ثاني أكسيد اليورانيوم

في الكيمياء إن مركب ثاني أكسيد اليورانيوم عبارة عن مركب كيميائي غير عضوي، يتكون من عنصر الأكسجين وعنصر اليورانيوم، يمتلك الصيغة الجزيئية التالية: (UO2)، يتواجد على شكل بلورات مكعبة بنية اللون، وهو الشكل الذي يستخدم فيه اليورانيوم بشكل شائع كوقود للمفاعلات النووية، يمتلك نقطة انصهار مقدارها 2500 درجة مئوية، وكثافة مقدارها 10.96 جم لكل سم مكعب، وهو غير قابل للذوبان في الماء، ولكنه قابل للذوبان في كلا من حامض النيتريك وحمض الكبريتيك المركز.

ثاني أكسيد اليورانيوم

• إن من أكثر أشكال أكسيد اليورانيوم شيوعًا وانتشارا هي ثلاثي أكسيد ثلاثي اليورانيوم (U3O8) وثاني أكسيد اليورانيوم (UO2)، كلا شكلي الأكسيد عبارة عن مواد صلبة ذات قابلية منخفضة للذوبان في الماء وهي مستقرة نسبيًا على نطاق واسع من الظروف البيئية، حيث أن ثلاثي أكسيد ثلاثي اليورانيوم (U3O8) هو يعد أكثر أشكال اليورانيوم استقرارًا وهو الشكل الأكثر شيوعًا في الطبيعة.

• أما مركب ثاني أكسيد اليورانيوم (UO2) فهو عبارة عن الشكل الذي يتم استخدام اليورانيوم فيه  بشكل شائع كوقود للمفاعلات النووية، أما في درجات الحرارة المحيطة فإنه يتحول ثاني أكسيد اليورانيوم تدريجياً إلى مركب ثاني أكسيد الكبريت، ونظرًا لاستقرارها فإنه تعتبر أكاسيد اليورانيوم بشكل عام الشكل الكيميائي المفضل للتخزين أو التخلص.

• ثاني أكسيد اليورانيوم (UO2)، هو أحد أكاسيد اليورانيوم، يُعرف أيضًا باسم اليورانيا أو أكسيد اليورانيك وباسم أكسيد اليورانيوم الرباعي أيضا وأكسيد اليورانيوم (IV)، وهو عبارة عن مسحوق بلوري أسود بني ومشع، يحدث بشكل طبيعي في معدن اليورانيت، وإذا تم إنتاجه من اليورانيوم المخصب فإنه يستخدم في قضبان الوقود النووي في المفاعلات النووية.

• يستخدم خليط من ثاني أكسيد اليورانيوم وثاني أكسيد البلوتونيوم كوقود موكس، وقبل عام 1960 ميلادي، تم استخدامه باللونين الأصفر والأسود في الزجاج والزجاج الخزفي، وكما ذكر سابقا فإن مركب ثاني أكسيد اليورانيوم يظهر في معدن اليورانيت، ومن الممكن أن يتم الحصول على الأكسيد المنقى من اليورانيت بعد التنقية.

• ومع ذلك فإنه يتم أيضًا استرداد المواد التجارية من مصادر اليورانيوم الأخرى، ويتم الحصول على ثاني أكسيد اليورانيوم كمادة وسيطة أثناء إنتاج معدن اليورانيوم، نترات اليورانيل (UO2(NO3)2)، التي يتم الحصول عليها من هضم اليورانيت المعدني أو البتشبلند مع حامض النيتريك المركز والمفصولة عن طريق الاستخلاص بالمذيبات، يتم اختزالها عن طريق استخدام غاز الهيدروجين عند درجات حرارة عالية من أجل إنتاج ثاني أكسيد.

• إن ثاني أكسيد اليورانيوم خطر، إذ أن هناك مخاطر إشعاع عالية، يشتعل تلقائيًا في شكل مقسم بدقة، ويتم إنتاج ثاني أكسيد اليورانيوم من خلال اختزال مركب ثالث أكسيد اليورانيوم (UO3) باستخدام غاز الهيدروجين، ويتم ذلك تبعا للتفاعل الكيميائي التالي، (علما أنه يحدث هذا التفاعل عند 700 درجة مئوية (ما يساوي 970 كلفن)):

UO3 + H2 → UO2 + H2O

• يشارك هذا التفاعل في إعادة معالجة الوقود النووي وتخصيب اليورانيوم للوقود النووي، وأكسيد اليورانيوم (IV) هو شكل بلوري (أو بيليه) يستخدم من أجل تعبئة قضبان الوقود النووي.

خصائص ثاني أكسيد اليورانيوم

• إن ثاني أكسيد اليورانيوم ويعرف بأكسيد اليورانيوم الرباعي (UO2) هو الشكل الذي يستخدم فيه اليورانيوم بشكل شائع كوقود للمفاعلات النووية، وهو عبارة عن سيراميك مستقر من الممكن أن يتم تسخينه حتى درجة انصهاره أي تقريبًا 5212 درجة فهرنهايت (2878 درجة مئوية)، دون حدوث تلف ميكانيكي خطير.

