ما هو اليورانيوم؟
اليورانيوم هو عنصر كيميائي يرمز له بحرف U وعدده الذري هو 92. وهو فلز لونه أبيض يميل إلى الفضي يقع ضمن سلسلة الأكتينيدات في الجدول الدوري. تبدو القطعة الصافية منه قريبة من معدن الفضة أو الفولاذ ولكنها ثقيلة جداً نسبة إلى حجمها. تحوي ذرة اليورانيوم 92 بروتون و92 إلكترون، منها 6 إلكترونات تقع في أغلفة التكافؤ. يعتبر اليورانيوم عنصرًا متحللاً ذو نشاط إشعاعي واهن؛ وذلك لأن كل نظائره غير مستقرة في الطبيعة (تتراوح فترة عمر النصف لنظائر اليورانيوم الطبيعية الستة بين 69 سنة و4.5 مليار سنة، بدءًا من يورانيوم-233 وحتى يورانيوم-238). أكثر نظائر اليورانيوم شيوعًا هو يورانيوم-238 (الذي يحوي 146 نيوترون ويمثل ما يقرب من 99.3٪ من اليورانيوم المتواجد في الطبيعة) ويورانيوم-235 (الذي يحوي 143 نيوترونًا، وهو يمثل 0.7٪ وهى النسبة المتبقية من العنصر الطبيعي). يحتل اليورانيوم المركز الثاني بعد البلوتونيوم [1] في العناصر ذات الكتلة الذرية الأعلى (أو الأثقل وزنًا) والتي تواجدت في الطبيعة بصورة ابتدائية. وتبلغ كثافة اليورانيوم نحو 19.1 جرام/سنتيمتر مكعب في درجة حرارة الغرفة، أي أن 1 متر مكعب من اليورانيوم يزن نحو 19.1 طنا، وهو بذلك أعلى كثافة من الرصاص بحوالي 70٪، ولكنه أقل بقليل من الذهب أو التنغستن. يتواجد اليورانيوم طبيعيًا تكون بتركيزات منخفضة في التراب والصخور والماء تصل لبضعة أجزاء لكل مليون، ويتم استخلاصه تجاريًا من المعادن الحاوية له مثل اليورانينيت.
ولهذا يستخدم مفاعل الماء الخفيف يورانيوم مخصب، أي يورانيوم يحتوي على نسبة أعلى من اليورانيوم-235 تصل من 3% إلى 5 %. (ويسمي اليورانيوم المستهلك في عملية التخصيب يورانيوم منضب depleted uranium، حيث تنخفض فيه نسبة اليورانيوم-235 إلى نحو 07و0 %). وتعمل تلك ال 3% إلى 5 % من اليورانيوم-235 الموجودة في اليورانيوم المخصب على استمرار التفاعل في المفاعل والوصول إلى الحالة الحرجة .
يحتاج تخصيب اليورانيوم إلى بناء مصنع للتخصيب وهو أولا يتكلف مبالغ باهظة وثانيا يحتاج إلى تصريح في إطار المعاهدة الدولية لمنع انتشار السلاح النووي. وذلك لأنه يمكن تكبير المصنع بحيث ينتج ليس فقط يورانيوم مخصب بدرجة 5% وإنما أيضا بنسبة 90% من اليورانيوم-235 والذي تصنع منه القنابل الذرية.
ويمكن حل مشكلة التخصيب واليورانيوم المخصب باستخدام اليورانيوم الطبيعي الذي يحتوي على 7و0% يورانيوم-235 مع الماء الثقيل كمهدئ لسرعة النيوترونات، وهو لا يمتص النيوترونات بالدرجة التي يمتصها الماء. ولذلك يصلح الماء الثقيل إيضا للعمل في مفاعل استنسال لإنتاج البلوتونيوم أو الليثيوم وهي مواد تدخل في صناعة الأسلحة الذرية.
صمم المفاعل الكندي المسمى CANDU اختصارا ل CANada Deuterium Uranium reactor ليعمل بالماء الثقيل المضغوط كمهدئ واليورانيوم الطبيعي لإنتاج الطاقة الكهربائية من الطاقة النووية.