هیتلر از آن در اولین بمب هسته‌ای استفاده کرد؛ هر آنچه که باید در مورد اورانیوم بدانید
اورانیوم در بحبوحه سوالات مربوط به سرنوشت ۴۰۰ کیلوگرم اورانیومی که تهران در اختیار دارد، دوباره به صدر اخبار بازگشته است. با این حال، سردرگمی فعلی در تاریخچه‌ای از ابهام پیرامون این عنصر به اوج خود رسیده است.
اهمیت نظامی اورانیوم، سنگ بنای هر برنامه هسته‌ای، در ابتدا برای هیچ‌کس شناخته‌شده نبود، تا اینکه نقطه عطف بزرگی رخ داد، زمانی که رژیم نازی روی شکافت هسته‌ای برای توسعه بمب هسته‌ای کار کرد، قبل از اینکه آمریکا با تمام قدرت وارد این عرصه شود.
اورانیوم چیست؟
اورانیوم یک عنصر رادیواکتیو طبیعی با عدد اتمی ۹۲ است. این عنصر با نماد شیمیایی U در جدول تناوبی مطابقت دارد و به گروه خاصی از عناصر به نام اکتینیدها تعلق دارد، عناصری که نسبتاً دیر در تاریخ کشف شده‌اند. اورانیوم مانند سایر اکتینیدها، رادیواکتیو در نظر گرفته می‌شود.
به دلیل خواص ویژه‌اش، اورانیوم منبع سوخت اصلی در راکتورهای هسته‌ای است. طبق گزارش آژانس بین‌المللی انرژی اتمی، مقداری به اندازه یک تخم مرغ می‌تواند به اندازه ۸۸ تن زغال سنگ برق تولید کند.
اورانیوم یکی از فراوان‌ترین عناصر در پوسته زمین است که حدود ۵۰۰ برابر بیشتر از طلا یافت می‌شود.
مقادیر کمی از آن در همه جا در سنگ‌ها، خاک، آب و حتی در بدن ما یافت می‌شود.
مقادیر زیادی از اورانیوم احیا شده نیز در اقیانوس یافت می‌شود که تقریباً به ۴ میلیارد تن می‌رسد.
تاریخچه کشف اورانیوم
شیمیدان آلمانی مارتین هاینریش کلاپروت اولین کسی بود که در سال ۱۷۸۹ هنگام بررسی یک قطعه پیچبلند (یک سنگ معدن رادیواکتیو) از معدن نقره یواخیمستال در بوهمیا، اورانیوم را کشف کرد.
بیش از صد سال پس از کشف آن، اورانیوم به عنوان یک ماده معدنی شناخته می‌شد که از آن برای رنگ‌آمیزی سرامیک و شیشه استفاده می‌کردند تا اینکه دانشمند فرانسوی هنری بکرل در سال ۱۸۹۶، زمانی که صفحات عکاسی را با قرار دادن آن‌ها در کنار ترکیبات حاوی اورانیوم در معرض تابش قرار داد، رادیواکتیویته آن را کشف کرد.
در سال ۱۸۹۹، ماری و پیر کوری کار خود را توسعه دادند و موفق به استخراج رادیوم، محصول واپاشی اورانیوم، از پیچبلند شدند. رادیواکتیویته شدید رادیوم به آن کاربردهای پزشکی بالقوه‌ای بخشید و اولین پیشرفت در اورانیوم را رقم زد.
دومین پیشرفت با کشف شکافت هسته‌ای حاصل شد. اولین شکافت هسته‌ای آزمایشگاهی توسط فیزیکدانان آلمانی اتو هان و فریتز استراسمن در سال ۱۹۳۸ انجام شد و اولین برنامه هسته‌ای آلمان را در سال بعد آغاز کرد. این برنامه با شروع جنگ جهانی دوم موقتاً متوقف شد.
برخی گزارش‌ها حاکی از آن است که رژیم نازی به رهبری آدولف هیتلر توانست اولین سلاح هسته‌ای را تولید کند که متفقین را نگران کرد و ایالات متحده را بر آن داشت تا به سرعت به سمت غنی‌سازی اورانیوم حرکت کند.
اولین واکنش زنجیره‌ای کنترل‌شده در سال ۱۹۴۲ در شیکاگو رخ داد. پس از آن، پروژه منهتن، یک برنامه توسعه سلاح‌های هسته‌ای به رهبری رابرت اوپنهایمر، تأسیس شد. این پروژه به تولید اولین بمب هسته‌ای منجر شد که واشنگتن در سال ۱۹۴۵ در هیروشیما و ناکازاکی ژاپن از آن استفاده کرد.
