ยูเรเนียม: มันคืออะไรลักษณะและการใช้งาน

ยูเรเนียมเป็นองค์ประกอบทางเคมีในตารางธาตุที่แสดงด้วยสัญลักษณ์ U ซึ่งมีเลขอะตอม 92 และอยู่ในตระกูลแอกทิไนด์

เป็นธาตุที่มีนิวเคลียสอะตอมที่หนักที่สุดในธรรมชาติ

ไอโซโทปที่รู้จักกันดีที่สุดของยูเรเนียมคือ: ²³⁴ยู, ²³⁵ฮะ ²³⁸ยู.

เนื่องจากกัมมันตภาพรังสีของโลหะนี้ การใช้งานหลักคือการสร้างพลังงานนิวเคลียร์ผ่านการแตกตัวของแกนกลาง นอกจากนี้ ยูเรเนียมยังถูกนำมาใช้ในการหาคู่หินและอาวุธนิวเคลียร์

ตำแหน่งของยูเรเนียมในตารางธาตุ

ลักษณะของยูเรเนียม

• เป็นธาตุกัมมันตภาพรังสี
• โลหะหนาแน่นที่มีความแข็งสูง
• เหนียวและยืดหยุ่นได้
• สีของมันคือสีเทาเงิน
• พบมากในสถานะของแข็ง
• อะตอมของมันมีความเสถียรสูง และโปรตอน 92 ตัวในนิวเคลียสสามารถสลายตัวและก่อตัวเป็นองค์ประกอบทางเคมีอื่นๆ

คุณสมบัติของยูเรเนียม

คุณสมบัติทางกายภาพ

ความหนาแน่น	18.95 ก./ซม.^3
จุดหลอมเหลว	1135 °C
จุดเดือด	4131 °C
ความเหนียว	6.0 (มาตราส่วนโมห์)

คุณสมบัติทางเคมี

การจำแนกประเภท	โลหะทรานซิชันภายใน
อิเล็กโตรเนกาติวีตี้	1,7
พลังงานไอออไนซ์	6.194 eV
สถานะออกซิเดชัน	+3, +4, +5 ,+6

ยูเรเนียมพบที่ไหน?

โดยธรรมชาติแล้ว ยูเรเนียมมักพบในรูปของแร่ ในการสำรวจปริมาณสำรองของโลหะนี้ เนื้อหาปัจจุบันขององค์ประกอบและความพร้อมใช้งานของเทคโนโลยีเพื่อดำเนินการสกัดและใช้ประโยชน์

แร่ยูเรเนียม

เนื่องจากทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศได้ง่าย ยูเรเนียมจึงมักพบในรูปของออกไซด์

แร่	องค์ประกอบ
pitchblende	ยู3อู๋8
Uraninite	อู2

ยูเรเนียมในโลก

ยูเรเนียมสามารถพบได้ในหลายส่วนของโลก โดยมีลักษณะเป็นแร่ทั่วไปที่มีอยู่ในหินส่วนใหญ่

ปริมาณสำรองยูเรเนียมที่ใหญ่ที่สุดมีอยู่ในประเทศต่อไปนี้: ออสเตรเลีย คาซัคสถาน รัสเซีย แอฟริกาใต้ แคนาดา สหรัฐอเมริกา และบราซิล

ยูเรเนียมในบราซิล

แม้ว่าจะไม่ได้มีการสำรวจอาณาเขตของบราซิลทั้งหมด แต่บราซิลก็ครองตำแหน่งที่เจ็ดในการจัดอันดับโลกของปริมาณสำรองยูเรเนียม

เขตสงวนหลักสองแห่งคือ Caetité (BA) และ Santa Quitéria (CE)

ไอโซโทปยูเรเนียม

ไอโซโทป	ความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์	ครึ่งชีวิต	กิจกรรมกัมมันตภาพรังสี
ยูเรเนียม-238	99,27 %	4,510,000,000 ปี	12,455 Bq.g^-1
ยูเรเนียม-235	0,72 %	713,000,000 ปี	80.011 Bq.g^-1
ยูเรเนียม-234	0,006 %	247,000 ปี	231 x 10^6 Bq.g^-1

