Uraniul este un metal greu, argintiu, maleabil și ductil, care în condiții standard prezintă proprietăți chimice și nucleare complexe. Uraniul pur este radioactiv; nucleul acestuia este instabil, așa că elementul se află într-o permanentă stare de descompunere, căutând aranjamente mai stabile. Pentru a înțelege de ce un anumit tip de uraniu este considerat „fertil” sau „fisionabil”, trebuie mai întâi clarificate conceptele fundamentale legate de izotopi, radioactivitate și utilizări ale uraniului.
Izotopi importanți ai uraniului: U-238, U-235, U-234
Elementul natural conține doar 0,7% U-235, izotopul fisionabil, restul fiind U-238. Uraniul-235 este singurul izotop fisionabil și natural. Fiind fisionabil înseamnă că poate conduce reacția în lanț a fisiunii nucleare. Această proprietate este importantă în reactoarele nucleare și explozivii nucleari. Uraniul-235 are o perioadă de înjumătățire de 4,5 miliarde de ani.
Uraniul-238 nu este fisionabil în condiții normale, dar este considerat „fertil”: poate absorbi neutroni și, printr-o secvență de dezintegrare beta, se transformă în plutoniu-239, care este fisionabil. Perioada de înjumătățire pentru U-238 este de 4,5 miliarde de ani; se descompune în radiu-226, care la rândul său se descompune în radon-222.
Uraniul-234 apare în lanțul de dezintegrare al U-238 și are o perioadă de înjumătățire de 245.500 de ani.
Ce înseamnă „fisionabil” și „fertil” în practică?
- Fisionabil - un nucleu care poate susține o reacție în lanț prin fisiune cu neutroni de energie termică (lentă) sau cu neutroni rapizi (ex.: U-235, Pu-239). Uraniul-235 este exemplul principal de izotop fisionabil natural.
- Fertil - un nucleu care nu este fisionabil în sine, dar care, după captarea unui neutron, se transformă în unui izotop fisionabil (ex.: U-238 → Pu-239). Astfel, U-238 este fertil, putând genera combustibil fisionabil în reactoare sau în anumite instalații de reprocesare.
Îmbogățirea uraniului: procente și semnificații
Elementul natural conține doar 0,7% U-235; pentru a fi folosit eficient în reactoare comerciale, proporția de U-235 se mărește prin procese de îmbogățire. Acordul nuclear din 2015 limita îmbogățirea uraniului de către Teheran la 3,67% - suficient pentru a alimenta o centrală nucleară. Pentru arme, însă, sunt necesare concentrații mult mai mari de U-235: uraniul cu purități foarte mari poate fi folosit la dispozitive nucleare.
Pentru a crește proporția de U-235 inginerii fie gazifică uraniul pentru a separa izotopii, fie folosesc centrifuge. La polul opus se găsește uraniul sărăcit, care este folosit pentru blindajul tancurilor sau pentru a face gloanțe. Acest tip de uraniu este ceea ce rămâne după ce uraniul îmbogățit este consumat de o centrală nucleară. Este cu aproape 40% mai puțin radioactiv decât uraniul natural.
Clasificări uzuale după gradul de îmbogățire
| Tip | Conținut U-235 | Destinație principală |
|---|---|---|
| Uran natural | ~0,7% | Minerit, unele reactoare specifice (CANDU) |
| Uran îmbogățit pentru reactoare | ~3-5% | Combustibil pentru majoritatea centralelor nucleare comerciale |
| Uran înalt îmbogățit (HEU) | >20% (de obicei 60-90% pentru aplicații speciale) | Aplicații militare, cercetare, unele surse de neutroni |
| Uran îmbogățit la nivel armat | ~90%+ | Material grade pentru arme nucleare |
Contextul geopolitic recent: Iran și îmbogățirea uraniului
Urmele au fost descoperite în ianuarie, în timpul unei inspecții a uzinei de îmbogățire a uraniului de la Fordow, iar AIEA poartă discuții cu Iranul pentru a clarifica originea lor. Un purtător de cuvânt al programului nuclear civil iranian, Behrouz Kamalvandi, a afirmat săptămâna trecută că detectarea particulelor de uraniu îmbogățit la nivelul de 84% ar fi un efect secundar momentan al încercării de a ajunge la un produs finit cu o puritate de 60%.
Grossi a avertizat în ianuarie că Iranul are acum suficient uraniu pentru a produce „mai multe” bombe nucleare, dacă ar dori. În raport se mai spune că Iranul deține aproape 435 de kilograme de uraniu cu o puritate de 20%. Stocul de uraniu de 60 la sută a crescut cu 25 de kilograme și se ridică în prezent aproape 88 de kilograme, potrivit raportului. „Suntem deopotrivă îngrijorați de escaladarea nucleară din partea Iranului și față de recentele rapoarte despre îmbogățirea foarte mare a uraniului", a declarat Baerbock pe 28 februarie.
