ما سبب خطورة اليورانيوم ومركباته؟ تعدين خام اليورانيوم كيف يبدو اليورانيوم.

بحثاً عن مصدر أرخص للطاقة لا يضر بالبيئة والعالم المجتمع العلميالاهتمام بقطاع الطاقة النووية. واليوم، يصل عدد المفاعلات النووية التي يتم بناؤها لتوليد الطاقة إلى المئات. ويستخدم خام اليورانيوم كمادة خام لتوليد الطاقة النووية. أنه يحتوي على مواد تنتمي إلى عائلة الأكتينيدات. وفقًا لبعض التقديرات، تحتوي الأرض على خام اليورانيوم أكثر بـ 1000 مرة من الذهب. تتم معالجته للحصول على الوقود لمحطات الطاقة النووية.

خصائص خامات اليورانيوم

خام اليورانيوم في شكله الحر هو معدن رمادي-أبيض، والذي يمكن أن يحتوي على كمية كبيرة إلى حد ما من الشوائب المختلفة. ومن الجدير بالذكر أن اليورانيوم المنقى بحد ذاته يعتبر مادة فعالة كيميائيا. النظر في المادية والميكانيكية و الخواص الكيميائيةاليورانيوم، نشير إلى النقاط التالية:

1. نقطة الغليان لهذا عنصر كيميائيهو 4200 درجة مئوية، مما يعقد بشكل كبير عملية معالجتها.
2. وفي الهواء، يتأكسد اليورانيوم، ويمكن أن يذوب في الأحماض ويتفاعل مع التعرض للماء. إلا أن هذا العنصر الكيميائي لا يتفاعل مع القلويات، وهو ما يمكن تسميته بميزته.
3. مع تعرض معين، تصبح المادة مصدرا تماما كمية كبيرةطاقة. في هذه الحالة، يتم إنشاء كمية صغيرة نسبيا من النفايات، والتخلص منها اليوم يطرح الكثير من المشاكل.

ومن الجدير بالذكر أن الكثيرين يعتبرون اليورانيوم عنصرًا كيميائيًا نادرًا، حيث أن تركيزه موجود قشرة الأرضهو 0.002%. مع هذا التركيز المنخفض نسبيا لهذا العنصر الكيميائي، لم يتم العثور على مادة بديلة حتى الآن. وبطبيعة الحال، توجد في الوقت الحالي احتياطيات كافية لاستخراج اليورانيوم بشكل مستمر وتشغيل محطات الطاقة النووية أو المحركات.

رواسب اليورانيوم

ليس من الصعب تخمين أنه مع هذه الاحتياطيات الصغيرة نسبيا من المادة المعنية في أحشاء الأرض والزيادة المستمرة في الحاجة إلى المادة، فإن تكلفتها آخذة في الازدياد. في الآونة الأخيرة، تم اكتشاف عدد كبير جدًا من رواسب اليورانيوم، وتعتبر أستراليا الرائدة في إنتاجه. تشير الدراسات إلى أن أكثر من 30٪ من إجمالي الاحتياطيات تتركز في هذا البلد. تعتبر أكبر الودائع:

1. بيفرلي؛
2. السد الأولمبي؛
3. الحارس.

والنقطة المثيرة للاهتمام هي أن كازاخستان تعتبر المنافس الرئيسي لأستراليا في مجال تعدين خام اليورانيوم. يتركز أكثر من 12٪ من احتياطيات العالم في هذا البلد. على الرغم من ما يكفي مساحة كبيرةوتمتلك روسيا 5% فقط من احتياطيات العالم.

وبحسب بعض المعلومات فإن احتياطي روسيا يصل إلى 400 ألف طن من اليورانيوم. وفي نهاية عام 2017، تم اكتشاف وتطوير 16 حقلاً. ومن المثير للاهتمام أن 15 منهم يتركزون في ترانسبايكاليا. يتركز معظم خام اليورانيوم في حقل خام ستريلتسوفسكي.

وكما أشرنا سابقاً، يتم استخدام خام اليورانيوم كوقود، وهو ما يحدد البحث المستمر عن رواسبه. اليوم، غالبا ما يستخدم اليورانيوم كوقود لمحركات الصواريخ. في الانتاج أسلحة نوويةويستخدم هذا العنصر لزيادة قوته. تستخدمه بعض الشركات المصنعة لإنتاج الأصباغ المستخدمة في الرسم.

تعدين خامات اليورانيوم

يتم إنشاء تعدين خام اليورانيوم في العديد من البلدان. تجدر الإشارة إلى أنه يمكن اليوم استخدام ثلاث تقنيات لتعدين الخام:

1. وعندما يكون اليورانيوم قريبًا من سطح الأرض، يتم استخدام تقنية الاكتشاف. إنه بسيط للغاية ولا يتطلب نفقات كبيرة. تستخدم الحفارات وغيرها من المعدات الخاصة المماثلة لرفع المواد الخام. بعد أن يتم التقاطها وتحميلها على شاحنات قلابة، يتم تسليمها إلى مصانع المعالجة. لاحظ أن هذه التكنولوجيا لديها عدد كبير إلى حد ما من العيوب، ولكن نظرا لسهولة الإنتاج، فقد أصبحت منتشرة على نطاق واسع. أثناء تطوير الرواسب، يتم الحصول على المحاجر التي يمكن أن تصل مساحتها إلى عدة كيلومترات مربعة. تجدر الإشارة إلى أن طريقة تعدين الخام هذه تسبب ضررًا لا يمكن إصلاحه للبيئة. يعمل عدد كبير إلى حد ما من شركات التعدين الكبيرة في التعدين السطحي لليورانيوم.
2. عندما يقع الخام في أعماق الأرض، يتم إنشاء الألغام. هذه التكنولوجيا معقدة للغاية في التنفيذ وتتضمن أيضًا استخراجًا ميكانيكيًا للمواد. هناك عدد كبير جدًا من المناجم التي يتم فيها استخراج اليورانيوم والخامات الأخرى. ترتبط هذه الطريقة لاستخراج الصخور بمخاطر عالية جدًا، حيث قد تكون جيوب الغاز أو الأنهار تحت الماء موجودة في أعماق الأرض. يمكن أن يؤدي انهيار الأقبية إلى توقف المنجم عن العمل، ووفاة العمال وإتلاف المعدات باهظة الثمن. ومع ذلك، إذا كانت الصخرة المعنية مدفونة بعمق، فمن المستحيل تقريبًا استخراجها بأي طريقة أخرى.
3. الطريقة الثالثة هي تكوين الآبار التي يتم ضخها فيها حمض الكبريتيك. بالقرب من البئر المحفور مسبقًا، يتم إنشاء بئر ثانية، والتي تهدف إلى رفع المحلول الذي تم الحصول عليه بالفعل. بعد الانتهاء من عملية الامتصاص، يتم تركيب المعدات التي يمكنها رفع المواد الشبيهة بالراتنج إلى السطح. وبعد رفع الراتينج الناتج إلى السطح، تتم معالجته وفصل اليورانيوم.

الترشيح في الموقع

في الآونة الأخيرة، أصبحت الطريقة الثالثة لتعدين اليورانيوم تستخدم بشكل متزايد. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه يسمح لك بتحقيق تركيز عالٍ من المادة المطلوبة مع الحد الأدنى من محتوى العناصر الكيميائية الملوثة. ومع ذلك، فإن مثل هذه التكنولوجيا تتطلب بحثًا جيولوجيًا دقيقًا، حيث يجب حفر الآبار فوق الرواسب المعنية. مادة كيميائية. خلاف ذلك، عند إضافة الحمض، ستستغرق عملية الامتصاص بتركيز منخفض من اليورانيوم وقتا طويلا.

في روسيا، في معظم الحالات، يتم استخراج اليورانيوم عن طريق الاستخراج الميكانيكي. وبالإضافة إلى ذلك، يتم استخراج المواد الخام لإنتاج الوقود النووي في الصين وأوكرانيا.

من أين أتى اليورانيوم؟على الأرجح، يظهر أثناء انفجارات السوبرنوفا. والحقيقة هي أنه من أجل التخليق النووي للعناصر الأثقل من الحديد، يجب أن يكون هناك تدفق قوي للنيوترونات، والذي يحدث على وجه التحديد أثناء انفجار المستعر الأعظم. يبدو أنه أثناء التكثيف من سحابة الأنظمة النجمية الجديدة التي شكلتها، يجب أن يغرق اليورانيوم، بعد أن تجمع في سحابة كوكبية أولية ويكون ثقيلًا جدًا، في أعماق الكواكب. ولكن هذا ليس صحيحا. اليورانيوم عنصر مشع وعندما يتحلل فإنه يطلق حرارة. تظهر الحسابات أنه إذا تم توزيع اليورانيوم بالتساوي على كامل سمك الكوكب، على الأقل بنفس التركيز الموجود على السطح، فسوف ينبعث منه الكثير من الحرارة. علاوة على ذلك، ينبغي أن يضعف تدفقه مع استهلاك اليورانيوم. وبما أنه لم يتم ملاحظة أي شيء من هذا القبيل، يعتقد الجيولوجيون أن ما لا يقل عن ثلث اليورانيوم، وربما كله، يتركز في القشرة الأرضية، حيث يبلغ محتواه 2.5∙10 –4%. لماذا حدث هذا لم تتم مناقشته.

