عملیة التخصیب هذه صعبة ومکلفة وتکمن الصعوبة ان النظائر الذی یراد ازالتها من الیورانیوم شبیهة جدا من ناحیة الوزن للنظائر الذی یرغب بالابقاء علیها وتخصیبها ویتم عملیة التخصیب باستخدام الحرارة عبر سائل أو غاز لتساهم فی عملیة عزل النظائر الغیر المرغوبة وهناک طرق أخرى أکثر تعقیدا کاستعمال اللیزر أو الأشعة الکهرومغناطیسیة.
وتبلغ نسبة الیورانیوم-235 الذی یراد تخصیبه من اجمالی ذرة الیورانیوم الطبیعی نسبة 0.7% فقط ولکن هذا الجزء هو المرغوب فیه لکونه اخف من ناحیة الکتلة من الأجزاء الأخرى من الیورانیوم الطبیعی. الجزء المتبقی من الیورانیوم الطبیعی بعد استخلاص جزء الیورانیوم-235 یسمى الیورانیوم-238. تم تخصیب الیورانیوم لأول مرة فی الولایات المتحدة بعد الحرب العالمیة الثانیة حیث تم بناء 3 من المفاعلات النوویة فی ولایات تینیسی وأوهایو وکنتاکی وکانت الطریقة المستعملة عبارة عن ضخ کمیات کبیرة من الیورانیوم على شکل غاز یورانیوم هیکسافلورید uranium hexafluoride إلى حواجز ضخمة تحوی على ملایین الثقوب الصغیرة جدا وبهذه الطریقة یتم انتشار الیورانیوم-235 (وهو الجزء المطلوب) بسرعة أکبر نسبة إلى الیورانیوم-238 (وهو الجزء الغیر مرغوب فیه لکونه أثقل) وتم استغلال الفرق فی سرعة الأنتشار وجمع کمیات هائلة من الیورانیوم-235 وتمتلک الولایات المتحدة یورانیوم مخصب من النوع العالی الخصوبة بنسبة 90%. ومن أسالیب التخصیب الأخرى الأسلوب الذی یعرف بالترشیح ویعتمد هذا الأسلوب على أنه بین النظیرین الموجودین فی غاز سداسی فلورید الیورانیوم، فإن الیورانیوم-235 ینتشر بسرعة أکثر عبر مرشح خاص عن السرعة التی ینتشر بها النظیر الأثقل، الیورانیوم-238. وکما هو الحال مع أسلوب الطرد المرکزی، یلزم تکرار هذه العملیة مرات عدید .
عملیة الطرد المرکزی هی عبارة عن عزل نظائر عناصر کیمیائیة محددة Isotope separation من عنصر ما لغرض زیادة ترکیز نظائر أخرى للحصول على مادة تعتبر مشبعة بالنظیر المطلوب على سبیل المثال عزل نظائر معینة من الیورانیوم الطبیعی للحصول على الیورانیوم المخصب والیورانیوم المنضب ویقال لها عملیة تخصیب الیورانیوم Uranium enrichment. وتتم عملیة التخصیب على مراحل حیث یتم فی کل مرحلة عزل کمیات أکبر من النظائر غیر المرغوبة حیث یزداد العنصر تخصیبا بعد کل مرحلة لحد الوصول إلى نسبة النقاء المطلوبة.
مخطط توضیحی مبسط لعملیة تخصیب الیورانیوم بواسطة الطرد المرکزی .
الیورانیوم الطبیعی : أزرق غامق :الیورانیوم 238 وأزرق فاتح : الیورانیوم235
الیورانیوم هو المکون الوحید الذی یمکن أن ینتج طاقة نوویة، یحتوی الیورانیوم الطبیعی على ذرات ذات کتلات مختلفة تسمى النظائر وتوجد عادة فی الیورانیوم 238 والیورانیوم 235. والنسب کما یلی:
• (الیورانیوم 238)- 99،3 %
• (الیورانیوم 235) -0،7 %
• النظائر الأخرى - 0،01%
أثناء تخصیب الیورانیوم الطبیعی - لاستخدامه کوقود نووی فی المفاعلات أو السلاح النووی ـ یتکون منتج ثانوی ، أطلق علیه اسم ( الیورانیوم المستنفذ ) . وهو ذو قدره إشعاعیه تقدر بـ (40%) من القدرة الإشعاعیة للیورانیوم الطبیعی المخصب .
عملیة التخصیب :
1-التخصیب هو عملیة فصل الیورانیوم 238 والیورانیوم 235، ویتم بواسطة الطرد المرکزی للغاز. حیث یتم تغذیة الاسطوانة الدائرة (الطرد المرکزی) - التی تدور على قاعدة یدیرها محرک - بغاز الیورانیوم هکسا فلوراید - یذهب الیورانیوم فی حالته الغازیة إلى جهاز الطرد المرکزی ویحول من 50-70 ألف دورة فی الدقیقة.
2- تتجمع الجزیئات الأکثر ثقلاً من الیورانیوم 238 على جدار الأسطوانة ویهبط وهو الیورانیوم الأقل تخصیباً.
