Alles, was Sie über Uran wissen müssen.
Seit der deutsche Chemiker Martin Heinrich Klaproth 1789 Uran identifizierte, ist die Ordnungszahl 92 zu einem der beunruhigendsten Stoffe der Welt geworden. Es ist von Natur aus radioaktiv, aber sein Isotop Uran-235 ist auch spaltbar, wie die nationalsozialistischen Atomchemiker 1938 erfuhren, als sie das Unmögliche taten und einen Urankern in zwei Teile spalteten. Amerikanische Physiker an der U.C. Berkeley sollten bald entdecken, dass sie Uran-238 zum Zerfall in Plutonium-239 zwingen könnten; die Substanz wird seitdem weltweit in Waffen und Kraftwerken eingesetzt. Heute schürt das Element weiterhin internationale Spannungen, da der Iran entgegen einem früheren Vertrag Uran auf Lager hat, und Nordkoreas “Rocket Man”-Führer Kim Jong-un widersetzt sich weiterhin der Entnuklearisierung.
Aber was ist eigentlich Uran? Und was musst du darüber hinaus über die glühenden Schlagzeilen hinaus wissen? Hier beantworten wir Ihre dringendsten nuklearen Fragen:
Woher kommt das Uran?
Uran ist ein übliches Metall. “Es ist in den meisten Gesteinen, Böden und Gewässern in winzigen Mengen zu finden”, schreibt die Geologin Dana Ulmer-Scholle in einer Erklärung des New Mexico Bureau of Geology and Mineral Resources. Aber es ist schwieriger, reichere Lagerstätten zu finden – diejenigen mit konzentriertem Uran, die sich tatsächlich lohnen -.
Wenn Ingenieure eine vielversprechende Naht finden, bauen sie das Uranerz ab. “Es sind keine Menschen mit Spitzhacken mehr”, sagt Jerry Peterson, Physiker an der University of Colorado, Boulder. Heutzutage kommt es von der Laugung, die Peterson als “im Grunde genommen PepsiCola – leicht sauer” in den Boden gießt und die Flüssigkeit aus angrenzenden Löchern aufpumpt. Während die Flüssigkeit durch die Lagerstätte sickert, trennt sie das Uran zur Ernte ab.
Welche Arten von Uran gibt es?
Uran hat mehrere wichtige Isotope – verschiedene Geschmacksrichtungen derselben Substanz, die sich nur in ihrer Neutronenzahl unterscheiden (auch Atommasse genannt). Am häufigsten ist Uran-238, das 99 Prozent der Anwesenheit des Elements auf der Erde ausmacht. Das am wenigsten verbreitete Isotop ist Uran-234, das sich beim Zerfall von Uran-238 bildet. Keines dieser Produkte ist spaltbar, was bedeutet, dass sich ihre Atome nicht leicht spalten lassen, so dass sie eine nukleare Kettenreaktion nicht aufrechterhalten können.
Das ist es, was das Isotop Uran-235 so besonders macht – es ist spaltbar, so dass es mit ein wenig Feinarbeit eine nukleare Kettenreaktion unterstützen kann, was es ideal für Kernkraftwerke und Waffenherstellung macht. Aber dazu später mehr.
Es gibt auch Uran-233. Es ist ein weiteres spaltbares Produkt, aber seine Ursprünge sind völlig unterschiedlich. Es ist ein Produkt von Thorium, einer metallischen Chemikalie, die viel häufiger vorkommt als Uran. Wenn Kernphysiker Thorium-232 Neutronen aussetzen, kann das Thorium ein Neutron absorbieren, wodurch das Material in Uran-233 zerfällt.
So wie Sie Thorium in Uran verwandeln können, können Sie auch Uran in Plutonium verwandeln. Sogar der Prozess ist ähnlich: Setzen Sie reichlich vorhandenes Uran-238 Neutronen aus, und es wird eines absorbieren, was es schließlich zu Plutonium-239 zerfallen lässt, einer weiteren spaltbaren Substanz, die zur Erzeugung von Kernenergie und Waffen verwendet wurde. Während Uran in der Natur reichlich vorhanden ist, wird Plutonium eigentlich nur im Labor gesehen, obwohl es neben Uran auf natürliche Weise vorkommen kann.
