Protactinium ← Uran → Neptunium | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Komplett tabell • Utvidet tabell | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Et stykke høyt anriket uran som ble utvunnet fra skrapmetall behandlet ved Y-12 National Security Complex-anlegget. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Generell informasjon | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
navn , symbol , nummer | Uran, U, 92 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
kjemisk serie | Aktinider | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
gruppe , punktum , blokk | -, 7 , f | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atommasse | 238.02891u _ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronisk konfigurasjon | [ Rn ] 5 f 3 6 d 1 7 s 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
elektroner per nivå | 2, 8, 18, 32, 21, 9, 2 ( bilde ) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Utseende | sølv hvitt metall | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomiske egenskaper | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
middels radius | 175 p.m. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
elektronegativitet | 1,38 ( Pauling-skala ) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomradius (kalk) | 156 pm ( Bohr radius ) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
kovalent radius | 196±7 pm | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
van der Waals radius | 186 pm _ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oksidasjonstilstand(er) | 6 , 5, 4, 3 [ 1 ] ( svak base ) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1. ioniseringsenergi | 597,6 kJ /mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2. ioniseringsenergi | 1420 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3. ioniseringsenergi | 1920 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
fysiske egenskaper | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
vanlig stat | Fast | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Tetthet | 19 050 kg / m3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Smeltepunkt | 1406K (1133°C) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kokepunkt | 4203K (3930°C) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
fordampningsentalpi | 417 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
fusjonsentalpi | 15,48 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Flere | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
krystallstruktur | ortorombisk | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Spesifikk varme | 120 J / ( K kg ) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektrisk ledningsevne | 3,8 × 10 6 S / m | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Termisk ledningsevne | 27,6 W /(Km) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Lydens hastighet | 3155m /s ved 293,15K (20 ° C ) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
mer stabile isotoper | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Hovedartikkel: Isotoper av uran | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Verdier i SI og normale forhold for trykk og temperatur , med mindre annet er angitt. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Uran er et sølvgråaktig metallisk grunnstoff i aktinidserien , dets kjemiske symbol er U og atomnummeret er 92 . Av denne grunn har den 92 protoner og 92 elektroner , med en valens på 6. Kjernen kan inneholde mellom 140 og 146 nøytroner , dens mest tallrike isotoper er 238 U, som har 146 nøytroner, og 235 U, med 143 nøytroner. Uran har den høyeste atomvekten av alle grunnstoffer som finnes i naturen. Uran er omtrent 70 % tettere enn bly , men mindre tett enn gull eller wolfram . Den er litt radioaktiv . Den ble oppdaget som en rust i 1789 av MH Klaproth som ga den navnet til ære for planeten Uranus som nettopp hadde blitt oppdaget i 1781 .
I naturen forekommer det i svært lave konsentrasjoner (noen deler per million eller ppm) i bergarter , jord , vann og levende ting. For bruken må uran utvinnes og konsentreres fra mineraler som inneholder det, for eksempel uraninitt (se uranutvinning ). Bergartene er kjemisk behandlet for å separere uranet, og konvertere det til urankjemiske forbindelser. Resten kalles "steril" . Disse sterile inneholder de samme radioaktive stoffene som det opprinnelige mineralet hadde og som ikke ble separert, for eksempel radium , thorium eller kalium .
Naturlig uran består av tre typer isotoper : uran-238 ( 238 U), uran-235 ( 235 U) og uran-234 ( 234 U). Av hvert gram naturlig uran er 99,284 vekt% uran-238, 0,711% uran-235, [ 2 ] og 0,0085% uran-234. Forholdet uran-238/uran-235 er konstant i jordskorpen, med visse unntak, som for eksempel Oklo -avsetningene, hvor det er bevis for at naturlige atomreaktorer ble produsert for rundt 2 milliarder år siden.
