يورانيوم مخصب
اليورانيوم المخصب Enriched uranium هو نوع من اليورانيوم تـُرفـَع نسبة اليورانيوم-235 فيه من خلال عملية فصل النظائر. اليورانيوم الطبيعي (أو NU) هو 99.284% النظير 238U, ومعه 235U يشكل فقط نحو 0.711% من الوزن. إلا أن, 235U النظير الوحيد المتواجد في الطبيعة (بكمية يمكن تقديرها) الذي هو قابل للانشطار بواسطة نيوترونات حرارية.
اليورانيوم المخصب هو مكون أساسي لكل من توليد الطاقة النووية السلمي والأسلحة النووية العسكرية. الوكالة الدولية للطاقة الذرية تعمل على مراقبة والتحكم في المعروض من اليورانيوم المخصب وعملياته ضمن جهودها لضمان أمان توليد الطاقة النووية وللحد من انتشار الأسلحة النووية.
قنابل المواد المخصبة عبارة عن نوع من الأسلحة النووية ويعتبر تحديدا من نوع الأسلحة النووية الأنشطارية ويتم تصنيعها على الأغلب من تخصيب مادتي اليورانيوم-235 او البلوتونيوم-239 ويعتبر الحصول على هذه المواد المخصبة من اصعب الخطوات في بناء ترسانة نووية فعلى سبيل المثال خصصت الولايات المتحدة 90% من الميزانية الأجمالية لبدايات مشروعها النووي للحصول على اليورانيوم المخصب. ويعتقد أن الهند تمتلك هذا النوع من القنابل.
عملية التخصيب عبارة عن عزل نظائر عناصر كيميائية محددة Isotope separation من عنصر ما لغرض زيادة تركيز نظائر اخرى للحصول على مادة تعتبر مشبعة بالنظير المطلوب على سبيل المثال عزل نظائر معينة من اليورانيوم الطبيعي للحصول على اليورانيوم المخصب و اليورانيوم المنضب. وتتم عملية التخصيب على مراحل حيث يتم في كل مرحلة عزل كميات اكبر من النظائر الغير مرغوبة حيث يزداد العنصر تخصيبا بعد كل مرحلة لحد الوصول إلى نسبة النقاء المطلوبة.
على سبيل المثال اليورانيوم المخصب عبارة عن يورانيوم تمت زيادة نسبة نظائر اليورانيوم-235فيه وازالة النظائر الأخرى. وعملية التخصيب هذه صعبة و مكلفة وتكمن الصعوبة ان النظائر الذي يراد ازالتها من اليورانيوم شبيهة جدا من ناحية الوزن للنظائر الذي يرغب بالابقاء عليها و تخصيبها ويتم عملية التخصيب باستخدام الحرارة عبر سائل او غاز لتساهم في عملية عزل النظائر الغير المرغوبة وهناك طرق اخرى اكثر تعقيدا كاستعمال الليزر أو الأشعة الكهرومغناطيسية.
وتبلغ نسبة اليورانيوم-235 الذي يراد تخصيبه من اجمالي ذرة اليورانيوم الطبيعي نسبة 0.7% فقط ولكن هذا الجزء هو المرغوب فيه لكونه أخف من ناحية الكتلة من الأجزاء الأخرى من اليورانيوم الطبيعي . الجزء المتبقي من اليورانيوم الطبيعي بعد استخلاص جزء اليورانيوم-235 يسمى اليورانيوم-238 . تم تخصيب اليورانيوم لأول مرة في الولايات المتحدة بعد الحرب العالمية الثانية حيث تم بناء 3 من المفاعلات النووية في ولايات تنسي واوهايو وكنتاكي وكانت الطريقة المستعملة عبارة عن ضخ كميات كبيرة من اليورانيوم على شكل غاز يورانيوم هيكسافلوريد uranium hexafluoride إلى حواجز ضخمة تحوي على ملايين الثقوب الصغيرة جدا وبهذه الطريقة يتم انتشار اليورانيوم-235 (وهو الجزء المطلوب) بسرعة اكبر نسبة إلى اليورانيوم-238 (وهو الجزء الغير مرغوب فيه لكونه اثقل) وتم استغلال الفرق في سرعة الأنتشار وجمع كميات هائلة من اليورانيوم-235 وتمتلك الولايات المتحدة يورانيوم مخصب من النوع العالي الخصوبة بنسبة 90%.
وحدة شغل الفصل
وحدة شغل الفصل Separative work unit (SWU) هي a function of the amount of uranium processed, the composition of the starting material, and the degree to which it is enriched; it is proportional to the total machine operation time required to achieve this, but is defined independent of the enrichment technology.
Separative work is expressed in SWUs, kg SW, or kg UTA (from the German Urantrennarbeit)
1 SWU = 1 kg SW = 1 kg UTA
1 kSWU = 1 tSW = 1 t UTA
1 MSWU = 1 ktSW = 1 kt UTA
The unit is strictly kilogram separative work unit, and is indicative of the energy used in enrichment, when feed, tails and product quantities are expressed in kilograms. The work WSWU necessary to separate a mass F of feed of assay xf into a mass P of product assay xp, and tails of mass T and assay xt is expressed in terms of the number of separative work units needed, given by the expression
where is the value function, defined as
The feed to product ratio is given by the expression
whereas the tails to product ratio is given by the expression
فعلى سبيل المثال, beginning with 100 كيلوگرامs (220 lb) of NU, it takes about 61 SWU to produce 10 كيلوگرامs (22 lb) of LEU in 235U content to 4.5%, at a tails assay of 0.3%.
The number of separative work units provided by an enrichment facility is directly related to the amount of energy that the facility consumes. Modern gaseous diffusion plants typically require 2,400 to 2,500 kilowatt-hours (kW·h), or 8.6–9 gigajoules, (GJ) of electricity per SWU while gas centrifuge plants require just 50 to 60 kW·h (180–220 MJ) of electricity per SWU.
مثال:
A large nuclear power station with a net electrical capacity of 1300 MW requires about 25 tonnes per year (25 t/a) of LEU with a 235U concentration of 3.75%. This quantity is produced from about 210 t of NU using about 120 kSWU. An enrichment plant with a capacity of 1000 kSWU/a is, therefore, able to enrich the uranium needed to fuel about eight large nuclear power stations.
المراجع
www.marefa.org/index.php/%D9%8A%D9%88%D8%B1%D8%A7%D9%86%D9%8A%D9%88%D9%85_%D9%85%D8%AE%D8%B5%D8%A8موسوعة الأبحاث العلمية
التصانيف
الابحاث