أين يتم استخراج اليورانيوم؟لا يوجد القليل من اليورانيوم على الأرض - فهو يحتل المرتبة 38 من حيث الوفرة. ويوجد معظم هذا العنصر في الصخور الرسوبية - الصخر الزيتي والفوسفوريت: ما يصل إلى 8∙10 –3 و2.5∙10 –2% على التوالي. وفي المجمل، تحتوي القشرة الأرضية على 10 14 طنًا من اليورانيوم، لكن المشكلة الرئيسية هي أنها متناثرة جدًا ولا تشكل رواسب قوية. ما يقرب من 15 معادن اليورانيوم ذات أهمية صناعية. هذا هو قطران اليورانيوم - أساسه هو أكسيد اليورانيوم رباعي التكافؤ وميكا اليورانيوم - السيليكات المختلفة والفوسفات والمركبات الأكثر تعقيدًا مع الفاناديوم أو التيتانيوم على أساس اليورانيوم سداسي التكافؤ.

ما هي أشعة بيكريل؟بعد اكتشاف الأشعة السينية على يد فولفجانج رونتجن، أصبح الفيزيائي الفرنسي أنطوان هنري بيكريل مهتمًا بتوهج أملاح اليورانيوم، الذي يحدث تحت تأثير ضوء الشمس. أراد أن يفهم ما إذا كانت هناك أشعة سينية هنا أيضًا. وبالفعل، لقد كانوا حاضرين، حيث أضاء الملح لوحة التصوير الفوتوغرافي من خلال الورق الأسود. ومع ذلك، في إحدى التجارب، لم يكن الملح مضاءً، لكن لوحة التصوير ظلت مظلمة. عندما تم وضع جسم معدني بين الملح ولوحة التصوير الفوتوغرافي، كان السواد الموجود تحته أقل. لذلك لم تنشأ أشعة جديدة بسبب إثارة اليورانيوم بالضوء ولم تمر جزئيًا عبر المعدن. كانت تسمى في البداية "أشعة بيكريل". تم اكتشاف لاحقًا أن هذه هي أشعة ألفا بشكل أساسي مع إضافة صغيرة من أشعة بيتا: والحقيقة هي أن النظائر الرئيسية لليورانيوم تنبعث منها جسيم ألفا أثناء الاضمحلال، كما تتعرض المنتجات الابنة أيضًا لاضمحلال بيتا.

ما مدى نشاط اليورانيوم المشع؟ليس لليورانيوم نظائر مستقرة، فهي كلها مشعة. الأطول عمرا هو اليورانيوم 238 مع نصف عمر 4.4 مليار سنة. ويأتي بعد ذلك اليورانيوم 235 - 0.7 مليار سنة. كلاهما يخضع لاضمحلال ألفا ويصبح النظائر المقابلة للثوريوم. يشكل اليورانيوم 238 أكثر من 99٪ من اليورانيوم الطبيعي. نظرًا لعمر النصف الضخم، يكون النشاط الإشعاعي لهذا العنصر منخفضًا، وبالإضافة إلى ذلك، فإن جزيئات ألفا غير قادرة على اختراق الطبقة القرنية على سطح جسم الإنسان. يقولون أنه بعد العمل مع اليورانيوم، قام I. V. Kurchatov بمسح يديه بمنديل ولم يعاني من أي أمراض مرتبطة بالنشاط الإشعاعي.

تحول الباحثون مرارًا وتكرارًا إلى إحصائيات أمراض العاملين في مناجم اليورانيوم ومصانع المعالجة. هنا، على سبيل المثال، مقال حديث بقلم متخصصين كنديين وأمريكيين قاموا بتحليل البيانات الصحية لأكثر من 17 ألف عامل في منجم إلدورادو في مقاطعة ساسكاتشوان الكندية للأعوام 1950-1999 ( البحوث البيئية، 2014، 130، 43-50، DOI:10.1016/j.envres.2014.01.002). لقد انطلقوا من حقيقة أن الإشعاع له التأثير الأقوى على تكاثر خلايا الدم بسرعة، مما يؤدي إلى ظهور الأنواع المقابلة من السرطان. وقد أظهرت الإحصاءات أن عمال المناجم لديهم حالات أنواع مختلفةهناك عدد أقل من سرطانات الدم من المتوسط ​​لدى الكنديين. وفي هذه الحالة، لا يعتبر المصدر الرئيسي للإشعاع هو اليورانيوم نفسه، بل غاز الرادون الذي يولده ومنتجات اضمحلاله التي يمكن أن تدخل الجسم عبر الرئتين.

لماذا اليورانيوم ضار؟؟ وهو، مثل المعادن الثقيلة الأخرى، شديد السمية ويمكن أن يسبب فشل الكلى والكبد. من ناحية أخرى، فإن اليورانيوم، باعتباره عنصرًا مشتتًا، موجود حتماً في الماء والتربة، ويتركز في السلسلة الغذائية، ويدخل جسم الإنسان. من المعقول أن نفترض أنه في عملية التطور، تعلمت الكائنات الحية تحييد اليورانيوم في التركيزات الطبيعية. اليورانيوم هو الأخطر في الماء، لذلك وضعت منظمة الصحة العالمية حدًا: في البداية كان 15 ميكروجرام/لتر، ولكن في عام 2011 تم زيادة المعيار إلى 30 ميكروجرام/جرام. كقاعدة عامة، يوجد اليورانيوم في الماء أقل بكثير: في الولايات المتحدة الأمريكية بمتوسط ​​6.7 ميكروجرام/لتر، وفي الصين وفرنسا - 2.2 ميكروجرام/لتر. ولكن هناك أيضًا انحرافات قوية. لذلك، في بعض مناطق كاليفورنيا، يتجاوز المعدل القياسي مائة مرة - 2.5 ملجم / لتر، وفي جنوب فنلندا يصل إلى 7.8 ملجم / لتر. يحاول الباحثون فهم ما إذا كان معيار منظمة الصحة العالمية صارمًا للغاية من خلال دراسة تأثير اليورانيوم على الحيوانات. هنا وظيفة نموذجية ( بيوميد الدولية للأبحاث، 2014، معرف 181989؛ دوى:10.1155/2014/181989). وقام علماء فرنسيون بتغذية الفئران بالماء لمدة تسعة أشهر مع إضافات من اليورانيوم المنضب، وبتراكيز عالية نسبيا - من 0.2 إلى 120 ملغم / لتر. القيمة الدنيا هي المياه بالقرب من المنجم، في حين أن القيمة العليا لم يتم العثور عليها في أي مكان - الحد الأقصى لتركيز اليورانيوم، الذي تم قياسه في فنلندا، هو 20 ملغم / لتر. لمفاجأة المؤلفين - المقال يسمى: "الغياب غير المتوقع للتأثير الملحوظ لليورانيوم على الأنظمة الفسيولوجية ..." - لم يكن لليورانيوم أي تأثير عمليًا على صحة الفئران. أكلت الحيوانات جيدًا واكتسبت وزنًا مناسبًا ولم تشتكي من المرض ولم تموت بسبب السرطان. اليورانيوم، كما ينبغي أن يكون، تم ترسيبه بشكل أساسي في الكلى والعظام وبكميات أقل مائة مرة في الكبد، ومن المتوقع أن يعتمد تراكمه على محتوى الماء. ومع ذلك، فإن هذا لم يؤد إلى فشل كلوي أو حتى ظهور ملحوظ لأي علامات جزيئية للالتهاب. واقترح المؤلفون أن تبدأ مراجعة المبادئ التوجيهية الصارمة لمنظمة الصحة العالمية. ومع ذلك، هناك تحذير واحد: التأثير على الدماغ. وكانت كمية اليورانيوم في أدمغة الجرذان أقل مما كانت عليه في الكبد، لكن محتواه لم يعتمد على الكمية الموجودة في الماء. لكن اليورانيوم أثر على عمل نظام مضادات الأكسدة في الدماغ: زاد نشاط الكاتلاز بنسبة 20%، والجلوتاثيون بيروكسيديز بنسبة 68-90%، وانخفض نشاط ديسموتاز الفائق أكسيد بنسبة 50%، بغض النظر عن الجرعة. وهذا يعني أن اليورانيوم تسبب بوضوح في حدوث إجهاد تأكسدي في الدماغ واستجاب له الجسم. هذا التأثير - التأثير القوي لليورانيوم على الدماغ في حالة عدم تراكمه فيه بالمناسبة وكذلك في الأعضاء التناسلية - لوحظ من قبل. علاوة على ذلك، تم استخدام الماء المحتوي على اليورانيوم بتركيز 75-150 ملغم/لتر، والذي قام باحثون من جامعة نبراسكا بتغذية الفئران به لمدة ستة أشهر ( علم السموم العصبية وعلم المسخ, 2005, 27, 1, 135–144; DOI:10.1016/j.ntt.2004.09.001)، أثر على سلوك الحيوانات، ومعظمها من الذكور، التي تم إطلاقها في الحقل: لقد عبروا الخطوط، ووقفوا على أرجلهم الخلفية وقاموا بتهذيب فراءهم بشكل مختلف عن فراء المجموعة الضابطة. هناك أدلة على أن اليورانيوم يؤدي أيضًا إلى ضعف الذاكرة لدى الحيوانات. وارتبطت التغيرات السلوكية بمستويات أكسدة الدهون في الدماغ. وتبين أن ماء اليورانيوم جعل الفئران صحية، بل غبية إلى حد ما. وستكون هذه البيانات مفيدة لنا في تحليل ما يسمى بمتلازمة حرب الخليج.

