אורניום

אוּרַנְיוּם (Uranium) הוא יסוד כימי רדיואקטיבי מסדרת האקטינידים, שסמלו הכימי U ומספרו האטומי 92.

בסלעים בקרום כדור הארץ אורניום נמצא בריכוז של בין 4 ל-16 חלקים למיליון, ריכוז דומה לזה של בדיל או טונגסטן. כ-99.28% מהאורניום הטבעי הוא אורניום-238,  וכ-0.72% הוא אורניום-235. אורניום נמצא גם במי האוקיינוסים.

איזוטופ אורניום-235 הוא חומר בקיע, שבריכוז רב דיו יכול לקיים תגובת שרשרת גרעינית. משום כך, ברוב הכורים הגרעיניים וכן בנשק גרעיני משתמשים באורניום מועשר, כלומר אורניום שריכוז האורניום-235 שבו הוגדל בדרכים מלאכותיות (למשל בעזרת צנטריפוגה). שאריות העשרת האורניום שנותרו לאחר תהליך ההעשרה, ולעיתים חלק מן הפסולת הנוצרת בכורים גרעיניים, נקראים "אורניום מדולדל". האיזוטופ המלאכותי אורניום-233, המתקבל מתוריום, הוא חומר בקיע, ומשמש לעיתים בנשק גרעיני. גם אורניום-238 משמש כדלק לכורים גרעיניים, בתהליך שבו הוא הופך לאיזוטופ הבקיע של פלוטוניום – פלוטוניום-239.

האורניום נוצר ככל הנראה מהתפוצצות קילונובה לפני 6.56 מיליארד שנים. אף שאיננו יסוד שכיח במערכת השמש, הדעיכה הרדיואקטיבית האיטית שלו היא המקור העיקרי לחום במעמקי כדור הארץ, וגורמת להולכת חום ותזוזת יבשות.

מידע כללי
אורניום טהור הוא מתכת רדיואקטיבית בצבע לבן-כסוף ורקיעה. האורניום נחשב ליסוד הכבד ביותר המצוי באופן טבעי בכדור הארץ, אך למעשה כמויות מזעריות של נפטוניום ופלוטוניום נמצאות בטבע בעפרות אורניום. צפיפותו גדולה ב-65% מצפיפות העופרת.

למתכת האורניום שלוש צורות אלוטרופיות:
אלפא - יציב עד 647.2°C
בטא - יציב מ-667.7°C עד ל-774.8°C
גמא - מ-774.8°

גילוי האורניום
האורניום זוהה בשנת 1789 על ידי הכימאי הגרמני מרטין היינריך קלפרוט (Martin Heinrich Klaproth), שכינה אותו על שם כוכב הלכת אורנוס. היסוד בודד לראשונה רק ב-1841. תכונותיו הרדיואקטיביות הודגמו לראשונה על ידי אנטואן אנרי בקרל ב-1896. האורניום נדיר בקרום כדור הארץ, ולא נמצא כחומר טהור אלא כתרכובת בעפרות כגון אורניט וקרנוטיט. מקורותיו פזורים בכל העולם: ארצות הברית, קנדה, אוסטרליה ודרום-אפריקה.

זמן רב בטרם זוהה, השתמשו עושי הזכוכית באירופה בתרכובותיו בצביעת כלי הזכוכית והחרס שלהם. שבטים אינדיאניים עשו מאבן חול צהובה בהירה צבע בו משחו את פניהם בצאתם למלחמה; הצבע הבהיר הופק מתרכובת האורניום שבתוך אבן החול. כאשר היסוד זוהה, הוא עורר עניין מדעי. כעבור 160 שנה נתגלה כי ניתן לבקע אטומי אורניום כדי להפיק אנרגיה.

מבנה אטומי
לפני שזוהה האורניום, סברו מדענים כי לא ניתן להתמיר יסוד מסוים ליסוד אחר. מאז, התברר כי אטומים רבים דועכים ליסודות אחרים או לאיזוטופים אחרים, בשל חוסר יציבות אנרגטית של גרעינם. אחד מהם הוא אורניום, הדועך, בהדרגה, לעופרת (ראה סדרה רדיואקטיבית). בתהליך ההתפרקות נפלטים מגרעין האטום חלקיקים (אלפא או בטא) וקרינה (גמא), והם הופכים יציבים יותר. חומרים הפעילים רדיואקטיבית, ופולטים חלקיקים וקרינה, קרויים חומרים רדיואקטיביים.

איזוטופים
ידועים כ-70 איזוטופים שונים ליסוד. עם זאת, רובם המוחלט סינתטיים, כלומר, אינם מופיעים בטבע. לחלק גדול מהם זמן מחצית חיים קצר ביותר (קטן מכמה אלפיות השנייה ולעיתים רק כמה מיליארדיות השנייה).

איזוטופים שונים של אותו יסוד נבדלים זה מזה במספר הנייטרונים שבגרעיניהם, ולכן תכונותיהם הכימיות (כגון: צבע, ברק, מוליכות חשמלית) זהות כמעט לחלוטין. עם זאת, האיזוטופים נבדלים זה מזה בתכונותיהם הגרעיניות. כשמדובר באיזוטופי אורניום, ההבדל העיקרי בין האיזוטופים הוא ביכולתם להתבקע: רק שניים מהם, האיזוטופים 235 ו-233, הם חומרים בקיעים היכולים לחולל תגובת שרשרת גרעינית. הבדל פיזיקלי נוסף ביניהם הוא זמן מחצית חייהם.

אורניום-238 סייע למדענים להעריך ולחשב את גיל כדור הארץ. היות שזמן מחצית החיים שלו גדול דיו, הרי שנמצאים עדיין ריכוזים גבוהים דיים כדי לשמש לתיארוך אירועים גאולוגיים קדומים מאוד.

לאורניום שישה איזוטופים עיקריים:
 איזוטופ הערות זמן מחצית חיים 232U סינתטי (אינו קיים בטבע). תוצר לוואי של ייצור ה-233U.  233U סינתטי. תוצר דעיכה של 232Th (לאחר הפגזה בנייטרונים). יכול לשמש כדלק ונשק גרעיניים.  234U נמצא בטבע בשכיחות של כ-0.0054%. 235U נמצא בטבע בשכיחות של כ-0.72%. משמש בייצור אורניום מועשר לנשק ולכורים גרעיניים.  236U תוצר לוואי של אורניום ששימש כדלק לכור גרעיני.  238U נמצא בטבע בשכיחות של כ-99.28%. האיזוטופ השכיח ביותר. 

ראו גם
אורניום מועשר
אורניום מדולדל
כור גרעיני טבעי
עוגה צהובה
קישורים חיצוניים




*
קטגוריה:יסודות כימיים
קטגוריה:אקטינידים
קטגוריה:טכנולוגיה גרעינית
קטגוריה:יסודות רדיואקטיביים