اشاره: انرژی هسته ای و حق استفاده ایران در این خصوص در جامعه مطرح است؛ بهتر دیدم كه شما را با عنصر اورانیم و خصوصیات آن كه نقش اصلی را در انرژی هسته ای دارد، آشنا كنم. اورانیوم یكی از عناصر شیمیایی جدول تناوبی است كه نماد آن U وعدد اتمفی آن 92 می باشد. اورانیوم كه یك عنصر سنگین، سمی، فلزی، رادیواكتیو و براق به رنگ سفید مایل به نقره ای می باشد به گروه آستیندها تعلق داشته و ایزوتوپ 235 آن برای سوخت راكتورهای هسته ای وسلاحهای هسته ای استفاده می شود. معمولا اورانیوم در مقادیر بسیار ناچیز درصخره ها، خاك، آب، گیاهان و جانوران از جمله انسان یافت می شود. خصوصیتهای قابل توجه
اورانیوم هنگام عمل پالایش به رنگ سفید مایل به نقره ای فلزی با خاصیت رادیو اكتیوی ضعیف می باشد كه كمی از فولاد نرم تر است. این فلز چكش خوار ، رسانای جریان الكتریسیته و كمی PARAMAGNETIC می باشد. چگالی اورانیوم 65% بیشتر از چگالی سرب میباشد. اگر اورانیوم به خوبی جدا شود به شدت از آب سرد متاثر شده و در برابر هوا اكسید میشود. اورانیوم استخراج شده از معادن می تواند به صورت شیمیایی به دی اكسید اورانیوم و دیگر گونه های قابل استفاده در صنعت تبدیل شود. اورانیوم در صنعت سه گونه دارد:
• آلفا (ORTHOHOMBIC) كه تا دمای 667.7 درجه پایدار است.
• بتا (TETRAGONAL) كه از دمای 667.7 تا 774.8 درجه پایدار است.
• گاما (BODY-CENTERED CUBIC) كه از دمای 774.8 درجه تا نقطه ذوب پایدار است. ( این رساناترین و چكش خوارترین گونه اورانیوم می باشد.)
دو ایزوتوپ مهم ان U235 و U238 می باشند كه 235 Uمهمترین ایزوتوپ برای راكتورها و سلاحهای هسته ای است. چرا كه این ایزوتوپ تنها ایزوتوپی است كه در طبیعت وجود دارد و در هر مقدار ممكن توسط نوترونهای حرارتی شكافته میشود. ایزوتوپ U238 نیز از این جهت مهم است كه نوترونها را برای تولید ایزوتوپ رادیو اكتیو جذب كرده و آن را به ایزوتوپ PU239 پلوتونیوم تجزیه می كند. ایزوتوپ مصنوعی U233 نیز شكافته شده و توسط بمباران نوترونی THORIUM232 بوجود می آید.
اورانیوم اولین عنصر یافته شده بود كه می توانست شكافته شود. برای نمونه با بمباران آرام نوترونی ایزوتوپ U235 آن به ایزوتوپ كوتاه عمر U236 تبدیل شده و بلا فاصله به دو هسته كوچكتر تقسیم می شود كه این عمل انرژی آزاد كرده و نوترونهای بیشتری تولید می كند. اگر این نوترونها توسط هسته U235 دیگری جذب شوند عملكرد حلقه هسته ای دوباره اتفاق می افتد و اگر چیزی برای جذب نوترونها وجود نداشته باشد به حالت انفجاری در می آیند. اولین بمب اتمی با این اصل جواب داد «شكاف هسته ای » نام دقیقتر برای این بمبها و بمب های هیدروژنی« آمیزش هسته ای» سلاحهای هسته ای می باشد. كاربردها:
فلز اورانیوم بسیار سنگین و پرچگالی می باشد.اورانیوم خالی توسط بعضی از ارتشها برای ساخت محافظ برای تانكها و ساخت قسمتهایی از موشكها و ادوات جنگی استفاده می شود. ارتشها همچنین از اورانیوم غنی شده برای سوخت ناوگان خود و زیردریایی ها و همچنین سلاحهای هسته ای استفاده می كند. سوخت استفاده شده در راكتورهای ناوگان ایالات متحده معمولا اورانیوم U235 غنی شده می باشد. اورانیوم موجود در سلاحهای هسته ای به شدت غنی می شوند كه این مقدار بصورت تقریبی 90% می باشد.
