اورانيوم چيست؟

[SonBol]

با توجه به مباحث مختلفي که در باب انرژي هسته اي و حق استفاده ايران در اين خصوص در جامعه مطرح است؛ بهتر ديديم که شما را با عنصر اورانيم و خصوصيات آن که نقش اصلي را در انرژي هسته اي دارد، آشنا کنيم.

اورانيوم يکي از عناصر شيميايي جدول تناوبي است که نماد آن U وعدد اتمِي آن 92 مي باشد. اورانيوم که يک عنصر سنگين، سمي، فلزي، راديواکتيو و براق به رنگ سفيد مايل به نقره اي مي باشد به گروه آستيندها تعلق داشته و ايزوتوپ 235 آن براي سوخت راکتورهاي هسته اي وسلاحهاي هسته اي استفاده مي شود. معمولا اورانيوم در مقادير بسيار ناچيز درصخره ها، خاک، 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 اکتيوي ضعيف مي باشد که کمي از فولاد نرم تر است. اين فلز چکش خوار ، رساناي جريان الکتريسيته و کمي 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 اکسيد ميشود. اورانيوم استخراج شده از معادن مي تواند به صورت شيميايي به دي اکسيد اورانيوم و ديگر گونه هاي قابل استفاده در صنعت تبديل شود.

اورانيوم در صنعت سه گونه دارد:
• آلفا (ORTHOHOMBIC) که تا دماي 667.7 درجه پايدار است.
• بتا (TETRAGONAL) که از دماي 667.7 تا 774.8 درجه پايدار است.
• گاما (BODY-CENTERED CUBIC) که از دماي 774.8 درجه تا نقطه ذوب پايدار است. ( اين رساناترين و چکش خوارترين گونه اورانيوم مي باشد.)
دو ايزوتوپ مهم ان U235 و U238 مي باشند که 235 Uمهمترين ايزوتوپ براي راکتورها و سلاحهاي هسته اي است. چرا که اين ايزوتوپ تنها ايزوتوپي است که در طبيعت وجود دارد و در هر مقدار ممکن توسط نوترونهاي حرارتي شکافته ميشود. ايزوتوپ U238 نيز از اين جهت مهم است که نوترونها را براي توليد ايزوتوپ راديو اکتيو جذب کرده و آن را به ايزوتوپ PU239 پلوتونيوم تجزيه مي کند. ايزوتوپ مصنوعي U233 نيز شکافته شده و توسط بمباران نوتروني THORIUM232 بوجود مي آيد.
اورانيوم اولين عنصر يافته شده بود که مي توانست شکافته شود. براي نمونه با بمباران آرام نوتروني ايزوتوپ U235 آن به ايزوتوپ کوتاه عمر U236 تبديل شده و بلا فاصله به دو هسته کوچکتر تقسيم مي شود که اين عمل انرژي آزاد کرده و نوترونهاي بيشتري توليد مي کند. اگر اين نوترونها توسط هسته U235 ديگري جذب شوند عملکرد 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 «شکاف هسته اي » نام دقيقتر براي اين بمبها و بمب هاي هيدروژني« آميزش هسته اي» سلاحهاي هسته اي مي باشد.

کاربردها:
فلز اورانيوم بسيار سنگين و پرچگالي مي باشد.اورانيوم خالي توسط بعضي از ارتشها براي ساخت محافظ براي تانکها و ساخت قسمتهايي از موشکها 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 کند. سوخت استفاده شده در راکتورهاي ناوگان ايالات متحده معمولا اورانيوم U235 غني شده مي باشد. اورانيوم موجود در سلاحهاي هسته اي به شدت غني مي شوند که اين مقدار بصورت تقريبي 90% مي باشد.
مهمترين کاربرد اورانيوم در بخش غير نظامي تامين سوخت دستگاههاي توليد نيروي هسته اي است که در آنها سوخت U235 به ميزان 2الي3% غني مي شود. اورانيوم تخليه شده در هليکوپترها و هواپيماها به عنوان وزن متقابل بر هر بار استفاده مي شود.