เนื่องจากเป็นองค์ประกอบทางเคมีเดียวกัน ไอโซโทปทั้งหมดจึงมีโปรตอน 92 ตัวในนิวเคลียส ดังนั้นจึงมีคุณสมบัติทางเคมีเหมือนกัน

แม้ว่าไอโซโทปทั้งสามจะมีกัมมันตภาพรังสี แต่กิจกรรมกัมมันตภาพรังสีก็แตกต่างกันไปตามแต่ละไอโซโทป ยูเรเนียม-235 เท่านั้นที่เป็นวัสดุฟิชไซล์ จึงมีประโยชน์ในการผลิตพลังงานนิวเคลียร์

ชุดกัมมันตภาพรังสียูเรเนียม

ไอโซโทปของยูเรเนียมสามารถผ่านการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีและสร้างองค์ประกอบทางเคมีอื่นๆ สิ่งที่เกิดขึ้นคือปฏิกิริยาลูกโซ่จนกระทั่งเกิดองค์ประกอบที่เสถียรและการเปลี่ยนแปลงหยุดลง

ในตัวอย่างต่อไปนี้ การสลายกัมมันตภาพรังสีของยูเรเนียม-235 จบลงด้วยตะกั่ว-207 เป็นองค์ประกอบสุดท้ายในอนุกรมนี้

กระบวนการนี้มีความสำคัญในการกำหนดอายุของโลกโดยการวัดปริมาณตะกั่ว ซึ่งเป็นองค์ประกอบสุดท้ายในอนุกรมกัมมันตภาพรังสี ในหินที่มียูเรเนียมบางชนิด

ประวัติของยูเรเนียม

การค้นพบนี้เกิดขึ้นในปี ค.ศ. 1789 โดยนักเคมีชาวเยอรมัน Martin Klaproth ผู้ตั้งชื่อให้เพื่อเป็นเกียรติแก่ดาวยูเรนัส ซึ่งถูกค้นพบในช่วงเวลานี้เช่นกัน

ในปี ค.ศ. 1841 ยูเรเนียมถูกแยกออกเป็นครั้งแรกโดยนักเคมีชาวฝรั่งเศส Eugène-Melchior Péligot ผ่านปฏิกิริยารีดักชันของยูเรเนียมเตตระคลอไรด์ (UCl)₄) โดยใช้โพแทสเซียม

เฉพาะในปี พ.ศ. 2439 นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Henri Becquerel ค้นพบว่าธาตุนี้มีกัมมันตภาพรังสีเมื่อทำการทดลองกับเกลือยูเรเนียม

การประยุกต์ใช้ยูเรเนียม

พลังงานนิวเคลียร์

รูปแบบการดำเนินงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

ยูเรเนียมเป็นแหล่งพลังงานทดแทนสำหรับเชื้อเพลิงที่มีอยู่

การใช้องค์ประกอบนี้เพื่อกระจายเมทริกซ์พลังงานเนื่องจากการเพิ่มขึ้นของราคาน้ำมันและก๊าซ นอกเหนือไปจากความกังวลด้านสิ่งแวดล้อมกับการปล่อย CO₂ ในชั้นบรรยากาศและภาวะเรือนกระจก

การผลิตพลังงานเกิดขึ้นจากการแตกตัวของแกนยูเรเนียม-235 ปฏิกิริยาลูกโซ่ถูกผลิตขึ้นในลักษณะที่ควบคุมได้ และจากการเปลี่ยนแปลงมากมายที่อะตอมได้รับ มีการปลดปล่อยพลังงานที่เคลื่อนระบบการสร้างไอน้ำ

น้ำจะถูกเปลี่ยนเป็นไอน้ำเมื่อได้รับพลังงานในรูปของความร้อนและทำให้กังหันของระบบเคลื่อนที่และสร้างพลังงานไฟฟ้า

