(باللاتينية: Uranium)
هو أحد العناصر الكيميائية المشعة الموجودة في الجدول الدوري، ويرمز له بحرف U.
عدده الذري (92) ومن أبرز صفاته: ثقيل، أبيض فضي، سام، فلزي، وقطعة من معدن اليورانيوم الصافي تبدو قريبة من معدن الفضة أو الفولاذ ولكنها ثقيلة جداً نسبة إلى حجمها.
تبلغ كثافته نحو 20 جرام /سنتيمتر مكعب، أي أن 1 متر مكعب من اليورانيوم يزن نحو 20 طن! فهو أثقل المعادن الموجودة في الطبيعة.
يعتبر اليورانيوم أحد أهم العناصر المشعة الرئيسية في الطبيعة اذ تم اكتشافه لأول مرة عام 1789م، بواسطة العالم الكيمياوي الألماني مارتن كلابروث وأسماه على أسم كوكب يورانوس الذي أُكتشف أيضا آنذاك .
وكما انه معدن ثقيل، نشط كيميائياً واشعاعياً، فهو ايضا واسع الأنتشار، ويتواجد في الطبيعة بأشكال كيميائية مختلفة في جميع أنواع التربة والبحار والمحيطات.
كما أنه يتواجد أيضا في مياه الشرب والأغذية، ويبلغ متوسط مايحتويه جسم الأنسان من اليورانيوم حوالي (90μgm) يستمد من المدخول العادي للهواء والماء والغذاء .
رمزه الكيميائي (U)
عدده الذري (92)
عـدده الكتلي (238)
درجة انصهاره (1133ºC)
درجه غليانه (3818ºC)
كثافته (19.04gm/cm3)
أشكال نظائر اليورانيوم:
يتكون اليورانيوم الموجود في الطبيعة من ثلاثة نظائر أساسيه هي:
- اليورانيوم 238 بنسبة (99.2745%)
- اليورانيوم 235 بنسبة (0.72%)
- اليورانيوم 234 بنسبة (0.0055%)
يستخدم اليورانيوم أساساً في مصانع توليد الطاقة النووية، اذ تتطلب معظم التفاعلات أستعمال اليورانيوم الذي يكون فيه محتوى نظير اليورانيوم 235 مخصباً بنسبة تتراوح بين (3%-0.72 %) ويسمى اليورانيوم المتبقي باليورانيوم المنضب.
تعاني كل نظائر اليورانيوم من التفاعلات الكيميائية ذاتها في الطبيعة وتبدي نفس الخواص الفيزيائية مثل نقطة الغليان والانصهار والتطاير ولا ينطبق هذا على الخواص الإشعاعية مثل عمر النصف، الفعالية النوعية، وكذلك نمط الانحلال إذ انه يختلف من نظير إلى آخر.
اليورانيوم لا يوجد في الطبيعة بصوره طليقة و إنما يوجد متحداً مع الأوكسجين مكونا بذلك اكاسيد ثنائية (UO2) و أكاسيد ثلاثية (UO3) أو مع عناصر أخرى مكوناً بذلك مركبات سلكية أو كربونية، وتختلف هذه المركبات اختلافاً جوهرياً في خواصها الكيميائية والفيزيائية والتأثيرات السمية التي تبديها، ولليورانيوم تكافئان رباعي وسداسي، حيث تكون المعادن الحاوية على التكافؤ الرباعي ذات لون رمادي داكن مثل معدن البتشبلند (Pitchblende).
أما المعادن الحاوية على التكافؤ السداسي فتكون متميزة بألوانها القاتمة الصفراء أو الخضراء مثل معدن (التايمونايت) ، ويبلغ معدل تركيزه في صخور القشرة الأرضية حوالي (2.7ppm) .
يعود فضل اكتشاف اليورانيوم في معدن "خَلْطَةُ القار" أو البيتشبلند الأسود اللامع في عام 1789م، إلى الكيميائي الألماني مارتن كلابروث، والذي قام بتسمية العنصر الجديد "أورانوس" على غرار أورانوس الكوكب.
