اورانیوم
اورانیومیکی از عناصر شیمیاییجدول تناوبی است که نماد آن ،Uو عدد اتمی آن 92 میباشد. اورانیوم که یک عنصر سنگین ، سمی ، فلزی ،رادیواکتیو و براق به رنگ سفید مایل به نقره‌ای میباشد، به گروه آکتیندها تعلق داشته و ایزوتوپ 235 آن برای سوختراکتورهای هسته‌ای و سلاحهای هسته‌ای استفاده میشود.
معمولا اورانیوم در مقادیر بسیار ناچیز در صخره‌ها ، خاک ، آب ، گیاهان و جانوران از جمله انسان یافت میشود.
خصوصیتهای قابل توجه
اورانیوم هنگام عمل پالایش به رنگ سفید مایل به نقره‌ای فلزی با خاصیت رادیواکتیوی ضعیف میباشد که کمی ازفولاد نرم‌تر است. این فلز چکش‌خار ، رسانای جریان الکتریسیته و کمیParamagneticمیباشد. چگالی اورانیوم 65% بیشتر از چگالیسربمی‌باشد. اگر اورانیوم به‌خوبی جدا شود، بشدت از آب سرد متاثر شده و دربرابر هوا اکسید میشود. اورانیوم استخراج شده از معادن ، می‌تواندبه‌صورت شیمیایی به دی‌اکسید اورانیوم و دیگر گونه‌های قابل استفاده درصنعت تبدیل شود.
گونه‌های اورانیوم در صنعت
اورانیوم در صنعت سه گونه دارد:
- آلفا (Orthohombic) که تا دمای 667.7 درجه پایدار است.
- بتا (Tetragonal) که از دمای 667.7 تا 774.8 درجه پایدار است.
- گاما (Body-centered cubic) که از دمای 774.8 درجه تا نقطه ذوب پایدار است. ( این رساناترین و چکش‌خوارترین گونه اورانیوم میباشد.)
دو ایزوتوپ مهم ان U235 و U238> می‌باشند که U235 مهمترین برای راکتورهای و سلاحهای هسته‌ای است. چرا که این ایزوتوپ تنهاایزوتوپی است که طبیعت وجود دارد و در هر مقدار ممکن توسط نوترونهایحرارتی شکافته میشود. ایزوتوپ U238 نیز از این جهت مهم است که نوترونها را برای تولید ایزوتوپ رادیواکتیو جذب کرده و آن را به ایزوتوپ Pu239 پلوتونیومتجزیه می‌کند. ایزوتوپ مصنوعی U233 نیز شکافته شده و توسط بمباران نوترونی Thorium232 بوجود می‌آید.
اورانیوم اولینعنصر یافته شده بود که می‌توانست شکافته شود. برای نمونه با بمباران آرام نوترونی ایزوتوپ U235 آن به ایزوتوپ کوتاه عمر U236 تبدیل شده و بلافاصله به دو هسته کوچکتر تقسیم میشود که این عمل انرژی آزاد کرده و نوترونهای بیشتری تولید می‌کند.
اگر این نوترونها توسط هسته U235 دیگری جذب شوند، عملکرد حلقه هسته‌ای دوباره اتفاق می‌افتد و اگر چیزیبرای جذب نوترونها وجود نداشته باشد، به حالت انفجاری در می‌آیند. اولینبمب اتمی با این اصل جواب داد (شکاف هسته‌ای). نام دقیقتر برای این بمبهاو بمبهای هیدروژنی(آمیزش هسته‌ای) ،سلاحهای هسته‌ایمی‌باشد.
کاربردها
فلز اورانیوم بسیار سنگین و پرچگالی میباشد.
