Utilizarile Uraniului

Inainte de 1940 existau cantitati foarte mari de uraniu rezultat ca subprodus de la extractia radiului si a vanadului , care nu aveau desfacere . O situatie asemanatoare se intalneste si astazi : cantitati mari de uraniu insaracit in izotopul U-235 care asteapta sa fie folosit ca element fertil in reactoare neproducatoare este disponibil pentru a fi folosit in diferite domenii ale economiei .
Exista o singura utilizare traditionala a uraniului : pigment in sticla si ceramica . Adaugat in proportie de la 0,3 la 0,15% , uraniul confera sticlei o coloratie stralucitoare care merge de la negru la rosu . aceste sticle au fost clasificate in urmatoarele trei grupe :
– sticle fluorescente , care contin radicalul uranil , obtinut prin adaugarea uraniului in timpul fabricarii sticlei din soda , var si silice , in conditii oxidante ;
– sticlele contin uranati , nu sunt fuorescente ,iar culoarea lor variaza de la galben in silicati, puternic alcalini la portocaliu si rosu intens in sticla continand mult plumb;
– sticla nefluorescenta de culoare bruna sau verde contine saruri ale uraniului tetravalent adaugate in conditii reducatoare .
Oxizii uraniului pot fi incorporati usor in sticle silicatice , fosfatice sau cu continut de fluor , pana la 50% . Calitatea sticlei silicatice se imbunatateste prin adaugarea de uraniu in sensul ca devine mai insolubila in acizi si in soda caustica .
Pigmentii pe baza de uraniu sunt folositi de mult timp si in ceramica : nuante de galben stralucitor in portelanuri se obtine cu saruri de uraniu .
In industria chimica se utilizeaza catalizatori pe baza de uraniu , prima mentiune in acest sens apartinandu-i lui Fritz Haber care a sugerat folosirea carburii de uraniu drept catalizator la fabricarea amoniacului din azot si hidrogen . Utilizarea cea mai larga a uraniului in procesele de cataliza se intalneste insa la convertirea titeiului in gaze combustibile ( pentru uz casnic ) in prezenta de oxid de uraniu . de fapt catalizatorul consta dintr-un amestec de oxizi de nichel si de uraniu pe un suport de alumina si se caracterizeaza printr-o stabilitate foarte mare , posibilitatea de indepartare a sulfului din titei si rezistenta fata de depunerile de carbon . Firma Standard Oil of Ohio a elaborat si utilizeaza un catalizator pentru fabricarea acrilonitrilului din propilena .
Acelasi catalizator poate fi utilizatla fabricarea metacrilontrilului din izobutilena si pentru oxidarea propilenei la acroleina , aceasta ultima reactie fiind catalizata de altfel si de catre azotatul de uranil . Combinatiil chimice ale uraniului se folosesc si pentru cataliza dehidrogenizarii propanului la propilna . Catalizatorii pe baza de uraniu sunt folositi si in reactiile de polimerizare . Una din intrebuintarile de mare perspectiva se prevede pentru purificarea gazelor de esapament ale automobilelor . Catalizatorii pe baza de uraniu prezinta avantajul de a nu se combina cu plumb dun benzina si de a fi foarte putin afectati de catre sulf cau alte otravuri . De mentionay ca utilizare catalizatorilor pe baza de uraniu nu pune probleme de nocivitate radioactiva .
Au fost elaborate si cercetate numeroase aliaje continand uraniu. Metalele care formeaza solutii solide cu uraniul prezinta uninteres deosebit deoarece ele permit sa se imbunatateasca proprietatile mecanice si anticorosive ale aliajelor . Dar si adaugarea de cantitati reduse de metale de aliere poate conduce la btinerea unor aliaje cu proprietati deosebite . Cu toate acestea , uraniul nu prezinta avantajele evidente ca elemente de aliere in comparatie cu metalele mai putin costisitoare , ceea ce explica utilizarea sa relativ restransa

