يورانيوم

استخدامه قبل اكتشافه

يعود استخدام اليورانيوم في شكل أكسيده الطبيعي إلى عام 1979 م على الأقل، عندما تم استخدامه لإضافة لون أصفر إلى الخزف. عُثر على زجاج أصفر مع 1٪ من أكسيد اليورانيوم في فيلا رومانية في كيب بوسيليبو في خليج نابولي في إيطاليا بواسطة ر. ت. غونتر من جامعة أكسفورد  في عام 1912. وبدءًا من أواخر العصور الوسطى، استخرج اليورانيت من مناجم هابسبورغ الفضة في جواكيمهستال ببوهيميا والتي تُعرف الآن بياخيموف في جمهورية التشيك، وكان يستخدم كعامل تلوين في صناعة الزجاج المحلي. في أوائل القرن التاسع عشر، كانت هذه هي المصادر الوحيدة المعروفة عالميًا لخام اليورانيوم.

اكتشافه

اكتشف أنطوان هنري بيكريل ظاهرة اضمحلال النشاط الإشعاعي من خلال تعريض لوح فوتوغرافي لليورانيوم في عام 1896.
يرجع الفضل في اكتشاف هذا العنصر إلى الكيميائي الألماني مارتن هاينريش كلابروث بينما كان يعمل في مختبره التجريبي في برلين في عام 1789. كان كلابروث قادرًا على تخليق مركب أصفر من المحتمل أن يكون ثنائي يورانات الصوديوم عن طريق إذابة اليورانينيت في حمض النيتريك وتحييد المحلول مع هيدروكسيد الصوديوم. افترض كلابروث أن المادة الصفراء كانت عبارة عن أكسيد لعنصر لم يتم اكتشافه بعد، وقام بتسخينه بفحم للحصول على مسحوق أسود، والذي كان يعتقد أنه المعدن المكتشف حديثًا بحد ذاته. كان المسحوق في الواقع عبارة عن أكسيد لليورانيوم. سُمى العنصر المكتشف حديثًا على اسم كوكب أورانوس الذي سُمي على اسم إله السماء اليوناني أورانوس، والذي تم اكتشافه قبل ثماني سنوات على يد ويليام هيرشل.
في عام 1841، قام أوجين ملكيور بيليجوت  أستاذ الكيمياء التحليلية في المعهد الوطني للفنون والآداب في باريس، بعزل أول عينة من معدن اليورانيوم عن طريق تسخين رابع كلوريد اليورانيوم مع البوتاسيوم.
اكتشف هنري بيكريل اضمحلال النشاط الإشعاعي باستخدام اليورانيوم في عام 1896. جعل بيكريل هذا الاكتشاف في باريس من خلال ترك عينة من ملح اليورانيوم وكبريتات يورانيل البوتاسيوم على قمة لوح فوتوغرافي غير ظاهر في الدرج، مشيرًا إلى أن اللوحة أصبحت "ملطخة". وقرر أن أحد أشكال الضوء أو الأشعة غير المرئية المنبعثة من اليورانيوم قد كشف عن الصفيحة.

