Uraniul radioactivitatea și mediul înconjurător

INTRODUCERE

Unica sursa de energie care a alimentat civilizatia noastra pana in acest secol a fost energia solara , inmagazinata sub forma de energie chimica , prin procesul de fotosinteza , in surse regenerative (lemnul, apele , vintul) sau in combustibili fosili (carbune , petrol , gaze) a caror constanta de formare este de ordinul milioanelor de ani.

Una dintre problemele principale, de a carei solutionare depinde dezvoltarea civilizatiei noastre , problema care a revenit pe I plan al preocuparilor din ultimii ani , este asigurarea cu energia necesara dezvoltarii activitatilor de baza care conditioneaza evolutia progresiva a nivelului de trai al populatiei globului terestru. Cantitatea de energie consumata de omenire a crescut , din epoca primitiva pana acum , de 2,5 milioane de ori Este evident ca o astfel de crestere , nu poate fi nu poate sa nu conduca la o problema a energiei necesare pentru dezvoltarea viitoare a omeniri

Pana nu demult am fost “sclavii soarelui” ,dar I pas catre dezrobire a fost facut de fizicianul Becqerel pe 26 feb. 1898 cand acesta a lasat cateva placi fotografice ferite de lumina , in apropierea unui minereu de uraniu Developandu-le le descopera innegrite, ca si cand ar fi fost expuse la lumina De aici, el a tras concluzia ca minereul de uraniu emite radiatii necunoscute.

De aceea fizicienii francezi Marie Curie si Pierre Curie si-au dedicat multi ani cercetarii radiatiilor radioactive Impreuna, acesti 3 cercetatori au primit premiul Nobel pentru fizica in 1903. Identificarea si cercetarea acestor radiatii incepe sa-i pasioneze pe cercetatori

Asa ca la inceputul secolului trecut Ruthefort si elevii lui , Chadwick, Cockfroft si Walton au investigat proprietatile nucleelor cu ajutorul unor particule accelerate artificial la energii cinetice mai mari decat cele ale radiatiilor, emise de substante radioactive.

Obtinerea energiei nucleare este conditionata de prezenta radiatiilor radioactive.

Fisiunea sta la baza obtinerii energiei nucleare.

Procesul de fisiune

În starea A nucleul are forma sferică, datorită energiei de legătură analog cu tensiunea superficială a picăturii. Când nucleul absoarbe un neutron se formează un nucleu excitat B, energia lui fiind egală cu energia de legătură a nucleului plus energia cinetică a neutronului şi pot apărea cazurile:

1 dacă excesul de energie este insuficient pentru a apărea deformarea, din starea C nucleul revine la forma sferică devenind stabil, excesul de energie se emite ca radiaţii „ ” (în 16% din cazuri);

2 dacă excesul de energie depăşeşte o anumită valoare, denumită „energie critică”, are loc ruperea nucleului în două fragmente (starea D de fisiune), ce pot emite un număr de neutroni (starea E ).

Produsele fisiunii nucleare (fragmentele) din starea D au foarte rar nuclee cu mase egale, randamentul în acest caz este sub 0,1% (fisiune simetrică). În cele mai multe cazuri, fisiunea nucleară este „nesimetrică” rezultând nuclee de mase diferite ca în cazul schemei de fisionare nesimetrică a nucleului (figura 4).

În urma reacţiei de fisiune nucleară se eliberează o energie ascunsă în profunzimile nucleului. La un act de fisiune nucleară s-a calculat câtă energie se eliberează pentru Uraniu-235:

1 produsele de fisiune: 166 MeV (82,5%)

2 radiaţie de fisiune: 6 MeV (2,95%)

3 radiaţie : 7 MeV (3,4%)

4 neutrini: 11 MeV (5,4%)

5 radiaţie întârziată: 6 MeV (2,95%)

6 neutroni: 5 MeV (2,8%)

Astfel, 1 kg Uraniu-235 conţine un număr de 6,0•1023 / 0,235 nuclee şi degajată prin fisionare 5•1026 MeV  1016 J.

Energia de 1016 J echivalează cu căldura eliberată prin arderea a circa 300.000 tone cărbune.

Folosirea uraniului in energetica nucleara reprezinta, incontestabil, principala utlizare a acestui element.

Uraniu, în latină uranium, este un element chimic, un metal, din seria actinidelor a sistemului periodic al elementelor care are simbolul chimic U şi numarul de ordine 92. Uraniul are cea mai mare masa atomica dintre toate elementele naturale. Uraniul este aproximativ cu 70 % mai dens decât plumbul şi este uşor radioactiv. Distribuţia sa naturală este de circa câteva părţi per milion în sol, roci şi apă.

Uraniul exista in scoarta Pamantului, pina la adancimea de 16 km, cu o abundenta medie de 2*10-5% depasind astfel abundenta unor metale ca mercurul, argintul, bismutul sau cadmiul. In apa marilor si oceanelor se gaseste uraniu sub forma de saruri solubile, cu concentratii cuprinse intre 0.4*10-7 si 23*10-7g/l.Se disting trei categorii de roci care pot contine uraniu. Primele doua contin minerale primare si, respectiv, secundare de uraniu; a treia categorie contine uraniu ca impuritate inclusa in retele cristaline de baza. [5,13]

Continutul uraniului dispers unor roci este dat in tabelul de mai jos:

Conţinut

SiO2 (% greutate) U (g/t)

Granit 70 9,0

Grandiorit 66 7,7

Diorit 60 4,0

Bazalt 50 3,0

Gabro 50 2,4

Peridotit 43 1,5

Dunit 10 1,4

Tabelul de mai jos prezinta unele proprietati fizice ale uraniului:

Densitate 19 130kg/m3

Punct de topire 1 133 -1oC

Punct de fierbere 3 900oC

Rezistivitate electrica (25oC)(2-4)∙10-7Ωm

Conductibilitate termica

La 350 K 25,95 W/m∙k

La 670 K 32,65 W/m∙k

Coeficinet de dilatare termica intre 25 si 125oC

In directia [100] 21,17∙10-6 [oC]-1

In directia [010] -1,5∙10-6 [oC]-1

In directia [001] 23,2∙10-6 [oC]-1

Coeficient de dilatare volumica 45,8∙10-8 [oC]-1

Transformari alotropice

α→β 663oC

β→γ 764oC

Structura cristalina

α−U-ortorombic a-2,852 Ậ;b=5,865Ậ; c=4,945Ậ

β−U-tetragonal a=10,52Ậ;c=5,57Ậ

γ−U-c.v.v. a=3,474Ậ

Exploatarea şi prelucrarea minereurilor de uraniu

În cele mai multe cazuri minereul de uraniu este exploatat la suprafaţă sau în mine subterane. În esenţă, mina de uraniu nu diferă semnificativ faţă de alte mine pentru minereuri metalifere.