تعريف اليورانيوم ودرجات التخصيب (بقلم أدولف عيد)

كثر الحديث في الآونة الأخيرة عن أنشطة تخصيب اليورانيوم في إيران ، سواء في نشرات الأخبار,على الراديو أو على مواقع التواصل الاجتماعي ، وحول قدراتها الجديدة التي قادتها إلى الوصول لنسبة 20٪ من تخصيب اليورانيوم. بالتالي ، يتساءل العديد من المراقبين عما يعنيه وصول الدولة أو المشغل إلى 20٪ من التخصيب. نتيجة لذلك ، سأحاول بطريقة مبسطة وفي بضعة أسطر تعريف القراء على اليورانيوم وخصائصه واستخداماته المختلفة ، وسألقي و إياهم نظرة سريعة على مراحل التخصيب المختلفة.

ما هو اليورانيوم؟
اليورانيوم هوعبارة عن معدن (ثقيل) موجود في الطبيعة و تحديدا” في قشرة الكرة الأرضية كغيره من المعادن مثل الحديد, الزنك و التنك ، و هو ذات نشاط إشعاعي طفيف. بمعنى آخرهو موجود بأشكال كيميائية مختلفة في التربة ، ومعظم الصخور ، والعديد من الأنهار ، ومياه البحر ، والمحيطات. كما أنه موجود في مياه الشرب والطعام. هو أكثر وفرة من الذهب في الطبيعة بحوالي 500 مرة وشائع مثل القصدير. هناك عدد من المناطق حول العالم يكون فيها تركيز اليورانيوم في الأرض مرتفعًا بدرجة كافية بحيث يكون استخراجه للاستخدام المدني (توليد الطاقة ، الطب ، الصناعة ، البحوث ، الزراعة ، إلخ) مجديًا اقتصاديًا. تسمى هذه التركيزات خام اليورانيوم وهي موجودة في العديد من البلدان مثل كازاخستان,كندا,أستراليا,النيجر, روسيا, ناميبيا ,أوزبكستان, الصين, الولايات المتحدة الأمريكية وأوكرانيا.
في المتوسط ​​، يوجد ما يقارب 90 ميكرو جرامًا من اليورانيوم في جسم الإنسان مصدره مياه الشرب والغذاء والهواء. يتركز اليورانيوم داخل جسم الإنسان على الشكل التالي: حوالي 66٪ في الهيكل العظمي ، 16٪ في الكبد ، 8٪ في الكلى و 10٪ في الأنسجة الأخرى.
يتكون اليورانيوم الطبيعي من مزيج من ثلاثة نظائر مشعة لليورانيوم: U-238 و U-235 و U-234.
نسبة اليورانيوم 238 في خام اليورانيوم هي 99.72٪ ، ثم يأتي اليورانيوم 235 بنسبة 0.712٪ ، وفي الآخر يأتي اليورانيوم 234 بنسبة 0.0054٪ (جميعها محددة بأرقام الكتلة) .
ومع ذلك ، من بين هذه النظائر الثلاثة ، يعتبر U-235 فقط نظيرًا انشطاريًا (يخضع للانشطار إذا تم قصفه/ضربه بواسطة نيوترون).
جميع النظائر الثلاثة متطابقة كيميائيًا ، إلا أن خصائصها الفيزيائية مختلفة ، ولا سيما كتلتها. على سبيل المثال ، تحتوي نواة ذرة اليورانيوم 235 على 92 بروتونًا و 143 نيوترونًا. في الوقت نفسه ، تحتوي نواة ذرة U-238 أيضًا على 92 بروتونًا ، ولكن يختلف عدد النيوترونات إلى 146 نيوترونًا مما يعني زيادة ثلاثة نيوترونات عن U-235 ، وبالتالي فهي تحتوي على كتلة 238 (92 + 146). هذا الاختلاف الصغير في الكتلة مهم للغاية لأنه يسمح بفصل النظائر ويجعل من الممكن زيادة أو تخصيب النسبة المئوية لليورانيوم 235
على الرغم من أن العديد من المفاعلات النووية المستخدمة في البحوث العلمية لا تزال تستخدم اليورانيوم عالي التخصيب (HEU) بهدف إنتاج النظائر المشعة الطبية وفي أبحاث أخرى ، فإن نسبة التخصيب المطلوبة لمثل هذه الأنشطة تتراوح بين 3-5٪
(بعد عقد عدة قمم للأمن النووي و التي حضرها معظم رؤساء العالم، تقرر تحويل العديد من المفاعلات التي تعمل على يورانيوم عالي التخصيب (HEU) إلى مفاعلات تعمل على يورانيوم منخفض التخصيب (LEU) و ذلك لأسباب أمنية. بعبارة أخرى ، فإن تخصيب اليورانيوم اللازم للأنشطة المدنية عادة ما يتراوح بين 3-5٪ وليس أكثر).

