دراسة طیف أشعة كاما للكشف عن الیورانیوم المنضب

عبد الرضا رزاق عليجبر حمد رحمن خالد حنین عباس

:الخالصةالیورانیوم المنضب ھو الناتج العرضي من عملیات تخصیب الیورانیوم وانتاج الطاقة النوویة وكذلك

من الیورانیوم الطبیعي فتنخفض )U-235(ستخلص نظیر الیورانیوم االنشطاري األسلحة النوویة حیث یوالمتخلف من ذلك یطلق علیھ الیورانیوم حسـب درجة التخصیب )0.3-0.2( %إلى %0.7نسبتھ من

.المنضب أو المستنفذة في كل إن طیف أشعة كاما أو الطاقات التي یتم تحدیدھا والكشف عنھا تعبر عن العناصر الموجود

أنموذج، فنماذج التربة المختارة عند وضعھا في منظومة كاشف الجرمانیوم عالي النقاوة فان التحلیل الطیفي ألشعة كاما سوف یظھر لنا الطاقات الخاصة المعبر عنھا بمنحنیات لكل عنصر اي ان كل عنصر

لعنصر من خالل حساب یتحدد بطاقات ممیزة لھ، ومن معرفة نوع العنصر یمكن إیجاد تركیز ذلك ا .المساحة المحددة تحت المنحني الطیفي

تم دراسة طریقة جدیدة للكشف عن الیورانیوم المنضب من خالل استخدام منظومة كاشف الجرمانیوم عالي النقاوة حیث كانت الطریقة التي تستخدم ھذه المنظومة تعتمد على استخراج القمة الكامیة

حیث ان ھذه القمة الكامیة ھي ضعیفة وقد ال تظھر ) 235(الى نظیر الیورانیوم العائدة 205keVللطاقة حیث ان بسھولة وال یمكن تمییزھا في جمیع النماذج المدروسة كما وانھا قد تتداخل مع الطاقات االخرى

ة الى العائد 242keVلذا تم استخدام الطاقة ،قابلیة الفصل الطاقي لمنظومة كاشف الجرمانیوم ھي قلیلةوھي طاقة تظھر 238العائدة لسلسلة الیورانیوم 226المنحلة من الرادیوم 214نظیر الرصاص

.بصورة واضحة في كل النماذج ویمكن بسھولة إیجاد تركیزھا

:المقدمة-1

دراسة الیورانیوم المنضب وإیجاد تراكیزه والبحث عن السبل التي تسھل علینا ذلك أصبح ضرورة جة لتعرض تربة ومیاه العراق والمیاه الجوفیة والنباتات ایضًا لھذا المعدن السام، ان الطرق ملحة نتی

المتاحة لمثل ھذه الدراسات ھي محدودة وضیقة االستعمال، فاستخدام كاشف الجرمانیوم عالي النقاوة رغم اضافة الى ان )%40-%20(نجاحھ في كشف وایجاد تراكیز مقبولة للیورانیوم المنضب اال ان كفأتھ

.ھي قلیلة لذا تظھر لدینا قمم كامیة متداخلة كثیرة) resolution(قابلیة التمییز الطاقي لھذا الكاشفتعد طرق اخرى ) SSNTDS(ان استعمال كواشف أخرى مثل كواشف االثر النوویة للحالة الصلبة

مھا للكشف عن الیورانیوم مناسبة ایضًا اال انھا ال تخلو من بعض المعوقات والصعوبات الستخدا .المنضب

) decay(إذا بقیت لمدة طویلة من الزمن دون انحالل) stable(یطلق على النویدة صفة االستقرار وھناك نویدات اخرى تـنحل باعثة جسیمات وتتحول الى نویدات اخرى تسمى بالنویدات

صائیة تخضع الى قوانین ظاھرة النشاط االشعاعي عملیة اح). radioactive nuclide(المشعة ].1990الكناني والخفاجي،[االنحالل

