اورانیوم

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد.

اورانیوم در جدول تناوبی

اورانیوم یکی از عنصرهای شمیایی است که عدد اتمی آن ۹۲ و نشانه آن U است و در جدول تناوبی جزو آکتنیدها قرار می‌گیرد. ایزوتوپ ‎²³⁵U آن در نیروگاه‌های هسته‌ای به عنوان سوخت و در سلاح‌های هسته‌ای به عنوان ماده منفجره استفاده می‌شود.

اورانیوم به طور طبیعی فلزی است سخت، سنگین، نقره‌ای رنگ و پرتوزا. این فلز کمی نرم تر از فولاد بوده و تقریبآ قابل انعطاف است. اورانیوم یکی از چگالترین فلزات پرتوزا است که در طبیعت یافت می‌‌شود. چگالی آن ۶۵٪ بیشتر از سرب و کمی کمتر از طلا است.

سال‌ها از اورانیوم به عنوان رنگ دهنده لعاب سفال یا برای تهیه رنگ‌های اولیه در عکاسی استفاده می‌شد و خاصیت پرتوزایی (رادیواکتیو) آن تا سال ۱۸۶۶ ناشناخته ماند و قابلیت آن برای استفاده به عنوان منبع انرژی تا اواسط قرن بیستم مخفی بود.

[ویرایش] فراوانی

این عنصر از نظر فراوانی در میان عناصر طبیعی پوسته زمین در رده ۴۸ قراردارد.

اورانیوم در طبیعت بصورت اکسید و یا نمک‌های مخلوط در مواد معدنی (مانند اورانیت یا کارونیت) یافت می‌‌شود. این نوع مواد اغلب از فوران آتشفشان‌ها بوجود می‌‌آیند و نسبت وجود آنها در زمین معادل دو در میلیون نسبت به سایر سنگها و مواد کانی است. اورانیوم طبیعی شامل ‎۹۹/۳% از ایزوتوپ ‎²³⁸U و ‎۰/۷% ‎²³⁵U است.

این فلز در بسیاری از قسمت‌های دنیا در صخره‌ها، خاک و حتی اعماق دریا و اقیانوس‌ها وجود دارد. میزان وجود و پراکندگی آن از طلا، نقره یا جیوه بسیار بیشتر است.

ده کشوری که ۹۴٪ از استخراج اورانیوم جهان در آنها انجام می‌گیرد.

[ویرایش] تاریخچه

اورانیوم در سال ۱۷۸۹ توسط مارتین کلاپروت (Martin Klaproth) شیمی دان آلمانی از نوعی اورانیت بنام پیچبلند (Pitchblende) کشف شد. این نام اشاره به سیاره اورانوس دارد که هشت سال قبل از آن، ستاره شناسان آن را کشف کرده بودند.

اورانیوم یکی از اصلی‌ترین منابع گرمایشی در مرکز زمین است و بیش از ۴۰ سال است که بشر برای تولید انرژی از آن استفاده می‌‌کند.

دانشمندان معتقد هستند که اورانیوم بیش از ۶/۶ بیلیون سال پیش در اثر انفجار یک ستاره بزرگ بوجود آمده و در منظومه خورشیدی پراکنده شده است.

[ویرایش] ویژگی‌های اورانیوم

اورانیوم سنگین‌ترین (به بیان دقیقتر چگالترین) عنصری است که در طبیعت یافت می‌شود (هیدروژن سبکترین عنصر طبیعت است.)

اورانیوم خالص حدود ‎۱۸/۷ بار از آب چگالتر است و همانند بسیاری از دیگر مواد پرتوزا در طبیعت بصورت ایزوتوپ یافت می‌‌شود.

اورانیوم شانزده ایزوتوپ دارد. حدود ‎۹۹/۳ درصد از اورانیومی که در طبیعت یافت می‌شود ایزوتوپ ۲۳۸ (U-238) است و حدود ‎۰/۷ درصد ایزوتوپ 235 (U-235). دیگر ایزوتوپ‌های اورانیم بسیار نادر هستند.

در این میان ایزوتوپ ۲۳۵ برای بدست آوردن انرژی از نوع ۲۳۸ آن بسیار مهم‌تر است چرا که U-235 (با فراوانی تنها ‎۰/۷ درصد) آمادگی آن را دارد که در شرایط خاص شکافته شود و مقادیر زیادی انرژی آزاد کند. به این ایزوتوپ «اورانیوم شکافتنی» (Fissil Uranium) هم گفته می‌‌شود و برای شکافت هسته‌ای استفاده می‌شود.

اورانیوم نیز همانند دیگر مواد پرتوزا دچار تباهی می‌‌شود. مواد رادیو اکتیو دارای این خاصیت هستند که از خود بطور دائم ذرات آلفا و بتا و یا اشعه گاما منتشر می‌‌کنند.

U-238 باسرعت بسیار کمی تباه می‌‌شود و نیمه عمر آن در حدود ‎۴،۵۰۰ میلون سال (تقریبآ معادل عمر زمین) است.

این موضوع به این معنی است که با تباه شدن اورانیوم با همین سرعت کم انرژی معادل ‎۰/۱ وات برای هر یک تن اورانیوم تولید می‌‌شود و این برای گرم نگاه داشتن هسته زمین کافی است.

[ویرایش] شکاف هسته‌ای اورانیوم

U-235 قابلیت شکاف هسته‌ای دارد. این نوع از اتم اورانیوم دارای ۹۲ پروتون و ۱۴۳ نوترون است (بنابراین جمعآ ۲۳۵ ذره در هسته خود دارد و به همین دلیل U-235 نامیده می‌‌شود)، کافی است یک نوترون دریافت کند تا بتواند به دو اتم دیگر تبدیل شود.

این عمل با بمباران نوترونی هسته انجام می‌‌گیرد، در این حالت یک اتم U-235 به دو اتم دیگر تقسیم می‌‌شود و دو، سه و یا بیشتر نوترون آزاد می‌‌شود. نوترون‌های آزاد شده خود با اتم‌های دیگر U-235 ترکیب می‌‌شوند و آنها را تقسیم کرده و به همین منوال یک واکنش زنجیره‌ای از تقسیم اتم‌های U-235 تشکیل می‌‌شود.

اتم U-235 با دریافت یک نوترون به اورانیوم ۲۳۶ تبدیل می‌‌شود که ثبات و پایداری نداشته و تمایل دارد به دو اتم با ثبات تقسیم شود. انجام عمل تقسیم باعث آزاد شدن انرژی می‌‌شود بگونه‌ای که جمع انرژی حاصل از تقسیم زنجیره اتمهای U-235 بسیار قابل توجه می‌شود.

نمونه‌ای از این واکنش‌ها به اینصورت است:

U-235 + n $\rightarrow$ Ba-141 + Kr-92 + 3n + ‎170 Million electron Volts‎

U-235 + n $\rightarrow$ Te-139 + Zr-94 + 3n + 197 Million electron Volts

که در آن: electron Volt = 1.602 x 10^-19 joules

(یک ژول انرژی معادل توان یک وات برای مصرف در یک ثانیه است.)

مجموع این عملیات ممکن است در محلی بنام رآکتور هسته‌ای انجام گیرد. رآکتور هسته‌ای می‌‌تواند از انرژی آزاد شده برای گرم کردن آب استفاده کند تا در نهایت از آن برای راه اندازی توربین‌های بخار و تولید برق استفاده شود.