Uraniul in roci metamorfice

Radioactivitatea rocilor metamorfice depinde in primul rand de cea a rocilor initiale , supuse proceselor metamorfice , si in al doilea rand de caracterul metamorfismului : cu sau fara aport de substanta , inclusiv elemente radioactive . Dar in afara de aceasta , in cazul metamorfozarii depozitelor sedimentare poate avea loc o regrupare a mineralelor in interiorul rocilor sedimentare , insotita de saracirea sau imbogatirea in minerale radioactive a unor portiuni ale acestor depozite . In ultimul timp , acestei probleme i se acorda o mare atentie ; numerosi cercetatori ajung la concluzia ca in urma regruparii materialului radio activ in interiorul depozitelor se pot forma asa numite zacaminte metamorfogene de uraniu .
Pe baza acestor considerente V.I. Dancev s.a. (1871) precizeaza urmatoarele concluzii:
– radioactivitatea rocilor metamorfice este extrem de diferita nu numai pentru diferite tipuri , dar si in cadrul unuia si aceluiasi tip de roci metamorfice omogene ;
– radioactivitatea gnaiselor si sisturilor formate din roci argiloase ( care , in general , se deosebesc de celelalte roci sedimentare printr-o radioactivitate mai mare ) este mai ridicata decat cea a marmurelor cuartitelor , formate din sendimente cu radioactivitate scazuta ;
– radioactivitatea creste in rocile in care s-a suprapus fenomenul de metamorfism hidrotermal .

Uraniul in roci sedimentare

Dintre rocile sedimentare , cele mai radioactive sunt argilele si sisturile argiloase , iar cele mai putin radioactive sunt rocile pur chimice si organogene : sarea gema , ghipsul , anhidritele , calcarele si dolomitele . Cu toate acestea sarurile potasice prezinta o radioactivitate pronuntata dar nu din cauza continutului de uraniu ( de altfel foarte mic ) , ci datorita prezentei izotopului care conditioneaza radioactivitatea ridicatya a silvinituluyi , carnolitului , cainitului , polihalitului .
Datele din tabelul 4.8 confirma radioactivitatea ridicata a diferitelor varitati de sisturi si continutul scazut de elemente radioactive in varietatile pure de gresii , calcare si dolomite
S-a stabilit ca radioactivitatea rocilor sdimentare , de exemplu a gresiilor , creste in cazul przentei intercalatiilor de material argilos . In mod analog se comporta calcarele si dolomitele .
Cu cat ste mai variabil compozitia rocilor , cu atat mai variabila este si radioactivitatea lor . Sisturile argiloase si argilele , caracterizate printr-o mai mare uniformitate a copozitiei lor , prezinta si o radioactivitate mai constanta .
Continuturi pregnant anormale de elemente radioactive se observa adeseori in zonele cu o larga dezvoltare a resturilor organice . In unele varietati de sisturi combustibile , carbuni , gresii si calcare , continutul de elemente radioactive creste pana la valori industriale , insa asemenea cazuri sunt de obicei rare . Nu arareori , concentratiile ridicate de elemente radioactive in rocile sedimentare sunt determinate de procese hipergene , de levigare a uraniului si de redepunerea lui in zone mai favoiabile din cuprinsul rocilor sedimentare .
In urma studierii radioactivitatii rocilor sedimentare a fost elucidat faptul ca depozitele marine prezinta in general continuturi mai ridicate de elemente radioactive decat depozitele de origine fluviatila .
Acumularea elementelor radioactive in rocile sedimentare este legata de :
-absortia lor de catre materialul clastic fin din bazinele acvifere initiale in care a avut loc sedimentarea ;
-acumularea in rocile sedimentare a materialului clastic fin dispersat de minerale radioactive;
-prezenta izopitului radioactiv de potasiu in bazine , de exemplu , ca rezultat al alterarii rocilor granitice si care da concentratii ridicate in sistuile argiloase si argile .
Din istoria uraniului