یتعرض االنسان طبیعیًا الى ھذه االشعاعات من خالل البیئة التي یعیش فیھا، إن ظاھرة النشاط االشعاعي واالشعاع كانا موجودتین في الكون قبل تكوین االرض نفسھا وقد إنتشر االشعاع منذ ذلك

ي أرجاء الكون وأصبحت المواد المشعة جزءًا من االرض منذ بدایة تكونھا، ف) بلیون سنة 20(الحینوحتى االنسان نفسھ یشع قلیًال، الن جمیع االنسجة الحیة فیھ تحوي كمیات قلیلة مـن المواد المشعـة

].1985البرنامج البیئي،[

العالم الفرنسي ھنري عندما وضع 1896إكتشفت االنسانیة ظاھرة النشاط االشعاعي الول مرة عام بعض الصفائح الفوتوغرافیة فـي درج وأثقلھا بكمیة قلیلة مـن أحد خامات ) H. Becquerel(بكرل

الیورانیوم، وبعد تظھیر الصفائح تفاجأ بكرل بتأثرھا باالشعاع فأعزى ھذا الفعـل للیورانیوم، وبعـد ذلك بالبحث وكانـت أول من إبتكر كلمة النشاط بالتوسع) Marie Curie(قامت عالمـة الكیمیاء ماري كوري

إن الیورانیوم یبعث إشعاعًا ویتحول 1898عـام ) Pierr(االشعاعي، وقد إكتشفت مـع زوجھا بییر ]. 1985البرنامج البیئي،[بصورة غامضة إلى عناصر اخرى

:و الیورانیوم المنضب الیورانیوم -2

كـل )1.5x10-10(بثابت انحالل مقداره ) α(ثًا جسیمات الفاالیورانیوم معـدن ثقیل ومشـع ینحـل باع انحالل في الثانیـة الواحدة لكل غرام (12400)اي )12.4x103 Bq/g(سـنة و بنـشاط اشعاعي مقداره

( یتكون الیورانیوم الطبیعي من ثالث نظائر اعدادھـا الكـتلیھ. ]Eisenbud,1997[واحد من الیورانیوم [على التوالي (%0.0085)، (%0.71)، (%99.28)تي تتواجد بنسب ، ال)238،235،234

Eisenbud,1997.[ ) Bq/kg 32.9(یتواجد الیورانیوم وبصورة طبیعیة في مناطق عدیدة من العالم وتكون تراكیزه بحدود

ویعتمد تركیز الیورانیوم على نوع التربة وبالتالي على نوع , ]IAEA,1990[في حالتھ االعتیادیة اما , حیث إن اعلى تركیز للیورانیوم یكون في الصخور البركانیة الحامضیة, صخور المكونة لھذه التربال

اي إن الصخور الحاویة على السلیكات تكون فیھا , تركیزه في الصخور الناریة فتعتمد على وفرة السلیكاتوارتز وفي عروق تمتد وكذلك في الحجر الرملي وحصى الك]. 1990معروف،[تراكیز عالیة للیورانیوم

ویوجد إحتیاطي كبیر منھ . داخل التشكیالت الحجریة والى درجة أقل في أنواع أخرى من المناجم الطبیعیةتحتوي خامات الیورانیوم . في الوالیات المتحدة وكندا وجنوب أفریقیا وأسترالیا وفرنسا وأماكن أخرى

النوع قد استنفذت بدرجة كبیرة في الوقت ا تقریبا من الیورانیوم ولكن مناجم ھذ %4الجیدة على ینتـقل الیورانیوم مـن المیاه والنبـات الـى جسم االنسان بكمیـــات ].1989عبد العباس والخطیب،[الحاظر ].UNSCEAR,1993[سنویا (Bq 51.8)تقـدر

عملیات معقدة یتم تخصیب الیورانیوم لتحضیر الوقود الخاص بالمفاعالت النوویة والطاقة النوویة ب عن بقیة نظائر الیورانیوم سالفة الذكر ) U-235(الھدف منھا زیادة تركیـز النظیر