مهمترین كاربرد اورانیوم در بخش غیر نظامی تامین سوخت دستگاههای تولید نیروی هسته ای است كه در آنها سوخت U235 به میزان 2الی3% غنی می شود. اورانیوم تخلیه شده در هلیكوپترها و هواپیماها به عنوان وزن متقابل بر هر بار استفاده می شود. دیگر كاربردهای این عنصر عبارتند از :
• لعاب ظروف سفالی از مقدار كمی اورانیوم طبیعی تشكیل شده است (كه داخل فرایند غنی سازی نمی شود) كه این عنصر برای اضافه كردن رنگ با آن اضافه می شود.
• نیمه عمر طولانی ایزوتوپ اورانیوم 238 آن را برای تخمین سن سنگهای آتشفشانی مناسب می سازد.
• U235 در راكتورهای هسته ای BREEDER به پلوتونیوم تبدیل می شود. و پلوتونیوم نیز در ساخت بمبهای هیدروژنی مورد استفاده قرار می گیرد.
• استات اورانیوم در شیمی تحلیلی كاربرد دارد.
• برخی از لوازم نوردهنده از اورانیوم و برخی در مواد شیمیایی عكاسی مانند نیترات اورانیوم استفاده می كنند.
• معمولا كودهای فسفاتی حاوی مقدار زیادی اورانیوم طبیعی میباشند. چراكه مواد كانی كه آنها از آنجا گرفته شده اند حاوی مقدار زیادی اورانیوم می باشند.
• فلز اورانیوم برای اهداف اشعه ایكس در ساخت این اشعه با انرژی بالا استفاده می شود.
• این عنصر در وسایل INTERIAL GUIDANCE و GYRO COMPASS استفاده می شود.
تاریخچه: استفاده از اورانیوم به شكل اكسیدطبیعی آن به سال 79 میلادی بر می گردد یعنی زمانی كه از این عنصر برای اضافه كردن رنگ زرد به سفال لعابدار استفاده شد (شیشه زرد با یك در صد اورانیوم در نزدیكی ناپل ایتالیا كشف شده است.)
كشف این عنصر به شیمیدان آلمانی به نام مارتین هنریچ كلاپرس اختصاص داده شد كه در سال 1789 اورانیوم را به صورت قسمتی از كانی كه آن را PITCHBLENDE نامید كشف شد. نام این عنصر را بر اساس سیاره اورانوس كه هشت سال قبل از آن كشف شده بود برگزیدند.این عنصر در سال 1841 به صورت فلز جداگانه توسط EUGNE MELCHIOR PELIGOT استفاده شد.
در سال 1896 HENRI BECQUEREL فیزیكدان فرانسوی برای اولین بار به خاصیت رادیو اكتیویته آن پی برد.
در پروژه MANHATTAN نامهای TUBALLOY و ORALLOY برای اورانیوم طبیعی و اورانیوم غنی شده بكار برده شد. این اسامی هنوز نیز برای اورانیوم غنی شده و اورانیوم طبیعی بكار برده می شوند.
در آغاز قرن بیستم تفحص و جستجو برای یافتن معادن رادیو اكتیو در ایالات متحده آغاز شد. منابع رادیوم كه حاوی كانی های اورانیوم نیز می بودند برای استفاده آنها در رنگ ساعت های شب نما و دیگر ابزار جستجو شدند. در طی جنگ جهانی دوم اورانیوم از نظر اهداف دفاعی اهمیت پیدا كرد. در سال 1943 UNION MINES DEVELOPMENT CORPORATION كنگره ای را در كلرادو به منظور استفاده ارتش از قدرت اتمی در پروژه MANHATTAN تشكیل داد.
