في الصناعات الكبيرة، كما أن نظائره المشعة المشتقة مفيدة للغاية، وخاصة في المجال الطبي.
  • يستخدم اليورانيوم، إلى جانب بعض المواد المشعة الأخرى، في معرفة تكوين الأرض وتاريخها ومكامن الثروات الباطنية فيها.
  • اقتصادياً، يعتبر إنتاج اليورانيوم وتخصيبه، من الصناعات التي تنمي اقتصادات الدول المنتجة، وخاصة في كندا، كما أنها توفر فرص عمل كبيرة للغاية.

شاهد أيضًا: جميع الاكتنيدات عناصر مشعة

أضرار اليورانيوم

يسير التلوث الإشعاعي والمعادن الثقيلة، جنبًا إلى جنب مع تطوير اليُورانيوم، فقد طور تعدين اليُورانيوم إرثًا مؤسفًا من الأنواع المهددة بالانقراض، إضافة إلى التلوث، وغالبًا بشكل دائم، على الأراضي العامة والمياه الثمينة، مما تسبب في تأثيرات فادحة على صحة الإنسان، كما يمكن للملوثات الناتجة عن تعدين اليُورانيوم، أن تلوث النظم الإيكولوجية المائية لمئات السنين إضافة إلى تهدد مجتمعات المصب والأسماك والحياة البرية، كما يمكن أن تشكل جميع مراحل تطوير اليورانيوم، بدءاً من الاستكشاف إلى التعدين والطحن والإنتاج، إلى تهديدات فريدة للأنواع والنظم البيئية والمجتمعات البشرية، بدءاً من تدمير الموائل وتعطيل الحياة البرية، إلى التراكم الحيوي والتلوث الذي لا رجعة فيه للمياه، كما يهدد الازدهار اليوم بالبناء، على إرث اليورانيوم من الضرر البيئي والاجتماعي.[4]

وبهذا القدر نصل إلى نهاية مقالنا الذي كان بعنوان ما هو اليورانيوم وفوائده ومن أين يستخرج، والذي تعرفنا من خلاله على ما هو اليورانيوم وخصائصه وفوائده وأماكن اسْتخراجه ومن اكتشفه وتاريخه ومصادره واستخداماته المتعددة، كما تعرفنا على استخدامه في القنبلة النووية، وكيف يتم تخصيبه.

المراجع

  1. world-nuclear.org , What is Uranium? How Does it Work? , 13/01/2022
  2. livescience.com , Facts About Uranium , 13/01/2022
  3. tutorials.nti.org , URANIUM ENRICHMENT , 13/01/2022
  4. britannica.com , uranium , 13/01/2022

التعليقات

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.