لمحة عن تخصيب اليورانيوم
1). تعدين اليورانيوم: تم اعتماد تقنيتين في تعدين خام اليورانيوم. الطريقة الأولى هي تقنية الحفر ، وتشمل الحفرة تحت الأرض والحفرة المفتوحة ، بينما تسمى الثانية تقنية في الموقع (in situ) حيث يتم ضخ المياه الجوفية مع مواد المضافة (مثل الأكسجين) عبر الجسم الخام المسامي لإذابة اليورانيوم و أحضاره إلى السطح. ثم يتم استعادة اليورانيوم من المحلول.

2). طحن اليورانيوم: بعد نقله إلى منشأة الطحن ، يتم سحق اليورانيوم، طحنه ، وترشحه ، ثم إزالته من المحلول ، و بعدها يتم تجفيفه. يسمى منتج هذه العملية من قبل العلماء “الكعكة الصفراء”. “الكعكة الصفراء” هي أكسيد اليورانيوم المركز (U3O8).

3). التحويل: تتطلب عملية التخصيب أن يكون اليورانيوم على شكل غاز. لذلك ، يضاف غاز الفلويورين إلى “الكعكة الصفراء” من أجل تحويلها إلى غاز سادس فلوريد اليورانيوم (UF6).

4). التخصيب: هناك عمليتان للتخصيب قيد الاستخدام التجاري على نطاق واسع: الانتشار الغازي والتخصيب بالطرد المركزي الغازي ، وكلاهما يستخدم سادس فلوريد اليورانيوم (UF6) كغذاء وينتج تيارين مختلفين. يتم تخصيب أحدهما إلى المستوى المطلوب من U-235 ، أما الآخر و الناتج عن هذه العملية يسمى ذيول أو اليورانيوم المستنفد (DU). إذا كان التخصيب أقل من 20٪ يعتبر اليورانيوم 235 من اليورانيوم المنخفض التخصيب (LEU). أما اليورانيوم الذي تصل فيه نسبة التخصيب إلى 20٪ ، يمكن اعتباره يورانيوم عالي التخصيب (HEU) وبالتالي مادة شديدة الحساسية. في الواقع ، اختارت الوكالة الدولية للطاقة الذرية هذا النسبة المئوية (20% و ما فوق) كخط يتم التعامل فيه مع اليورانيوم بنفس الطريقة التي يتم فيها التعامل مع البلوتونيوم ، المادة النووية المتفجرة الأخرى.

ملاحظة: إذا أردنا تخصيب اليورانيوم فقط لتوليد الطاقة الكهربائية ، فإن مستوى التخصيب المطلوب يتراوح بين 3-5٪ وليس أكثر.

عندما يتجاوز تخصيب اليورانيوم 20٪ حتى 90٪ وما فوق ، يمكن أيضا” استخدامه لأغراض مدنية ، على سبيل المثال ،يستعمل داخل مفاعلات الأبحاث الصغيرة ، والمفاعلات المستخدمة لدفع السفن ، والأقمار الصناعية ، والغواصات النووية (السبب هو كثافة الطاقة العالية التي يمكن تحقيقه بمثل هذه النسبة العالية من التخصيب, كما تتطلب المفاعلات الصغيرة عمومًا بضعة كيلوغرامات فقط من الوقود النووي لتحقيق الأهمية الحرجة (critical mass) (أي تفاعل نووي مستدام ذاتيًا).
ومع ذلك ، نظرًا لاستخدام اليورانيوم عالي التخصيب(HEU) بنسبة 90٪ وما فوق لأغراض عسكرية (تصنيع الرؤوس الحربية النووية) ، تحاول الوكالة الدولية للطاقة الذرية والمجتمع الدولي منع الدول التي تسعى مؤخرا” الوصول إلى هذا المستوى من تخصيب اليورانيوم بسبب مخاوف أمنية إقليمية وعالمية. وبالتالي ، فإن معاهدة عدم انتشار الأسلحة النووية (NPT) وغيرها من الصكوك الملزمة قانونًا بالإضافة إلى ضمانات الوكالة الدولية للطاقة الذرية هي أدوات يستخدمها المجتمع الدولي لوقف انتشار الأسلحة النووية ، وبالتالي منع دول جديدة من الانضمام إلى النادي العسكري النووي الدولي الذي يضم كل من الولايات المتحدة وروسيا وفرنسا والمملكة المتحدة والصين والهند وباكستان وإسرائيل وكوريا الشمالية.

الكاتب: أدولف عيد هو خبير في الأمن النووي و من خريحي العهد العالمي للأمن النووي في النمسا
حائز على درجة ماحستير في إدارة الكوارث الكيميائية, البيولوجية, الراديولوجية و النووية (CBRN) من جامعة روما تور فرغاتا, إيطاليا
مستشار حالي للإتحاد الأوروبي في شؤون الحوادث التي تضم أسلحة الدمار الشاملWMD
أستاذ محاضر في CBRN ACADEMY في أوكسفورد بريطانيا