Blogger Widgets Το στέκι των Φυσικών Επιστημών: Ουράνιο: Δώρο ή Κατάρα;; Animated Blue Pencil
Drop Down MenusCSS Drop Down MenuPure CSS Dropdown Menu
****Καλώς ήρθατε στο στέκι των Φυσικών Επιστημών, ένα στέκι με άρθρα και πλούσιο εκπαιδευτικό υλικό για τους μαθητές Γυμνασίου!****Welcome to my blog. Hope you enjoy it!!*****

Δευτέρα, 25 Νοεμβρίου 2013

Ουράνιο: Δώρο ή Κατάρα;;

Μικρό βιογραφικό για το στοιχείο ουράνιο. Κάθε Κυριακή «Το Βήμα» μάς ξεναγεί και μια άλλη γωνιά του περιοδικού πίνακα.

Βίος και πολιτεία
 
Την Πέμπτη 14 Νοεμβρίου ξεκίνησε από τη Ρωσία με προορισμό τη Βαλτιμόρη των Ηνωμένων Πολιτειών το πλοίο με το τελευταίο φορτίο επεξεργασμένου ουρανίου. Σφραγίστηκε έτσι το τέλος μιας συμφωνίας μεταξύ Ρωσίας και Αμερικής που είχε κρατήσει 20 χρόνια. Με την HEU Purchase Agreement είχε συμφωνηθεί η Ρωσία, έχοντας υπερεπάρκεια  υπερεμπλουτισμένου ουρανίου (High Enriched Uranium, HEU), κατάλληλου για τη γόμωση καταστρεπτικών πυρηνικών κεφαλών, να επεξεργαστεί 500 τόνους από αυτό μετατρέποντάς το σε απλά εμπλουτισμένο, κατάλληλο για να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο στους αμερικανικούς πυρηνικούς αντιδραστήρες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας που είναι εγκαταστημένοι σε διάφορες Πολιτείες. Το 10% της συνολικής ενέργειας των Αμερικανών έβγαινε από αυτήν τη σε πρώτη ανάγνωση απίστευτη συμφωνία. Που είχε γίνει το 1993, όταν η Ρωσία ζητούσε βοήθεια για να σταθεί στα πόδια της και οι Αμερικανοί φοβούνταν ότι πεινασμένοι επιστήμονες και προσωπικό με πρόσβαση στο πυρηνικό υλικό θα το πουλούσαν αδιαφορώντας σε ποια χέρια θα έπεφτε. Τώρα ο πρόεδρος Πούτιν θεώρησε ότι αυτή η συμφωνία σηματοδοτούσε μια κακομοιριά του παρελθόντος απαράδεκτη για το υπερήφανο ρωσικό έθνος και δεν την ανανέωσε. Εχοντας ξοδέψει λίγο περισσότερο από το μισό ουράνιο, το επεξεργασμένο και κατάλληλο για χιλιάδες πυρηνικές κεφαλές, αλλά με τις τιμές πεσμένες αυτή την εποχή λόγω του συμβάντος στη Φουκουσίμα, οι Ρώσοι αρνήθηκαν να βγάλουν κάτι παραπάνω από τα 17 δισ. δολάρια που τους απέφερε ως χθες η συμφωνία.

Το ουράνιο βρίσκεται με τη μορφή μεταλλεύματος στη γη και πρέπει προτού χρησιμοποιηθεί να απαλλαγεί από τις προσμείξεις, αλλά και πάλι τότε παίρνεις ένα οξείδιο του ουρανίου, που περιέχει δύο ισότοπα, το ουράνιο-235 και το ουράνιο-238. Οι βόμβες και οι αντιδραστήρες χρειάζονται ουράνιο-235, που όμως είναι μόλις στο 0,71%, ενώ το υπόλοιπο 99,28% είναι ουράνιο-238. Ετσι χρειάζεται να γίνει ο λεγόμενος εμπλουτισμός με ουράνιο-235, ο οποίος επιτυγχάνεται με φυγοκεντρικά μηχανήματα.

Γιατί το είπαν έτσι
 
Το 1789 ο γερμανός χημικός Martin Heinrich Klaproth ενώ εργαζόταν στο εργαστήριό του στο Βερολίνο, διαλύοντας ένα κομμάτι του ορυκτού πισσουρανίτης σε νιτρικό οξύ και εξουδετερώνοντας με υδροξείδιο του νατρίου, πήρε κάτι καινούργιο που το θεώρησε ατόφιο στοιχείο και του έδωσε το όνομα ουράνιο, επηρεασμένος από την ανακάλυψη το 1781 ενός νέου πλανήτη που είχε ονομαστεί Ουρανός. Βέβαια επρόκειτο για ένα οξείδιο του ουρανίου. Το ότι ήταν και ραδιενεργό το ανακάλυψε ο Henri Becquerel όταν τύλιξε διάφορα δείγματα με φωτοευαίσθητο φιλμ και μόνο αυτό που περιέβαλλε το ουράνιο είχε προσβληθεί από κάποια αόρατη ακτινοβολία.

