מהי העשרת אורניום?
-----------------------------------------------------------------------
אנו מכבדים זכויות יוצרים ועושים מאמץ לאתר את בעלי הזכויות בצילומים המגיעים לידינו. אם זיהיתם בפרסומינו צילום שיש לכם זכויות בו, אתם רשאים לפנות אלינו ולבקש לחדול מהשימוש באמצעות כתובת המייל: rentatar@gmail.com - שלחו כאן אימייל
תוכן עניינים
תהליך העשרת אורניום, הליך מורכב המגביר את ריכוז האיזוטופ אורניום-235, חיוני לייצור אנרגיה גרעינית אך טומן בחובו גם פוטנציאל הרסני.
המדע שמאחורי האנרגיה הגרעינית: הבנת העשרת אורניום
אורניום, יסוד רדיואקטיבי המצוי בטבע, מהווה את חומר הגלם העיקרי בתעשיית הגרעין. אולם, כדי לנצל את פוטנציאל האנרגיה האצור בו, נדרש תהליך מיוחד המכונה העשרת אורניום. בתצורתו הטבעית, אורניום מורכב בעיקר משני איזוטופים עיקריים: אורניום-238, המהווה כ-99.27% מהמסה, ואורניום-235, המהווה כ-0.72% בלבד. איזוטופ אורניום-235 הוא בעל חשיבות מכרעת, שכן הוא היחיד מבין האיזוטופים הטבעיים המסוגל לעבור תגובת ביקוע גרעיני בתנאים מסוימים, כלומר להתפצל כאשר הוא פוגש בנייטרון, ולשחרר כמות אדירה של אנרגיה. תהליך העשרת האורניום הוא למעשה תהליך הפרדה איזוטופית, שמטרתו להגדיל באופן מלאכותי את ריכוז האיזוטופ אורניום-235 בתערובת. הפרדה זו חיונית הן לייצור דלק עבור כורים גרעיניים המפיקים חשמל, והן, ברמות העשרה גבוהות בהרבה, לפיתוח כלי נשק גרעיניים. הבנת תהליך זה והשלכותיו היא מפתח להבנת הסוגיות הגלובליות הקשורות בתוכניות גרעין אזרחיות וצבאיות.
כיצד מתבצע תהליך העשרת אורניום?
העשרת אורניום היא משימה טכנולוגית מורכבת במיוחד, שכן ההבדל במסה בין אורניום-235 לאורניום-238 הוא מזערי – פחות מאחוז אחד. כדי להתגבר על קושי זה, תהליך ההפרדה מבוצע פעמים רבות ברצף, במערכים המכונים “קסקדות”. קיימות מספר שיטות עיקריות להעשרת אורניום, כאשר הנפוצות והיעילות ביותר כיום הן:
-
צנטריפוגות גז: זוהי השיטה הנפוצה ביותר כיום. בתהליך זה, אורניום גזי (בדרך כלל בצורת אורניום שש פלואוריד, UF6) מוזרם לתוך גלילים גדולים המסתובבים במהירות עצומה – עד עשרות אלפי סיבובים בדקה. הכוח הצנטריפוגלי הנוצר גורם לאיזוטופים הכבדים יותר (אורניום-238) לנוע אל דפנות הגליל, בעוד שהאיזוטופים הקלים יותר (אורניום-235) נשארים קרוב למרכז. החומר המועשר מעט נאסף, ומועבר לצנטריפוגה הבאה בשרשרת, וכך בתהליך רב-שלבי מושגת רמת העשרה רצויה. בניית ותפעול צנטריפוגות דורשים דיוק טכנולוגי גבוה ביותר.
-
דיפוזיה גזית: שיטה זו, שהייתה נפוצה בעבר ובשימוש בפרויקט מנהטן, מבוססת על העובדה שגזים המכילים מולקולות קלות יותר נוטים להתפזר (דיפוזיה) מהר יותר דרך ממברנות נקבוביות. אורניום גזי מועבר דרך סדרה ארוכה של מחסומים נקבוביים. בכל שלב, האורניום-235 הקל יותר עובר מהר יותר, וכך לאורך אלפי שלבים מושגת העשרה הדרגתית. שיטה זו דורשת כמות אנרגיה עצומה והיא פחות יעילה מצנטריפוגות מודרניות.
לפני הכניסה למתקני ההעשרה, עפרת האורניום הגולמית, הנכרתת מהאדמה ומכילה אחוזים בודדים של אורניום, עוברת תהליך עיבוד ראשוני. היא מטוהרת ומומרת ל”עוגה צהובה” (תחמוצת אורניום), ומשם לחומר גזי (UF6) המתאים לתהליך ההעשרה עצמו.
למה משמש אורניום מועשר?
אורניום מועשר משמש למגוון רחב של יישומים, כאשר העיקריים שבהם הם:
-
ייצור חשמל בכורים גרעיניים: רוב הכורים הגרעיניים האזרחיים בעולם, המשמשים להפקת חשמל, דורשים דלק גרעיני המועשר ברמה נמוכה, בדרך כלל בין 3% ל-5% אורניום-235. ברמה זו, תגובת השרשרת הגרעינית נשלטת ומתקיימת באופן יציב ובטוח, ומשחררת אנרגיה תרמית המנוצלת לייצור חשמל. השימוש באנרגיה גרעינית נחשב למקור אנרגיה דל פחמן, אך הוא מעורר חששות בנוגע לבטיחות ותיקון פסולת רדיואקטיבית.