Cererea pentru uraniu in scopuri militare a aparut la inceputul anilor 40 , in timpul razboiului. Atunci au fost aduse in Statele Unite toate cantitatile disponibile de concentrate uranifere pentru a fi folosite in cadrul progamului Manhattan la fabricarea bombei atomice . Cantitatile care au fost procurate astfel nu erau e loc mari deoarece uraniul rezultat ca subprodus de la extragerea radiului din minereurile de pechblenda neavand anterior cautare pe piata fusese neglijat , cantitati mari de ,, steril’’ bogate in uraniu gandindu-se la toate minele fabricantilor de radiu . Din acest motiv , cerintele pentru uraniu au fost satisfacute prin procurarea de minereuri bogate de la Shinkolobwe din Congo Belgian , de la Lacul Ursului Mare din Canada precum si din halzile de la exploatarile vechi de carnotita de pe platoul Colorado . Aproape peste noapte uraniul se transformase dintr-un metal minor , fara intrebuintari si fara cerere comerciala , intr-un element vital pentru castigarea razboiului . Ulterior , si astazi inclusiv , interesul pentru uraniu , este foarte mare datorita utilizarii lor in scopuri pasnice drept combusribil pentru producerea de energie electrica in reactoare nucleare de putere .
Uraniul a fost descoperit in anul 1789 de catre chimistul german Martin Heinrich Klaproth in minereurile de pechblenda pe care le-a tratat cu carbune delemn , obtinand un produs de culoare neagra cu luciu metalic pe care el l-a considerat a fi un metal necunoscut inca . In realitate acesta era bioxidul de uraniu . Uraniul metalic a fost separat abia dupa peste 50 de ani decatre francezul Peligot care in 1841 si-a publicat rezultatele cercetarilor de readucere a clorului de uraniu cu ajurorul sodiului pus lacald , obtinand pentru prima oara uraniul sub forma de metal . In 1883 un alt chimist francez H. Moissan , repetand experientele lui Klaproth a reusit sa obtina uraniu metalic prin reducere cu carbune din zahar in cuptorul electric . Tot el a mai elaborat procedeul de obtinere a uraniului prin readucere electronica si cu metale alcaline .
Denumirea de uraniu vine de la planeta Uranus descoperita de catre Herschellt in 1781 , Klaproth a ales acest nume un dorinta de a-si omagia prietenul . Tot Klaproth este descoperitorul zircroniului .
In 1869 D.I. Mendeleev a determinat pozitia uraniului in sistemul periodic si i-a stabilit greutatea atomica de aproximativ 240 ( real 238,07 ) diferita de 120 , propusa de catre Peligot . Istoria uraniului avea sa se schimbe hotarator prin descoperirea , aproape intampatoare , de catre H. Becquerel in 1896 , a proprietatii uraniului de a impresiona placile fotografice infasurat in hartie protectoare de culoare neagra . Aceasta constituie dovada ca uraniul iradiaza o energie capabila sa strapunga hartia negra , izolataore pentru lumina , si sa impresioneze emulsia fotosensibila . Descoperirea lui Becquerel a fost studiata in anii urmatori de catre sotii Pierre si Maria Curie care au numita radioactivitate .
Una din observatiile cele mai interesante ale sotilor Curie a fost ca uraniul era mi putin radoactiv decat minereul de pechblenda din care fusese separat , ceea ce i-a condus la concluzia ca minereul continea un element chimic necunoscut inca , mult mau radioactiv decat uraniul . Intr-adevar in iulie 1898 a fost descoperit radiul care a fost separat insa abia dupa 4 ani ,in 1902. Proprietatile deosebite ale radiului au facut din el un material foarte cautat , in special in medicina . Acesta a condus la intensificarea exploatarii zacamintelor de pechblenda , precum si a exploatarilor in vederea descoperirii de noi zacaminte . In acest fel au fost descoperite zacamintele de minereuri radioactive din fostul Congo Belgian si din nordul Canadei . Timp de mai multi ani proprietarii acestor mine au detinut monopolul priductiei de radiu , stabilind nivelele de productie la valori care sa mentina preturi cat mai ridicate pentru radiu – care ajunsera in 1936 la 200 000 dolari gramul . Simultan cu radiul rezulta o cantitate de 3 milioane de ori mai mare de uraniu care era oferit pe piata la pretul de un dolar kilogramul.

Ìnceputul erei atomice

Primul pas spre era atomica a fost facut de fizicianul Henri Becquerel, pe 26 februarie 1896 . Acesta a lasat cateva placi fotografice ferite de lumina in apropierea unui minereu de uraniu. Developandu-le le-a descoperit innegrite, ca si cand ar fi fost expuse la lumina . De aici a tras concluzia ca minereul de uraniu emite radiatii necunoscute. Apoi fizicienii Marie Curie si sotul ei Pierre Curie si-au dedicat multi ani cercetarii radiatiilor radioactive. Impreuna, cei trei cercetatori au primit premiul Nobel pentru fizica in anul 1903.
Identificarea si cercetarea radiatiilor incepe sa-i pasioneze pe cercetatori, asa ca la inceputul secolului trecut Rutherfort si elevii lui, Chadwick, Cockfroft is Walton, au investigat proprietatile nucleelor cu ajutorul unor particule accelerate artificial la energii cinetice mai mari decat cele ale radiatiilor, emise de substante radioactive.

Ce inseamna radioactivitatea?

