Uranyum dioksit

Uranyum Dioksit, diğer adıyla uranya kimyasal formülü UO2 olan maddedir. Neredeyse siyah renkli veya koyu kahverengi, radyoaktif ve kristal yapıda olan bir madde olup doğal olarak uraninit ve kleveyit minerallerinde bulunmaktadır. Nükleer santrallerde plütonyum ve uranyum dioksit karışımı yakıt çubuklarında kullanılmaktadır. Sarı ve siyah renkli seramiklerde 1960 yılına kadar kullanılmışlardır. Stoksiyometrik özelliklerine bağlı olarak erime sıcaklığı değişkendir.
Üretim
Uranyum trioksitin, hidrojen ile redoks reaksiyonu ile elde edilmektedir.
UO3 + H2 - UO2 + H2O 700 C (973 K)
Bu reaksiyon nükleer maddenin yeniden işlenmesi ve uranyum zenginleştirme ile nükleer yakıt yapımında önemli bir rol oynar.
Özellikler
Uranyum dioksit bazik özellikler göstermesine rağmen su ve su buharı ile tepkimeye 300 C'ye kadar girmemektedir, bir vakum altında ısıtıldığında termodinamik olarak stabil haldedir.
Kimyası
Yapısı florit (kalsiyum florür) ile aynıdır, her uranyum atomu sekiz oksijen atomu ile kübik bir yapı ile çevrelenmiştir. Ayrica seryum, toryum, neptünyum dioksitleride aynı yapılara sahiptir.
Oksidasyon
Uranyum dioksit oksijen ile triuranyum oktaoksit'e oksidize olacaktır.
3 UO2 + O2 - U3O8 700 C (970 K)
Karbonizasyon
Uranyum dioksit karbon ile teması halinde uranyum karbür ve karbon monoksit ortaya çıkarır.
UO2 + 4C -> UC2 + 2CO
Bu işlem inert bir gaz altında yapılmalıdır zira uranyum karbür kolayca uranyum dioksite oksidize olmaktadır.
Kullanım Alanları
Nükleer Yakıt
UO2 çoğunlukla nükleer yakıt olarak kullanılmaktadır tek başına kullanılabileceği gibi plütonyum dioksit ile karıştırılarakta kullanılabilmektedir.
Uranyum dioksit zirkonyum, niobyum, paslanmaz çelik ile yüksek sıcaklıklarda etkileşime girmez bundan dolayı nükleer reaktörlerde kullanıma uygundur.
Uranyum dioksit nükleer yakıt üretiminde çubuk, tüp, pelet vb. gibi şekillerde üretilebilmektedir. Seramik üretim teknolojileri ile üretilmektedir, sıcak seramikler çok kırılgandırlar.
Uranyum Dioksitin termal iletkenliği uranyum, uranyum nitrit ve uranyum karbüre göre çok düşüktür bunun sonucu olarak lokalize olarak aşırı ısınma gerçekleşebilir.
Seramik Katkısı
Uranyum dioksit (Uranya) 2. dünya savaşı ve ana kullanımı nükleer yakıt olana kadar cam ve seramikleri renklendirmek için kullanılmıştır. 1958 yılında tekrar uranyumun zayıflatılmış uranyum olarak ticari kullanımına sınırlı olarak izin verilmiştir. Uranya bazlı seramikler normalde siyah veya yeşil olmalarına rağmen çeşitli işlemlerden sonra sarı veya turuncu renklere çevirilmektedirler. Turuncu Fiestaware bu tarz ürünlerin iyi bilinen örneklerinden biridir.
Diğer Kullanımları
Radyasyonun zararları bilinmeden önce takma diş ve diş dolgularında kullanılmaktaydı zira düşük ışık koşullarında hafif bir parlama göstermekteydi ve ışığın bu maddeye karşı olan etkisi gerçek dişe görünüm olarak yakındı.
Zayıflatılmış Uranyum dioksit katalizör olarak kullanılmaktadır örneğin gaz halindeki organik bileşiklerin yapılarını bozup dejenere etmektedir, metan gazını metanole oksidize edebilmektedir ayrıca petrolden sülfürü ayırmak içinde kullanılmaktadır.
Uranyum dioksit ile şarj edilebilir pil üretimi hakkında araştırma yapılmıştır, bu piller yüksek güç yoğunluğuna ve potansiyel hücre başına 4,7v enerji kapasitesine sahip olması muhtemeldi.
Uranyum dioksit antiferromanyetik durumda güçlü piezomanyetizma göstermektedir.
Uranyum dioksit diğer uranyum oksitler gibi diğer uranyum bileşiklerinin sentezlenmesi için kullanılabilir özellikle Uranyum florür'ün sentezlenmesi için kullanılmaktadır. Uranyum oksitler genelde saf uranyuma göre daha stabil olduğundan uranyumun depolanmasına kullanılmaktadır.
Yarı iletken özellikleri
Uranyum dioksitin bant aralığı silisyum ve galyum arsenitle (bu maddeler optimum verimlilik ve güneş ışığı için uygun bant aralığında bulunmaktadır) karşılaştırılabilecek seviyededir, bu verilere göre uranyum dioksit schottky diyotu yapısında verimli güneş panellerinde kullanılabilir. 5 ayrı dalga boyunu kızıl ötesi dahil olmak üzere emebilmektedir.
Uranyum izotopları 235U ve 238U'nın radyoaktif bozunmasının uranyum dioksit'in yarı iletken özelliklerine etkileri 2005 itibarı ile araştırılmamıştır.
Uranyum dioksitten bir adet pnp transistör ve U3O8 'dan bir adet schottky diyotu üretilmiştir.
Zehirlilik
Uranyum dioksitin akciğerdeki fagositozlar tarafından emildiği bilinmektedir.