واندرز فارسی | جهان عجایب

توانایی ذخیره و آزادسازی انرژی انفجاری اورانیوم را به ویژه در تولید سلاح های هسته ای بسیار مفید می کند. اورانیوم یکی از سنگین ترین عناصر طبیعی است. در هسته آن، 92 پروتون و تعداد متغیری نوترون وجود دارد که از 140 تا 146 متغیر است. با این حال، تنها چند ترکیب به طور خود به خود رخ می دهند که فراوان ترین آنها اورانیوم 238 (92 پروتون و 146 نوترون) است. و اورانیوم 235 (92 پروتون و 146 نوترون).

اورانیوم فقط می تواند در برخی رویدادهای شدید، به نام فرآیندهای r، که در انفجارهای شدید کیهانی مانند ابرنواخترها یا برخورد ستاره های نوترونی رخ می دهد، تشکیل شود. از آن انفجارها، در سراسر جهان پخش شد و به یک جزء مهم، هرچند نادر، از زمین تبدیل شد. وجود اورانیوم در حال پوسیدگی دقیقاً دلیل وجود گرما در سیاره ماست. این ویژگی اساسی اورانیوم است. با گذشت زمان، تابش به شکل اتم های هلیوم منتشر می کند و به توریم تبدیل می شود. تقریباً تمام ایزوتوپ‌های اورانیوم (نسخه‌هایی با تعداد نوترون‌های متفاوت) نیمه عمر بسیار طولانی دارند (زمانی که طول می‌کشد تا یک نمونه محتوای اورانیوم خود را به نصف کاهش دهد). نیمه عمر اورانیوم 238 تا 4.5 میلیارد سال است. اورانیوم از زمان رومیان به عنوان لعاب زرد در سرامیک و شیشه استفاده می شده است.

در سال 1789، شیمیدان آلمانی مارتین هاینریش کلاپروت، اسید نیتریک را با یک جامد مخلوط کرد، سپس محلول را با هیدروکسید سدیم خنثی کرد. این واکنش ماده زرد رنگی را تولید می کند که به پایین فرو می رود. هنگامی که با زغال سنگ حرارت داده شد، به پودر سیاه رنگی تبدیل شد که کالپروت آن را با اورانیوم خالص اشتباه گرفت، اما به احتمال زیاد یک اکسید بود. او این عنصر جدید را از سیاره اورانوس نامگذاری کرد که هشت سال قبل تر توسط ویلیم هرشل کشف شد. تا سال 1841 بود که اولین نمونه اورانیوم خالص توسط شیمیدان اوژن-ملکیور پلیگو با موفقیت جدا شد. امروزه دیگر از اورانیوم در رنگ آمیزی شیشه ها و لعاب ها استفاده نمی شود، در عوض کاربرد اصلی آن در رادیواکتیویته است که در سال 1896 توسط هانری بکرل کشف شد.

چهار دهه بعد، در سال 1934، تیمی از فیزیکدانان ایتالیایی به رهبری انریکو فرمی اورانیوم را با نوترون بمباران کردند و دریافتند که الکترون و پوزیترون (ضد ذرات الکترون) از خود ساطع می کند. کار بعدی اتو هان، فریتز استراسمن، لیز مایتنر و اتو رابرت فریش نشان داد که اورانیوم می تواند به عنصر سبک تری تجزیه شود و نام این فرآیند را شکافت هسته ای گذاشت. این همان چیزی است که اورانیوم را به یک "تغییرگر بازی" تبدیل می کند. یک کیلوگرم اورانیوم 235، اگر از طریق شکافت کامل هدایت شود، می تواند انرژی شیمیایی معادل سوزاندن 1.5 میلیون کیلوگرم زغال سنگ آزاد کند. این توانایی انفجاری برای ذخیره و آزادسازی انرژی به این عنصر اجازه داده است که در تولید برق و در سلاح های هسته ای مانند بمب اتمی استفاده شود.

در نیروگاه های هسته ای، انتشار رادیواکتیو میله های سوخت ساخته شده از اورانیوم، مایع خنک کننده را گرم می کند، گرمای تولید شده سپس آب را در ظرف دیگری گرم می کند و آن را به بخار تبدیل می کند. بخار توربین های ژنراتور را برای تولید الکتریسیته هل می دهد و مهمتر از آن این است که این فرآیند باعث انتشار گازهای گلخانه ای نمی شود. در هر دو مورد، اورانیوم طبیعی در بسیاری از راکتورها ایده آل نیست. بیش از 99.2 درصد اورانیوم استخراج شده روی زمین اورانیوم 238 است، در حالی که اورانیوم 235 تنها 0.711 درصد است. اورانیوم 235 یک واکنش زنجیره ای هسته ای بسیار خوبی ایجاد می کند و به حفظ یک واکنش پایدار کمک می کند.

با این حال، ما باید مقدار کافی از این ایزوتوپ را در میله سوخت رآکتور داشته باشیم. در آن زمان است که اورانیوم باید از طریق جداسازی ایزوتوپی غنی شود تا درصد اورانیوم 235 افزایش یابد. باقیمانده فرآیند غنی سازی اورانیوم ضعیف شده (با اورانیوم 235 کمتر) تولید می کند که به عنوان کانتینری برای حمل و نقل مواد رادیواکتیو، تجهیزات رادیوگرافی صنعتی و همچنین اهداف نظامی مانند پوشش زرهی و مهمات زره پوش استفاده می شود.