آنچه درباره ی اورانیم باید بدانیم

سیدمحمد زادجعفر

کلاس 01

دبیرستان شهید نصیری

اطلاعات اوليه
اورانيوم يکي از عناصر شيميايي جدول تناوبي است که نماد آن ، U و عدد اتمي آن 92 مي‌باشد. اورانيوم که يک عنصر سنگين ، سمي ، فلزي ، راديواکتيو و براق به رنگ سفيد مايل به نقره‌اي و حالت آن جامد است، به گروه آکتيندها تعلق داشته و ايزوتوپ 235 آن براي سوخت راکتورهاي هسته‌اي و سلاحهاي هسته‌اي استفاده مي‌شود. معمولا اورانيوم در مقادير بسيار ناچيز در صخره‌ها ، خاک ، آب ، گياهان و جانوران از جمله انسان يافت مي‌شود.

اطلاعات اوليه
اورانيوم يکي از عناصر شيميايي جدول تناوبي است که نماد آن ، U و عدد اتمي آن 92 مي‌باشد. اورانيوم که يک عنصر سنگين ، سمي ، فلزي ، راديواکتيو و براق به رنگ سفيد مايل به نقره‌اي و حالت آن جامد است، به گروه آکتيندها تعلق داشته و ايزوتوپ 235 آن براي سوخت راکتورهاي هسته‌اي و سلاحهاي هسته‌اي استفاده مي‌شود. معمولا اورانيوم در مقادير بسيار ناچيز در صخره‌ها ، خاک ، آب ، گياهان و جانوران از جمله انسان يافت مي‌شود.
خصوصيتهاي قابل توجه
اورانيوم هنگام عمل پالايش به رنگ سفيد مايل به نقره‌اي فلزي با خاصيت راديواکتيوي ضعيف مي‌باشد که کمي از فولاد نرم‌تر است. اين فلز چکش‌خار ، رساناي جريان الکتريسيته و کمي Paramagnetic مي‌باشد. چگالي اورانيوم 65% بيشتر از چگاليسرب مي‌باشد. اگر اورانيوم به‌خوبي جدا شود، بشدت از آب سرد متاثر شده و در برابر هوا اکسيد مي‌شود. اورانيوم استخراج شده از معادن ، مي‌تواند به‌صورت شيميايي به دي‌اکسيد اورانيوم و ديگر گونه‌هاي قابل استفاده در صنعت تبديل شود.
گونه‌هاي اورانيوم در صنعت
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(1405) است. ( اين رساناترين و چکش‌خوارترين گونه اورانيوم مي‌باشد.)
دو ايزوتوپ مهم ان U235 و U238> مي‌باشند که U235 مهمترين براي راکتورهاي و سلاحهاي هسته‌اي است. چرا که اين ايزوتوپ تنها ايزوتوپي است که 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 راديواکتيو جذب کرده و آن را به ايزوتوپ Pu239 پلوتونيوم تجزيه مي‌کند. ايزوتوپ مصنوعي U233 نيز شکافته شده و توسط بمباران نوتروني Thorium232 بوجود مي‌آيد.
اورانيوم اولين عنصر يافته شده بود که مي‌توانست شکافته شود. براي نمونه با بمباران آرام نوتروني ايزوتوپ U235 آن به ايزوتوپ کوتاه عمر U236 تبديل شده و بلافاصله به دو هسته کوچکتر تقسيم مي‌شود که اين عمل انرژي آزاد کرده و نوترونهاي بيشتري توليد مي‌کند.اگر اين نوترونها توسط هسته U235 ديگري جذب شوند، عملکرد حلقه هسته‌اي دوباره اتفاق مي‌افتد و اگر چيزي براي جذب نوترونها وجود نداشته باشد، به حالت انفجاري در مي‌آيند. اولين بمب اتمي با اين اصل جواب داد (شکاف هسته‌اي). نام دقيقتر براي اين بمبها و بمبهاي هيدروژني(آميزش هسته‌اي) ، سلاحهاي هسته‌اي مي‌باشد.
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.
ترکيبات
تترا فلوروئيد اورانيوم UF4که به نمک سبز معروف است يک محصول مياني هگزافلوريد اورانيوم مي‌باشد. هگزا فلوريد اورانيوم UF6 جامد است که در دماي بالاي 56 درجه سانتي‌گراد بخار مي‌شود. UF6 ترکيب اورانيوم است که براي دو فرايند غني سازي Gaseous Diffusion و Centrifuge استفاده مي‌شود و در صنعت با نام ساده Hex خوانده ميشود.
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 ميشود اما اين نام درست اين محصول نم‌يباشد.
پيدايش
اورانيوم عنصر طبيعي است که تقريبا در تمام سنگها آب و خاک به ميزان کم يافت مي‌شود و بنظر مي‌رسد 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 بيشتر کاني‌هاي اورانيومي از قبيل Pitchblende، Uraninite ،Autunite ، Uranophane tobernite و Coffinite يافت مي‌شود.
br>مقدار بيشتري از اورانيوم در موادي از قبيل صخره‌هاي فسفاتي و کاني‌هايي مانند Lignite و Monazite يافت مي‌شود که بيشتر براي مصارف اقتصادي از همين منابع استخراج مي‌شود. از آنجا که اورانيوم نيمه عمر راديواکتيوي طولاني 4.47x109 سال براي U-238 دارد مقدار آن هميشه در زمين ثابت ميماند.
بنظر ميرسد که فرو پاشي اورانيوم و واکنشهاي هسته‌اي آن با توريوم همان منبع گرمايي عظيمي است که در هسته زمين ، باعث ذوب شدن قسمت خارجي هسته زمين گرديده و باعث ايجاد حرکت پوسته‌اي زمين مي‌شود.