Uran forfaller veldig sakte, og sender ut en alfapartikkel . Halveringstiden for uran-238 er omtrent 4,47 milliarder år og for uran-235 er 704 millioner år, [ 3 ] noe som gjør dem nyttige for å estimere jordens alder ( uran-thorium- datering og uran-thorium- datering). -leder ). Mange moderne bruk av uran gjør bruk av disse unike kjernefysiske egenskapene. Uran-235 utmerker seg ved å være det eneste grunnstoffet som finnes i naturen som er en spaltbar isotop . Uran-238 er spaltbart av raske nøytroner, og er også et fruktbart materiale (det kan omdannes i en atomreaktor til plutonium - 239 som er spaltbart). Det er mulig å produsere den kunstige fissile isotopen, uran-233 , fra naturlig forekommende thorium , som spiller en viktig rolle i kjernefysisk teknologi. Mens uran-238 har en liten sjanse for spontan fisjon eller når det bombarderes av raske nøytroner, har uran-235 en høyere sjanse for fisjon når det bombarderes av termiske nøytroner, noe som gjør det til hovedreaksjonen som er ansvarlig for generering av varme i en atomreaktor , og er hovedkilden til spaltbart materiale for atomvåpen . Begge bruken er muliggjort av urans evne til å opprettholde en kjernefysisk kjedereaksjon .
Uran, hovedsakelig U-238 , spiller en grunnleggende rolle i å bevare jordens magnetfelt [ 4 ]
Utarmet uran (uran-238) brukes i kinetisk energipenetratorer og skjold for pansrede kjøretøy . [ 5 ]
235 U brukes som brensel i atomkraftverk og i enkelte atomvåpendesign. For å produsere drivstoff deles naturlig uran i to deler. Drivstoffdelen har mer U - 235 enn normalt, og kalles anriket uran , mens den resterende delen, med mindre U - 235 enn normalt, kalles utarmet uran . Naturlig, anriket eller utarmet uran er kjemisk identisk. Utarmet uran er det minst radioaktive og anriket uran er det mest radioaktive.
I 2009 oppdaget den japanske SELENE-sonden for første gang bevis på uran på månen .
Sammen med alle grunnstoffer med atomvekter større enn jern , dannes uran naturlig under supernovaeksplosjoner . Den avgjørende fysiske prosessen i sammenbruddet av en supernova er tyngdekraften . De svært høye gravitasjonsverdiene som oppstår i supernovaer er det som genererer nøytronfangstene som gir opphav til tyngre atomer, inkludert uran og protactinium .
Verdens uranproduksjon var 50 572 tonn i 2009 , hvorav 27,3 % ble utvunnet i Kasakhstan , 20,1 % i Canada , 15,7 % i Australia , 9,1 % i Namibia , 7 % i Russland og 6,4 % i Niger . [ 6 ]
OECD og IAEA publiserer med jevne mellomrom en rapport kalt Uranium: Resources, Production and Demand , kjent som "Red Book", [ 7 ] der et estimat av verdens uranreserver gjøres etter land. Store produsenter er Canada, Australia , Kasakhstan, Russland, Niger, Den demokratiske republikken Kongo , Namibia og Brasil . Det er også uranprospektering og -forekomster i forskjellige land som Colombia (i fjellkjeden Perijá, på den delte grensen til Venezuela [ 8 ] ) , Peru (i provinsen Carabaya i Puno-regionen), Argentina (med bekreftede miner overalt landet [ 9 ] ) og Spania , blant andre områder.
Ifølge denne rapporten er verdens uranressurser tilstrekkelig til å dekke dagens behov i opptil åttifem år. Den totale mengden konvensjonelle uranlagre, som kan utvinnes for mindre enn US $ 130 per kg, er estimert til å være rundt 4,7 millioner tonn, som vil dekke etterspørselen etter uran for kjernekraftproduksjon i 85 år. Imidlertid anses verdens totale uranressurser å være mye høyere. Basert på geologiske bevis og kunnskap om uranfosfater, vurderer studien mer enn 35 millioner tonn tilgjengelig for utnyttelse.
1. | Kasakhstan | 19477 |
to. | Australia | 6203 |
3. | Namibia | 5413 |
Fire. | Canada | 3885 |
5. | Usbekistan | 3500 |
6. | Niger | 2991 |
7. | Russland | 2846 |
8. | Kina | 1885 |
9. | Ukraina | 744 |
10. | USA | 6 |
Kilde: WorldNuclear .