• لا يتفاعل ثاني أكسيد اليورانيوم  مع الماء إلى أي مستوى مهم، في درجات الحرارة المحيطة، يتحول ثاني أكسيد اليورانيوم تدريجياً إلى ثانى أكسيد الكبريت، تبلغ الكثافة الظاهرية له 2.0 – 5.0 جم لكل سم مكعب اعتمادًا على العملية المستخدمة في الإنتاج، أما كثافة جزيئاته 10.96 جم لكل سم مكعب.

• ثاني أكسيد اليورانيوم المعروف أيضًا باسم الكعكة الصفراء، له الصيغة الجزيئية لـ (UO2)، هو مسحوق بني إلى أسود أو بلورات مكعبة سوف يشتعل ثاني أكسيد اليورانيوم تلقائيًا في الهواء الساخن ويحترق ببراعة، كما أنه سوف يتحول ببطء إلى مركب (U3O8) في الهواء عند درجة الحرارة المحيطة، ومن الممكن تحسين استقراره في الهواء عن طريق تلبيد المسحوق في الهيدروجين.

• ثاني أكسيد اليورانيوم بلورة سوداء غير قابلة للذوبان في الماء، له خطر إشعاع كبير ويشتعل تلقائيًا في شكل مقسم بدقة، يتم استخدامه لتعبئة قضبان الوقود النووي للمفاعلات النووية، وهو غير قابل للذوبان في الماء، لكنه قابل للذوبان في حامض النيتريك وحمض الكبريتيك المركز.

ثاني أكسيد اليورانيوم في الكيمياء

• بنية ثاني أكسيد اليورانيوم: هو عبارة عن مادة صلبة ذات بنية متساوية (لها نفس بنية) الفلوريت (فلوريد الكالسيوم)، بالإضافة إلى ذلك، فإن ثاني أكسيد البلوتونيوم والنبتونيوم لهما نفس الهياكل، يتأكسد مركب ثاني أكسيد اليورانيوم عند ملامسته للأكسجين إلى أكسيد ثلاثي اليورانيوم، عند 700 درجة مئوية، تبعا للتفاعل الكيميائي التالي:

3UO2 + O2 → U3O8 

• الكيمياء الكهربائية المائية: لقد تم فحص الكيمياء الكهربية لثاني أكسيد اليورانيوم بالتفصيل حيث يتحكم التآكل الجلفاني لثاني أكسيد اليورانيوم في معدل ذوبان الوقود النووي المستخدم، أما من ناحية أكسدة معدن اليورانيوم، فقد تم الإبلاغ عن أن الماء يتسبب في زيادة معدل أكسدة كل من البلوتونيوم ومعدن اليورانيوم عند مقارنته بالوضع الموجود عند غياب الماء.

• تم نشر ثاني أكسيد اليورانيوم في جميع (LWRs) التجارية على مدار الخمسين عامًا الماضية، وبالتالي فهو مركب يورانيوم محتمل يجب مراعاته في مفاهيم المفاعلات المتقدمة، نظرًا لنجاحه الموثق في الصناعة النووية، كان التقدم التدريجي لهذا النموذج التجاري للوقود في شكل إضافات / منشطات طفيفة للسبائك لتحسين احتباس الغازات الانشطارية وكذلك سلوك الزحف في درجات حرارة التشغيل لتقليل تفاعلات الحبيبات والكسوة الضارة (PCI).

• وقد تم فحص قائمة شاملة في الأدبيات بما في ذلك النيوبيوم والتيتانيوم والسيليكون والألمنيوم والكروم، يدرس كل بحث تأثير هذه الإشابات على البنية المجهرية وكذلك على معلمات التشغيل للوقود، ولا سيما حجم الحبيبات، والتوصيل الحراري، والتوصيل الأيوني، والخصائص الميكانيكية، وقام كل فريق من فرق الصناعة بوضع مفاهيم لإضافات الوقود التي تحاول تحسين الخصائص المذكورة أعلاه.

وفي النهاية نستنتج أن مركب ثاني أكسيد اليورانيوم هو عبارة عن مركب كيميائي غير عضوي، يمتلك الصيغة الكيميائية التالية: (UO2)، وهو عبارة عن مسحوق بني إلى أسود أو قد يتواجد على صورة بلورات مكعبة، غير قابل للذوبان في الماء، لكنه قابل للذوبان في حامض النيتريك وحمض الكبريتيك المركز، يتأكسد عند ملامسته للأكسجين إلى أكسيد ثلاثي اليورانيوم، يتم استخدامه لتعبئة قضبان الوقود النووي للمفاعلات النووية.