Utilizări civile și militare ale uraniului
Principala utilizare a uraniului astăzi este pentru combustibil în centralele nucleare. Centralele nucleare generează energie prin provocarea unei reacții controlate de fisiune în lanț folosind uraniu. O cantitate mare de energie se obține dintr-o cantitate mică de uraniu. Un kilogram de uraniu poate produce la fel de multă energie ca 1500 de tone de cărbune.
Uraniul este folosit și în armată pentru muniție specială. Uraniul sărăcit este folosit pentru a face proiectile mari suficient de dure și de dense pentru a străpunge ținte blindate. În plus, uraniul a fost folosit în prima bombă atomică aruncată în al Doilea Război Mondial. Având în vedere potențialul exploziv foarte mare, uraniul este asociat cu unele dintre cele mai devastatoare acțiuni din istorie.
Istorie și descoperiri
Martin Heinrich Klaproth, un chimist german, a descoperit uraniul în 1789, cu toate că informații despre acest element existau încă din anul 79, atunci când uraniul era folosit drept colorit pentru glazuri ceramice sau sticlă. Klaproth a numit elementul după planeta Uranus.
În 1896, fizicianul francez Antoine H. Becquerel a descoperit radioactivitatea uraniului, lăsând o mostră de uraniu pe o placă fotografică care s-a încețoșat. Marie Curie a brevetat termenul de radioactivitate și a lucrat cu uraniul pentru a descoperi alte câteva elemente radioactive - poloniu și radiu - ea însăși decedând ca urmare a expunerii la radiații.
Proprietăți fizice și comportament la topire
Uraniul este cel mai greu dintre elementele naturale. Reacționează cu majoritatea elementelor nemetalice pentru a face compuși. Când vine în contact cu aerul, pe suprafața sa se formează un strat subțire și negru de oxid de uraniu.
În ceea ce privește topirea combustibilului nuclear, cercetătorii studiază comportamentul dioxidului de uraniu la temperaturi înalte. Dioxidul de uraniu nu se topește decât la temperaturi de 3000 de grade Celsius. Cercetătorii au descoperit că la dioxidul de uraniu solid atomii sunt aranjați ca într-o înșiruire de cuburi cu opt atomi de oxigen în jurul fiecărui atom de uraniu; pe măsură ce materialul se apropie de punctul de topire, oxigenul devine dezordonat, iar numărul atomilor de oxigen scade de la opt la șapte în starea topită.
Resurse globale: cine deține uraniu?
Uraniul este al cincizecelea element cel mai abundent din scoarța terestră. Se găsește în urme foarte mici în majoritatea rocilor și a apei oceanului. Se găsește în minerale precum uraninitul, carnotitul și torbernitul din scoarța terestră. Potrivit Asociației Nucleare Mondiale, uraniul din univers s-a format acum 6,6 miliarde de ani în urma unei supernove.
| Țară | Rezerve (tone) |
|---|---|
| Australia | 2.049.400 |
| Kazakhstan | 969.200 |
| Canada | 873.000 |
| Rusia | 661.900 |
| Namibia | 504.200 |
| Africa de Sud | 447.700 |
| Niger | 439.400 |
| Brazilia | 276.800 |
| China | 269.700 |
| India | 195.900 |
Exemple istorice de utilizare și efecte
Pe 6 august 1945, o bombă de trei metri a căzut din cer peste orașul japonez Hiroshima. Acesta a fost primul caz în care a fost folosită o bombă atomică în război, lucru care nu ar fi fost posibil în lipsa uraniului. Doar 1,38% din uraniul folosit pentru „Little Boy”, bomba care a distrus Hiroshima, a trecut prin procesul de fisiune. „Little Boy” a detonat la 509 metri deasupra orașului lăsând în urmă doar câteva fărâme ale unor clădiri întărite cu ciment, pe o rază de aproape doi kilometri de la Zona 0.
Siguranță, reglementare și perspective
În testele și analizele efectuate în instituțiile specializate, care dispun de echipamente tehnologice, personal instruit și aplică cele mai moderne metode, sunt respectate standardele naționale și internaționale și reglementările legale în vigoare. Înțelegerea modului în care uraniul se comportă, inclusiv în situații extreme (topirea combustibilului, accidente), este crucială pentru proiectarea containerelor de izolare și pentru gestionarea riscurilor.
Uneori, costurile pentru extragerea uraniului sunt prea mari și nu justifică investiția, iar resursele naturale pot rămâne neexploatate. În paralel, dezvoltările tehnologice precum reactoarele nucleare modulare mici sau noi metode de reprocesare și de transformare a materiilor fertile în materiale fisionabile schimbă peisajul energetic și strategic.
Ce este necesar pentru îmbogățirea uraniului?
În concluzie (fără a enunța un final), răspunsul la întrebarea „uraniu este fertil sau fissionabil?” este: depinde de izotop. U-235 este fisionabil; U-238 este fertil, deoarece poate genera material fisionabil prin captarea de neutroni. În practică, atât proprietățile nucleare, cât și procesele tehnologice (îmbogățire, reprocesare) și contextul geopolitic determină utilizarea și riscurile asociate uraniului.
tags: #uraniu #este #fertil #sau #fizz