Anumiti nuclizi sunt stabili, dar multi nu. Stabilitatea unui nucleu este data de numerele de neutroni si de protoni, de configuratia lor, precum si de fortele pe care le exercita unii asupra altora. Un nuclid instabil se transforma in mod spontan in nuclidul unui alt element si, facand aceasta, emite radiatii. Aceasta proprietate se numeste radioactivitate, transformarea se cheama dezintegrare, iar nuclidul se numeste radionuclid. De exemplu, carbonul-14 este un radionuclid care se dezintegreaza in azot-14, un nuclid stabil. Plumbul-210 este un radionuclid care se dezintegreaza prin seria prezentata in figura 1, ultimul produs de dezintegrare fiind un izotop stabil al plumbului. Dintre cei aproximativ 1700 nuclizi cunoscuti, circa 280 sunt stabili.
Radiatiile emise in mod obisnuit de radionuclizi sunt: particule alfa, particule beta si fotoni gamma. O particula alfa consta din doi protoni si doi neutroni legati impreuna; ea este astfel grea si are o sarcina egala cu doua sarcini elementare. Radiatia gamma reprezinta o cantitate discreta de energie fara masa sau sarcina, care se propaga ca o unda.
In mod obisnuit energia cu care sunt emise radiatiile se exprima in unitatea numita electron-volt, cu simbolul eV: aceasta este echivalenta cu energia castigata de un electron care strabate o diferenta de potential de un volt. De exemplu, energia unei particule alfa emise de polonium-210 este de circa 5,3 MeV.
In natura exista cateva elemente radioactive, cele mai cunoscute fiind uraniul is toriul. Alte cateva elemente au izotopi radioactivi care se gasesc in natura, cei mai stabili fiind carbonul-14 si potasiul-40. In ultimele decenii s-au produs cu mijloace artificiale cateva sute de izotopi radioactivi ai elementelor naturale, inclusiv cei bine cunoscuti ca strontiul-90, cesiu-137 si iod-131. S-au produs, de asemenea, si cateva elemente radioactive, de exemplu, prometiu si plutoniu, dar cel din urma apare sub forma de urme si in minereurile de uraniu.
Activitatea unei cantitati de radionuclid este data de rata cu care se produc dezintegrari spontane. Activitatea se exprima printr-o unitate numita becquerel (Bq). Un becqurel este egal cu o dezintegrare a unui radionuclid intr-o secunda. In trecut activitatea se exprima cu unitatea numita curie (Ci), totusi folosita si astazi, mai rar. relatiile dintre aceste doua unitati sunt prezentate in anexa 1.
Timpul necesar ca activitatea unui radionuclid sa scada la jumatate, prin dezintegrare, se numeste timp de injumatatire, symbol Tf. Fiecare radionuclid are un timp de injumatatire unic si nealterabil : pentru carbon-14 el este de 5730 de ani; pentru bariu-140 de 12,8 zile; pentru lantan-140 de 40,3 ore; pentru plutoniu-239 de 24131 ani; pentru uranium-238 de 4,47 .109 ani. Valorile timpilor de injumatatire ai diferitilor radionuclizi variaza intre fractiuni de secunda si milioane de ani. In timpi succesiv egali cu timpul de injumatatire, activitatea unui radionuclid se reduce prin dezintegrare la 1/2, 1/4, 1/8, 1/16 s.a.m.d. din valoarea initiala, astfel ca este posibil sa prevedem activitatea care va fi ramas la orice moment de timp ulterior. Pe masura ce cantitatea de radionuclid descreste, radiatia emisa descreste in mod proportional. Un nuclid stabil se poate considera a fi un radionuclid cu un timp de injumatatire infinit.
Exista multe tipuri de radiatii ionizante, dar doua sunt mai importante: radiatiile X si neutronii. Radiatiile X sunt produse, in mod obisnuit, prin bombardare cu electroni a unei tinte metalice intr-un tub vidat. Ele au proprietati similare cu cele ale radiatiilor gamma, dar de obicei au energie mai mica: o instalatie obisnuita de radiatii X dintr-un spital emite radiatii X cu energii pana la 0,15 MeV. Neutronii pot fi eliberati de diferiti nuclizi in mai multe moduri. Daca, de exemplu, se bombardeaza beriliu-9 cu particule alfa de 5,3 MeV, emise de poloniul-210, se formeaza un nuclid de carbon-12 si se emit neutroni cu energia medie de 4,2 MeV. Totusi, cea mai puternica sursa de neutroni este reactorul nuclear.
Radiatiile gamma si X sunt de aceeasi natura ca si lumina vizibila; astfel, ele se deplaseaza tot timpul cu viteza luminii. Desi viteza initiala a unei particule depinde de energia si de masa particulei, nu poate depasi viteza luminii.

