اورانیوم چیست؟

امروزه اخبار زیادی در رابطه با بحران‌ انرژی، سوختهای جایگزین و سلاحهای اتمی می‌ شنوید. اگر به این مسائل علاقه دارید، حتما نام اورانیوم برای شما آشناست. این فلز سنگین و پرتوزا عنصر شماره 92 در جدول تناوبی می ‌باشد. در این مقاله قصد داریم تا به شکلی خلاصه شما را با این عنصر شگفت انگیز و مهم آشنا سازیم.

ویژگیهای اورانیوم

اورانیوم عنصر شماره 92 جدول تناوبی می ‌باشد. این عنصر سنگین ترین اتمی است که در طبیعت می شناسیم. این اتم دارای 92 پروتون در هسته و 92 الکترون در اطراف آن می ‌باشد. پروتونها ذراتی با بار مثبت هستند که درون هسته قرار دارند و با ایجاد نیروی جاذبه باعث نگهداشتن الکترونها در فضای اطراف هسته می شوند. پروتونها به علت بار مثبتی که دارند نسبت به یکدیگر دافعه دارند، بنابراین نمی توانند به تنهایی درون هسته قرار داشته باشند. به همین علت نوترونها که ذراتی سنگین تر و با بار الکتریکی خنثی هستند جلوی واپاشی هسته را می ‌گیرند.

اغلب هسته‌ هایی که دارای نسبت نوترون به پروتون بالای 1.5 باشند پرتوزا هستند و اورانیوم نیز از این قاعده مستثنا نیست. این فلز پرتوزا چندین ایزوتوپ دارد. مهمترین ایزوتوپهای آن 238 با 146 نوترون و 235 با 143 نوترون هستند. تعداد الکترونهای ظرفیتی این فلز سنگین 6 عدد می‌ باشد.

دانستنیها و ویژگیهای ظاهری اورانیوم

اورانیوم یک فلز به رنگ نقره‌ای – سفید می ‌باشد که هسته‌ آن پرتوزا است. به همین علت این فلز به عنوان یک عنصر ناپایدار شناخته می‌ شود. از نظر مقاومت، این فلز نسبت به فولاد نرم تر است و خاصیت چکش خواری دارد. این عنصر مانند بیشتر فلزات دیگر یک رسانای خوب الکتریسیته به شمار می‌ رود. این فلز دارای چگالی بسیار زیادی می‌ باشد. چگالی این فلز حدودا 19 گرم بر سانتیمتر مکعب است.

برای درک بزرگی این عدد بد نیست بدانید که چگالی آب 1 گرم بر سانتیمتر مکعب است. این یعنی هر لیتر از این عنصر به شکل خالص حدودا 19 کیلوگرم وزن دارد که این عدد 1.67 برابر سرب می ‌باشد. این اتم سه ایزوتوپ دارد که عدد جرمی 238، 235 و 234 دارند. البته مقدار ایزوتوپ 234 به قدری ناچیز است که می ‌توان آن را در نظر نگرفت. یک نمونه استخراج شده اورانیوم از 99.28 درصد ایزوتوپ 238 و 0.72 ایزوتوپ 235 تشکیل می شود. البته توجه داشته باشید این اعداد ثابت نیستند و در نمونه ‌های دیگر می‌ توانند تا 0.1 درصد اختلاف داشته باشند.

غنی سازی اورانیوم

اورانیوم بر اساس میزان غنی سازی به دو دسته‌ غنی شده‌ رده پایین و رده بالا تقسیم می ‌شود. در غنی سازی رده پایین، میزان ایزوتوپهای 235 از 0.72 تا 20 درصد افزایش می ‌یابد و بیشتر مواقع محصول این فرآیند شامل غلظت 3 تا 5 درصدی از این ایزوتوپ می ‌باشد. در غنی سازی رده بالا میزان ایزوتوپهای 235 از 20 درصد بالاتر می ‌رود و در فرایندهای غنی سازی یک محصول جانبی با عنوان اورانیوم تقلیل یافته نیز تولید می‌ شود که شامل غلظت کمتر از 0.72 درصد ایزوتوپ 235 می ‌باشد. محصول ایجاد شده طی فرایند غنی سازی رده پایین مناسب برای رآکتورها است و به آن رآکتور-گرید هم می گویند. از محصولی که ایجاد می شود در غنی سازی رده بالا در سلاحهای هسته ای، رآکتورهای پیشران در زیردریاییها و برخی از رآکتورهای تحقیقاتی استفاده می‌ شود.