هل يلوث اليورانيوم مواقع تطوير الغاز الصخري؟ويعتمد ذلك على كمية اليورانيوم الموجودة في الصخور المحتوية على الغاز وكيفية ارتباطه بها. على سبيل المثال، قام الأستاذ المساعد تريسي بانك من جامعة بوفالو بدراسة منطقة مارسيلوس شيل، التي تمتد من غرب نيويورك عبر بنسلفانيا وأوهايو إلى فرجينيا الغربية. اتضح أن اليورانيوم يرتبط كيميائيًا على وجه التحديد بمصدر الهيدروكربونات (تذكر أن الصخور الكربونية ذات الصلة تحتوي على أعلى محتوى من اليورانيوم). أظهرت التجارب أن المحلول المستخدم أثناء التكسير يذيب اليورانيوم تمامًا. "عندما يصل اليورانيوم الموجود في هذه المياه إلى السطح، فإنه يمكن أن يسبب تلوث المنطقة المحيطة. "هذا لا يشكل خطرًا إشعاعيًا، لكن اليورانيوم عنصر سام"، يشير تريسي بانك في بيان صحفي للجامعة بتاريخ 25 أكتوبر 2010. ولم يتم حتى الآن إعداد مقالات تفصيلية حول مخاطر التلوث البيئي باليورانيوم أو الثوريوم أثناء إنتاج الغاز الصخري.

لماذا هناك حاجة لليورانيوم؟في السابق، كان يستخدم كصبغة لصنع السيراميك والزجاج الملون. الآن اليورانيوم هو أساس الطاقة النووية والأسلحة الذرية. في هذه الحالة، يتم استخدام خاصيتها الفريدة - قدرة النواة على الانقسام.

ما هو الانشطار النووي؟اضمحلال النواة إلى قطعتين كبيرتين غير متساويتين. وبسبب هذه الخاصية، أثناء التخليق النووي بسبب تشعيع النيوترونات، تتشكل نوى أثقل من اليورانيوم بصعوبة كبيرة. جوهر هذه الظاهرة هو على النحو التالي. إذا كانت نسبة عدد النيوترونات والبروتونات في النواة ليست مثالية، فإنها تصبح غير مستقرة. عادة، تنبعث هذه النواة إما جسيم ألفا - بروتونان ونيوترونان، أو جسيم بيتا - بوزيترون، والذي يرافقه تحول أحد النيوترونات إلى بروتون. في الحالة الأولى، يتم الحصول على عنصر من الجدول الدوري، متباعدة خليتين للخلف، في الخلية الثانية - خلية واحدة للأمام. ومع ذلك، بالإضافة إلى انبعاث جسيمات ألفا وبيتا، فإن نواة اليورانيوم قادرة على الانشطار - حيث تتحلل إلى نواة عنصرين في منتصف الجدول الدوري، على سبيل المثال الباريوم والكريبتون، وهو ما يحدث بعد تلقي نيوترون جديد. تم اكتشاف هذه الظاهرة بعد وقت قصير من اكتشاف النشاط الإشعاعي، عندما قام الفيزيائيون بتعريض الإشعاع المكتشف حديثا لكل ما في وسعهم. إليكم كيف يكتب أوتو فريش، أحد المشاركين في الأحداث، عن هذا ("التقدم في العلوم الفيزيائية،" 1968، 96، 4). بعد اكتشاف أشعة البريليوم - النيوترونات - قام إنريكو فيرمي بتشعيع اليورانيوم بها، على وجه الخصوص، لإحداث تحلل بيتا - وكان يأمل في استخدامها للحصول على العنصر التالي، رقم 93، الذي يسمى الآن النبتونيوم. كان هو الذي اكتشف اليورانيوم المشعع نوع جديدالنشاط الإشعاعي الذي ارتبط بظهور عناصر ما بعد اليورانيوم. وفي الوقت نفسه، أدى تباطؤ النيوترونات، حيث تم تغطية مصدر البريليوم بطبقة من البارافين، إلى زيادة هذا النشاط الإشعاعي المستحث. اقترح عالم الكيمياء الإشعاعية الأمريكي أريستيد فون جروس أن أحد هذه العناصر هو البروتكتينيوم، لكنه كان مخطئًا. لكن أوتو هان، الذي كان يعمل آنذاك في جامعة فيينا واعتبر البروتكتينيوم المكتشف عام 1917 من بنات أفكاره، قرر أنه ملزم بمعرفة العناصر التي تم الحصول عليها. اقترح هان مع ليز مايتنر، في بداية عام 1938، بناءً على النتائج التجريبية، أن سلاسل كاملة من العناصر المشعة تتشكل بسبب تحلل بيتا المتعدد لنوى اليورانيوم 238 الممتصة للنيوترونات والعناصر التابعة له. سرعان ما أُجبرت ليز مايتنر على الفرار إلى السويد، خوفًا من الانتقام المحتمل من النازيين بعد ضم النمسا. اكتشف هان، بعد أن واصل تجاربه مع فريتز ستراسمان، أنه من بين المنتجات كان هناك أيضًا الباريوم، العنصر رقم 56، والذي لا يمكن الحصول عليه بأي حال من الأحوال من اليورانيوم: جميع سلاسل تحلل ألفا لليورانيوم تنتهي برصاص أثقل بكثير. تفاجأ الباحثون بالنتيجة لدرجة أنهم لم ينشروها، بل كتبوا فقط رسائل إلى الأصدقاء، وخاصة إلى ليز مايتنر في جوتنبرج. هناك، في عيد الميلاد عام 1938، زارها ابن أخيها، أوتو فريش، وأثناء سيره بالقرب من المدينة الشتوية - كان يركب الزلاجات، وكانت عمته تسير على الأقدام - ناقشا إمكانية ظهور الباريوم أثناء تشعيع اليورانيوم. نتيجة للانشطار النووي (لمزيد من المعلومات عن ليز مايتنر، انظر "الكيمياء والحياة"، 2013، العدد 4). عند عودته إلى كوبنهاجن، قبض فريش حرفيًا على نيلز بور على ممر سفينة متجهة إلى الولايات المتحدة وأخبره عن فكرة الانشطار. وقال بور وهو يصفع على جبهته: «أوه، كم كنا حمقى! كان ينبغي لنا أن نلاحظ هذا في وقت سابق." في يناير 1939، نشر فريش ومايتنر مقالًا عن انشطار نواة اليورانيوم تحت تأثير النيوترونات. بحلول ذلك الوقت، كان أوتو فريش قد أجرى بالفعل تجربة مراقبة، وكذلك العديد من المجموعات الأمريكية التي تلقت الرسالة من بور. يقولون إن الفيزيائيين بدأوا في التفرق إلى مختبراتهم خلال تقريره في 26 يناير 1939 في واشنطن في المؤتمر السنوي للفيزياء النظرية، عندما فهموا جوهر الفكرة. بعد اكتشاف الانشطار، قام هان وستراسمان بمراجعة تجاربهما ووجدا، تمامًا مثل زملائهما، أن النشاط الإشعاعي لليورانيوم المشعع لا يرتبط باليورانيوم الفوقي، ولكن بتحلل العناصر المشعة التي تكونت أثناء الانشطار من منتصف الجدول الدوري.

كيف ستسير الأمور تفاعل تسلسليفي اليورانيوم؟بعد وقت قصير من إثبات إمكانية انشطار نواة اليورانيوم والثوريوم تجريبيًا (ولا توجد عناصر انشطارية أخرى على الأرض بأي كمية كبيرة)، نيلز بور وجون ويلر، اللذان عملا في جامعة برينستون، بالإضافة إلى ذلك، بشكل مستقل عنهما، ابتكر الفيزيائي النظري السوفييتي يا.فرانكل والألمان سيغفريد فلوج وجوتفريد فون دروست نظرية الانشطار النووي. اتبعت آليتان منه. يرتبط أحدهما بعتبة امتصاص النيوترونات السريعة. ووفقا لها، لبدء الانشطار، يجب أن يتمتع النيوترون بطاقة عالية إلى حد ما، أكثر من 1 ميغا إلكترون فولت لنواة النظائر الرئيسية - اليورانيوم 238 والثوريوم 232. عند الطاقات المنخفضة، يكون لامتصاص النيوترونات بواسطة اليورانيوم 238 طابع رنيني. وبالتالي، فإن النيوترون الذي تبلغ طاقته 25 فولتًا لديه مساحة مقطع عرضي أكبر بآلاف المرات من الطاقات الأخرى. في هذه الحالة، لن يكون هناك انشطار: اليورانيوم 238 سيتحول إلى يورانيوم 239، الذي بنصف عمر 23.54 دقيقة سيتحول إلى نبتونيوم 239، الذي بنصف عمر 2.33 يوم سيتحول إلى طويل العمر. البلوتونيوم-239. الثوريوم-232 سوف يتحول إلى اليورانيوم-233.

