بعد الاتفاق مع إيران - كل شيء يتعلق بالنووي واليورانيوم

من الميمات الثقيلة إلى القنبلة القذرة. يقدم الماؤور الصغير دورة إثراء

ما هو اليورانيوم؟
اليورانيوم معدن ثقيل أبيض فضي. وهو موجود في الطبيعة على شكل خام، وتوجد أكبر رواسبه في الطبيعة في الولايات المتحدة الأمريكية وكندا وأستراليا وDRAP. يعد اليورانيوم أحد أثقل العناصر في الطبيعة، وتحتوي كل ذرة من ذراته على 92 بروتونًا (جسيمات موجبة الشحنة) في نواتها. ومع ذلك، كما هو الحال في العديد من العناصر الأخرى، فإن عدد النيوترونات في النواة ليس منتظمًا. وفي صورتها الأكثر شيوعًا، تحتوي النواة على 146 نيوترونًا. وهذا الشكل، المعروف باليورانيوم-238 (92 بروتونًا + 146 نيوترونًا)، هو الأكثر استقرارًا والأكثر شيوعًا في الطبيعة. ومع ذلك، فإن 0.71٪ من اليورانيوم الموجود في الطبيعة موجود في شكل آخر - اليورانيوم 235. يحتوي هذا النظير على 143 نيوترونًا فقط في النواة، وهو أقل استقرارًا بكثير. إذا أضيف نيوترون واحد إلى النواة بالصدفة، فإن العمل ينهار ببساطة: انشطار النواة، وفي الواقع يتحول اليورانيوم إلى عنصرين مختلفين (الباريوم والكريبتون). لذلك، يسمى اليورانيوم 235 أيضًا مادة انشطارية، لأن نواتها تنشطر بسهولة.

ما هو التفاعل النووي؟
عندما تنقسم نواة الذرة، تنطلق طاقة هائلة. وفوق ذلك، يتم إطلاق إشعاع وثلاثة نيوترونات يتيمة، والتي لا تنتمي بعد المادتين المخلوقتين. إذا كان هناك المزيد من ذرات اليورانيوم 235 في البيئة، فإن هذه النيوترونات قد تلحق الضرر بنواتها، مما يؤدي إلى انشطارها، وبالتالي التسبب في إطلاق المزيد من النيوترونات وإنشاء تفاعل متسلسل. إذا كان هناك ما يكفي من الذرات الانشطارية حولها، فقد يحدث انفجار نووي. وتعرف كمية المواد الانشطارية اللازمة لإحداث مثل هذا الانفجار باسم "الكتلة الحرجة".

ما هو اليورانيوم المخصب؟
في اليورانيوم الطبيعي، أكثر من 99% من الذرات عبارة عن يورانيوم-238 مستقر، وحوالي 0.7% فقط عبارة عن مواد انشطارية. ولتكوين مادة يمكن استخدامها في تفاعل نووي -في الوقود أو في قنبلة- يجب زيادة تركيز اليورانيوم 235، وتسمى هذه العملية بالتخصيب. وعندما نتحدث مثلا عن اليورانيوم المخصب بنسبة 20%، فهذا يعني أن 20% من ذرات المادة هي يورانيوم 235.

كيف يتم تخصيب اليورانيوم؟
ولتخصيب اليورانيوم، يجب فصل الشكلين الرئيسيين. وبما أن الفرق الوحيد بين نوعي الذرات هو كتلتها (أي الوزن)، فإن الطريقة الأكثر فعالية هي استخدام جهاز الطرد المركزي. إنها ببساطة لعبة دوَّامة تدور بسرعة هائلة بحيث يتم دفع الذرات الأثقل بعيدًا عن المركز. ومع ذلك، من أجل فصل اليورانيوم بهذه الطريقة، من المستحيل استخدام مادة صلبة، ويجب تحويل اليورانيوم إلى الحالة الغازية. وبما أن اليورانيوم النقي يتحول إلى غاز عند درجة حرارة تقارب 4,000 درجة، فعادة ما يتم إنشاء مركب اليورانيوم مع الفلور (نعم، المادة التي تحمي الأسنان)، والذي يتبخر عند درجة حرارة عدة عشرات من الدرجات. ومع ذلك، فإن اليورانيوم الفلور مركب أكال وخطير للغاية، لذلك يجب بناء أجهزة الطرد المركزي من معادن خاصة. إن الاختلافات الكتلية بين شكلي اليورانيوم صغيرة جدًا (أقل من XNUMX بالمائة)، لذا فإن الفصل في جهاز طرد مركزي واحد ليس كافيًا. وللحصول على تخصيب عالي المستوى، يتم أخذ المادة المفصولة من جهاز طرد مركزي واحد، ونقلها إلى جهاز طرد مركزي آخر، بسرعة مختلفة قليلا، وتتكرر العملية آلاف المرات. للحفاظ على عملية فعالة، هناك حاجة إلى آلاف المحاور، في مصفوفة تُعرف أحيانًا باسم التتالي.

