اورانیوم

اورانیوم (به انگلیسی: Uranium) یکی از عنصرهای شیمیایی است که عدد اتمی آن ۹۲ و نشانه آن U است. اورانیوم شناخته شده‌ترین فلز پرتوزایی است، که یکی از ایزوتوپ‌های آن در تهیه سوخت در نیروگاه‌های اتمی استفاده می‌شود. اورانیوم فلزی نقره‌ای-خاکستری رنگ است که جزئی از خانواده آکتینیدها محسوب می‌شود. یک اتم اورانیوم دارای ۹۲ پروتون و ۹۲ الکترون است که شش مورد از این الکترون‌ها، به‌عنوان الکترون ظرفیت درنظر گرفته می‌شوند. چون ایزوتوپهای اورانیوم ناپایدار هستند، به‌طوری که نیمه‌عمر ایزوتوپ‌های طبیعی آن بین ۱۵۹۲۰۰ سال تا ۴٫۵ میلیارد سال است، این عنصر دارای خصلت ضعیف رادیواکتیو است. متداول‌ترین ایزوتوپ‌های اورانیوم طبیعی، اورانیم-۲۳۸ (دارای ۱۴۶ نوترون و تشکیل دهنده بیش از ۹۹ درصد از اورانیوم موجود روی زمین) و اورانیوم-۲۳۵ (دارای ۱۴۳ نوترون و تشکیل دهنده حدود ۰٫۷۲ درصد از اورانیوم موجود روی زمین) هستند. اورانیوم در میان نوکلیدهای دیرینه دارای بالاترین جرم اتمی است. چگالی اورانیوم در حدود ۷۰ درصد چگالی سرب و کمی کمتر از طلا یا تنگستن است. اورانیوم به‌صورت طبیعی و در مقادیر بسیار کم در حدود چند قسمت در میلیون (ppm) در خاک، سنگ‌ها و آب وجود دارد ولی به‌صورت تجاری از کانی‌های معدنی مانند اورانینیت استخراج می‌شود.
در طبیعت، اورانیوم به‌صورت اورانیوم-۲۳۸ (فراوانی ۹۹٫۲۷۵۲–۹۹٫۲۷۳۹ درصد) و اورانیوم-۲۳۵ (فراوانی ۰٫۷۲۰۲–۰٫۷۱۹۸ درصد) و همچنین در مقادیر بسیار اندک به‌شکل اورانیوم-۲۳۴ (فراوانی ۰٫۰۰۵۹–۰٫۰۰۵۰ درصد) یافت می‌شود. اورانیوم با انتشار ذره آلفا، به آرامی دچار واپاشی هسته‌ای می‌شود. نیمه‌عمر اورانیوم-۲۳۸ حدود ۴٫۴۷ میلیارد سال و نیمه‌عمر اورانیوم-۲۳۵ برابر ۷۰۴ میلیون سال است که این موضوع موجب می‌شود از این عناصر در تعیین عمرسنجی زمین استفاده شوند.
