Uranium
Uraniumofuraanis eenscheikundig elementmet symboolUenatoomnummer92. Het is een metallisch grijsactinideen het element met de hoogste atoommassa dat van nature op Aarde voorkomt. Natuurlijk uranium bestaat grotendeels uit deisotoopuranium-238en voor 0,72% uituranium-235.Bijverrijkt uraniumis dit laatste percentage hoger, bijverarmd uraniumlager.
Ontdekking
[bewerken|brontekst bewerken]Uranium werd in1789ontdekt door deDuitsescheikundigeMartin Heinrich Klaprothin hetmineraalpekblende.Het element werd genoemd naar de planeetUranus,die acht jaar eerder was ontdekt.
De zoektocht naar en ontginning vanradioactieveertsen begon in deVerenigde Statenaan het begin van de 20e eeuw. Er werden toen bronnen vanradiumgezocht, voor gebruik in lichtgevende verf voor wijzers in horloges en dergelijke. Radium werd gevonden in uraniumerts. In 1935 werd de belangrijksteuraniumisotoop,235U,ontdekt door de Canadees-Amerikaanse natuurkundigeArthur Jeffrey Dempster.Uranium werd voor dedefensie-industrievan belang gedurende deTweede Wereldoorlog.In 1943 werd inColoradouranium gewonnen voor hetManhattanproject.Maar uiteindelijk werd het meeste uranium voor het Manhattanproject en vooral voor de atoombomLittle Boygeleverd door de Belgische regering in ballingschap, vanuitBelgisch-Congo.Er werd zelfs Duits uranium gebruikt dat was buitgemaakt op deonderzeeboot U-234.
Rond 1960 nam de behoefte aan militair uranium in de Verenigde Staten af door de nucleaire ontwapening. Tegelijkertijd kwam er meer behoefte aan uranium voor gebruik in kernreactoren.
Toepassingen
[bewerken|brontekst bewerken]Verrijkt uraniumwordt gebruikt in kernwapens en kernreactoren. Voor toepassingen van uranium waarbij het gehalte uranium-235 niet hoog hoeft te zijn, en juist bij voorkeur laag is, wordtverarmd uraniumgebruikt, dat een bijproduct is bij het verrijken van uranium. Dit betreft, vanwege de hoge dichtheid van uranium, het gebruik als contragewicht in vliegtuigen (zieBijlmerramp) en inmunitie.Bovendien dient het als afschermingsmateriaal tegen ioniserende straling.[1] InNederlandis het gebruik van munitie met verarmd uranium op de oefenterreinenVliehorsenNoordvaardersinds 1993 niet meer toegestaan. Wel wordt er nog verarmd uranium gebruikt voor de legering van Amerikaanse M1-tanks, omdat het door zijn hoge dichtheid moeilijk te doorboren is met kogels. Verarmd uranium vindt ook toepassing inantitankwapens.Het projectiel uit verarmd uranium doorboort het pantser. Het uranium brandt dan en verbruikt daarbij alle zuurstof binnen in de tank.
Opmerkelijke eigenschappen
[bewerken|brontekst bewerken]Na raffinage is uranium een zilverwit licht radioactief metaal dat iets zachter is danstaal.Het is buigzaam, vervormbaar, een beetjeparamagnetischen heeft een zeer hoge dichtheid; 65% dichter danlood.Als fijn verdeeld poeder reageert uranium met koud water en bij aanwezigheid vanzuurstofwordt het langzaamaan bedekt met een laagje uraniumoxide.
Uraniumhexafluoride(UF6) is een witte, vaste stof, die al een damp vormt bij temperaturen boven 56 °C. Het wordt gebruikt bij het verrijkingsproces van uranium. Verrijkt uranium bevat naar verhouding meer uranium-235 en minder uranium-238 dan in natuurlijk uranium aanwezig is.
Voorkomen
[bewerken|brontekst bewerken]Uraninietis het uraniumertsdat van nature het meest op aarde voorkomt. Het bestaat voornamelijk uituraniumdioxide(UO2). Om uranium-235 te winnen moeten grote hoeveelheden erts gedolven worden, want slechts 0,7% van al het uranium bestaat uit deze uraniumisotoop. Bij de mijn blijven in veel gevallen grote hoeveelhedenradioactief afvalen verzuurde modder achter.
Landen waar uranium wordt gevonden, zijnNamibië,Australië,Niger,Canada,Turkije,Rusland,Verenigde Staten,Zuid-Afrikaen vooralKazachstan.Ook inSudetenlandinTsjechiëkomt uranium voor. In februari 2003 werd uranium aangetroffen op 200 kilometer afstand van de stadYazdinIran.
In Nederland varieert de concentratie van uranium in de bodem tussen 0,4 en 8 milligram per kg droge aarde.[2]InZeelandzijn in deFormatie van Bredafosforietknollenaangetroffen die tot 300ppmuranium bevatten.
