اورانیوم

● اورانیوم
یکی از چگالترین فلزات رادیو اکتیو است که در طبیعت یافت می شود. این فلز در بسیاری از قسمتهای دنیا در صخره ها، خاک و حتی اعماق دریا و اقیانوس ها وجود دارد. اگر بخواهید از میزان موجودیت آن ایده ای بدست آورید باید بگوییم که میزان وجود و پراکندگی آن از طلا، نقر یا جیوه بسیار بیشتر است.
اورانیوم در طبیعت بصورت اکسید و یا نمک های مخلوط در مواد معدنی (مانند اورانیت یا کارونیت) یافت می شود. این نوع مواد اغلب از فوران آتشفشانها بوجود می آیند و نسبت وجود آنها در زمین چیزی معادل دو در میلیون نسبت به سایر سنگها و مواد کانی است. این فلز به رنگ سفید نقره ای است و کمی نرم تر از استیل بوده و تقریبآ قابل انعطاف است.
اورانیوم در سال ۱۷۸۹ توسط مارتین کلاپورت شیمی دان آلمانی از نوعی اورانیت بنام Pitchblendeکشف شد. وجه تسمیه این فلز به کشف سیاره اورانوس بازمی گردد که هشت سال قبل از آن، ستاره شناسان آنرا کشف کرده بودند.
اورانیوم یکی از اصلی ترین منابع گرمایشی در مرکز زمین است و بیش از ۴۰ سال است که بشر برای تولید انرژی از آن استفاده می کند.
دانشمندان معتقد هستند که اورانیوم بیش از ۶.۶ بیلیون سال پیش در اثر انفجار یک ستاره بزرگ بوجود آمده و در منظومه شمسی پراکنده شده است.
برای درک بهتر از توانایی اورانیوم در تولید انرژی لازم است نگاهی به ساختمان اتمی این فلز داشته باشیم.
● اورانیوم را بهتر بشناسیم
اورانیم را درواقع می توان سنگین ترین (به بیان دقیقتر چگالترین) عنصر در طبیعت نامید. شاید بد نباشد بدانید که در این میان هیدروژن سبکترین عناصر طبیعت است.
اورانیوم خالص حدود ۱۸.۷ بار از آب چگالتر است و همانند بسیاری از دیگر مواد رادیو اکتیو در طبیعت بصورت ایزوتوپ یافت می شود.
بطور ساده ایزوتوپ حالت خاصی از حضور یک عنصر در طبیعت است که در هسته آن به تعداد مساوی - با عنصر اصلی - پروتون وجود دارد اما تعداد نوترون های آن متفاوت است. بنابراین طبق این تعریف ساده می توان دریافت که ایزوتوپ های یک عنصر عدد اتمی مشابه خود عنصر را خواهند داشت اما وزن اتمی متفاوتی دارند.
اورانیوم شانزده ایزوتوپ دارد که هریک از آنها دارای وزن اتمی خاصی هستند. حدود ۹۹.۳ درصد ازاورانیومی که در طبیعت یافت می شود ایزوتوپ ۲۳۸ (U-۲۳۸) است و حدود ۰.۷ درصد ایزوتوپ ۲۳۵ (U-۲۳۵)، سایر ایزوتوپ ها بسیار نادر هستند.
در این میان ایزوتوپ ۲۳۵ برای بدست آوردن انرژی از نوع ۲۳۸ آن بسیار مهمتر است چرا که U-۲۳۵ (با فراوانی تنها ۰.۷ درصد) آمادگی آنرا دارد که تحت شرایط خاص شکافته شده و مقادیر زیادی انرژی آزاد کند. به این ایزوتوپ Fissil Uranium، به معنای اروانیوم شکافتنی هم گفته می شود و برای این عملیات از اصطلاح شکافت هسته ای یا Nuclear Fissio استفاده می شود.
اورانیوم نیز همانند سایر مواد رادیواکتیو دچار پوسیدگی و زوال می شود. مواد رادیو اکتیو دارای این خاصیت هستند که از خود بطور دائم ذرات آلفا و بتا و یا اشعه گاما منتشر می کنند.
U-۲۳۸ باسرعت بسیار کمی فسیل می شود و نیمه عمر آن چیزی در حدود ۴,۵۰۰ میلون سال (تقریبآ معادل عمر زمین) است.
این موضوع به این معنی است که با فسیل شدن اورانیوم با همین سرعت کم انرژی معادل ۰.۱ وات برای هر یک تن اورانیوم تولید می شود و این برای گرم نگاه داشتن هسته زمین کافی است.
● نگاه ساده به شکاف هسته ای اورانیوم
U-۲۳۵ قابلیت شکاف هسته ای دارد. این نوع از اتم اورانیوم دارای ۹۲ پروتون و ۱۴۳ نوترون است (بنابراین جمعآ ۲۳۵ ذره در هسته خود دارد و به همین دلیل (U-۲۳۵ نامیده می شود)، کافی است یک نوترون دریافت کند تا بتواند به دو اتم دیگر تبدیل شود.
این عمل با بمباران نوترونی هسته انجام می گیرد، در این حالت یک اتم U-۲۳۵به دو اتم دیگر تقسیم می شود و دو ، سه و یا بیشتر نوترون آزاد می شود. نوترون های آزاد شده خود با اتم های دیگر U-۲۳۵ ترکیب می شوند و آنها را تقسیم کرده و به همین منوال یک واکنش زنجیره ای از تقسیم اتم های U-۲۳۵ تشکیل می شود.
● اتم
U-۲۳۵ با دریافت یک نوترون به اورانیوم ۲۳۶ تبدیل می شود که ثبات و پایداری نداشته و تمایل دارد به دو اتم با ثبات تقسیم شود. انجام عمل تقسیم باعث آزاد شدن انرژی می شود بگونه ای که جمع انرژی حاصل از تقسیم زنجیره اتمهای U-۲۳۵ بسیار قابل توجه می شود.
نمونه ای از این واکنش ها به اینصورت است :
U-۲۳۵ + n ==> Ba-۱۴۱ + Kr-۹۲ + ۳n + ۱۷۰ Million electron Volts
U-۲۳۵ + n ==> Te-۱۳۹ + Zr-۹۴ + ۳n + ۱۹۷ Million electron Volts
که در آن :
۱ electron Volt = ۱.۶۰۲ x ۱۰ -۱۹ joules
(یک ژول انرژی معادل توان یک وات برای مصرف در یک ثانیه است.)
مجموع این عملیات ممکن است در محلی بنام رآکتور هسته ای انجام گیرد. رآکتور هسته ای می تواند انرژی آزاد شده را برای گرم کردن آب استفاده نماید تا در نهایت از آن برای راه اندازی توربین های بخار و تولید برق استفاده شود.

گروه علمی نابغه های ایران

منبع : شبکه سی. پی. اچ