Uranium dioksida

Uranium dioksida atau uranium(IV) oksida, juga dikenal sebagai urania atau uran oksida, adalah sebuah oksida uranium, dan merupakan bubuk kristal hitam, radioaktif, yang secara alami terbentuk dalam mineral uraninit.

UO2 digunakan terutama sebagai bahan bakar nuklir, khususnya sebagai UO2 atau sebagai campuran antara UO2 dan PuO2 (plutonium dioksida) yang disebut oksida campuran (bahan bakar MOX), dalam bentuk batang bahan bakar di reaktor nuklir.

Perhatikan bahwa konduktivitas termal uranium dioksida sangat rendah jika dibandingkan dengan uranium, uranium nitrida, uranium karbida, dan bahan kelongsong zirkonium. Konduktivitas termal yang rendah ini dapat menyebabkan panas berlebih lokal di pusat pelet bahan bakar. Grafik di bawah ini menunjukkan gradien suhu yang berbeda pada senyawa bahan bakar yang berbeda. Untuk bahan bakar ini, densitas daya termalnya sama dan diameter semua peletnya sama. Toksisitas uranium dioksida diketahui diserap oleh fagositosis di paru-paru.

Bahan bakar uranium dioksida
Proses yang terlibat dalam penambangan, pemurnian, pemurnian, penggunaan, dan pembuangan bahan bakar nuklir secara kolektif dikenal sebagai siklus bahan bakar nuklir. Sebagian besar bahan bakar nuklir mengandung elemen aktinida fisil berat yang mampu menjalani dan mempertahankan fisi nuklir. Tiga isotop fisil yang paling relevan adalah uranium-233, uranium-235 dan plutonium-239. Ketika inti yang tidak stabil dari atom-atom ini ditabrak oleh neutron yang bergerak lambat, mereka sering kali terbelah, menciptakan dua inti anak dan dua atau tiga neutron lagi. Dalam hal ini, neutron yang dilepaskan terus membelah lebih banyak inti. Ini menciptakan reaksi berantai mandiri yang dikendalikan dalam reaktor nuklir. Tidak semua jenis bahan bakar nuklir menghasilkan tenaga dari fisi nuklir; plutonium-238 dan beberapa isotop lainnya digunakan untuk menghasilkan tenaga nuklir dalam jumlah kecil melalui peluruhan radioaktif dalam generator termoelektrik radioisotop dan jenis baterai atom lainnya.

Untuk reaktor fisi, bahan bakar (biasanya berdasarkan uranium) biasanya didasarkan pada oksida logam; oksida digunakan daripada logam itu sendiri karena titik leleh oksida jauh lebih tinggi daripada logam dan karena tidak dapat terbakar, karena sudah dalam keadaan teroksidasi. Uranium dioksida adalah padatan semikonduktor hitam. Itu dapat dibuat dengan memanaskan uranil nitrat untuk membentuk UO3. 

Selain berbentuk oksida bahan bakar nuklir juga dapat berbentuk lain seperti campuran oksida MOX, bahan bakar logam (TRIGA, bahan bakar aktinida, plutonium cair), bahan bakar keramik non-oksida (uranium nitrida, Uranium karbida), Bahan bakar cair (Garam cair, Larutan berair dari garam uranil), Logam cair atau paduan, ada pula bentuk bahan bakar yang kurang umum (bahan bakar Magnox, tristruktural-isotropik, QUADRISO, RBMK, CerMet, tipe pelat, dan bahan bakar dengan ikatan natrium. Bentuk Bahan bakar mungkin menyesuaikan bentuk desain reaktornya.

Bahan ini kemudian diubah dengan pemanasan dengan hidrogen untuk membentuk UO2. Itu dapat dibuat dari uranium heksafluorida yang diperkaya dengan mereaksikan dengan amonia untuk membentuk padatan yang disebut amonium diuranat. Ini kemudian dipanaskan (dikalsinasi) untuk membentuk UO3d an U3O8 yang kemudian diubah dengan pemanasan dengan hidrogen atau amonia untuk membentuk UO2.

