اليورانيوم هو الوقود الرئيسي للمفاعلات النووية، ويمكن العثور عليه في العديد من الأماكن حول العالم. من أجل إنتاج الوقود، يُستخرج اليورانيوم ويخضع للتكرير والتخصيب قبل تحميله في مفاعل نووي.
في هذا الموضوع، نسلط الضوء على خطوات تخصيب اليورانيوم.
استخراج اليورانيوم
يتم العثور على اليورانيوم بكميات صغيرة في معظم الصخور، وحتى في مياه البحر. تعمل مناجم اليورانيوم في العديد من البلدان، ولكن يتم إنتاج أكثر من 85٪ من اليورانيوم في ستة بلدان: كازاخستان وكندا وأستراليا، وناميبيا والنيجر وروسيا.
بعد التعدين، يتم سحق اليورانيوم الخام، حيث يضاف الماء لإنتاج ملاط من جزيئات الخام الدقيقة والمواد الأخرى. يتم ترشيح الملاط بحمض الكبريتيك أو محلول قلوي لإذابة اليورانيوم، تاركًا الصخور المتبقية والمعادن الأخرى دون حل، ومع ذلك، فإن أكثر من نصف مناجم اليورانيوم في العالم تستخدم الآن طريقة تسمى النض في الموقع، حيث يتم التعدين دون أي اضطراب أرضي كبير.
يتم حقن الماء بالأكسجين من خلال خام اليورانيوم لاستخراج اليورانيوم. ثم يتم ضخ محلول اليورانيوم إلى السطح، ثم يتم فصل محلول اليورانيوم من المناجم وتصفيته وتجفيفه لإنتاج مركز أكسيد اليورانيوم، والذي يشار إليه غالبًا باسم “الكعكة الصفراء”.
التخصيب
تستخدم الغالبية العظمى من مفاعلات الطاقة النووية نظير اليورانيوم 235 كوقود. ومع ذلك، فإنه يشكل فقط 0.7٪ من اليورانيوم الطبيعي المستخرج، وبالتالي يجب زيادته من خلال عملية تسمى التخصيب.
يؤدي هذا إلى زيادة تركيز اليورانيوم 235 من 0.7٪ إلى ما بين 3٪ و5٪، وهو المستوى المستخدم في معظم المفاعلات. يتم تزويد عدد قليل من المفاعلات، باليورانيوم الطبيعي الذي لا يحتاج إلى تخصيب، وتتطلب عملية التخصيب أن يكون اليورانيوم في صورة غازية.
[two-column]
تعمل مناجم اليورانيوم في العديد من البلدان، ولكن يتم إنتاج أكثر من 85٪ من اليورانيوم في ستة بلدان: كازاخستان وكندا وأستراليا، وناميبيا والنيجر وروسيا
[/two-column]
يتم تحقيق ذلك من خلال عملية تسمى التحويل، حيث يتم تحويل أكسيد اليورانيوم إلى مركب مختلف وهو غاز عند درجات حرارة منخفضة نسبيًا، ويتم تغذية سداسي فلوريد اليورانيوم في أجهزة الطرد المركزي، مع آلاف الأنابيب العمودية سريعة الدوران التي تفصل اليورانيوم -235 من نظير اليورانيوم 238 الأثقل قليلاً.
أجهزة الطرد المركزي تفصل اليورانيوم إلى تيارين: يتم تخصيب تيار واحد باليورانيوم 235؛ يتكون الآخر من “ذيول” تحتوي على تركيز أقل من اليورانيوم 235، والمعروفة باسم اليورانيوم المستنفد.
هناك حاجة إلى حوالي 27 طنًا من اليورانيوم – حوالي 18 مليون حبيبة وقود موجودة في أكثر من 50000 من قضبان الوقود – كل عام لمفاعل الماء المضغوط بقدرة 1000 ميجاوات. في المقابل، تتطلب محطة طاقة الفحم ذات الحجم المعادل أكثر من مليوني ونصف طن من الفحم لإنتاج نفس القدر من الكهرباء.
خطوات تخصيب اليورانيوم
تبدأ عملية التخصيب باستخراج أكسيد اليورانيوم من العنصر الخام.
يُعالج اليورانيوم بمواد كيميائية أخرى لإنتاج “الكعكة الصفراء”.
“الكعكة الصفراء” هي عبارة عن مسحوق يحتوي على 80% من أكسيد اليورانيوم.
تُحول “الكعكة” إلى غاز يورانيوم هيكسافلورايد.
يُعالج الغاز في أجهزة الطرد المركزي لإنتاج عنصر “اليورانيوم-235”.
يُرفع تركيز “اليورانيوم-235” الذي يصلح لإنتاج الطاقة في المفاعل النووي، بحسب الحاجة منه.
يُخصب بنسبة 20% للأبحاث العلمية، و90% للأغراض العسكرية.
الوصول إلى نسبة 20% يعني إنجاز 90% من عملية التخصيب لإنتاج سلاح نووي.