ديگر کاربردهاي اين عنصر عبارتند از :
• لعاب ظروف سفالي از مقدار کمي اورانيوم طبيعي تشکيل شده است (که داخل فرايند غني سازي نمي شود) که اين عنصر براي اضافه کردن رنگ با آن اضافه مي شود.
• نيمه عمر طولاني ايزوتوپ اورانيوم 238 آن را براي تخمين سن سنگهاي آتشفشاني مناسب مي سازد.
• U235 در راکتورهاي 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 کاربرد دارد.
• برخي از لوازم نوردهنده از اورانيوم و برخي در مواد شيميايي عکاسي مانند نيترات اورانيوم استفاده مي کنند.
• معمولا کودهاي فسفاتي حاوي مقدار زيادي اورانيوم طبيعي ميباشند. چراکه مواد کاني که آنها از آنجا گرفته شده اند حاوي مقدار زيادي اورانيوم مي باشند.
• فلز اورانيوم براي اهداف اشعه ايکس 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 شکل اکسيدطبيعي آن به سال 79 ميلادي بر مي گردد يعني زماني که از اين عنصر براي اضافه کردن رنگ زرد به سفال لعابدار استفاده شد (شيشه زرد با يک در صد اورانيوم در نزديکي ناپل ايتاليا کشف شده است.)
کشف اين عنصر به شيميدان آلماني به نام مارتين هنريچ کلاپرس اختصاص داده شد که در سال 1789 اورانيوم را به صورت قسمتي از کاني که آن را PITCHBLENDE ناميد کشف شد. نام اين عنصر را بر اساس سياره اورانوس که هشت سال قبل از آن کشف شده بود برگزيدند.اين عنصر در سال 1841 به صورت فلز جداگانه توسط EUGNE MELCHIOR PELIGOT استفاده شد.
در سال 1896 HENRI BECQUEREL فيزيکدان فرانسوي براي اولين بار به خاصيت راديو اکتيويته آن پي برد.
در پروژه MANHATTAN نامهاي TUBALLOY و ORALLOY براي اورانيوم طبيعي و اورانيوم غني شده بکار برده شد. اين اسامي هنوز نيز براي اورانيوم غني شده و اورانيوم طبيعي بکار برده مي شوند.
در آغاز قرن بيستم تفحص و جستجو براي يافتن معادن راديو اکتيو در ايالات متحده آغاز شد. منابع راديوم که حاوي کاني 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 کرد. در سال 1943 UNION MINES DEVELOPMENT CORPORATION کنگره اي را در کلرادو به منظور استفاده ارتش از قدرت اتمي در پروژه MANHATTAN تشکيل داد.
براي اطمينان از ذخاير کافي اورانيوم اين کنگره US ATOMIC ENECRY ACT OF 1946 را ايجاد و کميسيون انرژي اتمي را بوجود آورد. در دهه 1960 ملزومات ارتش تزلزل يافت و در اواخر سال 1970دولت برنامه تهيه اورانيوم خود را کامل کرد. همزمان با همين مساله بازار ديگري به وجود آمد که درواقع همان کارخانه هاي نيروگاه هاي هسته اي اقتصادي بود.

ترکيبات:
تترا فلوروئيد اورانيوم UF4 که به نمک سبز معروف است يک محصول مياني هگزافلوريد اورانيوم مي باشد. هگزا فلوريد اورانيوم UF6 جامد است که در دماي بالاي 56 درجه سانتيگراد بخار مي شود. UF6 ترکيب اورانيوم است که 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 شکل 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 اکسيد اورانيوم دارد. U3O8
DIURANATE آمونيوم محصول جنبي توليد YELLOWCAKE ميباشد که رنگ آن زرد درخشان ميباشد. که گاهي اوقات باعث اشتباه شده و YELLOWCAKE ناميده مي شود اما اين نام درست اين محصول نمي باشد.