وكان أول من قام بعزل الفلز عن الخليط المركب هو الكيميائي الفرنسي أوجين - ملكيور بليجوت.
في عام 1896م، اكتشف بكريل أن أحد أملاح اليورانيوم يصدر اشعاع - لم تكن طبيعته واضحة في ذلك الوقت - واثبت بكريل أن الإشعاع الذي اكتشفه يصدر من جميع مركبات اليورانيوم وعن اليورانيوم الفلزي أيضاً بما يعني أن مصدر الإشعاع هو ذرة اليورانيوم .
واتضح له ان هذا الإشعاع يحدث بصورة تلقائية مستمرة لا تؤثر عليه المؤثرات الخارجية من ضغط و درجة حرارة ولهذا سمي اشعاع اليورانيوم اشعاع نشط (بالإنجليزية: Radioactive Radiation) وتسمى هذه الظاهرة بالنشاطية الاشعاعية (بالإنجليزية: Radioactivity).
وفي عام 1898م قام بيير كوري وزوجته ماري سكلودوفسكايا (ماري كوري) - بولندية الاصل - ومشهورة باسم مدام كوري باكتشاف النشاط الإشعاعي للثوريوم.
وأيضا اكتشفا في نفس السنة عنصرين جديدين يوجدان في خامات اليورانيوم :
العنصر الأول أطلق عليه الراديوم وهو عنصر أقوى في نشاطه الإشعاعي من اليورانيوم بمليون مرة، بينما العنصر الثاني أطلقا عليه اسم مسقط رأس مدام كوري وهو البولونيوم.
وبعد 10 سنوات اكتشف رذرفورد في عام 1908م، الغاز النشط اشعاعيا - الرادون - بواسطة التحليل الطيفي ، قادت الأبحاث التى بدأها الفيزيائي إنريكو فيرمي وغيره، مثل الفيزيائي روبرت أوبنهايمر في العام 1934م إلى استخدام اليورانيوم كوقود في صناعة الطاقة النووية وفي صناعة قنبلة ليتل بوي أو الولد الصغير؛ أول سلاح نووي يستخدم في الحرب العالمية الثانية.
وتلا ذلك سباق تسلح نووي بين الولايات المتحدة والاتحاد السوفياتي السابق خلال حقبة الحرب الباردة نتج عنه عشرات الآلاف من الأسلحة النووية التي استُخدِم فيها معدن اليورانيوم و البلوتونيوم-239 المشتق من اليورانيوم.
يعد تأمين تلك الأسلحة وموادها الانشطارية في أعقاب تفكك الاتحاد السوفيتي في عام 1991م، مصدراً لقلق متواصل حول صحة وسلامة عامة الناس.
وجوده وتوافره في الطبيعة:
اليورانيوم عنصر طبيعي يوجد في مستويات منخفضة في كل الصخور والتربة والمياه.
وفقا للجنة الأمم المتحدة العلمية المعنية بآثار الإشعاع الذري يبلغ التركيز الطبيعي لليورانيوم في التربة هو من 300 ميكروغرام / كغ إلى 11.7 ملغ / كغ.
ويعتبر اليورانيوم أكثر وفرة من الانتيمون، والكادميوم، والبريليوم، والذهب، والزئبق، والفضة، أو التنغستن، وهو وفير بدرجة الزرنيخ والقصدير أو الموليبدنيوم.
يوجد اليورانيوم في العديد من المعادن بما في ذلك اليورانينايت (خام اليورانيوم الأكثر شيوعا) والأوتونايت والتوربرنايت والكوفنايت واليورانوفين.
وتحتوي مياه البحر على ما يقرب من 3.3 أجزاء من البليون من اليورانيوم من حيث الوزن (3.3 ميكروغرام / كغ) .
