اورانيوم چيست

با توجه به مباحث مختلفي كه در باب اشاره: انرژي هسته اي و حق استفاده ايران در اين خصوص در جامعه مطرح است؛ بهتر ديديم كه شما را با عنصر اورانيم و خصوصيات آن كه نقش اصلي را در انرژي هسته اي دارد، آشنا كنيم.
اورانيوم يكي از عناصر شيميايي جدول تناوبي است كه نماد آن U وعدد اتمفي آن 92 مي باشد. اورانيوم كه يك عنصر سنگين، سمي، فلزي، راديواكتيو و براق به رنگ سفيد مايل به نقره اي مي باشد به گروه آستيندها تعلق داشته و ايزوتوپ 235 آن براي سوخت راكتورهاي هسته اي وسلاحهاي هسته اي استفاده مي شود. معمولا اورانيوم در مقادير بسيار ناچيز درصخره ها، خاك، آب، گياهان و جانوران از جمله انسان يافت مي شود.

خصوصيتهاي قابل توجه

اورانيوم هنگام عمل پالايش به رنگ سفيد مايل به نقره اي فلزي با خاصيت راديو اكتيوي ضعيف مي باشد كه كمي از فولاد نرم تر است. اين فلز چكش خوار ، رساناي جريان الكتريسيته و كمي PARAMAGNETIC مي باشد. چگالي اورانيوم 65% بيشتر از چگالي سرب ميباشد. اگر اورانيوم به خوبي جدا شود به شدت از آب سرد متاثر شده و در برابر هوا اكسيد ميشود. اورانيوم استخراج شده از معادن مي تواند به صورت شيميايي به دي اكسيد اورانيوم و ديگر گونه هاي قابل استفاده در صنعت تبديل شود.
اورانيوم در صنعت سه گونه دارد:
• آلفا (ORTHOHOMBIC) كه تا دماي 667.7 درجه پايدار است.
• بتا (TETRAGONAL) كه از دماي 667.7 تا 774.8 درجه پايدار است.
• گاما (BODY-CENTERED CUBIC) كه از دماي 774.8 درجه تا نقطه ذوب پايدار است. ( اين رساناترين و چكش خوارترين گونه اورانيوم مي باشد.)
دو ايزوتوپ مهم ان U235 و U238 مي باشند كه 235 Uمهمترين ايزوتوپ براي راكتورها و سلاحهاي هسته اي است. چرا كه اين ايزوتوپ تنها ايزوتوپي است كه در طبيعت وجود دارد و در هر مقدار ممكن توسط نوترونهاي حرارتي شكافته ميشود. ايزوتوپ U238 نيز از اين جهت مهم است كه نوترونها را براي توليد ايزوتوپ راديو اكتيو جذب كرده و آن را به ايزوتوپ PU239 پلوتونيوم تجزيه مي كند. ايزوتوپ مصنوعي U233 نيز شكافته شده و توسط بمباران نوتروني THORIUM232 بوجود مي آيد.
اورانيوم اولين عنصر يافته شده بود كه مي توانست شكافته شود. براي نمونه با بمباران آرام نوتروني ايزوتوپ U235 آن به ايزوتوپ كوتاه عمر U236 تبديل شده و بلا فاصله به دو هسته كوچكتر تقسيم مي شود كه اين عمل انرژي آزاد كرده و نوترونهاي بيشتري توليد مي كند. اگر اين نوترونها توسط هسته U235 ديگري جذب شوند عملكرد حلقه هسته اي دوباره اتفاق مي افتد و اگر چيزي براي جذب نوترونها وجود نداشته باشد به حالت انفجاري در مي آيند. اولين بمب اتمي با اين اصل جواب داد «شكاف هسته اي » نام دقيقتر براي اين بمبها و بمب هاي هيدروژني« آميزش هسته اي» سلاحهاي هسته اي مي باشد.