پس از پایان جنگ جهانی دوم، دانشمندان شروع به بررسی کاربردهای بالقوه غیرنظامی اورانیوم کردند.
غنی‌سازی اورانیوم
مانند همه عناصر، اورانیوم به اشکال مختلفی وجود دارد که از نظر جرم و خواص فیزیکی متفاوت هستند، اما خواص شیمیایی یکسانی دارند و «ایزوتوپ» نامیده می‌شوند.
سه ایزوتوپ طبیعی اورانیوم وجود دارد: اورانیوم-۲۳۴، اورانیوم-۲۳۵ و اورانیوم-۲۳۸. مورد دوم رایج‌ترین است و حدود ۹۹٪ از اورانیوم طبیعی یافت‌شده در زمین را تشکیل می‌دهد.
بیشتر راکتورهای هسته‌ای از اورانیوم-۲۳۵ استفاده می‌کنند، اما اورانیوم طبیعی معمولاً تنها حاوی ۰.۷۲٪ اورانیوم-۲۳۵ است. بنابراین، غلظت آن به طور مصنوعی از ۰.۷۲٪ به ۹۴٪ از طریق فرآیندی به نام غنی‌سازی افزایش می‌یابد.
اورانیوم اگر درصد ایزوتوپی اورانیوم-۲۳۵ آن زیر ۲۰٪ باقی بماند و بتوان آن را با خیال راحت برای چندین سال ذخیره کرد، کم غنی‌شده در نظر گرفته می‌شود.
بیشتر راکتورهای تجاری از اورانیوم کمتر از ۵٪ به عنوان سوخت استفاده می‌کنند که به آن «اورانیوم درجه راکتور» می‌گویند.
اگر اورانیوم بیش از ۲۰ درصد غنی شود، بسیار غنی شده در نظر گرفته می‌شود و در راکتورهای پیشران دریایی مانند زیردریایی‌ها، سلاح‌های هسته‌ای و برخی راکتورهای تحقیقاتی استفاده می‌شود.
استخراج اورانیوم
در قرن بیستم، سنگ معدن اورانیوم عمدتاً از گودال‌های روباز یا سایت‌های حفاری زیرزمینی استخراج می‌شد که نیاز به خردکردن و پالایش سنگ معدن برای جداکردن اورانیوم از سایر عناصر داشت.
در قرن بیست و یکم، روش «استخراج درجا» رایج‌تر شد. در سال ۲۰۲۰، تقریباً ۵۸٪ از اورانیوم جهان با استفاده از این روش استخراج شد. این فرآیند شامل عبور آب و سایر عناصر برای حل کردن اورانیوم مستقیماً از رسوبات، سپس استخراج آن از زمین برای پالایش و تولید اکسید اورانیوم یا «کیک زرد» است که در غنی‌سازی اورانیوم استفاده می‌شود.
چرخه سوخت هسته‌ای
فرآیند گام به گام استخراج اورانیوم، تبدیل آن به سوخت هسته‌ای، تابش سوخت در نیروگاه هسته‌ای و دفع زباله‌های حاصل، چرخه سوخت هسته‌ای نامیده می‌شود.
اورانیوم در مسیر تبدیل شدن به سوخت هسته‌ای، از حالت‌های جامد، مایع و گازی عبور می‌کند. سنگ معدن جامد به مایع ذوب می‌شود، استخراج می‌شود و به ماده‌ای جامد و شبیه کیک زرد تبدیل می‌شود. سپس به گاز هگزافلورید اورانیوم تبدیل می‌شود، سانتریفیوژ، غنی‌سازی و سپس به دی‌اکسید اورانیوم تبدیل می‌شود که گلوله‌های اورانیوم را تشکیل می‌دهد که سوخت نیروگاه‌های هسته‌ای را تشکیل می‌دهند.
تابش بخشی از زندگی روزمره ماست و ما همیشه در معرض آن هستیم. هر کسی هر روز مقادیر کمی از اورانیوم طبیعی را چه از طریق تابش کیهانی و چه از طریق بلعیدن و استنشاق محصولات فروپاشی آن، مانند رادیوم-۲۲۶ و ترکیبات آن در آب، رادون-۲۲۲ در خانه‌ها و پولونیوم-۲۱۰ در دود سیگار، می‌بلعد و استنشاق می‌کند.
به دلیل تفاوت در رژیم‌های غذایی و میزان اورانیوم در آب آشامیدنی، تنوع گسترده‌ای در میزان مصرف اورانیوم در سراسر جهان وجود دارد. بلعیدن یا استنشاق مقادیر زیاد اورانیوم به دلیل سمیت شیمیایی آن، احتمال آسیب را به همراه دارد.