بحوث الانشطار

لاحظ فريق بقيادة إنريكو فيرمي في عام 1934 أن قذف اليورانيوم بالنيوترونات ينتج اضمحلال أشعة بيتا مما ينتج عنه اتشطار الإلكترون أو البوزيترون من العناصر المنتجة. في البداية، سُمّي منتج الانشطار خطءًا بعناصر جديدة ذات أرقام ذرية 93 و94، حيث قام عميد كلية روما أورسو ماريو كوربينو بتسمية العنصرين بالأوديوم والهسبيريوم على التوالي. أدت التجارب التي أجراها أوتو هان وفريتز شتراسمان في مختبر هان في برلين إلى اكتشاف قدرة اليورانيوم على الانشطار إلى عناصر أخف وزنًا وإصدار طاقة كبيرة. نشرت ليز مايتنر وابن أختها الفيزيائي أوتو روبرت فريش التفسير المادي في فبراير 1939 وأطلقوا عليه اسم الانشطار النووي. وبعد فترة وجيزة، افترض فيرمي أن انشطار اليورانيوم قد يطلق ما يكفي من النيوترونات للحفاظ على التفاعل الانشطاري. وجاء تأكيد هذه الفرضية في عام 1939، حيث وُجد  في وقت لاحق أن ما يقرب من 2.5 نيوترون يتم تحريرها عن طريق انشطار كل ذرة من اليورانيوم -235. حثّ فيرمي ألفريد أو سي نير على فصل نظائر اليورانيوم من أجل تحديد العنصر القابل للانشطار. وفي 29 فبراير 1940، استخدم نير أداة صنعها في جامعة مينيسوتا لفصل أول عينة في العالم من اليورانيوم -235 في العالم في مختبر تيت. بعد إرسال المسرع دوراني بالبريد إلى جامعة كولومبيا، أكد جون دانينج أن العينة هي المادة الانشطارية المعزولة في 1 مارس. ووجد المزيد من العمل أن نظير اليورانيوم 238 الأكثر شيوعًا يمكن أن يتحول نوويًا إلى البلوتونيوم والذي يعتبر قابل للانشطار أيضًا بالنيترونات الحرارية مثل اليورانيوم -235. أدت هذه الاكتشافات في دول عديدة لبدء العمل على تطوير الأسلحة النووية والطاقة النووية.
في 2 كانون الأول/ديسمبر 1942، كجزء من مشروع مانهاتن، تمكن فريق آخر بقيادة إنريكو فيرمي من البدء في أول تفاعل نووي متسلسل شيكاغو بايل -1 كخطة مبدئية باستخدام اليوارنيوم المخصب. تم التخلي عن خطة مبدئية تستخدم اليورانيوم 235 المخصب حيث لم يكن متوفرًا بعد بكميات كافية. عمل الفريق في معمل ستاغ فيلد في جامعة شيكاغو، حيث أنشأ الظروف اللازمة لمثل هذا التفاعل بتكديس 400 طن من الجرافيت و58 طنًا قصيرًا (53 طنًا متريًا) من أكسيد اليورانيوم، وستة أطنان قصيرة (5.5 طن متري) من معدن اليورانيوم، تم تزويد غالبيتها من قبل مصنع ويستنجهاوس لامب في عملية إنتاج مؤقتة.

الأسلحة النووية

تم تطوير نوعين رئيسيين من القنابل الذرية من قبل الولايات المتحدة خلال الحرب العالمية الثانية: جهاز قائم على اليورانيوم يحمل الاسم الرمزي قنبلة الولد الصغير والذي كانت مادته الانشطارية عبارة عن يورانيوم عالي التخصيب، و جهاز قائم على البلوتونيوم يجمل الاسم الرمزي قنبلة الرجل البدين حيث اشتُق البلوتونيوم من اليورانيوم 238. أصبحت قنبلة الولد الصغير القائمة على اليورانيوم أول سلاح نووي ُيستخدم في الحرب عندما تم تفجيره فوق مدينة هيروشيما ايابانية في 6 أغسطس عام 1945. انفجرت بقوة تعادل 12500 طن من مادة تي إن تي، دمر الانفجار والموجة الحرارية للقنبلة ما يقرب من 50000 مبنى وقتل ما يقرب من 75000 شخص (انظر القصف الذري لهيروشيما وناغازاكي).  كان يُعتقد في البداية أن اليورانيوم نادر الوجود نسبيًا، وأنه يمكن تجنب انتشار الأسلحة النووية ببساطة عن طريق شراء جميع مخزونات اليورانيوم المعروفة، ولكن خلال عقد من الزمن تم اكتشاف رواسب كبيرة منه في العديد من الأماكن حول العالم.

المفاعلات

صُمم مفاعل جرافيت X-10 النووي في مختبر أوك ريدج الوطني في أوك ريدج بولاية تينيسي، وكان يُعرف في السابق باسم كلينتون بايل، وكان أول مفاعل تم تصميمه وصنعه للتشغيل المستمر. أصبح مختبر أرجون الوطني للمفاعل النووي التجريبي الأول الموجود في محطة اختبار المفاعلات الوطنية التابعة للجنة الذرية للطاقة بالقرب من أركو بولاية أيداهو أول مفاعل نووي لإنتاج الكهرباء في 20 ديسمبر 1951. في البداية، قام المفاعل بإضاءة أربعة مصابيح إضاءة بقدرة 150 واط، لكن مكنته التحسينات في نهاية المطاف من تشغيل المرفق بأكمله. أصبحت مدينة أركو في وقت لاحق أول مدينة في العالم تحصل على كل طاقتها الكهربائية من الطاقة النووية المتولدة بواسطة مفاعل بوراكس3 BORAX-III، وهو مفاعل آخر تم تصميمه وتشغيله بواسطة مختبر أرجون الوطني. بدأت محطة توليد الطاقة النووية الأولى في العالم في أوبنينسك في الاتحاد السوفييتي، بتوليد الطاقة النووية من مفاعلها AM-1 في 27 يونيو 1954. شملت محطات الطاقة النووية المبكرة الأخرى في مجمع سيلافيلد النووي في إنجلترا التي بدأت العمل في 17 أكتوبر 1956، ومحطة الطاقة النووية في ميناء شيبينغورت في بنسلفانيا، والتي بدأت العمل في 26 مايو 1958. استُخدمت الطاقة النووية لأول مرة للدفع بواسطة غواصة يو إس إس نوتيلوس في عام 1954.