[Eisenbud,1987]، یتخلف من عملیة التخصیب)Uranium Enrichment( ھذه مخلفات نوویةبنسبـة ) U-235(و ) %99.7(بنسبة ) U-238(المستنفذ تحتوي على ) المنضب( تدعى بالیورانیوم

منھا واختالل النسب الوزنیة ) U-235(وھو السبب في تسمیتھا بالمستنفذ بعد استخالص ) 0.2-0.3(% ]Fahy, 1997[للنظائر المكونة للمعدن طبیعیًا

العزاوي [ى احتراقھ عند الصدمة ورخص ثمنھ ـھ العالیة اضافة الـبكثافت یمتاز الیورانیوم المنضب وتولد درجة ] AEPI,1994[من اشعاعیة الیورانیوم الطبیعي ) %60(واشعاعیة تبلغ ] 2002واخرون،

الى اسباب اضافة] 2007خالد حنین ، [عند انفالق ھذه القذیفة ) oc 3927(حـرارة عالیة تقدر ب .اخرى دعت الى استخدامھ كقذائف وصواریخ تم تجھیز الطائرات والدبابات واالسلحة الخفیفة كذلك فیھا

اج ومناقشتھاستقراء النتائ -3

ان الطریقة التي تستخدم كاشف الجرمانیوم عالي النقاوة للكشف عن الیورانیوم المنضب تعتمد 185.5(التي تمثل التداخل الحاصل بین القمة الكامیة ) KeV 186(باالساس على رصد القمة الكامیة

keV (التي تعود للیورانیوم)188(ة التي تمثل الطاقةوالقمة الكامی) 1(الجدول ) 235 keV ( العائدة

، ویتم فصل التداخل الحاصل بین القمتین الضوئیتین من خالل حساب المساحة )226(لنظیر الرادیومالتي ) KeV 205(الكلیة تحت المنحني لمعرفة التركیز الكلي للقمتین المتداخلتین ثم اخذ القمة الكامیة

وبعدھا یطرح ھذا التركیز من التركیز الكلي للقمة الكامیة ) 1(لالشك) 235(تمثل تركیز نظیر الیورانیوم ).226(التي تم حسابھا مسبقًا لنحصل على تركیز الرادیوم ) 186KeV(المتداخلة

ھي ضعیفة وقد التظھر ) 235(العائدة الى الیورانیوم) KeV 205(اال ان القمة الضوئیة الكامیة تكون متداخلة مع طاقات اخرى ال یمكن تمییزھا بواسطة كاشف او قد) 4 - 1االشكال (بصورة واضحة

فعند حساب التركیز ).resolution(الجرمانیوم عالي النقاوة بسبب قابلیة التحلیل الطیفي لھذا الكاشفحساب ثم ) 186KeV(و) 185.5KeV(التي تمثل التداخل للقمتین ) KeV 186(الكلي للقمة الكامیة

العائدة ) 226(المنحلة من الرادیوم) keV 242(ذو طاقـة مقدارھا ) 214(تركیـز نظیر الرصاص) 4 - 1االشكال (، نجد ان ھذه القمة الكامیة تبدو واضحة في جمیع النماذج )238(لسلسـلة الیورانیوم

] Porritt & Bone,1970) [0.935(بثابت مقداره ) 214(تركیز نظیر الرصاص وبعد ضرب، نطرح تركیز )keV 186(أي مساھمـة الرادیوم في القمة الكامیـة ) 226(نحصل علـى تركیز الرادیوم

.)235(لنحصل على تركیز الیورانیوم ) keV 186(من القمة الضوئیة الرادیومعلى ایجاد تركیز القمة الكامیة ) Kev 186(ان الطریقة القدیمة تعتمد بفصل التداخل للقمة الكامیة )205 Kev (ز الكلي للقمة الكامیة وطرحھا من التركی)186 Kev ( والمتبقي من التركیز الكلي یعود