برای اطمینان از ذخایر كافی اورانیوم این كنگره US ATOMIC ENECRY ACT OF 1946 را ایجاد و كمیسیون انرژی اتمی را بوجود آورد. در دهه 1960 ملزومات ارتش تزلزل یافت و در اواخر سال 1970دولت برنامه تهیه اورانیوم خود را كامل كرد. همزمان با همین مساله بازار دیگری به وجود آمد كه درواقع همان كارخانه های نیروگاه های هسته ای اقتصادی بود.
تركیبات:
تترا فلوروئید اورانیوم UF4 كه به نمك سبز معروف است یك محصول میانی هگزافلورید اورانیوم می باشد. هگزا فلورید اورانیوم UF6 جامد است كه در دمای بالای 56 درجه سانتیگراد بخار می شود. UF6 تركیب اورانیوم است كه برای دو فرایند غنی سازی GASEOUS DIFFUSION و CENTRIFUGE استفاده می شود. و در صنعت با نام ساده HEX خوانده می شود.
YELLOWCAKE اورانیوم غلیظ شده است. نام این عنصر بدلیل رنگ و شكل آن در هنگام تولید میباشد اگرچه تولید امروزه YELLOWCAKE بیشتر به رنگ سبز مایل به سیاه میگراید تا زرد. YELLOWCAKE تقریبا 70 تا 90 درصد اكسید اورانیوم دارد. U3O8
DIURANATE آمونیوم محصول جنبی تولید YELLOWCAKE میباشد كه رنگ آن زرد درخشان میباشد. كه گاهی اوقات باعث اشتباه شده و YELLOWCAKE نامیده می شود اما این نام درست این محصول نمی باشد.
پیدایش:
اورانیوم عنصر طبیعی است كه تقریبا در تمام سنگها آب و خاك به میزان كم یافت می شود. و به نظر می رسد كه مقدار آن از ANTIMONY، برلیوم، كادیوم، جیوه، طلا، نقره و تنگستن بیشتر باشد و این فراوانی در حد آرسنیك و مولیبدنیوم است. این عنصر در بیشتركانی های اورانیومی از قبیل PITCHBLENDE،URANINITE ،AUTUNITE,، URANOPHANE, TOBERNITE و COFFINITE یافت می شود.
مقدار بیشتری از اورانیوم در موادی از قبیل صخره های فسفاتی و كانیهای مانند LIGNITE و MONAZITE یافت میشود. كه بیشتر برای مصارف اقتصادی از همین منابع استخراج می شود. از آنجا كه اورانیوم نیمه عمر رادیو اكتیوی طولانی 4.47X109 سال برای U-238 دارد مقدار آن همیشه در زمین ثابت می ماند.
بنظر میرسد كه فرو پاشی اورانیوم و واكنشهای هسته ای آن با توریوم همان منبع گرمایی عظیمی است كه در هسته زمین، باعث ذوب شدن قسمت خارجی هسته زمین گردیده و باعث ایجاد حركت پوسته ای زمین می شود.
معدن اورانیوم صخره ای است كه تمركزهای اورانیومی می باشد كه مقدار اقتصادی ان یك تا چهار پوند اكسید اورانیوم در هر تن می باشد كه تقریبا 0.05 تا 0.20 درصد اكسید اورانیوم دارد.
تولید و توزیع:
اورانیوم اقتصادی از طریق تقلیل هالیدهای اورانیوم با خاك فلزات قلیایی تولید می شود. همچنین فلز اورانیوم می تواند از طریق عمل الكترولیز 5KUF یا UF4 كه در CACL2 و NACL حل شده است به دست آید. اورانیوم خالص نیز از طریق تجزیه حرارتی هالیدهای اورانیوم حاصل می شود.