تاريخ ما قبل الانشطار الطبيعي

المقال الرئيسي: مفاعل أوكلو
في عام 1972، اكتشف الفيزيائي الفرنسي فرانسيس بيرين خمسة عشر مفاعلًا نوويًا نوويًا طبيعيًا قديمًا لم يعودوا نشطين في منجم أوكلو في الغابون بغرب إفريقيا، والمعروفة بشكل جماعي باسم مفاعلات أوكلو. تبلغ قيمة الوديعة الخام 1.7 مليار سنة ويشكل اليورانيوم 235 حوالي 3 ٪ من إجمالي اليورانيوم على الأرض. تعتبر تلك الكمية كبيرة بما يكفي للسماح بحدوث تفاعل نووي متسلسل، بشرط وجود شروط داعمة أخرى. وقد أشارت الحكومة الفيدرالية الأمريكية إلى قدرة الرواسب المحيطة لاحتواء المخلفات الإشعاعية النووية كأدلة داعمة لجدوى تخزين الوقود النووي المستنفد في مستودع نفايات جبل يوكا النووي.

التلوث وتراث الحرب الباردة

أدت التجارب النووية التي قام بها الاتحاد السوفييتي والولايات المتحدة في الخمسينات وأوائل الستينيات وفرنسا في السبعينات والثمانينات إلى نشر كمية كبيرة من التهاطل النووي من نظائر اليورانيوم حول العالم. وقع المزيد من التلوث من عدة حوادث نووية وإشعاعية.
بزداد معدل الإصابة بالسرطان بين عمال مناجم اليورانيوم. فعلى سبيل المثال، تم توثيق زيادة خطر الإصابة بسرطان الرئة بين عمال المناجم في نافاجو، وربط ذلك بمهنتهم. فُرض قانون تعويض التعرض للإشعاع، وهو قانون أُنشأ في عام 1990 في الولايات المتحدة الأمريكية، 100000 دولار كتعويض مادي إلى عمال مناجم اليورانيوم المشخصين بالسرطان أو أمراض الجهاز التنفسي الأخرى.
خلال الحرب الباردة  بين الاتحاد السوفييتي والولايات المتحدة، تم تكديس مخزونات ضخمة من اليورانيوم وعُثر على عشرات الآلاف من الأسلحة النووية باستخدام اليورانيوم المخصب والبلوتونيوم المصنوع من اليورانيوم. منذ تفكك الاتحاد السوفياتي في عام 1991، تم تخزين ما يقدر بـ 600 طن قصير (540 طن متري) من اليورانيوم عالي التخصيب المستخدم في صنع الأسلحة (وهو ما يكفي لصنع 40.000 رأس حربي نووي) في مرافق غالًبا ما كانت  خاضعة لحراسة غير كافية في الاتحاد الروسي والعديد من الدول السوفيتية السابقة الأخرى. واعترضت الشرطة في آسيا وأوروبا وأمريكا الجنوبية في 16 مناسبة على الأقل في الفترة من 1993 إلى 2005 على شحنات اليورانيوم أو البلوتونيوم المستخرج من القنابل ومعظمها من مصادر سوفييتية سابقة. ومن عام 1993 إلى عام 2005، أنفق برنامج حماية المواد والمراقبة والمحاسبة الذي تديره الحكومة الفيدرالية للولايات المتحدة حوالي 550 مليون دولار أمريكي للمساعدة في حماية مخزون اليورانيوم والبلوتونيوم في روسيا. استُخدمت هذه الأموال للتحسينات الأمنية في مرافق البحث والتخزين. وذكرت مجلة ساينتفيك أمريكان في فبراير / شباط 2006 أنه في بعض المرافق، تألف الأمن من أسوار متصلة بالسلسلة والتي كانت في حالة سيئة للغاية. ووفقًا لإحدى المقالات، كان أحد المرافق  يخزن عينات من اليورانيوم المخصب لصنع الأسلحة في خزانة مكنسة قبل مشروع التحسين. وكان آخر يتابع مخزونه من الرؤوس الحربية النووية باستخدام بطاقات فهرسة محفوظة في صندوق الأحذية.

