المحتويات
الرغبة في التطور والاكتشاف دفعت الإنسان للبحث عن العناصر والمعادن الغريبة المستجدة والاستفادة من خواصها، فهذا هو حال المركب الكيميائي الأكثر شهرة بين دول العالم؛ اليورانيوم 235 صاحب السمعة الأسوأ رغم براءته واستغلاله من قبل البشر.
من هو مكتشف اليورانيوم الخام؟
اكتُشف اليورانيوم عام 1789 بواسطة “مارتن كلا بروث” -كيميائي ألماني -في البتشبلند أو ما تُعرف حاليًا بجمهورية التشيك، وذلك حين كان يحلل العينات المعدنية في مناجم الفضة، وترجع تسمية العنصر بهذا الاسم نسبةً إلى كوكب أورانوس، الكوكب السابع في مجموعتنا الشمسية؛ لأن العلماء يظنون أن هذا الكوكب يحوي على نسب كبيرة من عنصر اليورانيوم وأن أصل وجوده على سطح الأرض هو الانفجار الذي أدى لتشكل المجموعة الشمسية وبالتالي هو هدية أورانوس للأرض.
من يكون اليورانيوم 235؟
اليورانيوم 235 هو نظير لعنصر اليورانيوم -ذو العدد الذري رقم 92-ووزنه الذري 235. يوجد اليورانيوم في الطبيعة في صورة نظيرين مشعين هما اليورانيوم-235 واليورانيوم-238 الذي له الوزن الذري 238.
ونسبة تواجد اليورانيوم-235 في اليورانيوم الخام يعادل 0.7 %، أي من كل 1000 ذرة من ذرات اليورانيوم نجد 7 ذرات فقط لليورانيوم-235، والباقي، أي 993 ذرة لليورانيوم-238.
وتتميز نواة اليورانيوم-235 بشراهة كبيرة للنيوترونات حيث تمتصها ويحدث بينهما تفاعل يؤدي إلى انشطار نواة اليورانيوم-235 إلى جزأين متساويين تقريباً، مكونة عناصر جديدة يكون عددها الذري نحو 46 وزنها الذري نحو117.
وعندما تنشطر نواة اليورانيوم-235 ينطلق منها أيضا في المتوسط عدد 2 من النيوترونات، والتي قد تتفاعل مع نوايا أخرى من اليورانيوم-235 في تفاعل يسمى التفاعل المتسلسل، كما تنتج حرارة عالية، وهذه بعض المعلومات العامة عن اليورانيوم 235
الاسم: يورانيوم 235
الرمز U
النيوترونات 143
البروتونات 92
الوفرة الطبيعية 0.72%
عمر النصف 703,800,000 years
النظائر الرئيسية 235Pa
نواتج فولت الانشطار النووي 239pu
الانشطار النووي لذرة اليورانيوم -235 يكون مصحوبا بإصدار طاقة قدرها 202.5 مليون إلكترون فولت (= 3.24 × 10−11 J) والتي تساوي 19.54 جول.
ماذا عن الفرق بين اليورانيوم 235 واليورانيوم 238؟
يتكون اليورانيوم من خليط من نظيرين أساسيين هما: يورانيوم 235 بنسبة 0,71% وهو عنصر مشع قابل للانشطار ويورانيوم 238 بنسبة 99,28% وهو عنصر خامل (يشير الرقمان 235 و238 إلى الوزن الذري لكل نظير).
أي الفرق هو ثقل العنصر ونسبته بما يعني أنه لو كان لدينا مثلاً مئة غرام من اليورانيوم الخام فإن نسبة يورانيوم 235 تعادل 700 ملليغرام فقط. أما يورانيوم 238 فنسبته أكثر من 99 غراما.
فإن هدف التخصيب هو استخلاص كمية من اليورانيوم تزن مئة غرام وتحتوي على 5 غرامات من يورانيوم 235 إذا كان الاستخدام في مفاعلات الطاقة النووية أما التي تزن أكثر من 90 غراما للاستخدام في صناعة الأسلحة النووية.
لذا فبعد استخراج خام اليورانيوم الطبيعي الذي يسمى الكعكة الصفراء يتم تحويله إلى غاز يُسمى سادس فلوريد اليورانيوم (UF6) الذي يحتوي كما ذكرنا على يورانيوم 235 بنسبة تركيز أقل من 1% ويورانيوم 238 الأثقل وزنًا بنسبة أعلى من 99% تقريبًا.
وثقل وزن يورانيوم 238 هو المبدأ الأساسي في كافة عمليات وطرق زيادة نسبة نقاء أو تركيز اليورانيوم، إذ كلها تدور حول الفصل بين نظائر اليورانيوم الثقيلة والخفيفة إما باستخدام عملية الطرد المركزي (التي تستخدمها إيران في تخصيب اليورانيوم) أو عملية الانتشار الغازي، وهما أكثر طرق تخصيب اليورانيوم استخداما، أو عن طريق عملية ثالثة أقل انتشارًا هي التخصيب أو الفصل بالليزر.
بماذا يستخدم اليورانيوم 238 واليورانيوم 235؟
نظير اليورانيوم 238 المُسمّى باليورانيوم المنضب، يُستخدم حاجزًا للوقاية من الإشعاع نظرًا إلى سماكته وكثافته، وغالبًا ما يُستخدم في صناعة الطائرات والمعدات الطبية للحماية من الأجهزة الإشعاعية.
بينما يستخدم اليورانيوم 235 كمادة مُلَوِّنة في زجاج اليورانيوم لإنتاج أشكال تتنوع من الأحمر-البرتقالي إلى الأصفر، حيث يعود استخدام اليورانيوم في شكل أكسيده الطبيعي إلى عام 1979 م على الأقل، عندما تم استخدامه لإضافة لون أصفر إلى الخزف، كما كان يستخدم في التلوين والتظليل في التصوير الفوتوغرافي المبكر.
ما علاقة استخدم اليورانيوم 235 في المفاعلات النووية؟
تقوم العديد من الاستخدامات المعاصرة لليورانيوم على استغلال خواصه النووية الفريدة ضمن المفاعلات النووية، إذ يتميز يورانيوم-235 بأنه النظير الانشطاري الوحيد الذي يمكن العثور عليه في الطبيعة (يمكن حثه على الانشطار بواسطة نيوترونات حرارية منخفضة الطاقة؛ مما يجعله قادرًا على ضمان استمرار سلسلة التفاعل النووي).
لهذا اشتهر اليورانيوم 235 كأول سلاح نووي مدمر يستخدم في الحرب العالمية الثانية، حيث يعد تأمين تلك الأسلحة وموادها الانشطارية في أعقاب تفكك الاتحاد السوفيتي في عام 1991 مصدرًا لقلق متواصل حول صحة وسلامة عامة الناس.
تابع القراءة: تطبيقات الفيزياء الحيوية