ዩራኒየም
ዩራኒየም (uranium) የንጥረ ነገሮች ሠንጠረዥ ውስጥ ኬሚካዊ ውክሉ U ነው። አቶማዊ ቁጥሩም 92 ነው። የራዲዮ አክቲቭ ሃይል መስሪያ ነው።
የዩራንየም (uranium) ነጣ ያለ ብርማ ቀለም ያለው የብረት ዘር ሲሆን፣ በኬሚካል ባሕሪው በፔሪዲክ ቴብል ላይ በአክታናይዶች ዝርዝር (actinide series) ውስጥ ይመደባል። የአቶም ቁጥሩም 92 ሆኖ የአቶሚክ ምልክቱ ደግሞ U ነው። የዩራንየም አቶም 92 ፕሩቶኖች እና 92 ኤሌትሮኖች ሲኖሩት፣ ከነዚህ ውስጥ 6ቱ ቫላንስ ኤሌትሮኖች (በመጨረሻ ሼል ላይ የሚገኙ) ናቸው። የዩራንየም ኑክለስ ደግሞ ከ141 እስከ 146 ኑትሮኖችን የሚይዝ ሲሆን ይህም ማለት ዩራንየም ስድስት አይሶቶፖች (ከU-233 እስከ U-238) አሉት ማለት ነው። ከነዚህ አይሶቶፖች ውስጥ ዩራንየም-238 (146 ኑትሮን) እና ዩራንየም-235 (143 ኑትሮን) በአብዛኛው በመደበኛነት የሚገኙ ናቸው። እነዚህ ስድስቱም አይሶቶፖች ያልተረጋጉ (unstable) እንዲሁም ዩራንየም ዝቅተኛ (ዘገምተኛ) የሆነ ራዲዮአክቲቭ ቁስ ነው። ዩራንየም ከፕሉቶንየም-244 ቀጥሎ በተፈጥሮ የሚገኝ ትልቅ የግዝፈት ቁጥር ያለው ሁለተኛ አቶም ነው። የጥቅጥቃት (density) መጠኑ እርሳስን (lead) ከ70% (እጅ) በላይ የሚበልጥ ሲሆን፣ ከወርቅና ተንግስተን ጋር ሲወዳደር ግን ዝቅተኛ ነው። ዩራንየም በተፈጥሮ ከምድር የላይኛው ክፍል (crust) በአፈር ውስጥ፣ ከአለትና ከውኃ ጋር ከሚሊዮን ውስጥ እስከ አራት እጅ (4 ppm) ያህል ይገኛል። ይህም ከወርቅና ብር በተሻለ መልኩ በዚህኛው የመሬት አካል ውስጥ እንደሚገኝ ያሳያል። እንደ uraninite ካሉ ዩራንየም ከሚገኝባቸው ማዕድኖች ይመረታል።
በተፈጥሮ በሚገኘው የዩራንየም (uranium) አቶም ውስጥ በዋናነት ሁለት የተለያየ ክብደት ያላቸው የዩራንየም ዓይነቶች ይገኛሉ፣ እነሱም U-238 እና U-235 ይባላሉ። U-235 በቀላሉ ፊሽን ማድረግ የሚችል አይሶቶፕ ነው፤ ነገር ግን በተፈጥሮ ከሚገኘው ዩራንየም ውስጥ መጠኑ 0.7% ብቻ ሲሆን፣ ሌላው ዓይነት U-238 ደግሞ 99.3% የሚገኝ ነው። በመደበኛው (Pressurized Water Reactor - PWR) የኑክሌር ማብላያ ውስጥ ፊሽንን በቀጣይነት (ሰንሰለታዊ አፀግብሮት - chain reaction) ለማከናወን የኑክሌር ፊዩሉን የU-235 መጠን ቢያንስ እስከ 3.9-5% ማበልፀግ (enriched) ያስፈልጋል። በዚህ የU-235ን የማበልፀግ ሂደት በዩራንየም ውስጥ በተፈጥሮ ከሚገኘው 0.7% የU-235 መጠን ለኑክሌር ፊዩል ወደሚፈለገው 5% ድረስ እንዲጨምር ሲደረግ፣ በሌላ በኩል መጀመሪያ በተፈጥሮ ከነበረው ዩራንየም ውስጥ የU-235 መጠን እያነሰ (depleted) በመሄድ የU-238 መጠን ይጨምራል። ይህም በተለምዶ depleted uranium ይባላል። ይህ በዩራንየም የማበልፀግ ሂደት የሚገኝ ተረፈ-ምርት - depleted uranium የጥቅጥቃት (density) መጠኑ ከፍተኛ በመሆኑ ማሽኖች ሲፈበረኩ ክብደትን ለመቆጣጠርና በተለይ ለመድፍና ሚሳይል አረር ጫፎች ላይ በማድረግ ጥቅም ላይ ይውላል (ይህም ታንኮችንና ጠንካራ ምሽጎችን ለመብሳት/መደርመስ እንዲሁም ማቃጠል የሚችል በመሆኑ ነው)። ይህ ተረፈ-ምርት - depleted uranium - የጋማና የኤክስሬይ ጨረራን በጥሩ ሁኔታ ለመከለል ሥራ (shielding) ላይም ይውላል። ሆኖም የአልፋን፣ ቤታና ኑትሮን ጨረራን ለመከለል አያገለግልም።
U-238 እንደ U-235 በኑክሌር ማብላያ ውስጥ በኑትሮን ሲመታ ፊሽን በቀጥታ ማድረግ አይችልም። ሆኖም በቂ የኢነርጂ መጠን ያለውን ኑትሮን በመያዝ/በመዋጥ (neutron capture reaction ይባላል) ወደ Pu-239 በመቀየር ልክ እንደ U-235 ፊሽን የሚያደረግ አይሶቶፕ ይቀየራል። በመሆኑም U-238 እንደ U-235 (ወይም Pu-239) fissile ሳይሆን fertile ይባላል። (ማስታወሻ፣ fissile የሚባሉት የአቶም ቁጥራቸው ጎዶሎ መሆኑን ልብ ይበሉ።)
ዩራንየም-238 አንዱ በተፈጥሮ የሚገኝ ራዲዮአክቲቭ ቁስ ሲሆን አልፋ እኑሶችን (የአልፋ ጨረራ) የሚፈጥር/የሚለቅ ነው።
የዩራኒየምን ማዕድን ከወጣ በኋላ ተፈጭቶ በኬሚካል ዘዴ ዩራኒየሙ እንዲለይ ይደረጋል፣ ይህም በተለምዶ ‘ቢጫ ኬክ’ (‘yellow cake’ - urania - ammonium diuranate) ተብሎ የሚታወቀው ሲሆን፣ ይህንን ወደ ፊዩል ማዘጋጃ ፋሲሊቲ በመላክ እንደ ኃይል ጣቢያው የማብላያ ዲዛይን መሰረት የኒውክሌር ፊዩል ይዘጋጃል።
(ይህ ሳይንስ ነክ ጽሑፍ መሠረት ወይም መዋቅር ነው። እርስዎ ሊያስፋፉት ይችላሉ!)