معدن اورانيوم صخره اي است که محل تمرکز اورانيومي مي‌باشد که مقدار اقتصادي آن ، يک تا چهار پوند اکسيد اورانيوم در هر تن است که تقريبا 0.05 تا 0.20 درصد اکسيد اورانيوم دارد.                                                                                            تولید و توزیع                                                                            در سال 2001 ، مالکان راکتورهای هسته‌ای غیر نظامی آمریکا از این کشور و منابع خارجی 21300 تن اورانیوم خریداری کردند. قیمت پرداخت شده برای هر کیلوگرم اورانیوم حدودا 26.39 دلار بود. در سال 2001 ایالات متحده 1018 تن اورانیوم از 7 عملیات معدنی در غرب رود می‌سی‌سی‌پی تولید کرد. اورانیوم بیشتر توسط فرانسوی ها در کشورهای جهان توزیع شده است.                                                                                معمولا کشورهای بزرگتر اورانیوم بیشتری در مقایسه با کشورهای کوچکتر تولید می‌کنند، چرا که گسترش و توزیع اورانیوم در جهان یک شکل و یکنواخت است. کشور استرالیا ذخایر بسیار زیادی از این عنصر دارد که تقریبا 30% ذخایر دنیا را شامل می‌شود. ایزوتوپها                                                                                            اورانیوم طبیعی از 3 ایزوتوپ U-238, U-235, U-234 تشکیل شده است که U-238 فراوانترین آنها (99.3%) می باشد. این سه ایزوتوپ رادیو اکتیو هستند. ایزوتوپهای اورانیوم می‌توانند از هم جدا شوند تا تمرکز یک ایزوتوپ بر دیگری را افزایش دهند. این فرایند ، غنی سازی نام دارد.. اورانیوم م235 برای استفاده در سلاحهای هسته‌ای و نیروگاه های اتمی مناسبتر است. این فرایند مقادیر بسیاری اورانیوم بوجود می‌آورد که در U-235 تخلیه می شوند و خالصترین اورانیوم یعنی U238 را به وجود می آورند.                هشدارها                                                                                                  تمام ترکیبات اورانیوم سمی و رادیو اکتیو هستند. سمی بودن این عنصر می‌تواند کشنده باشد. در مقادیر بسیار کم خاصیت سمی بودن این عنصر به کلیه آسیب می‌رساند. در کل ترکیبات اورانیوم به‌سختی جذب روده و ریه می‌شوند و خطرات رادیولوژیکی آن باقی می‌ماند. فلز خالص اورانیوم نیز خطر آتش‌سوزی به همراه دارد.فرد ممکن است با تنفس غبار اورانیوم 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 می‌گیرد. جذب روزانه اورانیوم در غذا 0.07 تا 1.1 میکروگرم می‌باشد. مقدار اورانیوم در هوا معمولا بسیار ناچیز است. افرادی که در کنار تاسیسات هسته‌ای دولت و یا معادن استخراج اورانیوم زندگی می‌کنند، بیشتر در معرض این عنصر قرار می‌گیرند.                                                                                   آورانیوم ممکن است که درطریق تنفس یا بلع و یا در موارد استثنایی از طریق شکافی روی پوست وارد بدن شود. اورانیوم توسط پوست جذب نمی‌شود و ذرات آلفای ساتع شده از این عنصر نمی‌تواند به پوست نفوذ کند. بنابراین اورانیومی که خارج از بدن باشد، نمی‌تواند به اندازه اورانیوم داخل بدن مضر و خطرناک باشد. اگر اورانیوم به بدن وارد شود، ممکن است موجب سرطان شده یا به کلیه‌ها آسیب برساند.                                                        اورانیم یا یورانیم یکی از عنصرهای شیمیایی است که عدد اتمی آن ۹۲ و نشانه آن U است و در جدول تناوبی جزو آکتنیدها قرار می‌گیرد. ایزوتوپ ‎۲۳۵U اورانیم در نیروگاه‌های انرژی هسته‌ای به عنوان سوخت و در سلاح‌های‌اتمی به عنوان ماده منفجره استفاده می‌شود. اورانیم به طور طبیعی فلزی است سخت، سنگین، نقره‌ای رنگ و پرتوزا. این فلز کمی نرم تر از فولاد بوده و تقریبآ قابل انعطاف است. اورانیم 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 اورانیم به عنوان رنگ دهنده لعاب سفال یا برای تهیه رنگ‌های اولیه در عکاسی استفاده می‌شد و خاصیت پرتوزایی (رادیواکتیو) آن تا سال ۱۸۶۶ میلادی ناشناخته ماند و قابلیت آن برای استفاده به عنوان منبع انرژی تا اواسط قرن بیستم میلادی مخفی بود. فراوانی                                                                                                      این عنصر از نظر فراوانی در میان عناصر طبیعی پوسته زمین در رده ۴۸ قراردارد.  اورانیم 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 برابر دو در میلیون نسبت به سایر سنگها و مواد کانی است. اورانیم طبیعی شامل ‎۹۹/۳٪ از ایزوتوپ ‎۲۳۸U و ‎۰/۷٪ ‎۲۳۵U 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.در ایران بزرگترین منبع اورانیم مربوط به ساغند اردکان می باشد.                                                                 تاریخچه                                                                                                   اورانیم در سال ۱۷۸۹ توسط مارتین کلاپروت  شیمی‎دان آلمانی از نوعی اورانیت کشف شد. این نام اشاره به سیاره اورانوس دارد که هشت سال قبل از آن، ستاره شناسان آن را کشف کرده بودند.                                                                                              اورانیم 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 اورانیم بیش از ۶/۶ بیلیون سال پیش در اثر انفجار یک ستاره بزرگ بوجود آمده و در منظومه خورشیدی پراکنده شده‌است.