Uran ist ein chemisches Element, das hauptsächlich als Brennstoff für Kernreaktoren zur Stromerzeugung in Kernkraftwerken verwendet wird.
Es ist ein natürlich vorkommendes Element, das in der Erdkruste zu finden ist, wo die durchschnittliche Urankonzentration 4 ppm beträgt.
In jedem Fall muss es, um es in einem Kernreaktor zu verwenden und eine nukleare Kettenreaktion auszulösen, einer besonderen Behandlung unterzogen werden.
Wofür wird Uran verwendet?
Seine Hauptanwendungen beziehen sich auf die Kernenergie. Seine große Härte und hohe Dichte machen es jedoch zu einem idealen Material für andere Anwendungen.
Nachfolgend listen wir die Hauptverwendungen von Uran auf:
Als Kernbrennstoff in Kernkraftwerken, sogar in Brutreaktoren: Hier muss das Erz zunächst einen Anreicherungsprozess durchlaufen.
Für die Herstellung von Atomwaffen wie der Atombombe.
Gegengewicht in Hubschrauberrotoren und Flugzeugteilen.
Schutzschild gegen ionisierende Strahlung.
Komponente, die bei der Herstellung von panzerbrechender Munition und hochwiderstandsfähiger Panzerung verwendet wird
Panzerung in Militärfahrzeugen.
Schätzung des Alters der Erde aus ihrer Halbwertszeit von mehreren hundert Millionen Jahren.
Wie ist ein Uranatom beschaffen?
Ein Atom besteht aus einem Kern und Elektronen, die diesen Kern umgeben. Ein Atomkern wiederum besteht aus Protonen und Neutronen. Ein Proton hat eine positive Ladung. Ein Neutron hat keine elektrische Ladung und ist neutral.
Die positiven Ladungen der Protonen versuchen, sich nach außen zu drängen. Was sie daran hindert, getrennt zu werden, ist eine neue Art von Kraft: eine immens starke Anziehungskraft mit kurzer Reichweite, die abwechselnd zwischen Protonen und Neutronen wirkt (die aus dieser Sicht alle Nukleonen sind).
Die kurzreichweitige Kernkraft hält sie zusammen und wirkt der abstoßenden Wirkung der positiven Ladungen auf die Protonen entgegen. Auf diese Weise wirken Neutronen als „nuklearer Kitt“.
Uran im Periodensystem
Wir finden Uran im Periodensystem mit der Ordnungszahl 92 mit dem Symbol „U“. Es gehört zur Aktinidengruppe.
Der Kern eines Uranatoms enthält 92 Protonen. Unter diesen Bedingungen ist die Abstoßungskraft zwischen den Protonen dabei, die Kernkraft zu überwinden.
Atome desselben Elements können je nach Anzahl der darin enthaltenen Neutronen zu unterschiedlichen Isotopen gehören.
Wenn im Kern des Uranatoms 146 Neutronen vorhanden sind, befindet es sich in einer instabilen Situation. Diese Form, die insgesamt 238 Nukleonen (92 Protonen und 146 Neutronen) enthält, wird Uran-238 (U-238) genannt.
Die nächstwahrscheinlichste Anordnung ist ein Urankern, der drei Neutronen weniger enthält: U-235. Atome mit diesen leichteren Kernen machen etwa 0,7 % des natürlich vorkommenden Urans aus.
In beiden Fällen handelt es sich um dasselbe Element, Uran, da es 92 Protonen hat. Sie gehören jedoch zu verschiedenen Isotopen, da das eine 238 Neutronen hat und das andere 235.
Der Uran-235-Kern steht bereits kurz vor einem inneren Bruch unter Spannung; Ein streunendes Neutron, das sich ihm nähert, kann es vollständig brechen.
Für Kernspaltungsreaktionen interessiert uns diese Kombination zwischen Protonen und Neutronen, die der Überwindung der Kernkraft so nahe kommt. Auf diese Weise explodiert und teilt sich das Atom, indem es einfach ein Neutron hinzufügt, wodurch andere Neutronen entstehen, die mit anderen Uranatomen kollidieren können, die ebenfalls am Limit sind.
Uran Isotope
Uran kann in seinem Kern in unterschiedlicher Zusammensetzung, also in unterschiedlichen Isotopen vorkommen. Obwohl Uran in der Natur vorkommt, liegt das meiste davon in einer Konfiguration vor, die für die Erzeugung von Kernreaktionen nicht ideal ist.
Aus diesem Grund werden die Atome dieses Elements künstlich verändert, um sie in andere, instabilere Isotope umzuwandeln. Diese neuen Isotope werden die Erzeugung von Kettenkernspaltungsreaktionen begünstigen.
Uran-235 (235U) ist das einzige spaltbare Isotop, das in der Natur vorkommt, d. h. mit der Fähigkeit, eine Kettenreaktion der Kernspaltung auszulösen. Es ist eine Eigenschaft, die nicht einmal Uran-238, das häufigste dieses Elements, besitzt.
Andere Isotope sind wie folgt
U-232 synthetischen Ursprungs.
U-233 synthetischen Ursprungs.
U-234 in der Natur zu 0,0054 % vorhanden.
U-235 in der Natur zu 0,7204 % vorhanden.
U-236 synthetischen Ursprungs.
U-238 99,2742 % in der Natur vorhanden.
Welche Arten von Uran gibt es?
Uran kann natürlich, angereichert oder abgereichert sein.
Verarmt
Abgereichertes Uran ist eine Mischung aus den gleichen drei Uranisotopen, außer dass es sehr wenig 234U und 235U enthält. Es ist weniger radioaktiv als natürliches Uran.
Angereichert
Angereichertes Uran ist eine weitere Isotopenmischung, die mehr 234 U und 235 U enthält als natürliches Uran. Das angereicherte ist radioaktiver als das natürliche und instabiler, was es ideal für die Erzeugung von nuklearen Kettenreaktionen macht.
Natürlich
Natürliches Uran wird zur Herstellung von angereichertem Uran verwendet ; das überschüssige Produkt ist aufgebraucht.