در سال 2001 مالكان راكتورهای هسته ای غیر نظامی آمریكا از این كشور و منابع خارجی 21300 تن اورانیوم خریداری كردند. قیمت پرداخت شده برای هر كیلوگرم اورانیوم حدودا 26.39 دلار بود كه در مقایسه با سال 1998 16% كاهش داشت. در سال 2001 ایالات متحده 1018 تن اورانیوم از 7 عملیات معدنی در غرب رود میسیسیپی تولید كرد. اورانیوم بیشتر توسط فرانسوی ها در كشورهای جهان توزیع شده است.
معمولا كشورهای بزرگتر اورانیوم بیشتری در مقایسه با كشورهای كوچكتر تولید می كنند. چراكه گسترش و توزیع اورانیوم در جهان یك شكل و یكنواخت است. كشور استرالیا ذخایر بسیار زیادی از این عنصر دارد كه تقریبا 30% ذخایر دنیا را شامل می شود.
ایزوتوپها:
اورانیوم طبیعی از 3 ایزوتوپ U-238, U-235, U-234 تشكیل شده است كه U-238 فراوان ترین آنها (99.3%) میباشد. این سه ایزوتوپ رادیو اكتیو بوده كه نیمه عمر آنها عبارت است از U-235 4.5*109 سال كه پایدارترین آنها می باشد. U-235 7*108 سال و U234 2.5*105 سال.
ایزوتوپهای اورانیوم می توانند از هم جدا شوند تا تمركز یك ایزوتوپ بر دیگری را افزایش دهند. این فرایند "غنی سازی" نام دارد. وزن U-235 برای غنی شدن باید 0.711 درصد افزایش یابد. اورانیوم م235 برای استفاده در سلاحهای هسته ای و نیروگاه های اتمی مناسب تر است . این فرایند مقادیر بسیاری اورانیوم بوجود می آورد كه در U-235 تخلیه میشوند و خالصترین اورانیوم یعنی U238 اورانیوم خالی یا DU نام دارد. اگر ایزوتوپ 235 بخواهد تخلیه شود باید وزنش 0.711 درصد كم شود. هشدار ها:
اورانیوم ممكن است كه درطریق تنفس یا بلع و یا در موارد استثنایی از طریق شكافی روی پوست وارد بدن شود. اورانیوم توسط پوست جذب نمی شود و ذرات آلفای ساطع شده از این عنصر نمی تواند به پوست نفوذ كند. بنابراین اورانیومی كه خارج از بدن باشد نمی تواند به اندازه اورانیوم داخل بدن مضر و خطرناك باشد. اگر اورانیوم به بدن وارد شود ممكن است موجب سرطان شده یا به كلیه ها آسیب برساند.
تمام تركیبات اورانیوم سمی و رادیو اكتیو هستند. سمی بودن این عنصر می تواند كشنده باشد. در مقادیر بسیار كم خاصیت سمی بودن این عنصر به كلیه آسیب می رساند. خواص رادیو اكتیوی این عنصر نیز سیستماتیك و نظام مند است. در كل تركیبات اورانیوم به سختی جذب روده و ریه میشوند و خطرات رادیولوژیكی آن باقی می ماند. فلز خالص اورانیوم نیز خطر آتش سوزی به همراه دارد.
فرد ممكن است با تنفس غبار اورانیو م در هوا یا خوردن و آشامیدن آب و غذا در معرض این عنصر قرار بگیرد. البته بیشتر این عمل از طریق خوردن آب و غذا صورت می گیرد. جذب روزانه اورانیوم در غذا 0.07 تا 1.1 میكروگرم می باشد. مقدار اورانیوم درهوا معمولا بسیار ناچیز است. افرادی كه در كنار تاسیسات هسته ای دولت و یا معادن استخراج اورانیوم زندگی می كنند بیشتر در معرض این عنصر قرار می گیرند