تخصيب اليورانيوم

اليورانيوم هو المادة الخام الأساسية للبرامج النووية ، المدنية والعسكرية. ويستخلص من طبقات قريبة من سطح الأرض أو عن طريق التعدين من باطن الأرض. ورغم أن مادة اليورانيوم توجد بشكل طبيعي في أنحاء العالم ، لكن القليل منه فقط يوجد بشكل مركز كخام. وحينما تنشطر ذرات معينة من اليورانيوم في تسلسل تفاعلي بسمي بالانشطار النووي. ، ويحدث ببطء في المنشآت النووية ، وبسرعة هائلة في حالة تفجير سلاح نووي. و ينجم عن ذلك انطلاق للطاقة وفي الحالتين يتعين التحكم في الانشطار تحكما بالغا. ويكون الانشطار النووي في أفضل حالاته حينما يتم استخدام النظائر من اليورانيوم-235 ( أو البلوتونيوم 239 )، والمقصود بالنظائر هي الذرات ذات نفس الرقم الذري ولكن بعدد مختلف من النيوترونات. ويعرف اليورانيوم-235 بـ"النظير الانشطاري" لميله للانشطار محدثا تسلسلا تفاعليا، مطلقا الطاقة في صورة حرارية. وحينما تنشطر ذرة من اليورانيوم-235 فإنها تطلق نيوترونين أو ثلاث نيوترونات. وحينما تتواجد إلى جانبها ذرات أخرى من اليورانيوم-235 تصطدم بها تلك النيوترونات مما يؤدي لانشطار الذرات الأخرى، وبالتالي تنطلق نيوترونات أخرى. ولا يحدث التفاعل النووي إلا إذا توافر ما يكفي من ذرات اليورانيوم-235 بما يسمح بأن تستمر هذه العملية كتسلسل تفاعلي يتواصل من تلقاء نفسه. أو ما يعرف بـالكتلة الحرجة. غير أن كل ألف ذرة من اليورانيوم الطبيعي تضم سبع ذرات فقط من اليورانيوم-235 بينما تكون الذرات الأخرى الـ993 من اليورانيوم الأكثر كثافة ورقمه الذري يورانيوم-238.ومفاعلات الماء الخفيف Light Water Reactors هي نوع من المفاعلات الإنشطارية النووية The Nuclear Fission Reactors التي تستعمل في الولايات المتحدة الأمريكية لتوليد القوي الكهربائية وتستخدم الماء العادي كوسيط في التبريد والتحويل لبخار لتشغيل التوربينات لتوليد الكهرباء من المولدات . وهذا يتطلب تخصيب وقود اليورانيوم of The Uranium Fuel Enrichment واليورانيوم الطبيعي يتكون من 0،7 % يورانيوم-235 وهو نظير ينشطر و99،3% يورانيوم-238
لا ينشطر . واليورانيوم الطبيعي يخصب ليصبح به 2،5- 3،5 % يورانيوم 235
القابل للإنشطار في مفاعلات الماء الخفيف التي تعمل بالولايات المتحدة
الأمريكية بينما مفاعلات الماء الثقيل The Heavy Water التي تعمل في كندا تستخدم اليورانيوم الطبيعي . وفي حالة التخصيب يتطلب نزويد المفاعل النووي ب 30 طن من اليورانيوم المخصب إلى درجة 5و3 % لإمداد مفاعل واحد بالوقود النووي لمدة عام إذا كان يعمل بطاقة قدرها 1000 ميجاوات . وعملية تخصيب اليورانيوم Uranium Enrichment تتم بتخلل مادة هكسافلوريد اليورانيوم Uranium Hexaflouride في مادة
مسامية فتزيد نسبة اليورانيوم-235 في اليورانيوم الطبيعي ويصلح للاستخدام
في المفاعلات النووية . كما يمكن فصل مادة اليورانيوم 235 الخفيفة بطريقة
أخرى بواسطة آلات الطرد المركزي . ووقود اليورانيوم اللازم للمفاعلات
الإنشطارية لايصنع قنبلة لأنها تتطلب تخصيب أكثر من 90% للحصول علي تفاعل
متسلسل سريع .
واليورانيوم والبلوتونيوم المخصبان بنسبة مرتفعة جدا يستخدمان في صنع
القنابل النووية . لأن اليورانيوم المرتفع الخصوبة به نسبة عالية من
اليورانيوم-235 الغير مستقر والمركز صناعبا . والبلوتونيوم Plutonium يصنع
نتيجة معالجة وقود اليورانيوم في المفاعلات الذرية أثناء عملها حيث تقوم
بعض ذرات اليورانيوم (حوالي 1% من كمية اليورانيوم ) بامتصاص نيترون a
neutron لإنتاج عنصر جديد هو البلوتونيوم
الذي يستخلص بطرق كيميائية. ولصنع التفجير النووي يدمج اليورانيوم أو
البلوتونيوم المخصبان بالمتفجرات التقليدية وهذا الدمج يجعل المادة
النووية مكثفة لتقوم بالتفاعل المتسلسل الغير موجه. ويمكن تخصيب
اليورانيوم بعدة طرق . ففي برنامج تصنيع الأسلحة النووية بأمريكا يتبع
طريقة الإنتشار الغازي the Gaseous Diffusion Method بتحويل اليورانيوم
إلي غاز هكسافلوريد اليورانيوم Uranium Hexafluoride حيث يضخ خلال غشاء يسمح لذرات اليورانيوم-235 بالمرور خلاله أكثر من بقية ذرات نظائر اليورانيوم وبتكرار هذه العملية في عدة دورات يرتفع تركيز اليورانيوم 235 ليصنع منه الأسلحة النووية في الصين وفرنسا وبريطانيا والإتحاد السوفيتي الذي لجأ إلي طريقة تخصيب اليورانيوم بطريقة الطرد المركزي للغاز بالسرعة العالية بدلا من الانتشار الغازي وهذا ما اتبعته إيران.
وهذه الطريقة يحول اليورلنيوم لغاز هكسافلوريد اليورانيوم ويدخل في آلة
طرد مركزي تدور بسرعة كبيرة . وبتاثير قوة الطرد المركزي تتجه ذرات
اليورانيوم الأثقل من ذرات اليورانيوم-235 للخارج ويتركز اليورانيوم 235
بالوسط ليـُسحب ويُفصل. وهذه الطريقة تستخدم لتخصيب اليورانيوم في الهند وباكستان وإيران وكوريا الشمالية . وهناك طريقة التدفق النفاث المتبعة في جنوب أفريقيا وطريقة الفصل للنظير بالكهرومغناطيسية التي كان العراق يتبعها قبل حرب الخليج عام 1991. ويمكن استعمال طريقة التخصيب بالليزر لفصل اليورانيوم بتحويل المعدن إلى بخار و بتسليط أشعة الليزر عليه فتثير ذرات اليورانيوم-235 والتي تتجمع وتتركز بالتأثير الإلكتروستاتيكي ، وهذه التجربة تمت في كوريا الجنوبية عام 2000 سرا .