Uraan — aatomiarv 92: isotoobid, tuumaenergia ja ohud

Uraan (aatomiarv 92) — isotoobid, tuumaenergia ja tuumalõhustumine, kasutusalad, vaesestatud uraan ning tervise- ja keskkonnaohud. Põhjalik ja selge ülevaade.

Uraan on keemiline element ja metall perioodilisustabelis. Tema aatomiarv on 92 — see tähendab, et uraani aatomi keskmes, st tuumas, on 92 prootonit. Loomulik uraan koosneb peamiselt kolmest isotoobist: uraan-235, uraan-238 ja uraan-234. Suurima osa moodustab uraan-238 (~99,2745 %), uraan-235 on harvem (~0,720 %), ning uraan-234 on väga väike lisand (~0,0055 %). Pitchblende (tuntud ka kui uraniinidiit/uraniniit) on peamine uraani kaevandatav malm. Uraani keemiline sümbol on U ja selle keskmine aatommass on ligikaudu 238,03 a.u.

Isotoobid ja tuumafüüsika

Uraan-235 on fissilne isotoop — see tähendab, et tema tuuma võib neutroneid neelates jagada (tuumalõhustumine), vabastades palju energiat ja täiendavaid neutroneid. Iga lõhustumisüritus annab tavaliselt ~200 MeV energiat, mis muundub soojuseks. See soojus on tuumareaktorites kasulik auru tootmiseks. Uraan-238 on otseselt vähem lõhustuv, kuid on viljakas — see suudab neelata neutroneid ja lõpuks muunduda plutooniumiks (nt 239Pu), mida saab samuti kasutada nii kütusena kui relvades. Uraan-234 on alamisotoopide ahelas harvaesinev, aga oluline tuumadekoraatsiooni tõttu.

Tuumaenergia ja relvad

Tuumareaktorites kasutatakse tavaliselt madala rikastusega uraani (LEU), mille uraan-235 sisaldus on tõstetud umbes 3–5 %-ni. Kõrgelt rikastatud uraan (HEU, tavaliselt >20 % ja relvades ~90 % või rohkem) on vajalik tuumarelva valmistamiseks. Kui uraan-235 jaguneb, tekib vahel tuumaahelareaktsioon, kus vabanenud neutronid lõhustavad uusi tuumasid ja protsess jätkub isesäästvalt — seda põhimõtet kasutavad nii reaktorid kui ka tuumarelvad. Enamik kaasaegseid tuumarelvastikke kasutab siiski plutooniumi, mis toodetakse osaliselt uraan-238 neeldumisel tekkivate protsesside kaudu.

Kasutusalad

• Elektritootmine: uraanist toodetud kütus (UO2-keraamika) on tänapäeval peamine tuumareaktorite kütus.
• Sõjatehnika: vaesestatud uraan (DU), millest on vähendatud uraan-235 sisaldust, on väga tihe materjal, mida kasutatakse näiteks kuulide ja lõhkuvate soomuse läbistajate valmistamiseks.
• Tehnilised ja ajaloolised kasutused: uraanioksiide on varem kasutatud glasuurides, vitraažiklaaside ja keraamika värvimiseks (värvus ja mõnel juhul UV-valgel Fluorestsents). Seda kasutati enne radioaktiivsuse teadasaamist.
• Tooraine: kaevandatud uraan muudetakse sageli kollaseks pulbriks („yellowcake”, peamiselt U3O8), mis on edasise töötlemise lähteaineks.

Keemilised ja radioloogilised omadused

Uraan on iseenesest radioaktiivne element. Tema pikaealised isotoobid (nt uraan-238 ja uraan-235) lagunevad aeglaselt, andes teiselejärgulisi radioaktiivseid aineid (nt räni-, radium- ja radonisoolad), mille hulgas on ka lühiajalisi ja tugevama kiirgusega laguprodukte. Näiteks uraan-238 poolestusaeg on ligikaudu 4,468 miljardit aastat, uraan-235 ~703,8 miljonit aastat ja uraan-234 ~245 500 aastat.

Keemiliselt moodustab uraan mitmesuguseid oksiide ja komplekse (nt UO2, U3O8, UO3). Palja metalli värvus on hõbehall kuni säravvalge, kuid kaevandatud ja õhus oleva uraani pinnale moodustuvad oksiidid, mis on tavaliselt tumedad või mustad — seetõttu näeb maa pealt uraani sageli tumeda mineraalina. Vastupidiselt populaarsele kujutlusele ei ole uraan loomulikult erksalt heleroheline; aga teatud klaasid, mis sisaldavad uraanioksiide, võivad UV-valguse all helendada.

Ohud ja ohutus

Radioaktiivne oht: uraani ja eriti selle laguproduktide kiirgus on tervisele kahjulik — sissehingamisel või sissevõtmisel võivad radioaktiivsed osakesed kanduda kopsudesse ja teistesse organitesse ning põhjustada kiirguskahjustust ja pikemas perspektiivis vähki. Samuti võib maapõuest vabaneda radon (tuuma laguprodukt), mida loetakse siseruumide õhukvaliteedi ja tervise seisukohalt tõsiseks ohuks.

Keemiline (raskemetalli) toksilisus: kõrval radioaktiivsusest on uraan ka raskemetall — selle keemiline toksilisus avaldub peamiselt neerukahjustusena, kui organism satub uraaniühenditega suuremas kontsentratsioonis kokku. Seega on oluline vältida nii sissehingamist, sissevõtmist kui ka pikaajalist naha-/kontaktialast kokkupuudet kontsentreeritud uraanilahustega.

Märgitakse, et uraaniotsi ja -tooteid käsitlevad paigad peavad järgima rangeid ohutusnõudeid: ventilatsioon, tolmukontroll, isikukaitsevahendid, radiomeetriline jälgimine ning jäätmete nõuetekohane käitlemine ja ladustamine. Radioaktiivsete elementide üldtuntud ohumärk — kolmainsuslik kolmnurkne sümbol — hoiatab tavaliselt uraanisisaldusega esemete juures (ohumärk).

Vaidlused ja keskkonnamõjud

Vaesestatud uraani kasutamine sõjanduses on tekitanud palju diskussioone seoses keskkonna- ja tervisemõjudega, sest need kuulid võivad tekitada metallikontaminatsiooni ja radioaktiivse tolmu tekkimist sihtmärkide juures. Uraani kaevandamine ja töötlemine võivad samuti mõjutada kohalikke ökosüsteeme ja joogivee allikaid, kui jäätmeid ei hallata nõuetekohaselt.

Kokkuvõte: uraan on keemiline element, millel on oluline roll nii energia tootmisel kui ka relvade ajaloos. Tema isotoobid (uraan-235, uraan-238, uraan-234) määravad, kuidas seda saab kasutada. Samal ajal nõuab uraan spetsiifilisi ohutusmeetmeid, sest see on nii radioaktiivne kui ka raskemetall, millel on nii keemilised kui ka radioloogilised terviseriskid.

Küsimused ja vastused

K: Mis on uraan?

K: Mitu uraani isotoopi on olemas?

Küsimus: Mis on pigioksiid?

K: Kuidas saab uraani kasutada tuumareaktorites ja relvades?

K: Kas vaesestatud uraan on radioaktiivne?

K: Mis värvi on looduslik rafineerimata uraan?

Otsing