- اورانیوم خالی توسط بعضی از ارتشها برای ساخت محافظ برایتانکها و ساخت قسمتهایی از موشکها و ادوات جنگی استفاده میشود. ارتشهاهمچنین از اورانیوم غنی‌شده برای سوخت ناوگان خود و زیردریایی‌ها و همچنینسلاحهای هسته‌ای استفاده می‌کنند. سوخت استفاده شده در راکتورهای ناوگانایالات متحدهمعمولااورانیوم U235 غنی شده میباشد. اورانیومموجود در سلاحهای هسته‌ای بشدت غنی میشوند که این مقدار بصورت تقریبی 90% میباشد.
- مهمترین کاربرد اورانیوم در بخش غیر نظامی تامین سوخت دستگاههای تولید نیروی هسته‌ای است که در آنها سوخت U235 به میزان 2الی3% غنی میشود. اورانیوم تخلیه شده در هلیکوپترها و هواپیماها به‌عنوان وزن متقابل بر هر بار استفاده میشود.
- لعاب ظروف سفالی از مقدار کمی اورانیوم طبیعی تشکیل شده است ( کهداخل فرایند غنی سازی نمی‌شود ) که این عنصر برای اضافه کردن رنگ با آناضافه میشود.
- نیمه عمرطولانی ایزوتوپ اورانیوم 238 آن را برای تخمین سن سنگهای آتشفشانی مناسب میسازد.
- U235 در راکتورهای هسته‌ای Breeder بهپلوتونیومتبدیل میشود و پلوتونیوم نیز در ساخت بمبهای هیدروژنی مورد استفاده قرار میگیرد.
- استات اورانیوم در شیمی تحلیلی کاربرد دارد.
- برخی از لوازم نوردهنده از اورانیوم و برخی در مواد شیمیاییعکاسی مانند نیترات اورانیوم استفاده می‌کنند.
- معمولا کودهای فسفاتی حاوی مقدار زیادی اورانیوم طبیعی می‌باشند،چرا که مواد کانی که آنها از آنجا گرفته شده‌اند، حاوی مقدار زیادیاورانیوم می‌باشند.
- فلز اورانیوم برای اهدافاشعه ایکس در ساخت این اشعه با انرژی بالا استفاده میشود.
- این عنصر در وسایلInterial GuidanceوGyro Compassاستفاده میشود.
تاریخچه
استفاده از اورانیوم به شکل اکسید طبیعی آن به سال 79 میلادی برمی‌گردد، یعنی زمانی که این عنصر برای اضافه کردن رنگ زرد به سفال لعابداراستفاده شد (شیشه زرد با یک در صد اورانیوم در نزدیکیناپل ایتالیاکشف شده است. ) کشف این عنصر به شیمیدان آلمانی به نام "مارتین هنریچ کلاپرس" اختصاص داده شد که در سال 1789 اورانیوم را به صورت قسمتی از کانی که آنرا pitchblende نامید، کشف شد. نام این عنصر را بر اساس سیاره اورانوس کههشت سال قبل از آن کشف شده بود برگزیده شد. این عنصر در سال 1841 به صورتفلز جداگانه توسط "eugne melchior peligot" استفاده شد.
در سال 1896 "هانری بکرل" فیزیکدان فرانسوی برای اولین بار به خاصیترادیواکتیویته آن پی برد. در پروژهManhattanنامهایTuballoyوOralloyبرای اورانیوم طبیعی و اورانیوم غنی شده بکار برده شد. این اسامی هنوز نیزبرای اورانیوم غنی شده و اورانیوم طبیعی بکار برده می شوند.
در آغاز قرن بیستم تفحص و جستجو برای یافتن معادن رادیو اکتیو در ایالات متحده آغاز شد. منابعرادیوم که حاوی کانی‌های اورانیوم نیز می‌بودند، برای استفاده آنها در رنگساعتهای شب‌نما و دیگر ابزار جستجو شدند. در طی جنگ جهانی دوم اورانیوم ازنظر اهداف دفاعی اهمیت پیدا کرد. در سال 1943Union Mines Development Corporation کنگره ای را درکلرادوبه منظور استفاده ارتش از قدرت اتمی در پروژهManhattanتشکیل داد.