الآلية الثانية هي امتصاص النيوترون بدون عتبة، ويتبعه النظائر الانشطارية الثالثة الأكثر شيوعًا - اليورانيوم 235 (وكذلك البلوتونيوم 239 واليورانيوم 233، والتي لا توجد في الطبيعة): يمتص أي نيوترون، حتى ولو كان بطيئًا، ما يسمى بالحرارة، بطاقة أما بالنسبة للجزيئات المشاركة في الحركة الحرارية - 0.025 فولت، فإن مثل هذه النواة سوف تنقسم. وهذا أمر جيد جدًا: تتمتع النيوترونات الحرارية بمساحة مقطعية أكبر بأربع مرات من النيوترونات السريعة التي تبلغ ميجا إلكترون فولت. هذه هي أهمية اليورانيوم 235 لكامل تاريخ الطاقة النووية اللاحق: فهو الذي يضمن تكاثر النيوترونات في اليورانيوم الطبيعي. بعد اصطدامها بالنيوترون، تصبح نواة اليورانيوم 235 غير مستقرة وتنقسم بسرعة إلى جزأين غير متساويين. على طول الطريق، تنبعث عدة نيوترونات جديدة (في المتوسط ​​2.75). إذا ضربوا نواة نفس اليورانيوم، فسوف يتسببون في تكاثر النيوترونات بشكل كبير - سيحدث تفاعل متسلسل يؤدي إلى انفجار بسبب الإطلاق السريع لكمية هائلة من الحرارة. لا يمكن لليورانيوم 238 ولا الثوريوم 232 أن يعملا بهذه الطريقة: بعد كل شيء، أثناء الانشطار، تنبعث النيوترونات بمتوسط ​​طاقة يتراوح من 1 إلى 3 ميغا إلكترون فولت، أي إذا كانت هناك عتبة طاقة تبلغ 1 ميغا إلكترون فولت، فإن جزءًا كبيرًا من بالتأكيد لن تكون النيوترونات قادرة على التسبب في رد فعل، ولن يكون هناك تكاثر. وهذا يعني أنه يجب نسيان هذه النظائر ويجب إبطاء النيوترونات إلى طاقة حرارية حتى تتفاعل بأكبر قدر ممكن من الكفاءة مع نوى اليورانيوم 235. في الوقت نفسه، لا يمكن السماح بامتصاصها الرنان بواسطة اليورانيوم 238: بعد كل شيء، في اليورانيوم الطبيعي، يكون هذا النظير أقل قليلاً من 99.3٪، وغالبًا ما تصطدم النيوترونات به، وليس مع اليورانيوم 235 المستهدف. ومن خلال العمل كوسيط، من الممكن الحفاظ على تكاثر النيوترونات عند مستوى ثابت ومنع الانفجار - التحكم في التفاعل المتسلسل.

أظهرت الحسابات التي أجراها Ya.B.Zeldovich وY.B.Khariton في نفس العام المشؤوم عام 1939 أنه من الضروري لهذا الغرض استخدام وسيط نيوتروني على شكل ماء ثقيل أو جرافيت وإثراء اليورانيوم الطبيعي باليورانيوم- 235 على الأقل 1.83 مرة. ثم بدت لهم هذه الفكرة محض خيال: "تجدر الإشارة إلى أنه ما يقرب من ضعف تخصيب تلك الكميات الكبيرة من اليورانيوم اللازمة لتنفيذ سلسلة انفجارات،<...>إنها مهمة مرهقة للغاية، وتكاد تكون مستحيلة من الناحية العملية. والآن تم حل هذه المشكلة، وتقوم الصناعة النووية بإنتاج كميات كبيرة من اليورانيوم المخصب باليورانيوم 235 إلى 3.5% لمحطات الطاقة.

ما هو الانشطار النووي التلقائي؟في عام 1940، اكتشف G. N. Flerov وK. A. Petrzhak أن انشطار اليورانيوم يمكن أن يحدث تلقائيًا، دون أي تأثير خارجي، على الرغم من أن نصف العمر أطول بكثير من اضمحلال ألفا العادي. وبما أن هذا الانشطار ينتج أيضًا النيوترونات، إذا لم يُسمح لهم بالهروب من منطقة التفاعل، فسيكونون بمثابة البادئين للتفاعل المتسلسل. وهذه هي الظاهرة التي تستخدم في إنشاء المفاعلات النووية.

لماذا هناك حاجة للطاقة النووية؟كان زيلدوفيتش وخاريتون من بين أول من قاموا بحساب التأثير الاقتصادي للطاقة النووية (Uspekhi Fizicheskikh Nauk، 1940، 23، 4). “...في الوقت الحالي، لا يزال من المستحيل التوصل إلى استنتاجات نهائية حول إمكانية أو استحالة تنفيذ تفاعل انشطاري نووي بسلاسل متفرعة لا نهاية لها في اليورانيوم. إذا كان مثل هذا التفاعل ممكنا، فسيتم ضبط معدل التفاعل تلقائيا لضمان سيره بسلاسة، على الرغم من كمية الطاقة الهائلة الموجودة تحت تصرف المجرب. هذا الظرف مناسب للغاية لاستخدام الطاقة في التفاعل. لذلك دعونا نعرض - على الرغم من أن هذا تقسيم لجلد الدب غير الماهر - بعض الأرقام التي تميز إمكانيات استخدام اليورانيوم للطاقة. إذا استمرت عملية الانشطار مع النيوترونات السريعة، فإن التفاعل يلتقط النظير الرئيسي لليورانيوم (U238)، إذن<исходя из соотношения теплотворных способностей и цен на уголь и уран>تبين أن تكلفة السعرات الحرارية من النظير الرئيسي لليورانيوم أرخص بنحو 4000 مرة من تكلفة الفحم (ما لم تكن، بالطبع، عمليات "الاحتراق" وإزالة الحرارة أكثر تكلفة بكثير في حالة اليورانيوم من في حالة الفحم). في حالة النيوترونات البطيئة، ستكون تكلفة السعرات الحرارية "اليورانيوم" (استنادًا إلى الأرقام المذكورة أعلاه) مع الأخذ في الاعتبار أن وفرة نظير U235 تبلغ 0.007، وهي بالفعل أرخص بـ 30 مرة فقط من السعرات الحرارية "الفحم"، كل الأشياء الأخرى متساوية."

تم تنفيذ أول تفاعل متسلسل متحكم به في عام 1942 على يد إنريكو فيرمي في جامعة شيكاغو، وتم التحكم في المفاعل يدويًا، حيث تم دفع قضبان الجرافيت إلى الداخل والخارج مع تغير تدفق النيوترونات. تم بناء أول محطة للطاقة في أوبنينسك عام 1954. بالإضافة إلى توليد الطاقة، عملت المفاعلات الأولى أيضًا على إنتاج البلوتونيوم المستخدم في صنع الأسلحة.

كيف تعمل محطة الطاقة النووية؟في الوقت الحاضر، تعمل معظم المفاعلات بالنيوترونات البطيئة. يتم وضع اليورانيوم المخصب على شكل معدن أو سبيكة مثل الألومنيوم أو أكسيد في أسطوانات طويلة تسمى عناصر الوقود. يتم تركيبها بطريقة معينة في المفاعل، ويتم إدخال قضبان وسيطة بينها، والتي تتحكم في التفاعل المتسلسل. بمرور الوقت، تتراكم سموم المفاعلات في عنصر الوقود - نواتج انشطار اليورانيوم، القادرة أيضًا على امتصاص النيوترونات. عندما ينخفض ​​تركيز اليورانيوم 235 إلى ما دون المستوى الحرج، يتم إخراج العنصر من الخدمة. ومع ذلك، فهو يحتوي على العديد من الشظايا الانشطارية ذات النشاط الإشعاعي القوي، والذي يتناقص مع مرور السنين، مما يتسبب في انبعاث كمية كبيرة من الحرارة للعناصر لفترة طويلة. يتم الاحتفاظ بها في حمامات التبريد، ثم يتم دفنها أو محاولة معالجتها - لاستخراج اليورانيوم 235 غير المحترق، والبلوتونيوم المنتج (الذي تم استخدامه لصنع القنابل الذرية) والنظائر الأخرى التي يمكن استخدامها. يتم إرسال الجزء غير المستخدم إلى أماكن الدفن.

وفي ما يسمى بالمفاعلات السريعة، أو المفاعلات المولدة، يتم تركيب عاكسات مصنوعة من اليورانيوم-238 أو الثوريوم-232 حول العناصر. إنها تبطئ وترسل نيوترونات سريعة جدًا إلى منطقة التفاعل. وتتباطأ النيوترونات إلى سرعات الرنين فتمتص هذه النظائر، وتتحول إلى بلوتونيوم-239 أو يورانيوم-233، على التوالي، والذي يمكن استخدامه كوقود لمحطة الطاقة النووية. نظرًا لأن النيوترونات السريعة تتفاعل بشكل سيئ مع اليورانيوم 235، فيجب زيادة تركيزها بشكل كبير، لكن هذا يؤتي ثماره بتدفق نيوتروني أقوى. على الرغم من أن المفاعلات المولدة تعتبر مستقبل الطاقة النووية، لأنها تنتج وقودا نوويا أكثر مما تستهلك، إلا أن التجارب أظهرت صعوبة إدارتها. الآن لا يوجد سوى مفاعل واحد من هذا القبيل في العالم - في وحدة الطاقة الرابعة في محطة Beloyarsk NPP.

كيف يتم انتقاد الطاقة النووية؟إذا لم نتحدث عن الحوادث، فإن النقطة الأساسية في حجج معارضي الطاقة النووية اليوم هي اقتراح إضافة تكاليف حماية البيئة إلى حساب كفاءتها بعد إخراج المحطة من الخدمة وعند العمل بالوقود. وفي كلتا الحالتين، تنشأ تحديات التخلص بشكل موثوق من النفايات المشعة، وهذه تكاليف تتحملها الدولة. هناك رأي مفاده أنه إذا قمت بتحويلها إلى تكلفة الطاقة، فسوف تختفي جاذبيتها الاقتصادية.