وقد اعتبر استخراج اليورانيوم من مياه البحر كوسيلة من وسائل الحصول على هذا العنصر.
يستخرج هذا المعدن بصفة رئيسية، من البتشلند والأورانينيت والأوتونيت والبرانيرايت والكارنوتيت والتوربيرنيت.
كما يستخرج من بعض مصادر ثانوية وخاصة من بقايا صناعة السوبر فوسفات أو من مخلفات تعدين الذهب.
ويتم الحصول عليه عادةً بإختزال رابع الفلوريد بواسطة الكالسيوم، أو المغنزيوم، أو بالتحليل الكهربائى.
وهذا المعدن ضعيف الإشعاع، ثقيل جدا (كثافته 19) صلب، يظهر سطحه بلون أشهب فضى مباشر بعد الصقل، إنما يفقد بريقه لدى تماسه بأوكسجين الهواء وينتج عن ذلك أوكسيدات.
وعندما يكون بشكل مسحوق فإنه يتأكسد ويشتعل بسرعة لدى تعرضه للهواء.
نظائر اليورانيوم:
تشمل النظائر القابلة للإنشطار مايلى:
- اليورانيوم 233
(نظير ذري 233) قابل أيضا للانشطار بالنوترونات ويمكن استخدامه في المفاعلات الذرية التي تعمل بغاز الهيليوم المولدة للحرارة العالية Thermal nuclear reactor.
- اليورانيوم 235
ويتواجد في خام اليورانيوم بنسبه صغيره 0.7 بالمائة ويستخدم في المفاعلات النووية وتصنع منه القنابل الذرية ويعمل كبادئ للقنبلة الهيدروجينية.
وبعد أن يتحول اليورانيوم الطبيعى إلى يورانيوم هكسا فـلورايد، تفصل النظائر إما بطريقة كهرومغناطيسية أو بطريقة الطرد المركزي أو بطريقة الإنتشار الغازي، فيتم الحصول من جهة على اليورانيوم الغني بعنصر يورانيوم 235، ومن جهة ثانية على اليورانيوم المخفف فيه عنصر يورانيوم 235-U (أي الغني بعنصر يورانيوم 238).
- البلوتونيوم 239
يذكر هنا أيضاً بعض النظائر لعناصر البلوتونيوم الإنتقالي مثل كاليفورنيوم 252، أمريسيوم 241، وسويريوم 242، وسوريوم 244، والتي يمكنها أن تنشطر (سواء بشكل تلقائى أم لا) والتي يمكن أن تستخدم كمصادر للنيترونات الكثيفة.
من النظائر الخصبة عدا الثوريوم 232 يذكر اليورانيوم المخفف (أي المخفف فيه عنصر يورانيوم 235، والغني بيورانيوم 238) وبسبب قلة تكلفته وإمكانية إنتاجه بكميات وفيرة، فإنه يحل محل اليورانيوم الطبيعي.
وبخاصة فى حالة الإستخدام كمادة خصبة، وكشبكة واقية من الإشعاعات، وكمعدن ثقيل لإنتاج الطارات الحدافة أو في تحضير المركبات الماصة المستخدمة فى تنقية بعض الغازات، وهذا المعدن هو منتج ثانوي من إنتاج اليورانيوم الغني بيورانيوم 235.
تُستثني من هذا البند المصنوعات أو أجزاؤها المصنعة من اليورانيوم المخفف فيه عنصر يورانيوم 238 والداخلة فى الأقسام من 16 إلى 19.
طريقة استخلاص اليورانيوم:
يتم تكسير الخام إلى قطع صغيرة ثم يتم تجميعها عن طريقة الطفو باستخدام حمض الفوليك, ثم يتم تحميصها في الهواء حتى يتم تحوليها إلى الأكاسيد المقابلة.