Isotopen
[bewerken|brontekst bewerken]
ZieIsotopen van uraniumvoor het hoofdartikel over dit onderwerp.| Stabielste isotopen | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Iso | RA(%) | Halveringstijd | VV | VE(MeV) | VP |
| 233U | syn | 1,592×105j | α | 4,909 | 229Th |
| 234U | 0,0055 | 2,455×105j | α | 4,859 | 230Th |
| 235U | 0,720 | 7,038×108j | α | 4,679 | 231Th |
| 236U | syn | 2,342×107j | α | 4,572 | 232Th |
| 238U | 99,2745 | 4,468×109j | α | 4,270 | 234Th |
De twee voornaamste uraniumisotopen die op aarde voorkomen zijnuranium-235enuranium-238.Uranium-235 is nodig voor zowelkernreactorenalskernwapens,doordat het de enigesplijtbareisotoop is die op aarde in voldoende mate wordt gevonden. Deatoomkernkan niet alleen spontaan splijten met, zoals de tabel laat zien, een halfwaardetijd van 700 miljoen jaar, maar is ook splijtbaar door inslag (neutronenvangst) van een thermischneutron( "langzaam" neutron, met een snelheid van enkele km/s). De isotoop uranium-238 is ook belangrijk doordat deze neutronen absorbeert, waarbij het vervalt naarplutonium-239,dat ook splijtbaar is door thermische neutronen. Ook de kunstmatige isotoopuranium-233is splijtbaar; deze wordt gevormd uitthorium-232door middel van een neutronenbombardement.
Toxicologie en veiligheid
[bewerken|brontekst bewerken]Uranium en uraniumverbindingen zijngiftig.Bij blootstelling aan minder dan de dodelijke dosis bestaat er kans op schade aan delever.Bij hogere doses kunnen ook andere organen onherstelbaar beschadigd raken. Daarnaast zijn alle uraniumisotopen radioactief en kunnen daardoor bij opeenhoping in het lichaam genetische schade aanrichten, die uiteindelijkkankerkan veroorzaken. Doordat uranium alleenalfastralinguitzendt, die niet door de huid dringt, is dit gevaar bij uranium dat zich buiten het lichaam bevindt niet aanwezig. In poedervorm is uranium brandbaar.
Kettingreactie
[bewerken|brontekst bewerken]Uranium was het eerste element dat splijtbaar bleek te zijn. Bij de vangst van een thermisch neutron verandert de atoomkern in een geëxciteerde toestand vanuranium-236,dat zich onmiddellijk opdeelt in twee kleinere atoomkernen, waarbij energie vrijkomt en bovendien nog meer neutronen. Dit zijn snelle neutronen (met een snelheid van duizenden km/s) die afhankelijk van de aanwezigheid van eenmoderatorkunnen vertragen waardoor ze meer kans maken om een andere atoomkern te splijten. Afhankelijk ook van factoren zoals hoeveelheid en concentratie van het uranium-235 en aan-/afwezigheid van stoffen die neutronen absorberen zonder dat daarbij nieuwe neutronen worden vrijgemaakt (zoals in eenregelstaaf) en de aanwezigheid van eenneutronenreflector(waardoor er minder kans is dat een neutron desplijtstofverlaat en er dus meer kans is dat het een atoomkern splijt) kan er eventueel eennucleaire kettingreactieplaatsvinden (zie ookkritische massa). Dit wordt toegepast in eenkernreactor(continue gematigde kettingreactie) en eenkernwapen(explosieve kettingreactie).
Zo'n twee miljard jaar geleden was de relatieve aanwezigheid van uranium-235 dusdanig groot dat onder bijzondere omstandigheden een natuurlijke kettingreactie kon voorkomen. De enige plaatsen waarvan bekend is dat deze daar hebben plaatsgevonden liggen in de omgeving vanOkloinGabon.Gedurende enkele honderdduizenden jaren kwamen daar kettingreacties voor in cycli van 3 uur, bestaande uit ongeveer 30 minuten van kritikaliteit (die stopte door het verdampen van water dat als moderator werkte) gevolgd door 2 uur en 30 minuten van afkoelen en instroom van nieuw water.
Kernbrandstof
[bewerken|brontekst bewerken]
Uraniumerts wordt voor gebruik alskernbrandstofverwerkt totyellowcake.Dit is een mengsel van voornamelijk uraniumoxiden.[3]Het bevat 70 tot 90 gewichtsprocent (U3O8) en andere uraanverbindingen.
Zie ook
[bewerken|brontekst bewerken]Externe links
[bewerken|brontekst bewerken]Referenties
[bewerken|brontekst bewerken]- ↑Stralen zonder schade! Inspecties industriële radiografie14. Ministerie van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieubeheer (18 september 2009). Geraadpleegd op23 maart 2011.
- ↑Gezondheidsraad.Gezondheidsrisico's van blootstelling aan verarmd uranium. Een overzicht.Den Haag: Gezondheidsraad, 2001; publicatie nr 2001/13.ISBN 90-5549-376-7
- ↑Yellowcake.US NRC, update 9 maart 2021
·
·
··