هناك أيضًا معارضة بين مؤيدي الطاقة النووية. ويشير ممثلوها إلى تفرد اليورانيوم 235، الذي لا بديل له، لأن النظائر البديلة التي تنشطر بالنيوترونات الحرارية - البلوتونيوم 239 واليورانيوم 233 - بسبب نصف عمرهما الذي يبلغ آلاف السنين، غير موجودة في الطبيعة. ويتم الحصول عليها على وجه التحديد نتيجة انشطار اليورانيوم 235. إذا نفد، فإن المصدر الطبيعي الرائع للنيوترونات للتفاعل النووي المتسلسل سوف يختفي. ونتيجة لهذا التبذير، ستفقد البشرية الفرصة في المستقبل لإشراك الثوريوم 232، الذي تكون احتياطياته أكبر بعدة مرات من اليورانيوم، في دورة الطاقة.

من الناحية النظرية، يمكن استخدام مسرعات الجسيمات لإنتاج تدفق النيوترونات السريعة ذات طاقات ميجا إلكترون فولت. ومع ذلك، إذا كنا نتحدث، على سبيل المثال، عن الرحلات الجوية بين الكواكب على محرك نووي، فسيكون من الصعب للغاية تنفيذ مخطط مع مسرع ضخم. ونضوب اليورانيوم 235 يضع حداً لمثل هذه المشاريع.

ما هو اليورانيوم المستخدم في صنع الأسلحة؟وهذا يورانيوم 235 عالي التخصيب. وكتلتها الحرجة - التي تعادل حجم قطعة المادة التي يحدث فيها تفاعل متسلسل تلقائيًا - صغيرة بما يكفي لإنتاج الذخيرة. يمكن استخدام هذا اليورانيوم في صنع قنبلة ذرية، وأيضًا كصمام لقنبلة نووية حرارية.

ما هي الكوارث المرتبطة باستخدام اليورانيوم؟الطاقة المخزنة في نوى العناصر الانشطارية هائلة. إذا خرجت عن نطاق السيطرة بسبب السهو أو عمدا، فإن هذه الطاقة يمكن أن تسبب الكثير من المتاعب. وقعت أسوأ كارثتين نوويتين في 6 و8 أغسطس 1945، عندما هبطت القوات الجوية الأمريكية قنابل ذريةهيروشيما وناغازاكي، مما أدى إلى مقتل وإصابة مئات الآلاف من المدنيين. ترتبط الكوارث الأصغر حجمًا بالحوادث التي تقع في محطات الطاقة النووية ومؤسسات الدورة النووية. وقع أول حادث كبير في عام 1949 في الاتحاد السوفييتي في مصنع ماياك بالقرب من تشيليابينسك، حيث تم إنتاج البلوتونيوم؛ وانتهى الأمر بالنفايات المشعة السائلة في نهر تيتشا. وفي سبتمبر 1957، وقع انفجار فيها، مما أدى إلى إطلاق كمية كبيرة من المواد المشعة. وبعد أحد عشر يومًا، احترق مفاعل إنتاج البلوتونيوم البريطاني في ويندسكيل، وتبددت السحابة المحملة بمنتجات الانفجار. أوروبا الغربية. في عام 1979، احترق مفاعل في محطة ثري ميل آيلاند للطاقة النووية في ولاية بنسلفانيا. حوادث في محطة تشيرنوبيل للطاقة النووية(1986) ومحطة فوكوشيما للطاقة النووية (2011)، عندما تعرض ملايين الأشخاص للإشعاع. تناثرت الانفجارات الأولى في مساحات شاسعة، وأطلقت 8 أطنان من وقود اليورانيوم ومنتجات الاضمحلال نتيجة الانفجار الذي انتشر في جميع أنحاء أوروبا. أما الثانية فهي ملوثة، وبعد ثلاث سنوات من وقوع الحادث، لا تزال تلوث منطقة المياه. المحيط الهاديفي مناطق الصيد. إن إزالة عواقب هذه الحوادث كانت مكلفة للغاية، وإذا تم تقسيم هذه التكاليف إلى تكلفة الكهرباء، فإنها سترتفع بشكل كبير.

قضية منفصلة هي العواقب على صحة الإنسان. ووفقا للإحصاءات الرسمية، فإن العديد من الأشخاص الذين نجوا من القصف أو يعيشون في مناطق ملوثة استفادوا من الإشعاع - فالأولون لديهم متوسط ​​عمر متوقع أعلى، والثانيون لديهم نسبة أقل من السرطان، ويعزو الخبراء بعض الزيادة في الوفيات إلى الضغوط الاجتماعية. ويبلغ عدد الأشخاص الذين ماتوا على وجه التحديد نتيجة الحوادث أو نتيجة تصفيتها مئات الأشخاص. ويشير معارضو محطات الطاقة النووية إلى أن هذه الحوادث أدت إلى عدة ملايين من الوفيات المبكرة في القارة الأوروبية، لكنها ببساطة غير مرئية في السياق الإحصائي.

إن إزالة الأراضي من الاستخدام البشري في مناطق الحوادث يؤدي إلى نتيجة مثيرة للاهتمام: فهي تصبح نوعًا من المحميات الطبيعية حيث ينمو التنوع البيولوجي. صحيح أن بعض الحيوانات تعاني من أمراض مرتبطة بالإشعاع. يبقى السؤال حول مدى سرعة تكيفهم مع الخلفية المتزايدة مفتوحًا. هناك أيضًا رأي مفاده أن نتيجة التشعيع المزمن هي "اختيار الحمقى" (انظر "الكيمياء والحياة"، 2010، رقم 5): حتى في المرحلة الجنينية، تبقى الكائنات الحية الأكثر بدائية على قيد الحياة. على وجه الخصوص، فيما يتعلق بالناس، يجب أن يؤدي ذلك إلى انخفاض القدرات العقلية لدى الجيل المولود في المناطق الملوثة بعد وقت قصير من وقوع الحادث.

ما هو اليورانيوم المنضب؟هذا هو اليورانيوم 238 المتبقي بعد فصل اليورانيوم 235 عنه. إن أحجام النفايات الناتجة عن إنتاج اليورانيوم وعناصر الوقود المستخدمة في صنع الأسلحة كبيرة - في الولايات المتحدة وحدها، تراكم 600 ألف طن من سداسي فلوريد اليورانيوم (للاطلاع على المشاكل المتعلقة به، انظر الكيمياء والحياة، 2008، رقم 5) . نسبة اليورانيوم 235 فيه 0.2%. يجب إما تخزين هذه النفايات حتى أوقات أفضل، عندما يتم إنشاء مفاعلات نيوترونية سريعة وسيكون من الممكن معالجة اليورانيوم 238 إلى بلوتونيوم، أو استخدامها بطريقة ما.

لقد وجدوا فائدة لذلك. أورانوس مثل غيره العناصر الانتقالية، يستخدم كمحفز. على سبيل المثال، مؤلفو المقال في ايه سي اس نانووكتبوا بتاريخ 30 يونيو 2014 أن المحفز المصنوع من اليورانيوم أو الثوريوم مع الجرافين لتقليل الأكسجين وبيروكسيد الهيدروجين "لديه إمكانات هائلة للاستخدام في قطاع الطاقة". ونظرًا لأن اليورانيوم ذو كثافة عالية، فهو بمثابة صابورة للسفن وثقل موازن للطائرات. هذا المعدن مناسب أيضًا للحماية من الإشعاع في الأجهزة الطبية ذات مصادر الإشعاع.

ما هي الأسلحة التي يمكن صنعها من اليورانيوم المنضب؟الرصاص والنوى للقذائف الخارقة للدروع. الحساب هنا هو على النحو التالي. كلما كانت القذيفة أثقل، كلما كانت أعلى الطاقة الحركية. ولكن كلما كانت القذيفة أكبر، كان تأثيرها أقل تركيزًا. وهذا يعني أن هناك حاجة إلى معادن ثقيلة ذات كثافة عالية. الرصاص مصنوع من الرصاص (استخدم صيادو الأورال أيضًا البلاتين الأصلي في وقت ما، حتى أدركوا أنه معدن ثمين)، في حين أن نوى القشرة مصنوعة من سبائك التنغستن. ويشير علماء البيئة إلى أن الرصاص يلوث التربة في أماكن العمليات العسكرية أو الصيد، ومن الأفضل استبداله بمادة أقل ضررا مثل التنغستن. لكن التنغستن ليس رخيصا، واليورانيوم، الذي يشبهه في الكثافة، يعد من النفايات الضارة. وفي الوقت نفسه، فإن التلوث المسموح به للتربة والمياه باليورانيوم يبلغ حوالي ضعف تلوث الرصاص. يحدث هذا بسبب إهمال النشاط الإشعاعي الضعيف لليورانيوم المنضب (وهو أيضًا أقل بنسبة 40٪ من اليورانيوم الطبيعي) ويؤخذ في الاعتبار عامل كيميائي خطير حقًا: اليورانيوم، كما نتذكر، سام. وفي الوقت نفسه، تبلغ كثافته 1.7 مرة أكبر من كثافة الرصاص، مما يعني أنه يمكن تقليل حجم رصاصة اليورانيوم إلى النصف؛ اليورانيوم أكثر صلابة وصلابة من الرصاص، فهو يتبخر بدرجة أقل عند إطلاقه، وعندما يضرب هدفًا ينتج عددًا أقل من الجسيمات الدقيقة. بشكل عام، رصاصة اليورانيوم أقل تلويثا بيئةمن الرصاص، ومع ذلك، فإن مثل هذا الاستخدام لليورانيوم غير معروف على وجه اليقين.

