اورانيوم يکي از عنصرهاي شميايي است که عدد اتمي آن 92 و نشانه آن U است و در جدول تناوبي جزو آکتنيدها قرار ميگيرد. ايزوتوپ 235U آن در نيروگاه‌هاي هسته‌اي به عنوان سوخت و در سلاح‌هاي هسته‌اي به عنوان ماده منفجره استفاده ميشود.
اورانيوم به طور طبيعي فلزي است سخت، سنگين، نقره‌اي رنگ و پرتوزا. اين فلز کمي نرم تر از فولاد بوده و تقريبآ قابل انعطاف است. اورانيوم يکي از چگالترين فلزات پرتوزا است که در طبيعت يافت ميشود. چگالي آن 65? بيشتر از سرب و کمي کمتر از طلا است.
سال‌ها از اورانيوم به عنوان رنگ دهنده لعاب سفال يا براي تهيه رنگ‌هاي اوليه در عکاسي استفاده مي‌شد و خاصيت پرتوزايي (راديواکتيو) آن تا سال 1866 ناشناخته ماند و قابليت آن براي استفاده به عنوان منبع انرژي تا اواسط قرن بيستم مخفي بود.
فراواني
اين عنصر از نظر فراواني در ميان عناصر طبيعي پوسته زمين در رده 48 قراردارد.
اورانيوم در طبيعت بصورت اکسيد و يا نمک‌هاي مخلوط در مواد معدني (مانند اورانيت يا کارونيت) يافت ميشود. اين نوع مواد اغلب از فوران آتشفشان‌ها بوجود مي‌‌آيند و نسبت وجود آنها در زمين معادل دو در ميليون نسبت به ساير سنگها و مواد کاني است. اورانيوم طبيعي شامل 99/3% از ايزوتوپ 238U و 0/7% 235U است.
اين فلز در بسياري از قسمت‌هاي دنيا در صخره‌ها، خاک و حتي اعماق دريا و اقيانوس‌ها وجود دارد. ميزان وجود و پراکندگي آن از طلا، نقره يا جيوه بسيار بيشتر است.
تاريخچه
اورانيوم در سال 1789 توسط مارتين کلاپروت (Martin Klaproth) شيمي دان آلماني از نوعي اورانيت بنام پيچبلند (Pitchblende) کشف شد. اين نام اشاره به سياره اورانوس دارد که هشت سال قبل از آن، ستاره شناسان آن را کشف کرده بودند.
اورانيوم يکي از اصلي‌ترين منابع گرمايشي در مرکز زمين است و بيش از 40 سال است که بشر براي توليد انرژي از آن استفاده مي‌‌کند.
دانشمندان معتقد هستند که اورانيوم بيش از 6/6 بيليون سال پيش در اثر انفجار يک ستاره بزرگ بوجود آمده و در منظومه شمسي پراکنده شده است.
ويژگي‌هاي اورانيوم
اورانيوم سنگين‌ترين (به بيان دقيقتر چگالترين) عنصري است که در طبيعت يافت ميشود (هيدروژن سبکترين عنصر طبيعت است.)
اورانيوم خالص حدود 18/7 بار از آب چگالتر است و همانند بسياري از ديگر مواد پرتوزا در طبيعت بصورت ايزوتوپ يافت ميشود.
اورانيوم شانزده ايزوتوپ دارد. حدود 99/3 درصد از اورانيومي که در طبيعت يافت ميشود ايزوتوپ 238 (U-238) است و حدود 0/7 درصد ايزوتوپ 235 (U-235). ديگر ايزوتوپ‌هاي اورانيم بسيار نادر هستند.
در اين ميان ايزوتوپ 235 براي بدست آوردن انرژي از نوع 238 آن بسيار مهم‌تر است چرا که U-235 (با فراواني تنها 0/7 درصد) آمادگي آن را دارد که در شرايط خاص شکافته شود و مقادير زيادي انرژي آزاد کند. به اين ايزوتوپ Fissil Uranium، به معناي «اورانيوم شکافتني» هم گفته ميشود و براي شکافت هسته‌اي استفاده ميشود.
اورانيوم نيز همانند ديگر مواد پرتوزا دچار تباهي ميشود. مواد راديو اکتيو داراي اين خاصيت هستند که از خود بطور دايم ذرات آلفا و بتا و يا اشعه گاما منتشر مي‌‌کنند.
U-238 باسرعت بسيار کمي تباه ميشود و نيمه عمر آن در حدود 4،500 ميلون سال (تقريبآ معادل عمر زمين) است.
اين موضوع به اين معني است که با تباه شدن اورانيوم با همين سرعت کم انرژي معادل 0/1 وات براي هر يک تن اورانيوم توليد ميشود و اين براي گرم نگاه داشتن هسته زمين کافي است.
شکاف هسته‌اي اورانيوم
U-235 قابليت شکاف هسته‌اي دارد. اين نوع از اتم اورانيوم داراي 92 پروتون و 143 نوترون است (بنابراين جمعآ 235 ذره در هسته خود دارد و به همين دليل U-235 ناميده ميشود)، کافي است يک نوترون دريافت کند تا بتواند به دو اتم ديگر تبديل شود.
اين عمل با بمباران نوتروني هسته انجام ميگيرد، در اين حالت يک اتم U-235 به دو اتم ديگر تقسيم ميشود و دو، سه و يا بيشتر نوترون آزاد ميشود. نوترون‌هاي آزاد شده خود با اتمهاي ديگر U-235 ترکيب مي‌‌شوند و آنها را تقسيم کرده و به همين منوال يک واکنش زنجيره‌اي از تقسيم اتمهاي U-235 تشکيل ميشود.
اتم U-235 با دريافت يک نوترون به اورانيوم 236 تبديل ميشود که ثبات و پايداري نداشته و تمايل دارد به دو اتم با ثبات تقسيم شود. انجام عمل تقسيم باعث آزاد شدن انرژي ميشود بگونه‌اي که جمع انرژي حاصل از تقسيم زنجيره اتمهاي U-235 بسيار قابل توجه ميشود.
نمونه‌اي از اين واکنش‌ها به اينصورت است:
U-235 + n –> Ba-141 + Kr-92 + 3n + 170 Million electron Volts
U-235 + n –> Te-139 + Zr-94 + 3n + 197 Million electron Volts
که در آن: electron Volt = 1.602 x 10-19 joules
(يک ژول انرژي معادل توان يک وات براي مصرف در يک ثانيه است)
مجموع اين عمليات ممکن است در محلي بنام رآکتور هسته‌اي انجام گيرد. رآکتور هسته‌اي مي‌‌تواند از انرژي آزاد شده براي گرم کردن آب استفاده کند تا در نهايت از آن براي راه اندازي توربين‌هاي بخار و توليد برق استفاده شود.
منبع:http://www.academist.ir /خ