Αριθμοί κυκλοφορίας

Ατομικός αριθμός: 92.
Ατομικό βάρος: 238,089.
Σημείο τήξης: 1.132oC.
Σημείο ζέσης: 3.754oC.

Συχνότητα επάνω στη Γη: είναι ένα από τα πιο κοινά στοιχεία στον πλανήτη, απαντάται σε συχνότητα 40 φορές μεγαλύτερη από το ασήμι και 500 φορές μεγαλύτερη από τον χρυσό.

Είναι μέταλλο, ανήκει στα ακτινίδια και πρόκειται για το βαρύτερο στοιχείο του Περιοδικού Συστήματος, από αυτά που απαντώνται στη φύση και δεν προκύπτουν τεχνητά στο εργαστήριο.

Τι θέλει από τη ζωή μας

Χρειάστηκε να περάσει καιρός για να καταλάβουν ότι είναι επιβλαβής η χρήση ουρανίου στην κατασκευή σερβίτσιων


Οχι πολλά πράγματα - ούτε κι εμείς από αυτό. Λόγω της ακτινοβολίας του, το αποφεύγουμε. Κάποτε το ανακάτευαν και στα χρώματα για τα σερβίτσια του φαγητού. Επίσης κατασκεύαζαν και γυάλινα σκεύη με μια απόκοσμη πράσινη λάμψη. Αλλά αυτό έχει πια σταματήσει για λόγους δημόσιας υγείας. Οταν ο ουράνιο βρεθεί στο εσωτερικό του σώματός μας συμπεριφέρεται σαν δηλητήριο. Προσβάλλει κυρίως τα νεφρά μπλοκάροντας με τα άλατά του τους μικροσωληνίσκους τους.

Πόλεμος και ειρήνη
 
Μπορεί να έγιναν διάσημοι διάφοροι φυσικοί, όπως ο Φέρμι, ο Οπενχάιμερ, ο Τέλερ και ο Φάινμαν, που δούλεψαν στο αμερικανικό Manhattan Project για την κατασκευή της ατομικής βόμβας, αλλά όλα ξεκίνησαν από μια ιδέα του Πολωνού Leo Szilard που περιμένοντας το πράσινο φως να περάσει σε κάποια διασταύρωση στο Λονδίνο σκεφτόταν ότι μπορεί να μην ήταν σωστή η άποψη του Ratherford που είχε διαβάσει στην εφημερίδα πως η τεράστια ενέργεια, η κρυμμένη σε κάθε άτομο δεν θα γινόταν ποτέ εκμεταλλεύσιμη. Δούλεψε την ιδέα στο μυαλό του και την επόμενη χρονιά κατέθεσε αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για τον πυρηνικό αντιδραστήρα. Με βάση την ιδέα ότι ένα νετρόνιο συγκρούεται με τον πυρήνα του ουρανίου, «ξεκολλάει» περισσότερα από ένα νετρόνια, τα οποία χτυπούν άλλους πυρήνες, και αυτά πολλαπλασιάζονται. Δημιουργείται έτσι αλυσιδωτή αντίδραση όταν υπάρχει η λεγόμενη «κρίσιμη μάζα» (= η ελάχιστη δυνατή για να μη σταματήσει η διαδικασία). Τελικά απελευθερώνεται τεράστια ενέργεια και η αλυσιδωτή αντίδραση γίνεται στη βόμβα ανεξέλεγκτη, ενώ στον πυρηνικό αντιδραστήρα ελεγχόμενη. Χρησιμοποιώντας και το κύρος της υπογραφής του Αϊνστάιν έστειλαν επιστολή στον πρόεδρο των Ηνωμένων Πολιτειών και άρχισε η κούρσα για την κατασκευή της πρώτης ατομικής βόμβας.