لكن من المعروف أن الألواح المصنوعة من اليورانيوم المستنفد تُستخدم لتقوية درع الدبابات الأمريكية (وهذا ما يساهم في كثافته العالية ونقطة الانصهار)، وكذلك بدلاً من سبائك التنغستن في نوى القذائف الخارقة للدروع. نواة اليورانيوم جيدة أيضًا لأن اليورانيوم قابل للاشتعال: فهو ساخن جسيمات دقيقة، التي تشكلت عند الاصطدام بالدرع، اشتعلت وأشعلت النار في كل شيء حولها. يعتبر كلا التطبيقين آمنين للإشعاع. وهكذا أظهر الحساب أنه حتى بعد الجلوس لمدة عام في دبابة مزودة بدروع من اليورانيوم محملة بذخيرة اليورانيوم، فإن الطاقم لن يحصل إلا على ربع الجرعة المسموح بها. وللحصول على الجرعة السنوية المسموح بها، تحتاج إلى تثبيت هذه الذخيرة على سطح الجلد لمدة 250 ساعة.

وقد استخدم الأميركيون القذائف التي تحتوي على نواة من اليورانيوم - لمدافع الطائرات من عيار 30 ملم أو المدفعية من العيار الفرعي - في الحروب الأخيرة، بدءاً بحملة العراق عام 1991. وفي ذلك العام أمطروا وحدات مدرعة عراقية في الكويت وأثناء انسحابهم، تم إطلاق 300 طن من اليورانيوم المنضب، منها 250 طناً، أو 780 ألف طلقة، على مدافع الطائرات. وفي البوسنة والهرسك، أثناء قصف جيش جمهورية صربسكا غير المعترف بها، تم إنفاق 2.75 طن من اليورانيوم، وأثناء قصف الجيش اليوغوسلافي في منطقة كوسوفو وميتوهيا - 8.5 طن، أي 31 ألف طلقة. وبما أن منظمة الصحة العالمية كانت في ذلك الوقت تشعر بالقلق إزاء عواقب استخدام اليورانيوم، فقد تم إجراء الرصد. وأظهر أن الطلقة الواحدة تتكون من حوالي 300 طلقة، 80٪ منها تحتوي على اليورانيوم المنضب. 10% أصابت الأهداف، و82% سقطت على مسافة 100 متر منها. وتوزع الباقي على مسافة 1.85 كم. فالقذيفة التي أصابت دبابة احترقت وتحولت إلى رذاذ، واخترقت قذيفة اليورانيوم أهدافا خفيفة مثل ناقلات الجنود المدرعة. وهكذا فإن ما لا يقل عن طن ونصف الطن من القذائف يمكن أن يتحول إلى غبار يورانيوم في العراق. وفقًا لخبراء من مركز الأبحاث الاستراتيجية الأمريكي RAND Corporation، فإن ما يزيد عن 10 إلى 35% من اليورانيوم المستخدم تحول إلى هباء جوي. الناشط الكرواتي في مجال الذخائر المضادة لليورانيوم آساف دوراكوفيتش، الذي عمل في مجموعة متنوعة من المنظمات من مستشفى الملك فيصل بالرياض إلى مركز أبحاث اليورانيوم الطبي في واشنطن، يقدر أنه في جنوب العراق وحده في عام 1991، تم تشكيل 3-6 أطنان من جزيئات اليورانيوم دون الميكرون. والتي كانت منتشرة على مساحة واسعة، أي أن تلوث اليورانيوم هناك يشبه كارثة تشيرنوبيل.

في السنوات الأخيرة، أصبح موضوع الطاقة النووية ذا أهمية متزايدة. لإنتاج الطاقة النووية، من الشائع استخدام مادة مثل اليورانيوم. وهو عنصر كيميائي ينتمي إلى عائلة الأكتينيدات.

يحدد النشاط الكيميائي لهذا العنصر حقيقة أنه غير موجود في شكل حر. وتستخدم في إنتاجه تكوينات معدنية تسمى خامات اليورانيوم. إنهم يركزون مثل هذه الكمية من الوقود التي تسمح باعتبار استخراج هذا العنصر الكيميائي عقلانيًا ومربحًا اقتصاديًا. في الوقت الحالي، في أحشاء كوكبنا، يتجاوز محتوى هذا المعدن احتياطيات الذهب الموجودة فيه 1000 مرة(سم. ). وبشكل عام فإن رواسب هذا العنصر الكيميائي في التربة والبيئة المائية والصخور تقدر بأكثر من 5 مليون طن.

في الحالة الحرة، يكون اليورانيوم معدنًا رماديًا أبيض اللون، ويتميز بثلاثة تعديلات متآصلة: شبكات بلورية معينية ورباعية الأضلاع ومكعبة مركزية الجسم. نقطة غليان هذا العنصر الكيميائي هي 4200 درجة مئوية.

اليورانيوم مادة نشطة كيميائيا. في الهواء، يتأكسد هذا العنصر ببطء، ويذوب بسهولة في الأحماض، ويتفاعل مع الماء، لكنه لا يتفاعل مع القلويات.

عادة ما يتم تصنيف خامات اليورانيوم في روسيا وفقًا لمعايير مختلفة. في أغلب الأحيان يختلفون من حيث التعليم. نعم، هناك الخامات الداخلية والخارجية والمتحولة. في الحالة الأولى، هي تكوينات معدنية تتشكل تحت تأثير درجات الحرارة المرتفعة والرطوبة وذوبان البجماتيت. تحدث تكوينات معدن اليورانيوم الخارجية في الظروف السطحية. يمكن أن تتشكل مباشرة على سطح الأرض. يحدث هذا بسبب تداول المياه الجوفية وتراكم الرواسب. تظهر التكوينات المعدنية المتحولة نتيجة لإعادة توزيع اليورانيوم المشتت في البداية.

وفقا لمستوى محتوى اليورانيوم، يمكن أن تكون هذه التكوينات الطبيعية:

• فاحش الثراء (أكثر من 0.3%)؛
• غني (من 0.1 إلى 0.3٪)؛
• الأفراد (من 0.05 إلى 0.1%)؛
• الفقراء (من 0.03 إلى 0.05%)؛
• خارج الميزانية العمومية (من 0.01 إلى 0.03٪).

الاستخدامات الحديثة لليورانيوم

واليوم، يُستخدم اليورانيوم في أغلب الأحيان كوقود لمحركات الصواريخ والمفاعلات النووية. ونظرًا لخصائص هذه المادة، فهي تهدف أيضًا إلى زيادة قوة السلاح النووي. وقد وجد هذا العنصر الكيميائي أيضًا استخدامه في الرسم. يتم استخدامه بشكل فعال كأصباغ صفراء وخضراء وبنية وسوداء. ويستخدم اليورانيوم أيضًا في صنع النوى للقذائف الخارقة للدروع.

تعدين خام اليورانيوم في روسيا: ما هو المطلوب لذلك؟

يتم استخراج الخامات المشعة باستخدام ثلاث تقنيات رئيسية. إذا كانت رواسب الخام تتركز بالقرب من سطح الأرض قدر الإمكان، فمن المعتاد استخدام تقنية الحفرة المفتوحة لاستخراجها. وهي تنطوي على استخدام الجرافات والحفارات التي تقوم بحفر حفر كبيرة وتحميل المعادن الناتجة في شاحنات قلابة. ثم يتم إرسالها إلى مجمع المعالجة.

عندما يكون هذا التكوين المعدني عميقا، فمن المعتاد استخدام تكنولوجيا التعدين تحت الأرض، والتي تنطوي على إنشاء منجم يصل عمقه إلى كيلومترين. التكنولوجيا الثالثة تختلف بشكل كبير عن التقنيات السابقة. يتضمن الترشيح تحت الأرض لتطوير رواسب اليورانيوم حفر الآبار التي يتم من خلالها ضخ حمض الكبريتيك إلى الرواسب. بعد ذلك، يتم حفر بئر آخر، وهو أمر ضروري لضخ المحلول الناتج إلى سطح الأرض. ثم يمر بعملية امتصاص، مما يسمح بتجمع أملاح هذا المعدن على راتينج خاص. المرحلة الأخيرة من تقنية SPV هي المعالجة الدورية للراتنج بحمض الكبريتيك. وبفضل هذه التكنولوجيا، يصبح تركيز هذا المعدن الحد الأقصى.

رواسب خام اليورانيوم في روسيا

تعتبر روسيا إحدى الدول الرائدة في العالم في مجال استخراج خامات اليورانيوم. على مدى العقود القليلة الماضية، تم تصنيف روسيا باستمرار بين أفضل 7 دول رائدة في هذا المؤشر.

أكبر رواسب هذه التكوينات المعدنية الطبيعية هي:

أكبر رواسب تعدين اليورانيوم في العالم - الدول الرائدة

تعتبر أستراليا الرائدة عالمياً في مجال تعدين اليورانيوم. يتركز أكثر من 30٪ من إجمالي احتياطيات العالم في هذه الولاية. أكبر الودائع الأسترالية هي السد الأوليمبي، بيفرلي، رينجر وهون مون.

المنافس الرئيسي لأستراليا هو كازاخستان، التي تحتوي على ما يقرب من 12٪ من احتياطيات الوقود في العالم. تحتوي كل من كندا وجنوب أفريقيا على 11% من احتياطي اليورانيوم في العالم، وناميبيا 8%، والبرازيل 7%. وتغلق روسيا المراكز السبعة الأولى بنسبة 5%. وتشمل قائمة القادة أيضًا دولًا مثل ناميبيا وأوكرانيا والصين.