-
פיתוח נשק גרעיני: זהו היישום השנוי במחלוקת והמסוכן ביותר. לצורך ייצור פצצת אטום, נדרשת רמת העשרה גבוהה מאוד – בדרך כלל מעל 90% אורניום-235, מה שמכונה “אורניום מועשר ברמה גבוהה מאוד” (Highly Enriched Uranium – HEU). ברמה זו, ניתן להגיע ל”מסה קריטית” קטנה יחסית, שתאפשר תגובת שרשרת גרעינית בלתי נשלטת שתשחרר כמות אדירה של אנרגיה הרסנית. הפוטנציאל הכפול של העשרת אורניום, הן לצרכים אזרחיים והן לצרכים צבאיים, הוא הליבה של מאמצי הפיקוח הבינלאומיים ומערכת האמנות למניעת הפצת נשק גרעיני.
שאלות נפוצות על העשרת אורניום
ש: מהו ההבדל המהותי בין אורניום-235 לאורניום-238? ת: ההבדל העיקרי בין איזוטופים אלה טמון במספר הנייטרונים שבגרעינם, מה שיוצר הבדל מזערי במסה. אורניום-235 מכיל 143 נייטרונים, בעוד שאורניום-238 מכיל 146 נייטרונים. הבדל זה הופך את אורניום-235 לאיזוטופ “בקיע” – כלומר, מסוגל לעבור ביקוע גרעיני בתגובת שרשרת כאשר הוא נחשף לנייטרון, בעוד שאורניום-238 אינו בקיע באותם תנאים. הבדל זה, על אף היותו קטן, הוא מהותי ליישומים גרעיניים.
ש: כמה אורניום מועשר דרוש ליצירת פצצת אטום? ת: הכמות המדויקת של אורניום מועשר הדרושה לפצצת אטום משתנה בהתאם לעיצוב הפצצה ולרמת ההעשרה. עם זאת, הערכות הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה אטומית (סבא”א) מצביעות על כך שכ-25 קילוגרם של אורניום המועשר לרמה של 90% מספיקים באופן תיאורטי לייצור מטען גרעיני אחד. ברמות העשרה נמוכות יותר (לדוגמה 60%), הכמות הנדרשת גדלה משמעותית. מדינות שונות צוברות לעיתים מלאים של אורניום ברמות העשרה שונות, כאשר המעבר מ-60% ל-90% נחשב ל”צעד טכני” קצר יחסית.
ש: אילו סיכונים סביבתיים כרוכים בתהליך העשרת אורניום? ת: תהליך העשרת אורניום, כמו כל שלב במחזור הדלק הגרעיני, מלווה בסיכונים סביבתיים פוטנציאליים. אלה כוללים שחרור חומרים רדיואקטיביים לאוויר ולמים אם אין פיקוח קפדני, וכן יצירת פסולת רדיואקטיבית. הפסולת העיקרית מתהליך ההעשרה היא “אורניום מדולדל” (depleted uranium), המורכב בעיקר מאורניום-238. למרות שרדיואקטיביותו נמוכה יותר מאורניום טבעי, הוא עדיין דורש טיפול ואחסון בטוחים לטווח ארוך. תאונות במתקני העשרה עלולות להוביל לחשיפה לקרינה ולזיהום סביבתי, ולכן נדרשים אמצעי בטיחות קפדניים ורגולציה מחמירה.
הפיקוח הבינלאומי והשפעותיו הגלובליות
הפוטנציאל הדואלי של העשרת אורניום – כמקור לאנרגיה נקייה מחד וכחומר גלם לנשק גרעיני מאידך – הפך אותו לנושא מרכזי על סדר היום הבינלאומי. הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה אטומית (סבא”א) היא הגוף המרכזי האחראי על פיקוח ובקרה על תוכניות גרעין אזרחיות ברחבי העולם, במטרה למנוע הפצה של ידע וטכנולוגיה גרעינית לייצור נשק. הסכם אי-הפצת נשק גרעיני (NPT) מחייב מדינות שחתמו עליו להימנע מפיתוח נשק גרעיני בתמורה לסיוע בטכנולוגיה גרעינית אזרחית.
עם זאת, מדינות מסוימות, כדוגמת איראן, ממשיכות לפתח יכולות העשרת אורניום המעוררות חשש בקרב הקהילה הבינלאומית, בעיקר בשל רמות ההעשרה הגבוהות אליהן הן שואפות להגיע. פיקוח על מתקני העשרה, הטמעה של טכנולוגיות ניטור מתקדמות, וסנקציות כלכליות הם רק חלק מהכלים שבהם נעשה שימוש כדי למנוע ממדינות להגיע ליכולת ייצור נשק גרעיני. נושא העשרת האורניום נותר אפוא בלב הדיון הגלובלי על ביטחון בינלאומי, יציבות אזורית ומאזן הכוחות בין מעצמות. ההתפתחויות הטכנולוגיות בתחום זה, לצד השינויים הגיאופוליטיים, ממשיכות לעצב את המאמצים לשמירה על עולם בטוח יותר.