بعد ذلك يتم تصفيتها في مزيج من حمض الكبريتيك وبرمنجانات البوتاسيوم حتى نتأكد من أكسدة اليورانيوم الموجود بالخام، ويتم ترسيب اليورانيوم بأضافة هيدروكسيد الصوديوم حتى يتحول الى الصيغه غير الذائبه (Na2U2O7) والتي يطلق عليها اسم الكعكة الصفراء (yellow cake) ، بعد ذلك يتم إضافة حمض النيتريك حتى يتحول إلى نترات اليورانيوم UO2(NO3)2(H2O)n الذي يتم أمرار بخار الفلور عليه متحولاً إلى بخار من فلوريد اليورانيوم (UF4) .
ثم يتم استخلاص اليورانيوم النقي بواسطة الاختزال عن طريق عنصر الكالسيوم ويتم استخلاص نظائر اليورانيوم أيضا بطريقة مماثلة.
ويحصل عليه بعد التنقية الميكانيكية لخاماته بمعالجة الخام بحمض الكبريت أو بحمض الآزوت (حمض النتريك) أو بمحلول كربونات الصوديوم.
ثم يفصل إما بترسيبه وذلك بجعل المحلول قلوياً (أي زيادة pH المحلول)، فيترسب ثنائي يورانات الأمونيوم (NH4)2UO4 ؛ وإما بشكل ماءات اليورانيل UO2(OH)2 .
وبعد تكليس الراسب يتم الحصول على مزيج من أكاسيد اليورانيوم التي تحوَّل إلى مركبات مناسبة مثل UF4 ، أو U3O8 ، أو UO2 للحصول منها على المعدن الحر.
ولتنقية المركّب الناتج من الشوائب يحل مرّة أخرى في حمض الآزوت، ويفصل اليورانيوم باستخلاصه بمحل عضوي مناسب، ومن ثم يبلوَر بشكل نترات اليورانيل UO2(NO3)2 التي تحوَّل إلى الأكسيد UO2 بالتسخين.
وأخيراً يحوَّل هذا الأكسيد إلى UF4 بمعالجته بفلوريد الهدروجين الجاف الساخن.
النشاط الإشعاعي لليورانيوم:
بالرغم من النسبة الضئيلة لوجود نظير اليورانيوم 234 (0.0058%) في اليورانيوم الطبيعي، إلا أن نشاطه الإشعاعي يمثل 48.9% من مجموع النشاط الإشعاعي الصادر من اليورانيوم الطبيعي، وهي أعلى نسبة حيث أن النشاط الإشعاعي الصادر من نظير اليورانيوم 235 تمثل بنسبة 2.3% .
والنشاط الإشعاعي الصادر من نظير اليورانيوم 238 ايضا يمثل 48.8% ويرجع السبب في ذلك إلى ارتفاع النشاط الإشعاعي النوعي لنظير اليورانيوم 234 والذي يبلغ 6200 مايكرو كيوري / كجم، ولا يفوتنا أن نذكر هنا أن النشاط الإشعاعي النوعي لليورانيوم الطبيعي يساوي 0.67 مايكرو كيوري / كجم.
وتستعمل طريقة "انتشار الغازات" لتخصيب اليورانيوم، أي زيادة نسبة اليورانيوم 235 من 0.0711 إلى نسبة تتراوح ما بين 3-90% وتقليل نسبة يورانيوم 238 من 99.282% إلى نسبة تتراوح ما بين 10-97%, وينتج اليورانيوم المنضب من عملية التخصيب هذه.
وكما ذكرنا سابقا فإن الهدف من عملية التخصيب هذه هو زيادة نسبة اليورانيوم 235 للاستخدام في بعض مفاعلات القوى النووية أو للاستخدامات العسكرية.
وبعد انتهاء عملية التخصيب يفصل اليورانيوم المنضب بطرق كيميائية وينقل إلى مخازن معادن اليورانيوم وهذه هي الخطوة الأولى الضرورية لإنتاج اليورانيوم المنضب، تليها خطوات معالجة أخرى للتصنيع الحربي.
عزيزي الزائر، اكتب لنا تعليقك على الموضوع..