UO 2 dicampur dengan pengikat organik dan ditekan menjadi pelet, pelet ini kemudian dibakar pada suhu yang jauh lebih tinggi untuk mensinter padatan. Tujuannya adalah untuk membentuk padatan padat yang memiliki pori-pori sedikit. Konduktivitas termal uranium dioksida sangat rendah dibandingkan dengan logam zirkonium, dan turun saat suhu naik. Korosi uranium dioksida dalam air dikendalikan oleh proses elektrokimia yang mirip dengan korosi galvanik pada permukaan logam.

Serbuk uranium dioksida (UO 2) dipadatkan menjadi pelet silinder dan disinter pada suhu tinggi untuk menghasilkan pelet bahan bakar nuklir keramik dengan densitas tinggi dan sifat fisik dan komposisi kimia yang terdefinisi dengan baik. Proses penggilingan digunakan untuk mencapai geometri silinder yang seragam dengan toleransi yang sempit. Pelet bahan bakar tersebut kemudian ditumpuk dan diisi ke dalam tabung logam. Logam yang digunakan untuk tabung tergantung pada desain reaktor. Stainless steel digunakan di masa lalu, tetapi sebagian besar reaktor sekarang menggunakan paduan zirkonium yang selain sangat tahan korosi, memiliki penyerapan neutron yang rendah. Tabung berisi pelet bahan bakar disegel: tabung ini disebut batang bahan bakar. Batang bahan bakar jadi dikelompokkan ke dalam rakitan bahan bakar yang digunakan untuk membangun inti reaktor daya.

Cladding adalah lapisan luar batang bahan bakar, berdiri di antara pendingin dan bahan bakar nuklir. Itu terbuat dari bahan tahan korosi dengan penampang penyerapan rendah untuk neutron termal , biasanya Zircaloy atau baja dalam konstruksi modern, atau magnesium dengan sejumlah kecil aluminium dan logam lainnya untuk reaktor Magnox yang sekarang sudah usang. Cladding mencegah fragmen fisi radioaktif keluar dari bahan bakar ke dalam pendingin dan mencemarinya. Selain pencegahan kebocoran radioaktif, ini juga berfungsi untuk menjaga cairan pendingin agar tidak korosif dan untuk mencegah reaksi antara produk fisi yang agresif secara kimiawi dan cairan pendingin. Misalnya, cesium logam alkali yang sangat reaktif yang bereaksi kuat dengan air, menghasilkan hidrogen, dan merupakan salah satu produk fisi yang lebih umum. 

Produk lain uranium oksida
Uranium oksida (urania) digunakan untuk mewarnai kaca dan keramik sebelum Perang Dunia II, dan sampai penerapan radioaktivitas ditemukan, inilah penggunaan utamanya. Pada tahun 1958 militer di AS dan Eropa mengizinkan penggunaan komersialnya lagi sebagai depleted uranium, dan penggunaannya dimulai lagi dalam skala yang lebih terbatas. Glasir keramik berbahan dasar Urania berwarna hijau tua atau hitam saat dibakar dalam reduksi atau saat UO 2 digunakan; lebih umum digunakan dalam oksidasi untuk menghasilkan glasir kuning, oranye dan merah cerah. Fiestaware berwarna jingga adalah contoh terkenal produk dengan glasir berwarna urania. Gelas uranium berwarna hijau pucat hingga kuning dan seringkali memiliki sifat fluoresen yang kuat. Urania juga telah digunakan dalam formulasienamel dan porselen. Dimungkinkan untuk menentukan dengan penghitung Geiger apakah glasir atau gelas yang diproduksi sebelum tahun 1958 mengandung uranium.

Referensi

Bacaan lanjutan

Pranala luar
 Semiconducting properties of uranium oxides 
 Free Dictionary Listing for Uranium Dioxide
 The Uranium dioxide  International Bio-Analytical Industries, Inc.

Kimia nuklir
Senyawa uranium
Senyawa uranium(IV)
Bahan nuklir
Oksida
Bahan semikonduktor
Struktur kristal fluorite