بسیاری از کاربردهای امروزی اورانیوم، در خواص منحصر به‌فرد هسته‌ای آن خلاصه می‌شود. اورانیوم-۲۳۵ تنها عنصر طبیعی موجود است که دارای ایزوتوپ‌های شکافت‌پذیر است که این خصلت موجب می‌شود از آن به‌صورت گسترده در نیروگاه هسته‌ای و سلاح‌های هسته‌ای استفاده شود. با این‌حال، به‌علت این‌که مقادیر ناچیزی از آن در طبیعت یافت می‌شود، نیاز است که تحت فرایندی موسوم به غنی‌سازی اورانیوم غنا و غلظت آن برای استفاده در نیروگاه‌های هسته‌ای، افزایش داده شود. امکان شکافتن اورانیوم-۲۳۸ توسط نوترون‌های پرسرعت وجود دارد و همچنین این ایزوتوپ اصطلاحاً ماده بارور خوانده می‌شود، به این معنی که توانایی تبدیل شدن به ایزوتوپ پلوتونیوم-۲۳۹ شکافت‌پذیر در یک رآکتور هسته‌ای را دارد. ایزوتوپ شکافت‌پذیر دیگر اورانیوم، ایزوتوپ اورانیوم-۲۳۳ است که امکان تولید آن با استفاده از توریم طبیعی وجود دارد و در صنعت هسته‌ای دارای اهمیت است. اورانیوم-۲۳۸ دارای سطح مقطع شکاف بالاتری برای نوترون‌های با سرعت آهسته است. در غلظت‌های کافی، این ایزوتوپ‌ها موجود شکل‌گیری و حفظ یک واکنش زنجیره‌ای هسته‌ای می‌شوند. این واکنش‌ها موجب ایجاد گرما در رآکتورهای هسته‌ای و مواد شکافت‌پذیر برای سلاح‌های هسته‌ای می‌شوند. اورانیوم ضعیف‌شده (۲۳۸U) در تولید نفوذ کننده انرژی جنبشی و وسایل نقلیه زره‌پوش استفاده می‌شود. اورانیوم به‌عنوان خنک‌کننده در شیشه‌های اورانیومی استفاده می‌شود که منجر به ایجاد رنگی رزد تا سبز در آنها می‌شود. شیشه اورانیومی در نور فرابنفش، با انجام فلورسنس، تولید نور سبز رنگ می‌نماید. همچنین قبلاً، از اورانیوم برای ایجاد سایه و ته‌رنگ در عکاسی استفاده شده‌است.
کشف اورانیوم در سنگ‌های معدن اورانینیت در سال ۱۷۸۹ به مارتین هاینریش کلاپروت نسبت داده می‌شود، فردی که نام این عنصر را از نام سیاره اورانوس که در آن زمان به تازگی کشف شده بود، انتخاب کرد. یوجین-میشل پلیگات اولین کسی بود که موفق به جداسازی اورانیوم فلزی در سال ۱۸۴۱ شد و چندی بعد در سال ۱۸۹۶، خواص پرتوزایی آن نیز توسط هانری بکرل کشف شد. تحقیقات انجام شده توسط اتو هان، لیزه مایتنر، انریکو فرمی و سایرین مانند رابرت اوپنهایمر که در سال ۱۹۳۴ آغاز گردید، منجر به تولید سوخت مورد استفاده در رآکتورهای هسته‌ای و در نهایت بمب هسته‌ای پسر کوچک شد، بمبی که از آن به‌عنوان اولین سلاح هسته‌ای استفاده شده در جنگ یاد می‌شود. در ادامه و در طول جنگ سرد میان ایالات متحده آمریکا و شوروی موجب تولید ده‌ها هزار سلاح هسته‌ای شد که از اورانیوم فلزی و پلوتونیوم-۲۳۹ به‌دست آمده از اورانیوم ساخته شده بودند. پس از فروپاشی اتحاد جماهیر شوروی در سال ۱۹۹۱، ایمنی این سلاح‌های تولیدی و مواد قابل شکافت موجود در آن‌ها، تبدیل به یک معضل ایمنی و سلامت عمومی شد. در همین زمان، توسعه و تولید رآکتورهای هسته‌ای در مقیاس جهانی در حال انجام بوده‌است. امروزه به‌این علت که نیروگاه‌های هسته‌ای منبعی قدرتمند برای تولید انرژی عاری از کربن دی‌اکسید هستند، تقاضا برای ساخت آن‌ها دارای روند روبه رشدی است. در سال ۲۰۱۹، تعداد ۴۴۰ رآکتور هسته‌ای بیش از ۲۵۶۰ تراوات کیلو ساعت (TWh) الکتریسیته عاری از کربن دی‌اکسید تولید کرده‌اند. (مقداری بیشتر از مجموع الکتریسیتهٔ تولیدی توسط نیروگاه‌های بادی و خورشیدی).