L'urani és un element químic que s'utilitza principalment com a combustible per als reactors nuclears per poder generar electricitat a les centrals nuclears.
Es tracta d'un element natural que es pot trobar a l'escorça terrestre on la concentració de mitjana urani és 4 parts per milió.
De tota manera, per poder-lo utilitzar en un reactor nuclear i generar una reacció nuclear en cadena ha d'experimentar un tractament especial.
Per què serveix l'urani?
Les aplicacions principals estan relacionades amb l'energia nuclear. Tot i això, la seva gran duresa i l'elevada densitat el converteix en un material idoni per a altres aplicacions.
A continuació llistem els principals usos de l'urani:
Com a combustible nuclear a les centrals nuclears, fins i tot en reactors reproductors: en aquest cas, el mineral s'ha de sotmetre prèviament a un procés d'enriquiment.
Per a la fabricació d'armes nuclears com ara la bomba atòmica.
Contrapès en rotors d'helicòpters i parts d'avions.
Escut protector contra radiació ionitzant.
Component utilitzat en la producció de municions perforadores i blindatges d'alta resistència
Blindatge en vehicles militars.
Estimació de l'edat de la Terra gràcies al període de semidesintegració de diversos centenars de milions d'anys.
Com és un àtom d'urani?
Un àtom consta dun nucli i delectrons que envolten aquest nucli. Alhora, un nucli consta de protons i de neutrons. Un protó té una càrrega positiva. Un neutró no té càrrega elèctrica i és neutre.
Les càrregues positives dels protons intenten empènyer-se violentament cap a fora. El que impedeix que se separin és una nova classe de força: una força d'atracció de curt abast, immensament poderosa, actua indistintament entre protons i neutrons (que des d'aquest punt de vista són tots nucleons).
La força nuclear de curt abast els manté units, oposant-se a aquest efecte repulsiu de les càrregues positives dels protons. D'aquesta manera, els neutrons actuen com a “ciment nuclear”.
L'urani a la taula periòdica
Podem trobar l'urani a la taula periòdica amb el número atòmic 92 amb el símbol “U”. Es troba al grup dels actínids.
El nucli d‟un àtom d‟urani conté 92 protons. En aquestes condicions, la força repulsiva entre els protons està a punt de vèncer la força nuclear.
Els àtoms dun mateix element poden pertànyer a diferents isòtops depenent del nombre de neutrons que contingui.
Si al nucli de l'àtom d'urani hi ha 146 neutrons presents, aquest es troba en una situació poc estable. Aquesta forma que conté en total 238 nucleons (92 protons i 146 neutrons), s'anomena urani-238 (U-238).
La disposició més probable següent és un nucli d'urani que contingui tres neutrons menys: l'U-235. Els àtoms amb aquests nuclis més lleugers suposen al voltant del 0,7% de l'urani que apareix de manera natural.
Tots dos casos es tracta del mateix element, l'urani, ja que té 92 protons. Tot i això, pertanyen a isòtops diferents perquè un té 238 neutrons i l'altre 235.
El nucli d'urani-235 ja es troba sota una tensió propera al trencament intern; un neutró esgarriat que se li apropi pot trencar-lo completament.
Per a les reaccions de fissió nuclear ens interessa aquesta combinació entre protons i neutrons que està tan al límit de vèncer la força nuclear. D'aquesta manera, només afegir un neutró a l'àtom aquest explota i es divideix generant altres neutrons que poden xocar amb altres àtoms d'urani que també estan al límit.
Isòtops de l'urani
L'urani es pot presentar en diferents composicions al nucli, és a dir, en diferents isòtops. Encara que l'urani es pot trobar a la natura, la major part es troba en una configuració que no és la més idònia per generar reaccions nuclears.
Per això, els àtoms d'aquest element s'alteren artificialment per convertir-los en altres isòtops més inestables. Aquests nous isòtops afavoriran la generació de reaccions de fissió nuclear en cadena.
L'urani-235 (235U) és l'únic isòtop fisible, és a dir, amb capacitat per provocar una reacció en cadena de fissió nuclear, present a la natura. És una característica que ni tan sols l'urani-238, el més comú d'aquest element, té.
Altres isòtops són els següents
U-232 dorigen sintètic.
U-233 dorigen sintètic.
U-234 present en un 0,0054% a la natura.
U-235 present en un 0,7204% a la natura.
U-236 dorigen sintètic.
U-238 present en un 99.2742% a la natura.
Quins són els tipus d'urani?
L'urani pot ser natural, enriquit, empobrit.
Empobrit
L'urani empobrit és una barreja dels mateixos tres isòtops d'urani excepte que té molt poc 234U i 235U. És menys radioactiu que l'urani natural.
Enriquit
L'urani enriquit és una altra barreja d'isòtops que té més 234U i 235U que l'urani natural. L'enriquit és més radioactiu que el natural i més inestable, cosa que ho fa en idoni per generar reaccions nuclears en cadena.
Natural
L'urani natural s'usa per fabricar urani enriquit ; el producte sobrant és empobrit.