كيف يتم استخدام اليورانيوم لتوليد الكهرباء؟
كما هو الحال في محطة الطاقة العادية، يتم إنتاج الطاقة عن طريق حرق الوقود، في محطة الطاقة النووية، يتم استخدام الحرارة المتولدة في التفاعل النووي بطريقة مماثلة. ولإحداث تفاعل نووي لتوليد الكهرباء، يكفي تخصيب اليورانيوم إلى مستوى 3-5 بالمائة. ولإنتاج قنبلة نووية، يجب تخصيب اليورانيوم إلى مستوى حوالي 90%. يعتبر اليورانيوم المخصب إلى مستوى يزيد عن 20% عالي التخصيب (ويخضع لقواعد رقابة أكثر صرامة).

ما هو البلوتونيوم؟
البلوتونيوم عنصر أثقل من اليورانيوم، ويكاد يكون معدومًا في الطبيعة. كما أنه يحتوي على نواة انشطارية مثل نواة اليورانيوم، ويستخدم في أنواع معينة من القنابل النووية. لإنتاج البلوتونيوم، تؤخذ ذرات اليورانيوم، وتضاف البروتونات والنيوترونات إلى نواتها في عملية خاصة (وخطيرة).

ما هو الماء الثقيل؟
كما أن هناك أشكال مختلفة من اليورانيوم، والتي تختلف في عدد النيوترونات في النواة، فإن الهيدروجين له أيضًا أشكال مختلفة. لا تحتوي نواة الهيدروجين الطبيعية (أي الشكل الشائع في الطبيعة) على أي نيوترونات، ولكن هناك أشكال من الهيدروجين تحتوي على نيوترون واحد أو حتى نيوترونين في نواتها. الماء كما نعلم يتكون من الأكسجين والهيدروجين، وإذا كان يتكون من هيدروجين أثقل فإنه يسمى الماء الثقيل. وعلى عكس الماء العادي، فإن الماء الثقيل لا يمتص النيوترونات تقريبًا، لذلك إذا تم إنتاج البلوتونيوم بداخله، فهناك احتمال أكبر أن تمتص نواة اليورانيوم النيوترونات، ولا تبتلعها جزيئات الماء.

ما هي المواد المشعة؟

هناك أنواع معينة من الذرات أكثر عرضة من غيرها للانشطار التلقائي. أي أن نواتها تتفكك من تلقاء نفسها دون تدخل خارجي. وفي هذه العملية أيضًا، كما هو الحال في الانشطار الخارجي، يتم إطلاق الإشعاع. أثناء الانفجار النووي، يتم إطلاق العديد من النيوترونات بكثافة عالية جدًا، مما يؤدي إلى زعزعة استقرار المواد الأخرى، ويجعلها مشعة أيضًا. الذرات المتكونة من تحلل اليورانيوم والبلوتونيوم قد تكون مشعة أيضًا. كل هذه المواد تسمى "التداعيات النووية". القنبلة التي تتكون من مواد مشعة غير قابلة للانشطار (والمتفجرة التقليدية) تسمى "القنبلة القذرة". لا يمكن بالطبع أن يسبب انفجارًا نوويًا، لكنه يمكن أن يسبب تلوثًا إشعاعيًا محليًا، وفوق كل شيء، يثير الكثير من الذعر.