Απορίες λογικές και μη

Γιατί χρειάζεται τόσος χρόνος για να κατασκευαστεί μια ατομική βόμβα;
 

Για τη λειτουργία των αντιδραστήρων απαιτείται υψηλή περιεκτικότητα σε ουράνιο-235. Στους αντιδραστήρες βαρέος ύδατος αρκεί και 1%-2% αλλά στους συνηθισμένους με απλό νερό θέλουμε ως και 20%


Μόνο το ουράνιο-235 είναι κατάλληλο για τη διατήρηση μιας αλυσιδωτής αντίδρασης και όχι το ουράνιο-238. Ωστόσο είδαμε ότι το ουράνιο-235 αποτελεί μόλις το 0,71% της πρώτης ύλης και είναι πολύ δύσκολο και χρονοβόρο να διαχωρίσεις τα δύο ισότοπα. Επειτα από επεξεργασία με φθόριο καταλήγουμε στο εξαφθοριούχο ουράνιο, όπου συνυπάρχουν αναμεμειγμένα τα δύο ισότοπα και το -235 είναι μόλις 0,85%, δηλαδή λιγότερο και από 1%, ελαφρύτερο του -238. Ετσι, με τις παλιές μεθόδους που δουλεύουν το Πακιστάν και, τώρα, κάποιες άλλες ισλαμικές χώρες, χρειάζονται πολλοί φυγοκεντρητές, με θέρμανση στο κάτω μέρος για να ανεβαίνει πιο ψηλά το ελαφρύτερο -235 και έπειτα από πολλά διαδοχικά στάδια να λαμβάνεται μια εξαιρετικά μικρή ποσότητα. Σήμερα αναπτύσσονται μέθοδοι με λέιζερ που μπορούν και επιλέγουν το -235, το ιονίζουν, αποσπούν φορτία δηλαδή, το κάνουν να μην είναι ηλεκτρικά ουδέτερο, και με ηλεκτρικά πεδία προσελκύουν αυτό που χρειάζονται.

Σε τι ακριβώς είχαν συμφωνήσει οι Αμερικανοί με τους Ρώσους;
 
Για τη λειτουργία των αντιδραστήρων αλλά και για τα πυρηνικά όπλα χρειάζεται η περιεκτικότητα στο ουράνιο-235 να είναι πολύ πιο υψηλή από το 0,71%. Στους αντιδραστήρες βαρέος ύδατος αρκεί και 1%-2% αλλά στους συνηθισμένους με απλό νερό θέλουμε ως και 20%. Για τις πυρηνικές κεφαλές και τις βόμβες φθάνουμε και στο 85% (για σιγουριά!). Η βόμβα της Χιροσίμα είχε 80% περιεκτικότητα σε ουράνιο-235. Οι Ρώσοι λοιπόν έπαιρναν αυτά τα πλούσια σε ουράνιο βλήματα και κατέβαζαν την περιεκτικότητα στο 20% και λιγότερο που χρειάζονταν οι Αμερικανοί για τους αντιδραστήρες τους.

Το απεμπλουτισμένο ουράνιο πού χρησιμοποιείται;
 
Επίσης στον πόλεμο. Για την παραγωγή ενός κιλού εμπλουτισμένου ουρανίου με περιεκτικότητα 5% σε χρήσιμο ουράνιο-235 απαιτούνται 11,8 κιλά φυσικού ουρανίου και στο τέλος μένουν 0,8 κιλά απεμπλουτισμένου ουρανίου, που περιέχει μόλις 0,3% ουράνιο-235. Συσσωρεύθηκαν λοιπόν εκατομμύρια κιλά τέτοιου υλικού με τα χρόνια. Το 1970 οι Αμερικανοί διαπίστωσαν ότι οι Σοβιετικοί είχαν εφοδιάσει τα άρματα μάχης τους με αδιαπέραστη θωράκιση. Κατέληξαν λοιπόν ότι κατασκευάζοντας βλήματα από απεμπλουτισμένο ουράνιο, που έχει πυκνότητα 60% μεγαλύτερη και από αυτήν του μολύβδου, μπορούσαν να διαπερνούν κάθε είδους θωράκιση. Επιπλέον, λόγω του ουρανίου-238, τα βλήματα αυτά με την πρόσκρουση διεισδύουν αλλά και αναφλέγονται, προκαλώντας ακόμη μεγαλύτερη καταστροφή.

Τι είναι η «βρώμικη βόμβα» («dirty bomb»);
 
Είναι ένας καταστρεπτικός μηχανισμός που περιέχει εκρηκτική ύλη αλλά και ραδιενεργό ύλη. Υποτίθεται πως όταν θα εκραγεί, από τρομοκράτες μέσα σε πόλη, θα σκορπίσει τη ραδιενεργό ύλη, για μεγαλύτερες ζημιές στους ανθρώπους. Οι αμερικανοί στρατιωτικοί που έχουν υποστεί βλάβες από τη χρήση των δικών τους βλημάτων απεμπλουτισμένου ουρανίου στον πόλεμο του Κόλπου, επιμένουν να χαρακτηρίζουν «dirty bombs» αυτά ακριβώς τα βλήματα.
 
Γαλδαδάς Άλκης Βήμα Science (έντυπη έκδοση)

Δεν υπάρχουν σχόλια :

Δημοσίευση σχολίου

Παγκόσμιο ρολόι

Blogger Widgets