( 5 طرق ) لتخصيب اليورانيوم
باستخدام الليزر
إن
اليورانيوم ( 235 ) الوحيد القابل للانشطار وتوليد الطاقة بالنيوترون .
يوجد
لليورانيوم ( 3 نظائر ) تشترك فى الرقم الذرى ( 93 ) ولكنها تختلف فى الوزن الذرى
وهذه النظائر ( اليورانيوم 238 ) ويكون ( 99.7 % ) من اليورانيوم الطبيعى .
(
واليورانيوم 235 ) ويكون ( 0.7 % ) ( واليورانيوم 234 ) ويكون نسبة ضئيلة فإن
(
اليورانيوم 235 ) الوحيد القابل للانشطار النووى بالنيترونات وتوليد الطاقة .
أما (
اليورانيوم 238 ) غير قابل للانشطار ولكنه عند امتصاصه للنيوترونات يتحول لعنصر
(
البلوتونيوم ) القابل للانشطار فإن نظير ( البلوتونيوم 239 ) لا يوجد فى الطبيعة
ولكنه يعتبر عنصرا صناعيا .
إن
اليورانيوم الطبيعى به ( يورانيوم 235 ) بنسبة ( 0.7 % ) ولا يصلح كوقود نووى
لمفاعلات الطاقة النووية وقد تبين أن اليورانيوم الطبيعى يصلح كوقود فى حالة زيادة
نسبة
(
اليورانيوم 235 ) ل ( 3 % ) فإن زيادة نسبة ( اليورانيوم 235 ) فى اليورانيوم
الطبيعى عن طريق التخصيب فإن طرق تخصيب اليورانيوم متعددة حيث يحول لصورة
اليورانيوم الغازى
(
يورانيوم هكسا فلوريد / UF6 ) ( سادس فلوريد اليورانيوم ) فإن طرق تخصيب
اليورانيوم متعددة منها :
1 )
الانتشار الغازى .
2 )
استخدام القوة الطاردة المركزية .
3 )
الفصل بواسطة حركة الغازات .
4 )
طريقة الفصل باستخدام الليزر .
5 )
الفصل الكهرومغناطيسى .
1 ) الانتشارالغازى
:
يعتبر
الانتشار الغازى من أقدم الطرق التى استخدمت فى تخصيب ( اليورانيوم ) ولفصل
(
اليورانيوم 235 ) عن ( اليورانيوم 238 ) عن طريق أن اليورانيوم الطبيعى يوجد على
هيئة فلز يمكن أن يتحول لمركب غازى باتحاده مع الفلور .
وفى
عملية الانتشار الغازى يدفع المركب الغازى لليورانيوم خلال مرشحات خاصة تسمح بمرور
الغاز الأقل كثافة والانتشار الغازى يتم سريعا تزيد قليلا على سرعة الغازات الأكثر
كثافة والغاز المحتوى على ( اليورانيوم 235 ) أخف قليلا وينتشر عبر المرشحات بسرعة
تزيد قليلا عن الغاز المحتوى على ( اليورانيوم 238 ) .
وللحصول
على نسبة مرتفعة من تركيز ( اليورانيوم 235 ) يمرر الغاز خلال آلاف من المرشحات
مما يستدعى ألافا من المضخات وانسياب الغاز فى أنابيب طولها آلاف الأميال حيث
يعتبر مصنع الانتشار الغازى أكبر مصنع فى العالم عن طريق صناعة القنابل الذرية (
النووية )
من (
اليورانيوم 235 ) الذى تصل نسبته لأكثر من ( 90 % ) .
إن مصنع
( اليورانيوم 235 ) يستهلك طاقة كهربية = ما تستهلكه مدينة ( نيويورك ) بالولايات
المتحدة الأمريكية ( U . S
. A ) .
أما
بالنسبة لوقود المفاعلات النووية الذى يتطلب نسبة تخصيب ( 3 % فيلزم ) مئات
المرشحات والمضخات .
تعتبر
الطريقة مكلفة وتستهلك كمية كبيرة جدا من الكهرباء وتستخدم على نطاق صناعى فى
الحرب والسلم حيث يمكن توليد الكهرباء من المفاعلات النووية وصناعة القنابل
والصواريخ النووية .