Wie kommt man von einem Stein zu einer Kernbrennstoffquelle?
Die Menschen legen nicht gerade Schritt-für-Schritt-Anleitungen zur Veredelung von Kernmaterial vor. Aber Peterson kam ziemlich nah ran. Nachdem Sie Uran aus der Erde gewonnen haben, sagt er, dass Chemieingenieure die uranhaltige Flüssigkeit von anderen Mineralien in der Probe trennen. Wenn das entstehende Uranoxid trocknet, ist es die Farbe des Grießmehls, daher der Spitzname “Yellowcake” für dieses Zwischenprodukt.
Von dort aus kann eine Pflanze ein Pfund Yellowcake für 20 oder 30 Dollar kaufen. Sie mischen das Pulver mit Flusssäure. Das entstehende Gas wird in einer Zentrifuge gesponnen, um sich von Uran-238 und Uran-235 zu trennen. Dieser Prozess wird als “Anreicherung” bezeichnet. Anstelle der natürlichen Konzentration von 0,7 Prozent wollen Kernkraftwerke ein Produkt, das zu 3 bis 5 Prozent mit Uran-235 angereichert ist. Für eine Waffe braucht man viel mehr: Heutzutage sind über 90 Prozent das Ziel.
Sobald das Uran angereichert ist, koppeln die Kraftwerksbetreiber es mit einem Moderator, wie Wasser, der die Neutronen im Uran verlangsamt. Dies erhöht die Wahrscheinlichkeit einer konsistenten Kettenreaktion. Wenn Ihre Reaktion endlich im Gange ist, verwandelt sich jedes einzelne Neutron in 2,4 Neutronen usw. und erzeugt dabei ständig Energie.
Irgendwelche lustigen Fakten, die ich zu meiner nächsten Dinnerparty mitnehmen sollte?
Probier das mal: In der PopSci-Ausgabe “Danger” Anfang des Jahres sprach David Meier, ein Forschungswissenschaftler am Pacific Northwest National Lab, über seine Arbeit zur Erstellung einer Datenbank mit Plutoniumquellen. Es stellte sich heraus, dass jedes Plutoniumprodukt eine sichtbare Ursprungsgeschichte hat, denn “es gibt keine Möglichkeit, es zu verarbeiten”, sagt Meier. Die Vereinigten Staaten verfügten über zwei Produktionsstätten für Plutonium. Während das Zwischenprodukt aus Hanford, Washington (der Standort des Manhattan-Projekts, von dem aus PNNL wuchs) braun und gelb war, war der Savannah Rive
Oder verzaubern Sie Ihre Gäste mit einer kurzen Geschichte von radioaktivem Geschirr. Die Herstellung von Uranglas, auch Kanarienglas oder Vaselineglas genannt, begann in den 1830er Jahren. Bevor William Henry Perkin 1856 die erste synthetische Farbe kreierte, waren die Farbstoffe sehr teuer und auch dann nicht von Dauer. Uran wurde zu einer beliebten Art und Weise, Tellern, Vasen und Gläsern einen tiefgelben oder minzigen grünen Farbton zu verleihen. Aber stellen Sie diese Haushaltsgegenstände unter UV-Licht und sie alle fluoreszieren eine schockierende Neon-Chartreuse. Zum Glück für die begeisterten Sammler, die aktiv mit Uranglas handeln, sind die meisten dieser Objekte nicht so radioaktiv, dass sie eine Gefahr für die menschliche Gesundheit darstellen.
Der Letzte: Im Jahr 2002 veröffentlichte die Fachzeitschrift The Lancet einen Artikel über das Potenzial für abgereichertes Uran – die nach der Extraktion von Uran-235 übrig gebliebenen Abfälle -, die auf dem Schlachtfeld landen. Die Sorge ist, dass seine hohe Dichte es zu einem unglaublichen Geschoss machen würde, das in der Lage ist, selbst den stärksten Kampfpanzer zu durchdringen. Schlimmer noch, es könnte dann die umgebende Landschaft und jeden anderen verunreinigen.