كاربردها:

فلز اورانيوم بسيار سنگين و پرچگالي مي باشد.اورانيوم خالي توسط بعضي از ارتشها براي ساخت محافظ براي تانكها و ساخت قسمتهايي از موشكها و ادوات جنگي استفاده مي شود. ارتشها همچنين از اورانيوم غني شده براي سوخت ناوگان خود و زيردريايي ها و همچنين سلاحهاي هسته اي استفاده مي كند. سوخت استفاده شده در راكتورهاي ناوگان ايالات متحده معمولا اورانيوم U235 غني شده مي باشد. اورانيوم موجود در سلاحهاي هسته اي به شدت غني مي شوند كه اين مقدار بصورت تقريبي 90% مي باشد.
مهمترين كاربرد اورانيوم در بخش غير نظامي تامين سوخت دستگاههاي توليد نيروي هسته اي است كه در آنها سوخت U235 به ميزان 2الي3% غني مي شود. اورانيوم تخليه شده در هليكوپترها و هواپيماها به عنوان وزن متقابل بر هر بار استفاده مي شود.
ديگر كاربردهاي اين عنصر عبارتند از :
• لعاب ظروف سفالي از مقدار كمي اورانيوم طبيعي تشكيل شده است (كه داخل فرايند غني سازي نمي شود) كه اين عنصر براي اضافه كردن رنگ با آن اضافه مي شود.
• نيمه عمر طولاني ايزوتوپ اورانيوم 238 آن را براي تخمين سن سنگهاي آتشفشاني مناسب مي سازد.
• U235 در راكتورهاي هسته اي BREEDER به پلوتونيوم تبديل مي شود. و پلوتونيوم نيز در ساخت بمبهاي هيدروژني مورد استفاده قرار مي گيرد.
• استات اورانيوم در شيمي تحليلي كاربرد دارد.
• برخي از لوازم نوردهنده از اورانيوم و برخي در مواد شيميايي عكاسي مانند نيترات اورانيوم استفاده مي كنند.
• معمولا كودهاي فسفاتي حاوي مقدار زيادي اورانيوم طبيعي ميباشند. چراكه مواد كاني كه آنها از آنجا گرفته شده اند حاوي مقدار زيادي اورانيوم مي باشند.
• فلز اورانيوم براي اهداف اشعه ايكس در ساخت اين اشعه با انرژي بالا استفاده مي شود.
• اين عنصر در وسايل INTERIAL GUIDANCE و GYRO COMPASS استفاده مي شود.

تاريخچه:

استفاده از اورانيوم به شكل اكسيدطبيعي آن به سال 79 ميلادي بر مي گردد يعني زماني كه از اين عنصر براي اضافه كردن رنگ زرد به سفال لعابدار استفاده شد (شيشه زرد با يك در صد اورانيوم در نزديكي ناپل ايتاليا كشف شده است.)
كشف اين عنصر به شيميدان آلماني به نام مارتين هنريچ كلاپرس اختصاص داده شد كه در سال 1789 اورانيوم را به صورت قسمتي از كاني كه آن را PITCHBLENDE ناميد كشف شد. نام اين عنصر را بر اساس سياره اورانوس كه هشت سال قبل از آن كشف شده بود برگزيدند.اين عنصر در سال 1841 به صورت فلز جداگانه توسط EUGNE MELCHIOR PELIGOT استفاده شد.
در سال 1896 HENRI BECQUEREL فيزيكدان فرانسوي براي اولين بار به خاصيت راديو اكتيويته آن پي برد.
در پروژه MANHATTAN نامهاي TUBALLOY و ORALLOY براي اورانيوم طبيعي و اورانيوم غني شده بكار برده شد. اين اسامي هنوز نيز براي اورانيوم غني شده و اورانيوم طبيعي بكار برده مي شوند.
در آغاز قرن بيستم تفحص و جستجو براي يافتن معادن راديو اكتيو در ايالات متحده آغاز شد. منابع راديوم كه حاوي كاني هاي اورانيوم نيز مي بودند براي استفاده آنها در رنگ ساعت هاي شب نما و ديگر ابزار جستجو شدند. در طي جنگ جهاني دوم اورانيوم از نظر اهداف دفاعي اهميت پيدا كرد. در سال 1943 UNION MINES DEVELOPMENT CORPORATION كنگره اي را در كلرادو به منظور استفاده ارتش از قدرت اتمي در پروژه MANHATTAN تشكيل داد.
براي اطمينان از ذخاير كافي اورانيوم اين كنگره US ATOMIC ENECRY ACT OF 1946 را ايجاد و كميسيون انرژي اتمي را بوجود آورد. در دهه 1960 ملزومات ارتش تزلزل يافت و در اواخر سال 1970دولت برنامه تهيه اورانيوم خود را كامل كرد. همزمان با همين مساله بازار ديگري به وجود آمد كه درواقع همان كارخانه هاي نيروگاه هاي هسته اي اقتصادي بود.