2 ) استخدام
القوة الطاردة المركزية :
تعتمد
القوة الطاردة المركزية على فرق القوة الطاردة المركزية لكل من سادس فلوريد
اليورانيوم 238 وسادس فلوريد اليورانيوم 235 لاختلاف الوزن الذرى لذرة اليورانيوم
238 وذرة اليورانيوم 235 حيث تكون القوة الطاردة المركزية لليورانيوم 238 تصبح
الأكبر .
فعند
تدوير غاز ( UF6 ) فى اسطوانة بسرعات عالية جدا تصل لمئات
الألاف من الدورات فى الدقيقة ويتركز غاز ( اليورانيوم 238 ) قرب جدار الاسطوانة
الداخلى بينما يتركز غاز
(
اليورانيوم 235 ) فى الوسط وهكذا تتم عملية الفصل .
إن فصل
نظائر اليورانيوم بطريقة القوة الطاردة المركزية أعلى بكثير من طريقة الانتشار
الغازى
ولأنها
باهظة التكاليف .
إن
أفضاية طريقة الطرد المركزى يرجع لإجراء عملية تخصيب بنسبة ( 4 % ) فنحتاج
إلى (
1000 وحدة انتشار غازى ) بينما لا تحتاج للوصول لنفس النسبة من التخصيب إلا إلى
( 100
وحدة طرد مركزى ) فإنه يمثل ( 1 / 10 ) من الطاقة المطلوبة لعمليات الفصل .
ولقد
أنشأت معامل ضخمة لإنتاج اليورانيوم المخصب .
3 ) الفصل
بواسطة حركة الغازات :
يعتمد
الفصل بواسطة حركة الغازات على خواصها عن طريق طريقتين :
1 ) دفع
غاز اليورانيوم خلال فوهة :
تعتمد
الطريقة على انحراف سير الغازات وتتلخص بخلط غاز ( الهيليوم ) مع غاز سادس فلوريد
اليورانيوم / UF6 بنسبة ( 5 % ) ويمرر الخليط عبر انبعاج
اسطوانى .
فأثناء
حركة الغازات بمحاذاة الجدار الاسطوانى يتعرض لنفس قوى الطرد المركزى فيتمركز
الغاز الثقيل الذى يحتوى على نظير ( اليورانيوم 238 ) نحو الجدار الاسطوانى والذى
يحتوى على ( اليورانيوم 235 ) نحو الوسط وعند خروجه يوضع حاجز قرب الجدار
الاسطوانى حيث يسحب غاز ( اليورانيوم 235 ) المخصب من الوسط عند تكرار العملية
نستطيع الحصول على درجة التخصيب المطلوبة ولقد طورت تكنولوجيا طريقة الفوهة فى
ألمانيا .
2 ) الهليكون
:
تعتمد
على تمرير خليط من غازى ( سادس فلوريد اليورانيوم / الهيدروجين ) فى منظومة دوامة
غازية والفصل يتم كما فى طريقة الفوهة ومعامل الفصل أعلى نسبيا ولا تزال على مستوى
تجريبى ولم تستعمل على نطاق صناعى .
وإنه
بالإمكان تقليل استهلاك الطاقة لدرجة كبيرة قد تصل إلى أقل من عشر ما تحتاجه
الأجهزة التجريبية من طاقة .
4 ) تخصيب
اليورانيوم بأشعة الليزر :
يعتبر
تخصيب اليورانيوم بالليزر من أفضل الطرق وأحدثها ويستخدم فيها بخار اليورانيوم
الطبيعى أو أحد مركباته ( الفصل النظائرى للبخار الذرى بالليزر ) وتعتمد على فرق
الطيف الذرى ( لليورانيوم 235 ) عن ( اليورانيوم 238 ) .
وينتج
فرق الطيف الذرى بسبب فرق الكتلة بين نواتى النظيرين مما يسبب انحرافا بسيطا فى
مدار الالكترونات بينهما ويتم اختيار طول موجة لليزر بدقة متناهية بحيث تؤثر على
أحد خطوط طيف أحد النظيرين ( يو – 235 ) دون الآخر لتهيج أحد الكتروناته الخارجية
عن طريق إزالته بتسليط ضوء إضافى من أشعة الليزر .