Testele nucleare

Efectuarea numeroaselor teste, peste 1000, mai ales in perioada 1945-1963, cu diverse tipuri de arme nucleare in aer, in apa sau in subteran, a dus la contaminarea Pamantului cu cantitati uriase de radionuclizi. Testele cele mai contaminante la nivel zonal, sau chiar planetar, au fost cele realizate pe suprafata solului (in aer). Era exploziilor a fost inaugurata in 1945, in desertul Alamogordo (New Mexico), fiind urmata, la scurt timp, de detonarea celor doua arme nucleare, de la Hiroshima Si Nagasaki, din Japonia, pe 6 si respectiv 9 august 1945. cele doua explozii nucleare au facut sute de mii de vicime omenesti – efectele lor nu au disparut in totalitate nici in zilele noastre, alaturi de distrugeri materiale incalculabile.
Explozia unei arme nucleare elibereaza in natura o gama larga de produse de fisiune si de activare, precum si material nefisionat (uraniu-235 sau plutoniu-239), care sunt transportate in straturile inalte ale atmosferei, ceea ce face ca aceasta radioactivitate artificiala sa fie raspandita in toata lumea. De aici radionuclizii fixati pe particule de praf, in functie de dimensiuni revin pe pamant la diversi timpi dupa explozie, sub forma de caderi sau depuneri de ploi radioactive, numite si fall-out radioactiv.
Datorita numeroaselo teste nucleare, evaluarile din 1964 aratau ca emisfera nordica prezenta o contaminare radioactiva de 3 ori mai ridicata fata de cea sudica, iar inventarul continutului de strontiu-90 din stratosfera se ridica la uriasa activitate de 5.10 17 Bq. In ceeasi situatie se afla si cesiu-137, in timp ce pe sol s-au depus cca 3 tone de plutoniu-239.
Radioactivitatea depunerilor atmosferice a scazut treptat dupa 1963 (odata cu semnarea Tratatului de interzicere a experientelor cu arme nucleare, intre SUA, fosta URSS si Anglia), ajungand in prezent sa fie foarte redusa si greu de decelat.

Deversãri în mediu

In cazul utilizarii fisiunii nucleare in scopuri pasnice, pentru obtinerea curentului electric (energetica nucleara), sunt deversate in mediul inconjurator o serie de substante radioactive, cu activitati relativ reduse, cand reactorul functioneaza la parametrii normali.
Pe plan mondial se considara ca uzina de tratare a combustibilului nuclear uzat prezinta cele mai mari riscuri de contaminare a mediului.
Printre alte utilizari ale fisiunii in scopuri pasnice, dar care chiar daca contamineaza mediul, dilutia este foarte mare, sunt reactorii utilizati pentru propulsia navelor maritime si a celor cosmice, daca la cadere ajung in oceanul planetar.
Doza primita de populatie, ca urmare a radionuclizilor deversati in mediu de la reactorii nucleari energetici sau uzinele de tratare a combustibilului nuclear uzat, se datoresc atat inhalarii acestora, dar si transferarii lor prin diverse lanturi trofice la om, specifice zonelor limitrofe. Activitatea radionuclizilor ajunsi in om, in aceste conditii, depinde de tipul si activiatea radionuclizilor eliberati, de modul de viata si de obiceiurile alimentare ale populatiei din zona contaminata.
Dupa datele prezentate de Consiliul National de Protectie Radiologica din Marea Britanie, persoanele din zona supusa deversarilor de radionuclizi in apa de la centralele din tara pot primi pana la 50 Sv pe an, in timp ce, prin gaze si aerosoli radioactivi aruncati in aer, doza poate ajunge la 100 Sv pe an. Doze mult mai mari pot fi primite de populatia limitrofa uzinelor de tratare a combustibilului nuclear uzat, care se situeaza intre 200 si 840 Sv pe an; valoarea dozei, pentru persoanele cele mai expuse, poate atinge chiar 1000 Sv pe an.

NOTA IMPORTANTA: ARTICOLELE PUBLICATE IN PAGINA DE REFERATE AU SCOP DIDACTIC SI SUNT ELABORATE IN URMA UNEI DOCUMENTARI SUSTINUTE. ESTE STRICT INTERZISA PRELUAREA ARTICOLELOR DE PE SITE SI PREZENTAREA LOR LA ORELE DE CURS. Referatele din aceasta sectiune sunt trimise de diferiti colaboratori ai proiectului nostru. Referatele va sunt prezentate pentru COMPLETAREA STUDIULUI INDIVIDUAL, si va incurajam si sustinem sa faceti si voi altele noi bazate pe cercetari proprii.