أكبر رواسب اليورانيوم في العالم هي:

مجال	بلد	ابدأ المعالجة
السد الأولمبي	أستراليا	1988
روسينج	ناميبيا	1976
نهر ماك آرثر	كندا	1999
إنكاي	كازاخستان	2007
دومينيون	جنوب أفريقيا	2007
الحارس	أستراليا	1980
خراسان	كازاخستان	2008

احتياطيات وحجم إنتاج خام اليورانيوم في روسيا

وتقدر احتياطيات اليورانيوم المستكشفة في بلادنا بأكثر من 400 ألف طن. في الوقت نفسه، الموارد المتوقعة أكثر من 830 ألف طن. اعتبارًا من عام 2017، كان هناك 16 رواسب لليورانيوم في روسيا. علاوة على ذلك، يتركز 15 منهم في ترانسبايكاليا. يعتبر المستودع الرئيسي لخام اليورانيوم هو حقل خام Streltsovskoe. في معظم الودائع المحلية، يتم الإنتاج باستخدام طريقة العمود.

• تم اكتشاف اليورانيوم في القرن الثامن عشر. وفي عام 1789، تمكن العالم الألماني مارتن كلابروث من إنتاج يورانيوم يشبه المعدن من الخام. ومن المثير للاهتمام أن هذا العالم هو أيضًا مكتشف التيتانيوم والزركونيوم.
• تستخدم مركبات اليورانيوم بنشاط في مجال التصوير الفوتوغرافي. يستخدم هذا العنصر لتلوين الإيجابيات وتعزيز السلبيات.
• الفرق الرئيسي بين اليورانيوم والعناصر الكيميائية الأخرى هو نشاطه الإشعاعي الطبيعي. تميل ذرات اليورانيوم إلى التغير بشكل مستقل مع مرور الوقت. وفي الوقت نفسه، تنبعث منها أشعة غير مرئية للعين البشرية. تنقسم هذه الأشعة إلى 3 أنواع - أشعة جاما وبيتا وألفا (انظر).

عندما تم اكتشاف العناصر المشعة في الجدول الدوري، توصل الإنسان في النهاية إلى استخدام لها. حدث هذا مع اليورانيوم. تم استخدامه للأغراض العسكرية والسلمية. تمت معالجة خام اليورانيوم، واستخدم العنصر الناتج في صناعة الطلاء والورنيش والزجاج. وبعد اكتشاف نشاطه الإشعاعي بدأ استخدامه في ما مدى نظافة هذا الوقود وصديقته للبيئة؟ هذا لا يزال قيد المناقشة.

اليورانيوم الطبيعي

لا يوجد اليورانيوم في الطبيعة في شكله النقي، بل هو أحد مكونات الخامات والمعادن. خامات اليورانيوم الرئيسية هي الكارنوتيت والبتشبلند. كما تم العثور على رواسب كبيرة من هذا المعدن الاستراتيجي في معادن الأرض النادرة والخث - الأورثيت، والتيتانيت، والزركون، والمونازيت، والزينوتيم. يمكن العثور على رواسب اليورانيوم في الصخور ذات البيئة الحمضية وتركيزات عالية من السيليكون. أصحابه هم الكالسيت، الجالينا، الموليبدينيت، الخ.

الودائع والاحتياطيات العالمية

حتى الآن، تم استكشاف العديد من الرواسب في طبقة 20 كيلومترا من سطح الأرض. وتحتوي جميعها على عدد كبير من أطنان اليورانيوم. يمكن لهذه الكمية أن تزود البشرية بالطاقة لمئات السنين القادمة. الدول الرائدة التي يوجد فيها خام اليورانيوم بكميات كبيرة هي أستراليا وكازاخستان وروسيا وكندا وجنوب إفريقيا وأوكرانيا وأوزبكستان والولايات المتحدة الأمريكية والبرازيل وناميبيا.

أنواع اليورانيوم

النشاط الإشعاعي يحدد خصائص العنصر الكيميائي. يتكون اليورانيوم الطبيعي من ثلاثة نظائر. اثنان منهم هم مؤسسو السلسلة المشعة. تُستخدم النظائر الطبيعية لليورانيوم في إنتاج الوقود اللازم للتفاعلات النووية والأسلحة. كما يُستخدم اليورانيوم 238 كمادة خام لإنتاج البلوتونيوم 239.

نظائر اليورانيوم U234 هي نويدات ابنة U238. يتم التعرف عليها على أنها الأكثر نشاطًا وتوفر إشعاعًا قويًا. نظير U235 أضعف بمقدار 21 مرة، على الرغم من استخدامه بنجاح للأغراض المذكورة أعلاه - فهو يتمتع بالقدرة على الدعم بدون محفزات إضافية.

بالإضافة إلى النظائر الطبيعية، هناك أيضا نظائر اليورانيوم الاصطناعية. يوجد اليوم 23 منها معروفة، أهمها U233. ويتميز بقدرته على التنشيط تحت تأثير النيوترونات البطيئة، أما الباقي فيتطلب جزيئات سريعة.

تصنيف خام

على الرغم من إمكانية العثور على اليورانيوم في كل مكان تقريبًا - حتى في الكائنات الحية - إلا أن الطبقات التي يوجد فيها يمكن أن تختلف من حيث النوع. تعتمد طرق الاستخراج أيضًا على هذا. يتم تصنيف خام اليورانيوم وفقا للمعايير التالية:

1. شروط التكوين - الخامات الداخلية والخارجية والمتحولة.
2. وطبيعة تمعدن اليورانيوم هي خامات اليورانيوم الأولية والمؤكسدة والمختلطة.
3. الحجم الكلي والحبيبي للمعادن - أجزاء خام خشنة ومتوسطة الحبيبات ودقيقة الحبيبات ودقيقة الحبيبات ومشتتة.
4. فائدة الشوائب - الموليبدينوم، الفاناديوم، الخ.
5. تكوين الشوائب هو كربونات، سيليكات، كبريتيد، أكسيد الحديد، كوستوبيوليت.

اعتمادًا على كيفية تصنيف خام اليورانيوم، هناك طريقة لاستخلاص العنصر الكيميائي منه. تتم معالجة السيليكات بأحماض مختلفة، ومحاليل الكربونات والصودا، ويتم إثراء الكاوستوبيوليت عن طريق الاحتراق، ويتم صهر أكسيد الحديد في الفرن العالي.

كيف يتم استخراج خام اليورانيوم؟

كما هو الحال في أي عمل تعدين، هناك تقنية وطرق معينة لاستخراج اليورانيوم من الصخور. يعتمد كل شيء أيضًا على النظير الموجود في طبقة الغلاف الصخري. يتم استخراج خام اليورانيوم بثلاث طرق. من الممكن اقتصادياً عزل عنصر من الصخور عندما يكون محتواه 0.05-0.5%. هناك طرق استخراج الألغام والمحاجر والترشيح. ويعتمد استخدام كل منها على تركيبة النظائر وعمق الصخر. يمكن استخراج خام اليورانيوم من محجر في الرواسب الضحلة. خطر التعرض للإشعاع هو الحد الأدنى. لا توجد مشاكل مع المعدات - يتم استخدام الجرافات والرافعات والشاحنات القلابة على نطاق واسع.

التعدين في المناجم أكثر تعقيدًا. يتم استخدام هذه الطريقة عندما يحدث العنصر على عمق يصل إلى 2 كيلومتر وتكون مربحة اقتصاديًا. يجب أن تحتوي الصخرة على نسبة عالية من اليورانيوم حتى تستحق التعدين. يوفر Adit أقصى قدر من الأمان، ويرجع ذلك إلى الطريقة التي يتم بها استخراج خام اليورانيوم تحت الأرض. يتم تزويد العمال بملابس خاصة وتكون ساعات العمل محدودة للغاية. المناجم مجهزة بمصاعد وتهوية محسنة.

الترشيح - الطريقة الثالثة - هي الأنظف من الناحية البيئية وسلامة موظفي شركة التعدين. يتم ضخ محلول كيميائي خاص من خلال نظام الآبار المحفورة. يذوب في التكوين ويتشبع بمركبات اليورانيوم. ثم يتم ضخ المحلول وإرساله إلى مصانع المعالجة. هذه الطريقة أكثر تقدمية، فهي تسمح لك بتقليل التكاليف الاقتصادية، على الرغم من وجودها خط كاملقيود.

الودائع في أوكرانيا

وتبين أن البلاد هي المالك المحظوظ لرواسب العنصر الذي يتم إنتاجها منه، ووفقا للتوقعات، تحتوي خامات اليورانيوم في أوكرانيا على ما يصل إلى 235 طنا من المواد الخام. حاليًا، تم تأكيد الرواسب التي تحتوي على حوالي 65 طنًا فقط. وقد تم بالفعل تطوير مبلغ معين. تم استخدام بعض اليورانيوم محليًا، وتم تصدير البعض الآخر.

يعتبر الوديعة الرئيسية هي منطقة خام اليورانيوم في كيروفوغراد. محتوى اليورانيوم منخفض - من 0.05 إلى 0.1% لكل طن من الصخور، وبالتالي فإن تكلفة المادة مرتفعة. ونتيجة لذلك، يتم تبادل المواد الخام الناتجة في روسيا بقضبان الوقود الجاهزة لمحطات الطاقة.