برایاطمینان از ذخایر کافی اورانیوم این کنگره US Atomic Enecry Act of 1946 را ایجاد و کمیسیون انرژی اتمی را بوجود آورد. در دهه 1960 ملزومات ارتشتزلزل یافت و در اواخر سال 1970 دولت برنامه تهیه اورانیوم خود را کاملکرد. همزمان با همین مساله بازار دیگری بوجود آمد که درواقع همانکارخانه‌های نیروگاه‌های هسته‌ای اقتصادی بود.
ترکیبات
تترا فلوروئید اورانیوم UF4که به نمک سبز معروف است یک محصول میانی هگزافلورید اورانیوم میباشد. هگزا فلورید اورانیوم UF6 جامد است که در دمای بالای 56 درجه سانتی‌گراد بخار میشود. UF6 ترکیب اورانیوم است که برای دو فرایند غنی سازی Gaseous Diffusion و Centrifuge استفاده میشود و در صنعت با نام سادهHexخوانده میشود.
Yellowcake اورانیوم غلیظ شده است. نام این عنصر بدلیل رنگ و شکل آن در هنگام تولیدمی‌باشد اگرچه تولید امروزه Yellowcake بیشتر به رنگ سبز مایل به سیاهمیگراید تا زرد. Yellowcake تقریبا 70 تا 90 درصد اکسید اورانیوم دارد. U3O8
Diuranate آمونیوم محصول جنبی تولید Yellowcake میباشد که رنگ آن زرددرخشان میباشد که گاهی اوقات باعث اشتباه شده و Yellowcake نامیده میشوداما این نام درست این محصول نم‌یباشد.
پیدایش
اورانیوم عنصر طبیعی است که تقریبا در تمام سنگها آب و خاک به میزانکم یافت میشود و بنظر میرسد که مقدار آن از Antimony ، برلیوم ، کادیوم، جیوه ، طلا ، نقره و تنگستن بیشتر باشد و این فراوانی در حد آرسنیک ومولیبدنیوم است. این عنصر در بیشتر کانی‌های اورانیومی از قبیل Pitchblende، Uraninite ،Autunite ، Uranophane tobernite و Coffinite یافت میشود.
br>مقدار بیشتری از اورانیوم در موادی از قبیلصخره‌های فسفاتی و کانی‌هایی مانند Lignite و Monazite یافت میشود کهبیشتر برای مصارف اقتصادی از همین منابع استخراج میشود. از آنجا کهاورانیومنیمه عمررادیواکتیوی طولانی 4.47x109 سال برای U-238 دارد مقدار آن همیشه در زمین ثابت میماند.
بنظر میرسد که فرو پاشی اورانیوم وواکنشهای هسته‌ای آن باتوریومهمان منبع گرمایی عظیمی است که در هسته زمین ، باعث ذوب شدن قسمت خارجی هسته زمین گردیده و باعث ایجاد حرکت پوسته‌ای زمین میشود.
معدناورانیوم صخره ای است که محل تمرکز اورانیومی میباشد که مقدار اقتصادی آن، یک تا چهار پوند اکسید اورانیوم در هر تن است که تقریبا 0.05 تا 0.20درصد اکسید اورانیوم دارد. تولید و توزیع
اورانیوم اقتصادی از طریق کاهش هالیدهای اورانیوم با خاکفلزات قلیایی تولید میشود. همچنین فلز اورانیوم می‌تواند از طریق عملالکترولیز 5KUF یا Uf4 که در (CaCl2 و NaCl حل شده است، بدست آید. اورانیوم خالص نیز از طریق تجزیه حرارتی هالیدهای اورانیوم حاصل میشود.