Hovedbruken av uran i dag er som brensel for atomreaktorer som produserer 3% av verdens menneskeskapte energi . [ referanse nødvendig ] For å gjøre dette anrikes uran ved å øke andelen av isotopen U 235 fra 0,71 % som den presenterer i naturen til verdier i området 3-5 %. Det skal bemerkes at for å oppnå en kjernefysisk eksplosjon, trengs en andel på 90 % av U 235 , dette betyr at atomreaktorer ikke kan eksplodere kjernefysisk, selv om fysiske eller kjemiske eksplosjoner kan forekomme.
Utarmet uran (med en andel på U-235 lavere enn naturlig), produsert som et avfallsprodukt etter bruk av uran i atomkraftverk, brukes til produksjon av pansergjennomtrengende ammunisjon og høymotstandsrustning; hovedsakelig på grunn av dens høye tetthet (ca. 19 g/cm³), dens fragmentering i skarpe stykker og fremfor alt fordi den er pyrofor (den selvantenner når den kommer i kontakt med luft ved ca. 600 °C). Bruken innebærer også spredning av radioaktiv forurensning, som skjedde under den første gulfkrigen . [ referanse nødvendig ]
Andre bruksområder inkluderer:
En person kan bli utsatt for uran (eller dets radioaktive etterkommere som radon ) ved å inhalere svevestøv eller ved å innta forurenset vann [ 11 ] og mat. Mengden uran i luften er veldig liten, men folk som jobber i fabrikker som behandler fosfater eller gjødsel , eller bor i nærheten av atomvåpentestanlegg, bor eller jobber i nærheten av et felt på en moderne slagmark hvor utarmet uran har blitt brukt, [ 12 ] eller som bor eller arbeider nær eksponeringen av et kullkraftverk , uranmalmgruveanlegg eller urananrikningsanlegg for drivstoff, kan ha økt eksponeringen for uran. [ 13 ] Hus eller konstruksjoner som ligger på toppen av uranforekomster (naturlige eller kunstige slaggforekomster) kan ha økt forekomst av radongasseksponering.
Det meste av inntatt uran skilles ut naturlig. Bare 0,5 % absorberes når uløselige former for uran, som oksid, inntas, mens absorpsjonen av mer løselige former som uranylioner kan være så høy som 5 %. [ 14 ] Imidlertid har løselige uranforbindelser en tendens til å passere raskt gjennom hele kroppen, mens uløselige uranforbindelser, spesielt når støv inhaleres inn i lungene , utgjør en mer alvorlig eksponeringsrisiko. Etter å ha kommet inn i blodet, har absorbert uran en tendens til å bioakkumulere og forbli i mange år i beinvev på grunn av urans affinitet for fosfater . [ 14 ] Uran absorberes ikke gjennom huden, og alfapartiklene som frigjøres av uranet kan ikke trenge gjennom huden.
Genotoksiske mutagener fra uraneksponering kan behandles med kelatbehandling [ 15 ] eller på andre måter like etter eksponering. [ 16 ] Det assimilerte uranet omdannes til uranylioner, som akkumuleres i bein, lever, nyrer og reproduktive vev. Uran kan dekontamineres fra ståloverflater [ 17 ] og akviferer . [ 18 ]
Normal funksjon av nyrene , hjernen , leveren , hjertet og andre systemer kan påvirkes av eksponering for uran fordi, i tillegg til å være svakt radioaktivt, er uran et svært giftig metall selv i små mengder. [ 14 ] [ 19 ] [ 20 ] Uran er også reproduktivt giftig. [ 21 ] [ 22 ] Radiologiske effekter er generelt lokale siden alfastråling, hovedformen for nedbrytning av U-238, har svært kort rekkevidde og trenger ikke inn i huden. Uranforbindelser, generelt, absorberes dårlig av slimhinnen i lungene og kan forbli en radiologisk fare på ubestemt tid. [ referanse nødvendig ] . Uranyl UO 2+ ioner , som de fra urantrioksid eller uraniumnitrat, har vist seg å forårsake fødselsskader og skade på immunsystemet hos forsøksdyr, [ 23 ] mens CDC har publisert en studie som sier at ingen kreft har blitt påvist hos mennesker som et resultat av eksponering for naturkatastrofer. [ 24 ] Eksponering for uran og dets nedbrytningsprodukter, spesielt radon , er velkjente helsetrusler. [ 25 ] Eksponering for strontium-90 , jod-131 og andre fisjonsprodukter er ikke relatert til uraneksponering, men kan skyldes medisinske prosedyrer eller eksponering for brukt kjernebrensel eller konsekvenser av bruk av kjernefysiske våpen. [ 26 ]