الوديعة الكبيرة الثانية هي نوفوكونستانتينوفسكوي. أتاح محتوى اليورانيوم الموجود في الصخر إمكانية تقليل التكلفة بمقدار مرتين تقريبًا مقارنة بكيروفوغراد. ومع ذلك، منذ التسعينيات، لم يتم تنفيذ أي تطور، فقد غمرت المياه جميع المناجم. وبسبب تدهور العلاقات السياسية مع روسيا، قد تُترك أوكرانيا بدون وقود

خام اليورانيوم الروسي

لتعدين اليورانيوم الاتحاد الروسيتحتل المركز الخامس بين دول العالم الأخرى. الأكثر شهرة وقوة هي Khiagdinskoye، Kolichkanskoye، Istochnoye، Koretkondinskoye، Namarusskoye، Dobrynskoye (جمهورية بورياتيا)، Argunskoye، Zherlovoye. في منطقة تشيتا، يتم استخراج 93٪ من جميع اليورانيوم الروسي المستخرج (بشكل أساسي عن طريق المحاجر وطرق المناجم).

الوضع مختلف قليلاً مع الودائع في بورياتيا وكورغان. يتم ترسيب خام اليورانيوم في روسيا في هذه المناطق بطريقة تسمح باستخراج المواد الخام عن طريق الترشيح.

في المجموع، من المتوقع وجود رواسب تبلغ 830 طنًا من اليورانيوم في روسيا، وهناك حوالي 615 طنًا من الاحتياطيات المؤكدة. هذه أيضًا رواسب في ياقوتيا وكاريليا ومناطق أخرى. وبما أن اليورانيوم مادة خام استراتيجية عالمية، فقد تكون الأرقام غير دقيقة، حيث أن الكثير من البيانات سرية ولا يمكن إلا لفئة معينة من الناس الوصول إليها.

خامات اليورانيوم (أ. خامات اليورانيوم؛ n. Uranerze؛ f. minerais uraniferes، minerais d"اليورانيوم؛ i. معادن اليورانيوم، معادن اليورانيوم) - التكوينات المعدنية الطبيعية التي تحتوي على اليورانيوم بهذه التركيزات والكميات والمركبات التي يتم فيها إنتاجه الصناعي مجدية اقتصاديا.

المعادن الخام الرئيسية: أكاسيد - اليورانينيت، قطران اليورانيوم، اليورانيوم الأسود؛ السيليكات - التابوت. تيتانات - برانيريت. سيليكات اليورانيل - اليورانوفان، بيتاورانوتيل؛ فانادات اليورانيل - كارنوتيت، تيويامونيت؛ فوسفات اليورانيل - أوتينيت، توربرنيت. بالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما يكون اليورانيوم الموجود في الخامات جزءًا من المعادن التي تحتوي على P وZr وTi وTh وTR (الفلوراباتيت واللوكوكسين والمونازيت والزركون والأورثيت والثوريانيت والدافيديت، وما إلى ذلك)، أو يكون في حالة ممتزة في المادة الكربونية.

عادة ما يتم تمييز خامات اليورانيوم: فائقة الثراء (أكثر من 0.3٪ U)، غنية (0.1-0.3٪)، عادية (0.05-0.10٪)، فقيرة (0.03-0.05٪)، وخارج الميزانية العمومية (0.01-0.03٪) ). كبيرة جدًا تشمل رواسب اليورانيوم باحتياطيات (ألف طن) تزيد عن 50 ، كبيرة - من 10 إلى 50 ، متوسطة - من 1 إلى 10 ، صغيرة - 0.2-1.0 وصغيرة جدًا - أقل من 0.2 .

تتنوع خامات اليورانيوم من حيث ظروف التكوين، وطبيعة حدوثها، وتركيبها المعدني، ووجود المكونات المرتبطة بها، وطرق تطويرها. تشمل خامات اليورانيوم الرسوبي (التخليقية الخارجية) رواسب الباليوجين من نوع الفوسفات العضوي (رواسب مخلفات عظام السمك المخصبة بـ U و TR) والتكتلات الحاملة لليورانيوم ذات حصاة الكوارتز في بداية عصر البروتيروزويك في مناطق بحيرة إليوت في كندا (مع Th، Zr، Ti)، Witwatersrand في جنوب أفريقيا (مع Au) وJacobina في البرازيل (مع Au). الخامات، كقاعدة عامة، عادية وفقيرة. من بين رواسب التسلل (اللاجينية الخارجية) هناك رواسب تسلل للتربة والخزان والشقوق. وأبرزها رواسب التابوت والشيرني من نوع التسلل بالسرير، حيث توجد خامات اليورانيوم في الصخور النفاذية للأحواض الارتوازية ويتم التحكم فيها عن طريق حدود مناطق أكسدة السرير. تكون رواسب الخام على شكل لفات (أجسام ممدودة على شكل هلال) أو عدسات. الخامات في الغالب عادية وفقيرة، ومعقدة أحيانًا مع Se، Re، Mo، V، Sc (رواسب المناطق القاحلة في CCCP، وايومنغ، النيجر).

من بين رواسب تسرب التربة، ذات الأهمية الصناعية، رواسب فحم اليورانيوم بشكل رئيسي، حيث يتموضع اليورانيوم والتمعدن المصاحب له في سطح الطبقات، على اتصال مع الرمال المؤكسدة، وكذلك الرواسب القريبة من السطح من خامات الكارنوتايت في "الكالكريت". و"الهايبكريت" (تكوينات التربة الكربونية والجبسية في الأودية القديمة النهرية) في أستراليا (رواسب ييليري) وناميبيا. تجاور هذه المجموعة رواسب اليورانيوم - البيتومين الطبقية في الصخور القارية والكربوناتية، حيث تتمثل المادة الخام في الكيرات المحتوية على البتشبلند والجمرة الخبيثة (رواسب حزام جرانت في الولايات المتحدة الأمريكية، وباناتا في رومانيا). يتم أحيانًا دمج هذه الكائنات الخام، جنبًا إلى جنب مع العناصر المتسربة، في رواسب من النوع "الحجر الرملي" (الخامات العادية والفقيرة). نظائرها المتحولة المحتملة هي رواسب منطقة خام فرانسفيل في الجابون، ومن بينها رواسب أوكلو الفريدة. الرواسب الحرارية المائية (درجة الحرارة اللاجينية المتوسطة إلى المنخفضة الذاتية) هي في الأساس عروق ومخزونات الأوردة، وفي كثير من الأحيان تكون شبيهة بالصفائح. وهي مقسمة إلى اليورانيوم الحقيقي (بما في ذلك عروق كربونات اليورانيوم)، والموليبدينوم - اليورانيوم (غالبًا مع Pb، As، Zn وغيرها من الكالكوفيليات)، والتيتانيوم - اليورانيوم، والفوسفور - اليورانيوم (مع Zr، Th). المعادن الخام الرئيسية: البتشبلند، الكوفينيتيت، البرانيريت (في خامات اليورانيوم والثوريوم)، الفلوراباتيت المحتوي على اليورانيوم (في خامات الفوسفور واليورانيوم). يتم تطوير سيليكات اليورانيل الثانوية وفوسفات اليورانيل وزرنيخات اليورانيل في مناطق الأكسدة. الخامات عادية وغنية. تشمل هذه المجموعة رواسب في الهياكل التكتونية البركانية والصخور السفلية لعدد من مناطق CCCP وجبال Ore وMassif Central وBeaverlodge وGreat Bear Lake في كندا والولايات المتحدة الأمريكية (Marysvale) وأستراليا (منطقتي Mount Isa وWestmoreland). . بجوار هذه المجموعة توجد رواسب ميتاسوماتية من النوع "غير المتوافق"، تم تحديدها في كندا (بحيرة رابيت، كي ليك، إلخ. مناطق الخام) وشمال أستراليا (منطقة نهر التمساح). وهي تتميز بالتحكم في التمعدن عن طريق الأسطح ذات عدم المطابقة الطبقية، والتشكل الشبيه بالصفائح أو العروق، ومحتويات اليورانيوم العالية بشكل غير عادي في الخامات (0، ن - ن٪). المعادن الخام الرئيسية: البتشبلند، اليورانينيت، الكوفينيتيت، البرانيريت. تم اكتشاف رواسب طبقية فريدة من الخامات المعقدة في أستراليا صناعة اليورانيوم.

في الثمانينات كانت خامات اليورانيوم التي تبلغ تكلفة تعدينها أقل من 80 دولارًا/كجم من اليورانيوم مربحة للتعدين. ويقدر إجمالي احتياطيات وموارد اليورانيوم، بما في ذلك الإمكانيات، في البلدان الرأسمالية الصناعية والنامية بنحو 14 مليون طن (بدون اليورانيوم المصاحب). وتتركز الاحتياطيات الرئيسية من خامات اليورانيوم (آلاف الأطنان) في هذه البلدان في أستراليا (465) وكندا (180) وجنوب أفريقيا والنيجر والبرازيل والولايات المتحدة الأمريكية (133) وناميبيا. حوالي 31% من إجمالي الاحتياطيات عبارة عن رواسب من النوع “غير المطابق”، و25% من النوع “الحجر الرملي”، و16% من التكتلات الحاملة لليورانيوم، و14% من النوع “البورفيري”، وغيرها.

وقد بلغ الإنتاج العالمي السنوي من مركزات اليورانيوم في هذه الدول عام 1988م 37.4 ألف طن من اليورانيوم. متوسط ​​السعر 30 دولارًا للكيلوغرام الواحد (أوائل عام 1989).