درسال 2001 ، مالکان راکتورهای هسته‌ای غیر نظامی آمریکا از این کشور ومنابع خارجی 21300 تن اورانیوم خریداری کردند. قیمت پرداخت شده برای هرکیلوگرم اورانیوم حدودا 26.39 دلار بود که در مقایسه با سال 1998 16% کاهشداشت. در سال 2001 ایالات متحده 1018 تن اورانیوم از 7 عملیات معدنی درغرب رود می‌سی‌سی‌پی تولید کرد. اورانیوم بیشتر توسط فرانسوی ها درکشورهای جهان توزیع شده است.
معمولا کشورهای بزرگتر اورانیوم بیشتری در مقایسه با کشورهای کوچکترتولید می‌کنند، چرا که گسترش و توزیع اورانیوم در جهان یک شکل و یکنواختاست. کشوراسترالیاذخایر بسیار زیادی از این عنصر دارد که تقریبا 30% ذخایر دنیا را شامل میشود.
ایزوتوپها
اورانیوم طبیعی از 3ایزوتوپ U-238, U-235, U-234 تشکیل شده است که U-238 فراوانترین آنها (99.3%) میباشد. این سه ایزوتوپ رادیو اکتیو بوده که نیمه عمر آنها عبارت است از U-235 4.5x109 سال که پایدارترین آنها می باشد. U-235 7x108 سال وU234 2.5x105 سال.
ایزوتوپهای اورانیوم می‌توانند از هم جدا شوند تاتمرکز یک ایزوتوپ بر دیگری را افزایش دهند. این فرایند ،غنی سازینام دارد. وزن U-235 برای غنی شدن باید 0.711 درصد افزایش یابد. اورانیومم235 برای استفاده در سلاحهای هسته‌ای و نیروگاه های اتمی مناسبتر است. این فرایند مقادیر بسیاری اورانیوم بوجود می‌آورد که در U-235 تخلیه میشوند و خالصترین اورانیوم یعنی U238 اورانیوم خالی یا DU نام دارد. اگرایزوتوپ 235 بخواهد تخلیه شود باید وزنش 0.711 درصد کم شود.
هشدارها
تمام ترکیبات اورانیوم سمی و رادیو اکتیو هستند. سمی بودن این عنصرمی‌تواند کشنده باشد. در مقادیر بسیار کم خاصیت سمی بودن این عنصر به کلیهآسیب می‌رساند. خواص رادیواکتیوی این عنصر نیز سیستماتیک و نظام بند است. در کل ترکیبات اورانیوم به‌سختی جذب روده و ریه میشوند و خطراترادیولوژیکی آن باقی میماند. فلز خالص اورانیوم نیز خطر آتش‌سوزی بههمراه دارد.
فرد ممکن است با تنفس غبار اورانیوم در هوا یا خوردن وآشامیدن آب و غذا در معرض این عنصر قرار بگیرد. البته بیشتر این عمل ازطریق 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 اورانیومزندگی می‌کنند، بیشتر در معرض این عنصر قرار می‌گیرند.
آورانیومممکن است که درطریق تنفس یا بلع و یا در موارد استثنایی از طریق شکافی رویپوست وارد بدن شود. اورانیوم توسط پوست جذب نمی‌شود و ذرات آلفای ساتع شدهاز این عنصر نمی‌تواند بهپوستنفوذ کند. بنابراین اورانیومی که خارج از بدن باشد، نمی‌تواند به اندازهاورانیوم داخل بدن مضر و خطرناک باشد. اگر اورانیوم به بدن وارد شود، ممکناست موجب سرطان شده یا به کلیه‌ها آسیب برساند.
:: موضوعات مرتبط:
تحقیق آماده ,
,
:: بازدید از این مطلب : 2630
|
امتیاز مطلب : 23
|
تعداد امتیازدهندگان : 7
|
مجموع امتیاز : 7
عضو شوید
عضویت سریع
آمار
وب سایت:
آمار مطالب
آمار بازدید