مکانهای استخراج اورانیوم

اورانیوم نیز مانند سایر فلزات، از معادن به دست می ‌آید. درصد خلوص این فلز ارزشمند در سنگ معدن معمولاً بسیار پایین است. این عنصر پرتوزا به طور طبیعی در سنگ، خاک و آب با غلظت کم یافت می ‌شود. از جمله موادی که برای استخراج اورانیوم استفاده می ‌شود، سنگ اورانیت می ‌باشد. معمولا سنگهای حاوی این عنصر برای بهره برداری ابتدا خرد و تصفیه می کنند و سپس در معرض واکنش با مواد دیگر قرار می ‌‎گیرند. اورانیوم پس از استخراج معمولاً به شکل اورانیوم اکساید ذخیره، جابجا و فروخته می ‌شود. این فلز سنگین، چهل و هشتمین عنصر با بیشترین فراوانی در زمین شناخته می‌ شود.

کیک زرد چیست؟

اگر درباره‌ اورانیوم اطلاعاتی دارید، حتما نام کیک زرد نیز به گوش شما آشناست. کیک زرد، ماده‌ ای خمیری شکل و به رنگ زرد است که حاوی حدودا 75 درصد اورانیوم اکساید می باشد. پیش از فرایند غنی سازی، کیک زرد با واکنشهای شیمیایی تبدیل به نسخه‌ فلوئور دار این فلز می ‌شود. نام دیگر این محصول UF6 است. در ادامه فرآیند غنی سازی آغاز می شود و میزان ایزوتوپهای 235 بالاتر از حد طبیعی می ‌رود.

طریقه استفاده به عنوان سوخت

پس از غنی سازی، کیک زردی که مصرف شد، به پودری مشکی رنگ تبدیل می‌ شود. این پودر ابتدا فشرده و سپس درون قالبهایی قرار می‌ گیرد. در ادامه این قالبها وارد کوره‌ هایی مخصوص قرار می دهند تا به دمای مورد نیاز برسند. محصول خروجی از کوره، گلوله‌ هایی بسیار کوچک است که وزنی کمتر از 10 گرم خواهند داشت. در ادامه این گلوله‌ ها را وارد لوله ‌هایی بلند می کنند که بعدا قرار است به عنوان سوخت درون رآکتور مورد استفاده قرار بگیرند. در مرحله‌ آخر این میله‌ ها را با روشی مخصوص مهر و موم می ‌کنند.

سوالات متداول اورانیوم چیست؟

1- در صورت تماس مستقیم با اورانیوم چه اتفاقی می‌ افتد؟

به علت آزاد شدن پرتوهای آلفا از هسته‌ اتمهای این عنصر، تماس با این ماده خطرناک نیست. چرا که پوست بدن می‌ تواند امواج آلفا را بلوکه کند اما بهتر است هنگام کار کردن با این عنصر از لوازم ایمنی مخصوص استفاده نمایید.

2- نیمه عمر اورانیوم چقدر است؟

به مدت زمانی که طول می ‌کشد تا جرم یک نمونه ماده پرتوزا نصف شود نیمه عمر گفته می ‌شود. ایزوتوپ 238 دارای نیمه عمر طولانی مدت 4.5 میلیارد سال و ایزوتوپ 235 دارای نیمه عمر 700 میلیون ساله است.

3- چه کشورهایی دارای بالاترین میزان تولید این عنصر هستند؟

مطابق با آخرین بررسیها، قزاقستان با اختلاف زیادی نسبت به کانادا بیشترین میزان تولید اورانیوم را در سال 2021 در اختیار دارد. ایران در رتبه‌ 12 این لیست جای دارد.

4- بزرگترین منبع اورانیوم جهان کجاست؟

معدن مک آرتور ریور در کانادا بزرگ ترین منبعی است که برای این اتم پرتوزا می شناسیم. البته قزاقستان دارای 3 معدن بزرگ در قسمتهای مختلف است که به نوعی این کشور را در کنار استرالیا به بزرگ‌ترین منابع اورانیوم جهان تبدیل می ‌کند.

5- معادن بزرگ اورانیوم ایران در کجا قرار دارند؟

مطابق با بررسیها، ایران دارای ذخیره ‌های بزرگی از این فلز گرانبها در شهر‌های یزد، بندر عباس، خراسان شمالی و آذربایجان شرقی و غربی می‌ باشد که معادن اردکان بزرگترین منبع ایران به شمار می ‌روند.