การแปลงยูเรเนียมให้เป็นพลังงาน

พลังงานที่ปล่อยออกมาจากยูเรเนียมมาจากการแตกตัวของนิวเคลียร์ เมื่อนิวเคลียสที่ใหญ่กว่าแตกออก พลังงานจำนวนมากจะถูกปลดปล่อยออกมาในรูปของนิวเคลียสที่เล็กกว่า

ในกระบวนการนี้มีปฏิกิริยาลูกโซ่ที่เริ่มต้นด้วยนิวตรอนชนกับนิวเคลียสขนาดใหญ่และแตกออกเป็นนิวเคลียสที่เล็กกว่าสองนิวเคลียส นิวตรอนที่ปล่อยออกมาในปฏิกิริยานี้จะทำให้เกิดการแยกตัวของนิวเคลียสอื่น

เมื่อโดนนิวตรอน ยูเรเนียม-235 จะแตกตัวเป็นนิวเคลียสที่เล็กกว่าสองนิวเคลียสและปล่อยนิวตรอนออกมา 3 ตัว

พลังงานที่ปล่อยออกมาในปฏิกิริยานี้คือ 2.10¹⁰ กิโลจูล/โมล ในการเผาไหม้เอทานอล พลังงานที่ปล่อยออกมาคือ 98 kJ/mol จากสิ่งนี้ เราสามารถเห็นขนาดของกระบวนการนี้ ซึ่งพลังงานที่ผลิตได้นั้นมากกว่าปฏิกิริยาการเผาไหม้เกือบล้านล้านเท่า

พลังงานนิวเคลียร์ในบราซิล

บราซิลมีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์สองแห่งที่ใช้ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะ ตั้งอยู่ในเขตเทศบาลของ Angra dos Reis (RJ)

จากข้อมูลของ Eletronuclear บริษัทที่ดำเนินการโรงงานเทอร์โมนิวเคลียร์ในบราซิล Angra 1 has กำลังการผลิตไฟฟ้า 657 เมกะวัตต์ ขณะที่อังกรา 2 สามารถผลิตไฟฟ้าได้ 1,350 เมกะวัตต์ ไฟฟ้า.

การออกเดทแบบเรดิโอเมตริก

กำเนิดธาตุใหม่จากธาตุกัมมันตรังสี

ในการหาอายุด้วยกัมมันตภาพรังสี การปล่อยกัมมันตภาพรังสีจะถูกวัดตามธาตุที่สร้างขึ้นในการสลายกัมมันตภาพรังสี

เมื่อทราบครึ่งชีวิตของไอโซโทปแล้ว ก็สามารถระบุอายุของวัสดุได้โดยการคำนวณว่าต้องใช้เวลานานแค่ไหนกว่าที่ผลิตภัณฑ์ที่พบจะก่อตัวขึ้น

ไอโซโทปของยูเรเนียม-238 และยูเรเนียม-235 ใช้เพื่อประเมินอายุของหินอัคนีและการออกเดทเรดิโอเมทริกซ์ประเภทอื่นๆ

ระเบิดปรมาณู

พลังงานที่ปล่อยออกมาในระเบิดปรมาณู

ที่ สงครามโลกครั้งที่สอง ใช้ระเบิดปรมาณูลูกแรกซึ่งมีธาตุยูเรเนียม

ด้วยไอโซโทปของยูเรเนียม-235 ปฏิกิริยาลูกโซ่เริ่มต้นจากการแตกตัวของนิวเคลียส ซึ่งในเสี้ยววินาที ทำให้เกิดการระเบิดขึ้นเนื่องจากปริมาณพลังงานที่ทรงพลังอย่างยิ่งที่ปล่อยออกมา

ตรวจสอบข้อความเพิ่มเติมในหัวข้อ:

• โครงการแมนฮัตตัน
• ระเบิดไฮโดรเจน
• นิวเคลียร์ฟิวชั่น
• ขยะนิวเคลียร์