تركيبات:

تترا فلوروئيد اورانيوم UF4 كه به نمك سبز معروف است يك محصول مياني هگزافلوريد اورانيوم مي باشد. هگزا فلوريد اورانيوم UF6 جامد است كه در دماي بالاي 56 درجه سانتيگراد بخار مي شود. UF6 تركيب اورانيوم است كه براي دو فرايند غني سازي GASEOUS DIFFUSION و CENTRIFUGE استفاده مي شود. و در صنعت با نام ساده HEX خوانده مي شود.
YELLOWCAKE اورانيوم غليظ شده است. نام اين عنصر بدليل رنگ و شكل آن در هنگام توليد ميباشد اگرچه توليد امروزه YELLOWCAKE بيشتر به رنگ سبز مايل به سياه ميگرايد تا زرد. YELLOWCAKE تقريبا 70 تا 90 درصد اكسيد اورانيوم دارد. U3O8
DIURANATE آمونيوم محصول جنبي توليد YELLOWCAKE ميباشد كه رنگ آن زرد درخشان ميباشد. كه گاهي اوقات باعث اشتباه شده و YELLOWCAKE ناميده مي شود اما اين نام درست اين محصول نمي باشد.

پيدايش:

اورانيوم عنصر طبيعي است كه تقريبا در تمام سنگها آب و خاك به ميزان كم يافت مي شود. و به نظر مي رسد كه مقدار آن از ANTIMONY، برليوم، كاديوم، جيوه، طلا، نقره و تنگستن بيشتر باشد و اين فراواني در حد آرسنيك و موليبدنيوم است. اين عنصر در بيشتركاني هاي اورانيومي از قبيل PITCHBLENDE،URANINITE ،AUTUNITE,، URANOPHANE, TOBERNITE و COFFINITE يافت مي شود.
مقدار بيشتري از اورانيوم در موادي از قبيل صخره هاي فسفاتي و كانيهاي مانند LIGNITE و MONAZITE يافت ميشود. كه بيشتر براي مصارف اقتصادي از همين منابع استخراج مي شود. از آنجا كه اورانيوم نيمه عمر راديو اكتيوي طولاني 4.47X109 سال براي U-238 دارد مقدار آن هميشه در زمين ثابت مي ماند.
بنظر ميرسد كه فرو پاشي اورانيوم و واكنشهاي هسته اي آن با توريوم همان منبع گرمايي عظيمي است كه در هسته زمين، باعث ذوب شدن قسمت خارجي هسته زمين گرديده و باعث ايجاد حركت پوسته اي زمين مي شود.
معدن اورانيوم صخره اي است كه تمركزهاي اورانيومي مي باشد كه مقدار اقتصادي ان يك تا چهار پوند اكسيد اورانيوم در هر تن مي باشد كه تقريبا 0.05 تا 0.20 درصد اكسيد اورانيوم دارد.