من خالل رصد القمة ) 226(، اما طریقة البحث ھذا تعتمد على ایجاد تركیز الرادیوم )226(للرادیوم وطرح تركیز ھذه القمة الكامیة بعد ضربھا بثابت )214(نظیر الرصاصالعائدة ل) Kev 242(الكامیة ).235(لنحصل على تركیز الیورانیوم ) Kev 186(من القمة الكامیة ) 0.935(مقداره

وكذلك ) 234Th/226Ra(ولمعرفة التوازن االشعاعي الحاصل فـي سلسلة الیورانیوم یتم حساب النسبـة ).234Th/234Pa(النسبة

) 234(ى الثوریوم العائدة ال) keV 92(من خالل القمة الضوئیة) 238(ویمكن ایجاد تركیز الیورانیوم ، لمعرفة تركیز الیورانیوم المنضب من مقارنة النتائج 235U/238Uوبھذا یمكن ایجاد النسبة ) 2(الجدول

).3(مع الجدول

].Porritt & Bone,1970[ 235-طاقات أشعة كاما للقمم الضوئیة في سلسلة الیورانیوم 1جدول

Gamma energies (MeV)Half-lifeIsotope0.95- 9%0.143- 12%0.185- 55%Others

7.1*104 yUranium-235

0.084Others

25.6 hThorium-231(UY)

0.0270.29Others

3.3*104 yProtactinium-231

---22 yActinium-2270.05- 7.5%0.24- 10%

18.2 dThorium-227 (Radio actinium)

many others, low energy –weak 0.0885-Ra X-rays (abundant)0.05- Weak0.08- Weak0.21 Weak0.31- weak

22 mFransium-223(Actinium K)

0.12 - 2%0.14 – 4%0.15 – 5.5%0.27 – 10%0.32 –2.3%0.34 – 2.8%0.0838 – Rn X-rays (abundant)

11.7 dRadium-223(Actinium X)

0.27- 9%0.40- 5%

3.9 sRadon-219(Actinium)

---1.8*10-4 sPolonium-215(Actinium A)

---1*10-4 sAstatine-2150.40- 6%0.43- 6%0.83- 13%

36 mLead-211(Actinium B)

0.35- 13%2.16 mBismuth-211(Actinium C)

0.57- weak0.89- weak

0.52 sPolonium-211(Actinium C’)

---4.79 mThallium-207(Actinium C’’)

---StableLead-207(Actinium D)

].Porritt & Bone,1970[ 238-طاقات اشعة كاما للقمم الضوئیة في سلسلة الیورانیوم 2جدول

Gamma energies (MeV) Half-life Isotope 0.048 4.5*109 y Uranium-238 0.0290.0630.091

24.1 d Thorium-234(UX1)

0.751.00Others

1.18 m Protactinium-234m(UX2)

0.0430.80Others

6.66 h Protactinium-234(UZ)

0.0512.5*105 yUranium-234(U11)

0.067Others-very weak

8.0*104 yThorium-230(Ionian)

1620 y1620 yRadium-2263.825 d3.825 dRadon-2223.05 m3.05 mPolonium-218

(Radium A)1.3 s1.3 sAstatine-2181.9*10-2 s1.9*10-2 sRadon-2180.240.300.35Others weak

26.8 mLead-214(Radium B)

---0.611.121.751.4 other to 2.43 MeV

19.9 mBismuth-214(Radium C)

---1.6*10-4 sPolonium-214(Radium C’)

Several very weak1.3 mThallium-210(Radium C’’)

0.04721 yLead-210(Radium D)

---5.0 dBismoth-210(Radium E)

0.8-1.2*10-3%138.4 dPolonium-210(Radium F)

---2.4 mThallium-206(Radium E’’)

---StableLead-206

بة والنسبة یبین العالقة بین نسبة الیورانیوم المنضب والیورانیوم الطبیعي في نماذج التر 3جدولR=235U/238U [UNEP,2000]