3- تتجمع الجزیئات الأخف من الیورانیوم 235 بالقرب من مرکز الاسطوانة ویتحرک لأعلى.
4- یتم إرسال الیورانیوم 235 المخصب إلى جهاز ثانی للطرد المرکزی، یجری تغذیة المرحلة التالیة بغاز ثم تخصیبه على نحو طفیف بیورانیوم 235.
5- یتم الدفع بغاز مستنفد على نحو خفیف من الیورانیوم 235 لعمل تغذیة راجعة إلى المرحلة السابقة.
وتقاس قدرة محطات تخصیب الیورانیوم فی شروط 'وحدات أعمال الفصل أو وحدة فصل. وحدة الفصل وحدة معقدة وهی وظیفة من کمیة الیورانیوم المعالج (أی مدى الزیادة فی ترکیز نظیر الیورانیوم 235 بالنسبة للفترة المتبقیة) ومستوى استنفاد الباقی. وحدة بشکل صارم : کیلو مفرق وحدة العمل، وأنه یقیس کمیة من أعمال الفصل تنفیذ لتخصیب کمیة معینة من الیورانیوم مبلغ معین. فإنه یدل بالتالی من الطاقة المستخدمة فی تخصیب الیورانیوم عندما یتم التعبیر عن کمیات الأعلاف والمنتجات فی کمیة الحجم. على سبیل المثال، لإنتاج کیلوغرام واحد من الیورانیوم المخصب إلى 5 ٪ 235 Uیتطلب 7،9 وحدة فصل إذا تم تشغیل المصنع فی ذیول فحص 0،25 ٪، أو وحدة فصل 8،9 إذا کان فحص ذیول هو 0،20 ٪ (مما یتطلب سوى 9،4 کیلوغرام بدلا من 10،4 کیلوغرام من العلف یو الطبیعیة). هناک دائما المفاضلة بین تکلفة وحدة فصل وتخصیب الیورانیوم تکلفة.
المشاکل وتدویر المواد النوویة
المشکلة الکبرى تکمن فی کیفیة التخلص من المخلفات النوویة الناتجة فی المفاعلات النوویة. وعادة ما یوضع الیورانیوم المستهلک فی احواض مائیة کبیرة لمدة عشرات السنین لغرض تخفیض أشعاعها النووی إلى حد یسهل معاملتها صناعیا بعد ذلک. وعندها یمکن اختیار طریقة من بین طریقتین لمعاملتها : أما تجهیزها وتغلیفها استعدادا لدفنها فی الطبقات الجیولوجیة العمیقة (على عمق 800 إلى 1000 متر) تحت الأرض بعیدا عن السکان، أو الطریقة الأخرى وتتضمن معالجة الیورانیوم المستهلک کیمیائیا لفصل البلوتونیوم-239 عن النفایات المشعة. بعد ذلک یمکن استغلال البلوتونیوم-239 فی تصنیع کابسولات جدیدة یمکن اعادة استخدامها فی المفاعل لتولید الطاقة الکهربائیة، إذ أن البلوتونیوم-239 له نفس الخواص النوویة التی یتمیز بها الیورانیوم-235 ویصلح لإنتاج الطاقة الکهربائیة. أما النفایات المتبقیة من المعاملة الکیمیائیة فیمکن التخلص منها أولا بخلطها بمسحوق الزجاج ثم صهر المخلوط فتصبح النفایات محتجزة فی الزجاج الذی یـُصب فی أوعیة أسطوانیة من الحدید الصلب أرتفاعها 120 سم وقطرها 40 سم. وتخزن تلک الأسطوانات شدیدة الاشعاع إلى حین بناءالمطرح النهائی للتخلص منها تحت الأرض. والمهم فی الطریقة الثانیة لمعالجة الیورانیوم المستهلک أنها طریقة لتدویر المواد النوویة لاستعادة استخدامها من خلال العملیة الکیمیائیة لفصلها عن النفایات المشعة.وقد اختارت أنجلترا وفرنسا هذا الطریق لما له من فائدة نحو تدویر المواد النوویة وإعادة استخدامها. وتقوم کل من إنجلترا فی سیلافیلد Sellafield وفرنسا فی لاهاج La Hague بتدویر المواد النوویة المستهلکة الناتجة من تشغیل مفاعلاتهم.
الیورانیوم المخصب
یستخدم الیورانیوم المخصب فی صناعة القنابل النوویة، حیث یجب أن یرتفع مستوى الیورانیوم 235 قبل أن یتم حرقه کوقود فی المفاعلات النوویة أو استخدامه لصنع الأسلحة النوویة.
الأسلحة النوویة
خلال فترة عام یمکن لعدد 1500 من أجهزة الطرد المرکزی أن تنتج کمیة کافیة من الیورانیوم عالی التخصیب لإنتاج قنبلة نوویة واحدة. فی حالة الأسلحة النوویة یکون مستوى الیورانیوم 235 فوق 90% مقارنة بنسبة الیورانیوم 238 وبذلک یکون الیورانیوم 235 قابل للاحتراق.
المصدر : تحقیق راسخون
/ج