پيدايش:
اورانيوم عنصر طبيعي است که تقريبا در تمام سنگها آب و خاک به ميزان کم يافت مي شود. و به نظر مي رسد که مقدار آن از ANTIMONY، برليوم، کاديوم، جيوه، طلا، نقره و تنگستن بيشتر باشد و اين فراواني در حد آرسنيک و موليبدنيوم است. اين عنصر در بيشترکاني 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 کانيهاي مانند LIGNITE و MONAZITE يافت ميشود. که بيشتر براي مصارف اقتصادي از همين منابع استخراج مي شود. از آنجا که اورانيوم نيمه عمر راديو اکتيوي طولاني 4.47X109 سال براي U-238 دارد مقدار آن هميشه در زمين ثابت مي ماند.
بنظر ميرسد که فرو پاشي اورانيوم و واکنشهاي هسته اي آن با توريوم همان منبع گرمايي عظيمي است که در هسته زمين، باعث ذوب شدن قسمت خارجي هسته زمين گرديده و باعث ايجاد حرکت پوسته اي زمين مي شود.
معدن اورانيوم صخره اي است که تمرکزهاي اورانيومي مي باشد که مقدار اقتصادي ان يک تا چهار پوند اکسيد اورانيوم در هر تن مي باشد که تقريبا 0.05 تا 0.20 درصد اکسيد اورانيوم دارد.

توليد و توزيع:
اورانيوم اقتصادي از طريق تقليل هاليدهاي اورانيوم با خاک فلزات قليايي توليد مي شود. همچنين فلز اورانيوم مي تواند از طريق عمل الکتروليز 5KUF يا UF4 که 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 مالکان راکتورهاي هسته اي غير نظامي آمريکا از اين کشور و منابع خارجي 21300 تن اورانيوم خريداري کردند. قيمت پرداخت شده براي هر کيلوگرم اورانيوم حدودا 26.39 دلار بود که در مقايسه با سال 1998 16% کاهش داشت. در سال 2001 ايالات متحده 1018 تن اورانيوم از 7 عمليات معدني در غرب رود ميسيسيپي توليد کرد. اورانيوم بيشتر توسط فرانسوي ها در کشورهاي جهان توزيع شده است.
معمولا کشورهاي بزرگتر اورانيوم بيشتري در مقايسه با کشورهاي کوچکتر توليد مي کنند. چراکه گسترش و توزيع اورانيوم در جهان يک شکل و يکنواخت است. کشور استراليا ذخاير بسيار زيادي از اين عنصر دارد که تقريبا 30% ذخاير دنيا را شامل مي شود.

ايزوتوپها:
اورانيوم طبيعي از 3 ايزوتوپ U-238, U-235, U-234 تشکيل شده است که U-238 فراوان ترين آنها (99.3%) ميباشد. اين سه ايزوتوپ راديو اکتيو بوده که نيمه عمر آنها عبارت است از U-235 4.5*109 سال که پايدارترين آنها مي باشد. U-235 7*108 سال و U234 2.5*105 سال.
ايزوتوپهاي اورانيوم مي توانند از هم جدا شوند تا تمرکز يک 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 که 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 کم شود.

هشدار ها:
اورانيوم ممکن است که درطريق تنفس يا بلع و يا در موارد استثنايي از طريق شکافي روي پوست وارد بدن شود. اورانيوم توسط پوست جذب نمي شود و ذرات آلفاي ساطع شده از اين عنصر نمي تواند به پوست نفوذ کند. بنابراين اورانيومي که خارج از بدن باشد نمي تواند به اندازه اورانيوم داخل بدن مضر و خطرناک باشد. اگر اورانيوم به بدن وارد شود ممکن است موجب سرطان شده يا به کليه ها آسيب برساند.
تمام ترکيبات اورانيوم سمي و راديو اکتيو هستند. سمي بودن اين عنصر مي تواند کشنده باشد. در مقادير بسيار کم خاصيت سمي بودن اين عنصر به کليه آسيب مي رساند. خواص راديو اکتيوي اين عنصر نيز سيستماتيک و نظام مند است. در کل ترکيبات اورانيوم به سختي جذب روده و ريه ميشوند و خطرات راديولوژيکي آن باقي مي ماند. فلز خالص اورانيوم نيز خطر آتش سوزي به همراه دارد. فرد ممکن 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 ميکروگرم مي باشد. مقدار اورانيوم درهوا معمولا بسيار ناچيز است. افرادي که در کنار تاسيسات هسته اي دولت و يا معادن استخراج اورانيوم زندگي مي کنند بيشتر در معرض اين عنصر قرار مي گيرند.