X 1-X R=U-235/U238 in the sample

1/R

0.0 1.0 0.00720 139

0.1 0.9 0.00688 145

0.2 0.8 0.00650 154

0.3 0.7 0.00613 163

0.4 0.6 0.00575 174

0.5 0.5 0.00538 186

0.6 0.4 0.00501 200

0.7 0.3 0.00463 216

0.8 0.2 0.00426 235

0.9 0.1 0.00389 257

1.0 0.0 0.00351 285

SS1طیف اشعة كاما للنموذج ) 1(الشكل

SS2طیف اشعة كاما للنموذج ) 2(الشكل

SS3طیف اشعة كاما للنموذج ) 3(الشكل

SS4طیف اشعة كاما للنموذج ) 4(الشكل

:االستنتاج

لفصل التداخل ) 214(العائدة الى نظیر الرصاص) 242KeV(الكامیة ان استخدام القمة الضوئیة ) 186KeV(و ) 235(العائدة الى نظیر الیورانیـوم ) 185.5KeV(الحاصل بین القمتین الكامیتین

تعد طریقة اكثر ) 186KeV(والمتمثالن بالقمة الضوئیة المتداخلة ) 226(العائدة الى نظیر الرادیوم .ًا بسبب ظھور ھذه القمة الكامیة بوضوح وفي جمیع النماذجوضوحًا واسھل استخدام

:المصادر

مصادر االشعاع والجرع "ترجمة موسى الجنابي و وھاب احمد محمد , البرنامج البیئي لالمم المتحدة - .1985, "االشعاعیة

شورات الطاقة من, "الطاقـة الذریـة واستخداماتھا " غسان ھاشم ،الخطیب وخضیر عبد العباس ،حمزة - .1989, 2ط, الذریة العراقیة

، "دراسة نظریة الیجاد درجة الحرارة المتولدة اثناء انفجار قذیفة الیورانیوم المنضب" عباس،خالد حنین - .2007المؤتمر العلمي االول لكلیة التربیة،جامعة بابل،

ة على المیاه السطحیة والجوفیة تأثیر االسلحة االشعاعی"محمد عبد الواحد,سعاد ناجي والساجي,العزاوي -الیورانیوم المنضب على ةالمؤتمر العلمي عن آثار استعمال اسلح ,"في مناطق منتخبة من جنوب العراق

.2002,في العراق ةاالنسان والبیئ

.1990,ھیئـة المعاھد الفنیة, "الكشف عـن االشعاعات المؤینـة" ,الخفاجي، أسعد الكناني،عذاب طاھر و -

منشورات نظمة لطاقة الذریة ،"الوقایة من االشعاعات المؤینة"،روف، بھاء الدین حسینمع - .1989العراقیة

- AEPI.” Health and environmental consequences of Depleted Uranium use by the U.S Army”, Summary report to Congress; Atlanta, Ga, US Army Environmental Policy Institute, June 1994.

- Eisenbud M. and Gesell T., “Environmental Radioactivity”, 4th. Edition, Academic Press, USA, (1997).

- Fahy,” Collateral Damage: How us troops were exposed to Depleted Uranium during the Gulf War “, Metal of Dishonor International Action Center, New York. (1997).

- IAEA, “The Environmental behavior for Radium “ vol.1, Vienna, 1990.

- M. Eisenbud, “Environmental Radioactivity “, 4th ed. Academic press London, 1997.

- M. Eisenbud and T. Gesell, “Environmental Radioactivity”, 4th. Edition, Academic Press, USA, (1997).

- R. Porritt, and S. Bone, “Determination of uranium in ore by radiometric samples”, in proceedings of a symposium on the analytical chemistry of uranium and thorium, Sydney, Australian Atomic Energy Commission, 1970.

- UNEP, scientific Mission to Kosovo," Depleted Uranium in Kosovo", post-conflicted Environment assessment-2000.

- UNSCEAR, “sources of effects of ionizing Radiation”, report to the General Assembly with scientific Annex, 1993.