Selv om utilsiktet innåndingseksponering for en høy konsentrasjon av uranheksafluorid har forårsaket menneskers død, var disse dødsfallene assosiert med generering av svært giftig flussyre og uranylfluorid og ikke med selve uranet. [ 27 ] Finfordelt uranmetall utgjør en brannfare fordi små partikler spontant kan antennes i luft ved romtemperatur. [ 28 ]
Sammenstilling av studien fra 2004 om toksisiteten til uran [ 19 ] | |||
---|---|---|---|
kroppens system | menneskelige studier | dyrestudier | in vitro |
Nyre | Forhøyede nivåer av proteinutskillelse, urinkatalase og diurese. | Skade på de proksimale innviklede tubuli, nekrotiske celler som sendes ut fra det tubulære epitelet, glomerulære forandringer. | Det finnes ingen studier. |
Hjerne/ CNS | Redusert ytelse på nevrokognitive tester. | Akutt kolinerg toksisitet; doseavhengig akkumulering i cortex, midthjernen og vermis; elektrofysiologiske endringer i hippocampus. | Det finnes ingen studier. |
DNA | Ulike typer kreft [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] | Urinmutagenisitet og tumorinduksjon var økt.
Binukleære celler | med mikrokjerner, hemming av cellesykluskinetikk og proliferasjon, induksjon av søsterkromatider, onkogen fenotype. | |
bein eller muskel | Det finnes ingen studier. | Hemming av periodontal beindannelse og alveolær sårheling. | Det finnes ingen studier. |
reproduktive | Urangruvearbeidere har flere førstefødte døtre. | Moderat til alvorlig vakuolisering, fokal tubulær atrofi, Leydig-celleatrofi. | Det finnes ingen studier. |
Lunger / luftveier | Det er ingen negative helseeffekter. | Alvorlig tett nese og blødning, lungelesjoner og fibrose, ødem og betennelse, lungekreft. | ingen studier |
Gastrointestinale | Oppkast, diaré, albuminuri. | N/A | N/A |
Lever | Det er ingen effekter observert ved eksponeringsdosen. | Fettlever, fokal nekrose. | Det finnes ingen studier. |
Hud | Ingen eksponeringsvurderingsdata tilgjengelig. | Betente vakuolerte epidermale celler, skade på hårsekker og talgkjertler. | Det finnes ingen studier. |
De omkringliggende vevene innebygde utarmet uranfragmenter. | Forhøyede konsentrasjoner av uran i urinen. | Forhøyede konsentrasjoner av uran i urinen, forstyrrelser i biokjemiske og nevropsykologiske tester. | Det finnes ingen studier. |
Immunforsvar | Kronisk tretthet, hudutslett, øre- og øyeinfeksjoner, hår og vekttap, hoste. Det kan skyldes kombinert kjemisk eksponering snarere enn bare DU. | Det finnes ingen studier. | Det finnes ingen studier. |
Øyne | Det finnes ingen studier. | Konjunktivitt, betennelsesirritasjon, ødem, sårdannelse i konjunktivalposene. | Det finnes ingen studier. |
Blod | Det finnes ingen studier. | Nedgang i antall røde blodlegemer og hemoglobinkonsentrasjon. | Det finnes ingen studier. |
Kardiovaskulær | Myokarditt avledet fra inntak av uran, som endte 6 måneder etter inntak. | Det er ingen effekter. | Det finnes ingen studier. |
Atomkraftverk forurenser ikke atmosfæren, men de genererer en viss mengde radioaktivt avfall. Disse restene er helse- og miljøskadelige, derfor må de lagres i spesielle områder i en viss tid, noen noen år og andre tusenvis av år. Arbeidet er for tiden fokusert på resirkulering av dette avfallet med bemerkelsesverdige suksesser som BN-800-reaktoren og MOX -drivstoff .I fremtiden forventes det å forlate uran og erstatte det med kjernefysisk brensel som genererer mindre avfall eller ubetydelige mengder.