فترة نصف العمر

عنصر اليورانيوم ذو نشاط إشعاعي، إذ أن ذراته تتفتت ببطء مطلقة طاقة في شكل إشعاع حيث تبلغ فترة نصف العمر له حوالي 4.9 × ⁷10 سنة بالنسبة إلى (نظير ذري 235)، وحوالي 4.50 × ⁹10 سنة بالنسبة إلى (نظير ذري 238).
في حالة استخدام اليورانيوم في الأغراض السلمية يجب أن لا تتعدى نسبة اليورانيوم المخصب عن 4%. وعامل التحفيز النيوتروني يجب أن يكون أقل من الواحد
أما في حالة استخدامه في الحالات التفجيرية يجب أن يصل نسبة اليورانيوم المخصب إلى 80% وعامل التحفيز النيتروني يجب أن يكون أكبر من الواحد، حيث إن عامل التحفيز النيتروني هو عدد النيترونات المستخدمة في إنشاء سلسلة التفاعلات "chain reaction" في المفاعل النووي.

الإمارات

توجد خامات معدن اليورانيوم بدولة الإمارات العربية المتحدة بمدينة العين في منطقة (عين الفايضة) التي تبعد 15 كيلومترا جنوب مدينة العين، وكذلك في (جبل حفيت).

السعودية

في المملكة العربية السعودية اكتشف اليورانيوم في صخور الجرانيت عند (جبل صايد) و(الصواوين) و(الحوية) و(جبل عابد) ومنطقة (قامة) و(القريات و(غريبة)

الجزائر

عرف وجود اليورانيوم في شمال الجزائر عند (أويليس) و(جبل فلفلة) و(جبل عنق) و(البيمة) و(تيمجاوين)

التعرض البشري

يمكن أن يتعرض الشخص لليورانيوم أو نواتج اضمحلاله المشعة مثل الرادون عن طريق استنشاق الغبار في الهواء أو عن طريق تناول الماء والغذاء الملوثين. عادةً ما تكون كمية اليورانيوم في الهواء صغيرة جدًا. ومع ذلك، يكون الأشخاص الذين يعملون في المصانع التي تصنع الأسمدة الفوسفاتية، أو يعيشون بالقرب من المرافق الحكومية التي صنعت الأسلحة النووية، أو يعيشون أو يعملون بالقرب من ساحة معركة حديثة حيث تم استخدام أسلحة اليورانيوم المخصب أو يعيشون أو يعملون بالقرب من فحم حجري، أو المرافق التي تقوم بتعدين أو معالجة خام اليورانيوم، أو تخصيب اليورانيوم من أجل وقود المفاعلات، أكثر عُرضةً للتعرض المتزايد لليورانيوم. قد يكون للبيوت أو المنشآت التي تقبع فوق رواسب اليورانيوم (سواء ترسبات طبيعية أو من صنع الإنسان) أكثر عُرضةً للتعرض لغاز الرادون. حددت إدارة السلامة والصحة المهنية OSHA حد التعرض المسموح به للتعرض اليورانيوم في مكان العمل بمقدار 0.25 مغ / متر مكعب خلال 8 ساعات عمل. وضع المعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية NIOSH حد التعرض الموصى به  بمقدار 0.2 مجم / متر مكعب خلال يوم عمل لمدة 8 ساعات وحد قصير الأجل من 0.6 ملغم / متر مكعب. وعند مستويات 10 ملغم / متر مكعب، يشكل اليورانيوم خطرًا على الحياة والصحة.
يفرز معظم اليورانيوم المبتلع أثناء عملية الهضم. ويُمتص 0.5٪ فقط عند ابتلاع أشكال غير قابلة للذوبان من اليورانيوم مثل أكسيده، في حين يمكن أن يصل امتصاص أيون اليورانيل القابل للذوبان إلى 5٪. ومع ذلك، تميل مركبات اليورانيوم القابلة للذوبان إلى المرور بسرعة عبر الجسم، في حين تشكل مركبات اليورانيوم غير القابلة للذوبان وخاصةً عند استنشاقها عن طريق الغبار في الرئتين  خطرًا أكثر بكثير. بعد دخول مجرى الدم، يميل اليورانيوم الممتص إلى التراكم الحيوي ويظل لسنوات عديدة في النسيج العظمي بسبب تقارب اليورانيوم في الفوسفات. لا يتم امتصاص اليورانيوم من خلال الجلد، ولا تستطيع جسيمات ألفا التي يطلقها اليورانيوم اختراق الجلد.
ينتج اليورانيوم المدمج أيونات اليورانيل، والتي تتراكم في العظام والكبد والكلى والأنسجة التناسلية. يمكن تطهير اليورانيوم من السطوح الفولاذية وطبقات المياه الجوفية.