توليد و توزيع:

اورانيوم اقتصادي از طريق تقليل هاليدهاي اورانيوم با خاك فلزات قليايي توليد مي شود. همچنين فلز اورانيوم مي تواند از طريق عمل الكتروليز 5KUF يا UF4 كه در CACL2 و NACL حل شده است به دست آيد. اورانيوم خالص نيز از طريق تجزيه حرارتي هاليدهاي اورانيوم حاصل مي شود.
در سال 2001 مالكان راكتورهاي هسته اي غير نظامي آمريكا از اين كشور و منابع خارجي 21300 تن اورانيوم خريداري كردند. قيمت پرداخت شده براي هر كيلوگرم اورانيوم حدودا 26.39 دلار بود كه در مقايسه با سال 1998 16% كاهش داشت. در سال 2001 ايالات متحده 1018 تن اورانيوم از 7 عمليات معدني در غرب رود ميسيسيپي توليد كرد. اورانيوم بيشتر توسط فرانسوي ها در كشورهاي جهان توزيع شده است.
معمولا كشورهاي بزرگتر اورانيوم بيشتري در مقايسه با كشورهاي كوچكتر توليد مي كنند. چراكه گسترش و توزيع اورانيوم در جهان يك شكل و يكنواخت است. كشور استراليا ذخاير بسيار زيادي از اين عنصر دارد كه تقريبا 30% ذخاير دنيا را شامل مي شود.

ايزوتوپها:

اورانيوم طبيعي از 3 ايزوتوپ U-238, U-235, U-234 تشكيل شده است كه U-238 فراوان ترين آنها (99.3%) ميباشد. اين سه ايزوتوپ راديو اكتيو بوده كه نيمه عمر آنها عبارت است از U-235 4.5*109 سال كه پايدارترين آنها مي باشد. U-235 7*108 سال و U234 2.5*105 سال.
ايزوتوپهاي اورانيوم مي توانند از هم جدا شوند تا تمركز يك ايزوتوپ بر ديگري را افزايش دهند. اين فرايند "غني سازي" نام دارد. وزن U-235 براي غني شدن بايد 0.711 درصد افزايش يابد. اورانيوم م235 براي استفاده در سلاحهاي هسته اي و نيروگاه هاي اتمي مناسب تر است . اين فرايند مقادير بسياري اورانيوم بوجود مي آورد كه در U-235 تخليه ميشوند و خالصترين اورانيوم يعني U238 اورانيوم خالي يا DU نام دارد. اگر ايزوتوپ 235 بخواهد تخليه شود بايد وزنش 0.711 درصد كم شود.

هشدار ها:

اورانيوم ممكن است كه درطريق تنفس يا بلع و يا در موارد استثنايي از طريق شكافي روي پوست وارد بدن شود. اورانيوم توسط پوست جذب نمي شود و ذرات آلفاي ساطع شده از اين عنصر نمي تواند به پوست نفوذ كند. بنابراين اورانيومي كه خارج از بدن باشد نمي تواند به اندازه اورانيوم داخل بدن مضر و خطرناك باشد. اگر اورانيوم به بدن وارد شود ممكن است موجب سرطان شده يا به كليه ها آسيب برساند.
تمام تركيبات اورانيوم سمي و راديو اكتيو هستند. سمي بودن اين عنصر مي تواند كشنده باشد. در مقادير بسيار كم خاصيت سمي بودن اين عنصر به كليه آسيب مي رساند. خواص راديو اكتيوي اين عنصر نيز سيستماتيك و نظام مند است. در كل تركيبات اورانيوم به سختي جذب روده و ريه ميشوند و خطرات راديولوژيكي آن باقي مي ماند. فلز خالص اورانيوم نيز خطر آتش سوزي به همراه دارد.
فرد ممكن است با تنفس غبار اورانيو م در هوا يا خوردن و آشاميدن آب و غذا در معرض اين عنصر قرار بگيرد. البته بيشتر اين عمل از طريق خوردن آب و غذا صورت مي گيرد. جذب روزانه اورانيوم در غذا 0.07 تا 1.1 ميكروگرم مي باشد. مقدار اورانيوم درهوا معمولا بسيار ناچيز است. افرادي كه در كنار تاسيسات هسته اي دولت و يا معادن استخراج اورانيوم زندگي مي كنند بيشتر در معرض اين عنصر قرار مي گيرند.