وتسحب
الذرات المتأينة ( الموجبة ) بترسيبها على لوحة مشحونة كهربيا عند استعمال أحد
مركبات اليورانيوم حيث يستفاد من فرق الطيف الجزيئى لنظيرى اليورانيوم فيسلط طول
موجة معينة من أشعة الليزر ليتفكك جزيئات نظير دون الآخر حيث يتحول سادس فلوريد
اليورانيوم
(
النظير 235 ) ( لخامس فلوريد اليورانيوم ) وهى مادة صلبة يمكن عزلها عن الغاز .
إن قدرة
الفصل باستخدام الليزر عالية جدا ويقدر أنه بالإمكان الحصول على تخصيب اليورانيوم
لأكثر من ( 50 % ) بمرحلة واحدة فإن مردود التكنولوجيا سوف يكون كبيرا عند وصولها
للمراحل الصناعية فتعدد المراحل سوف يقل بدرجة كبيرة فإن كفاءة استخدام الليزر فى
تخصيب اليورانيوم تعتبر أفضل الطرق .
5 ) الموجات
الكهرومغناطيسية لتخصيب اليورانيوم :
تستخدم
الموجات الكهرومغناطيسية لتخصيب اليورانيوم فى صناعة القنابل النووية من
(
اليورانيوم 235 ) حيث استخدم فيها مغناطيس كهربى ضخم حيث يحول اليورانيوم لبخار
ويشحن بالكهرباء ثم يمرر البخار فى المجال المغناطيسى فيتخذ بخار ( اليورانيوم 235
) مسارا منحنيا أشد انحناءا من مسار ( اليورانيوم 238 ) فيتم فصل جزيئات
اليورانيوم 235 عن ( اليورانيوم 238 ) .
فإذا
تحركت أيونات اليورانيوم فى خط مستقيم بسرعة متساوية ومرت على مجال مغناطيسى عمودى
على اتجاه الحركة فإن الأيونات تتأثر بالقوة المؤثرة والقوة المؤثرة على الأيون ق
ق = م . س . ش حيث
ش :
شحنة الأيون س : السرعة
م : قوة المجال المغناطيسى قوة جاذبة نحو
المركز . ق : القوة
ق = م س ش = ك س 2 / ن ك :
الكتلة
حيث أن
ك = كتلة الأيون ن : نصف قطر المسار
المنحنى
فإن م ش = ك س اى أن نصف قطر المسار المنحنى = ن = ك س / م ش
من
المعادلة نرى أن نصف قطر المسار المنحنى يختلف باختلاف كتلة الأيون وسيكون لمسار
أيون ( اليورانيوم 235 ) مختلف عن نصف قطر مسار الأيون الخاص ( باليورانيوم 238 )
.
والجهاز
المستخدم يتكون من مصدر أيونات .
يتكون
من قطب سالب ( المهبط ) للالكترونات ومصدر جهد عالى موصل بين القطب السالب والقطب
الموجب ( المصعد ) وعند ادخال مركب اليورانيوم الغازى يتاين داخل مصدر الأيونات
وتخرج الأيونات المعجلة لغرفة المجال المغناطيسى .
وعند
تعرض أيونات ( اليورانيوم 235 ) وأيونات ( اليورانيوم 238 ) للمجال المغناطيسى
تتحرك الأيونات فى مساريين مختلفين فى الاتجاه حيث يكون نصف قطر مسار اليورانيوم
238
أكبر من
مسار ( اليورانيوم 235 ) .
وعند
نهاية مسار الأيونات يوجد مجمع لاستقبال أيونات ( اليورانيوم 238 ) ومجمع آخر
لاستقبال أيونات ( اليورانيوم 235 ) ويعتبر تركيز ( اليورانيوم 235 ) اليورانيوم
المخصب المستخدم فى صناعة القنابل النووية .
وتتميز
بدرجة تخصيب عالية تتطلب أعدادا كبيرة للحصول على كمية كبيرة من اليورانيوم 235
د / محمد مصطفى عبد الباقى
تنقيح / أسامة ممدوح عبد الرازق
مصطفى شرف
24 / 11 / 2016
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق