ما اليورانيوم؟

هناك ثلاثة نظائر طبيعية لليورانيوم وهي اليورانيوم-234 واليورانيوم-235 واليورانيوم-238. واليورانيوم-238 هو الأكثر شيوعاً، إذ يستأثر بنسبة تقترب من 99٪ من اليورانيوم الطبيعي الموجود على كوكب الأرض. وتستخدم غالبية المفاعلات النووية أنواع وقود تحتوي على اليورانيوم-235، بيد أن اليورانيوم الطبيعي لا يحتوي عادة إلا على 0,72 بالمائة من اليورانيوم-235، وتحتاج غالبية المفاعلات إلى نسبة تركيز أعلى من هذا النظير في وقودها. ولذلك، تجري زيادة نسبة تركيز اليورانيوم-235 اصطناعياً من خلال عملية يُطلق عليها الإثراء. ومفاعلات كاندو في كندا هي المفاعلات الوحيدة التي تزود بوقود من اليورانيوم غير المثرى.

إثراء اليورانيوم هو عملية زيادة النسبة النظيرية لليورانيوم-235 من 0,72 في المائة إلى نسب أعلى قد تصل إلى 94 في المائة. 

ويعتبر اليورانيوم ضعيف الإثراء ما دامت النسبة النظيرية لليورانيوم-235 أقل من 20 في المائة. وفي معظم المفاعلات التجارية، يُستخدم وقود اليورانيوم الضعيف الإثراء بنسبة أقل من خمسة في المائة الذي كثيراً ما يُشار إليه باسم "اليورانيوم المخصص للمفاعلات". ويتسم وقود اليورانيوم الضعيف الإثراء بأن نوعيته لا تتدهور، ويمكن تخزينه على نحو آمن لعدة سنوات. 

ويعتبر اليورانيوم شديد الإثراء في حال إثرائه بنسبة تتجاوز 20 في المائة. وغالبا ما يُستخدم اليورانيوم المحتوي على نسب نظيرية مرتفعة من اليورانيوم-235 في مفاعلات الدفع النووي البحري (على سبيل المثال في الغواصات) والأسلحة النووية وفي بعض مفاعلات البحوث.

وهناك أساليب مختلفة يمكن اتباعها لزيادة النسبة النظيرية لليورانيوم-235. والطريقة المعتادة هي تحويل اليورانيوم في شكله الخام المعروف باسم الكعكة الصفراء إلى شكل غازي يسمى سادس فلوريد اليورانيوم. وبعد ذلك يُضخُّ هذا الغاز في اسطوانات سريعة الدوران، تُعرف باسم الطاردات المركزية، مما يؤدي إلى دفع النظائر الأثقل، مثل اليورانيوم-238، نحو الجدران وبقاء اليورانيوم-235 الأخف في الوسط. ويمكِّن ذلك من استخلاص الغاز المحتوي على تركيزات أعلى من اليورانيوم-235. ويمكن تكرار هذه العملية إلى أن تصبح النسبة النظيرية لليورانيوم-235 كافية. وبعد ذلك يخضع الغاز المستخلص لعملية إعادة تحويل، ومن ثم يتخذ اليورانيوم-235 شكل مسحوق أسود - هو ثاني أكسيد اليورانيوم.

في القرن العشرين، كان خام اليورانيوم يُستخرج غالبا من حفر مفتوحة أو من مواقع تحت سطح الأرض، وكان ذلك يتطلب سحق خام اليورانيوم وتنقيته لفصل اليورانيوم عن العناصر الأخرى.

وفي القرن الحادي والعشرين، أخذت تقنية "النض الموقعي" تحل تدريجيا محل هذا الأسلوب. وفي حين أن مساهمة النض الموقعي في إنتاج اليورانيوم في عام 2000 لم تكن تتجاوز 16 في المائة، فهو حاليا الأسلوب الأكثر شيوعا لتعدين اليورانيوم. ففي عام 2020، استُخرج ما يقرب من 58 في المائة من اليورانيوم حول العالم باستخدام هذه الأسلوب.  

وتنطوي عملية النض الموقعي على خلط المياه بمكونات إضافية، قد تكون عوامل تركيبية أو مؤكسدة أو أحماضاً، وتدويرها داخل مكامن اليورانيوم الموجودة تحت سطح الأرض. وتتيح هذه العملية إذابة اليورانيوم وإخراجه مباشرة من هذه المكامن. وينتج عن ذلك محلول يُستخرج من تحت سطح الأرض وينقى لإنتاج أكسيد اليورانيوم – أو "الكعكة الصفراء" – الذي يُستخدم في إثراء اليورانيوم.  

والعملية المتدرجة لتعدين اليورانيوم، ثم تحويله إلى وقود نووي، ثم تشعيع الوقود في محطة للقوى النووية، وأخيراً التخلص من النفايات الناتجة عن ذلك، تسمى دورة الوقود النووي.

دورة الوقود النووي هي عملية صناعية تنطوي على أنشطة مختلفة لإنتاج الكهرباء من اليورانيوم في مفاعلات القوى النووية. وتبدأ دورة الوقود النووي باستكشاف اليورانيوم، ويلي ذلك تعدين خام اليورانيوم وتجهيزه. ويجب بعد ذلك معالجة اليورانيوم الخام، بما في ذلك من خلال الإثراء، بغية إكسابه أقصى قدر ممكن من الكفاءة كوقود. وبعد تشعيع الوقود المستهلك في المفاعلات، يتعين خزنه لتبريده قبل التخلص منه، أو يمكن إعادة تدويره في شكل يورانيوم معاد معالجته يمكن استخدامه مجدداً في إنتاج المزيد من الكهرباء. ويتعين أيضاً التخلص من النفايات الناتجة عن إعادة التدوير ومن اليورانيوم المستنفد.

شاهدوا هذا الفيديو لمعرفة المزيد.

ويمر اليورانيوم في رحلة تحوله إلى وقود نووي بحالات المادة الصلبة والسائلة والغازية. وتبدأ هذه الرحلة بإذابة خام اليورانيوم الصلب في مادة سائلة واستخراجه باستخدام عملية النض الموقعي، ثم يُحوَّل هذا السائل إلى الكعكة الصفراء وهي مادة صلبة لا تلبث أن تُحوَّل بدورها إلى غاز سادس فلوريد اليورانيوم. وبعد ذلك يوضع هذا الغاز في الطاردات المركزية ويُعالج لإثرائه وتحويله إلى ثاني أكسيد اليورانيوم الذي تُصنع منه أقراص وقود اليورانيوم التي تُعبَّأ بها مجمِّعات الوقود النووي لتُستخدم في محطات القوى النووية.

وثاني أكسيد اليورانيوم هو مادة سوداء في شكل مسحوق تُضغط المادة وتُلبَّد بالتسخين لتُصنع منها أقراص وقود اليورانيوم. وبعد ذلك توضع هذه الأقراص واحداً واحداً في الأنابيب المعدنية الطويلة التي تُرصُّ سوياً لتشكِّل مجمعات الوقود – المصدر الرئيسي لوقود المفاعلات النووية.

يمكن إعادة معالجة الوقود النووي في محطات متخصصة لإعادة المعالجة. ويُطلق على اليورانيوم المسترد من الوقود النووي المستهلك اسم اليورانيوم المعاد معالجته – ويمكن استخدامه مجدداً كنوع جديد من الوقود.  

كما رأينا في القسم الذي يتناول الإثراء، تُستخدم الطاردات المركزية لإنتاج اليورانيوم المحتوي على نسب نظيرية أعلى من اليورانيوم-235. ويعني ذلك أيضاً أن المواد الباقية تحتوي على نسبة أقل من هذا النظير. فإذا كانت هذه النواتج الثانوية لعملية الإثراء محتوية على نسبة نظيرية من اليورانيوم-235 أقل من 0,7 في المائة، يُطلق عليها اسم اليورانيوم المستنفد.

واليورانيوم المستنفد أقل إشعاعا من اليورانيوم الطبيعي لأنه يحتوي على قدر أقل من اليورانيوم-235 لكل وحدة كتلة. وتُزال نواتج الاضمحلال تماماً خلال عملية التنقية الكيميائية لليورانيوم قبل إثرائه. ويمكن التخلص من اليورانيوم المستنفد باعتباره من النفايات الضعيفة الإشعاع، كما يمكن استخدامه في صنع وقود خليط الأكسيدين (وقود موكس) مع البلوتونيوم المفصول الناتج عن إعادة معالجة الوقود النووي المستهلك.

في الأحوال العادية، يتلقى الفرد العادي جرعة تقل عن 1 ميكروسيفرت في السنة بسبب ابتلاع اليورانيوم واستنشاقه – وللمقارنة، فإنَّ رحلة جوية واحدة من الدوحة إلى بيرث في أستراليا تعرِّض الفرد لنحو 58,8 ميكروسيفرت من الأشعة الكونية. وبالإضافة إلى ذلك، يتلقى الفرد العادي جرعة تبلغ قرابة 120 ميكروسيفرت في السنة بسبب ابتلاع واستنشاق نواتج اضمحلال اليورانيوم، مثل الراديوم-226 ونواتج اضمحلاله الثانوية في المياه، والرادون-222 في المنازل، والبولونيوم-210 في دخان السجائر. ومع ذلك، فبسبب الاختلاف في الأنظمة الغذائية وفي كميات اليورانيوم الموجودة في مياه الشرب، هناك تنوع كبير في مستويات استهلاك اليورانيوم حول العالم.

وابتلاع كميات كبيرة من اليورانيوم أو استنشاقها قد يكون مضراً بالنظر إلى أنَّ اليورانيوم سام كيميائيًّا. ويُعتبر الأشخاص الذين يعملون في مجالات استكشاف اليورانيوم وتعدينه ومعالجته من الفئات المعرضة للخطر، ويحتاجون إلى ارتداء معدات واقية واتباع القواعد والإجراءات بدقة لمنع المشاكل الصحية.

- توفد الوكالة بعثات الاستعراض المتكامل لدورة إنتاج اليورانيوم التي تمكِّن البلدان من تحسين ما لديها من برامج إنتاج اليورانيوم والبنى الأساسية ذات الصلة. وتتيح هذه البعثات تحديد المجالات التي تتطلب تركيزاً أكبر أو موارد إضافية.

- تقدِّم الوكالة وثائق إرشادية بشأن استخراج اليورانيوم وصنع وقود اليورانيوم وإدارة مخلفات إنتاج اليورانيوم بغية ضمان التصرف في اليورانيوم على نحو مأمون وآمن في كل خطوة من خطوات دورة حياته.

- تستضيف الوكالة الندوة الدولية عن إنتاج اليورانيوم والمواد الخام لأغراض دورة الوقود النووي في مقرِّها في فيينا بالنمسا، لمناقشة جميع الجوانب المتصلة بمواد اليورانيوم الخام المستخدمة في دورة الوقود النووي لضمان استدامة برامج القوى النووية في الأجل الطويل.

- تصمم الوكالة معايير الأمان المتعلقة بموضوع وقاية العاملين من الإشعاعات المهنية في قطاع تعدين اليورانيوم ومعالجته.

- تصدر الوكالة منشوراً يقدم لمحة عامة معاصرة شاملة عن جيولوجيا اليورانيوم ومصادره حول العالم، ويتيح إلقاء نظرة متعمقة على اكتشافات اليورانيوم المحتملة في المستقبل وإمداداته. وتدير الوكالة أيضاً قاعدة بيانات بشأن الخصائص التقنية والجغرافية والجيولوجية لمكامن اليورانيوم حول العالم. ويمكنكم الاطلاع على خارطة توضح مكامن اليورانيوم في جميع أنحاء العالم عن طريق النقر هنا.

- تقدم الوكالة إرشادات بشأن التقنيات المستخدمة لتحليل الموارد غير المكتشفة، بما في ذلك اليورانيوم.

- يشجع فريق التنسيق المعني بمواقع اليورانيوم القديمة التابع للوكالة التعاون فيما بين الدول الأعضاء التي لديها مواقع قديمة لإنتاج اليورانيوم – أي المواقع المهجورة التي كانت تُستخدم في تعدين اليورانيوم وتحتوي على بقايا ملوثات مشعة وسامة – ويعمل على تعزيز التعاون مع المؤسسات الوطنية والدولية التي تساعد على استصلاح المواقع بأمان. شاهدوا هذا الفيديو لمعرفة المزيد.

- تستعرض الوكالة وتلخص المعلومات المتعلقة بالتصرف في اليورانيوم المعاد معالجته. ويشمل الاستعراض المسائل التقنية والاقتصادية التي تنطوي عليها عمليات تخزين اليورانيوم المعاد معالجته ومناولته وإعادة استخدامه لتوليد الطاقة النووية.