uranium

Het periodiek systeem Uranium (U)

Een serie artikelen over de verschillende elementen. De legoblokjes waarmee wijzelf, onze aarde en de materie van het universum is opgebouwd hebben allemaal hun eigen specifieke eigenschappen. In deze serie gaan we stap voor stap langs elk element en kijken we wat voor zinvolle zaken de wikipedia erover te zeggen heeft, met daarnaast een interessant filmpje van de universteit van Nottingham waarmee verschillende experimenten met het betreffende element worden gedaan.

Vandaag nummer 92 van de 118 elementen, Uranium (U).

Klik hierop om naar de wikipedia versie te gaan waarbij je gemakkelijk naar de verschillende elementen kunt doorklikken

Ontdekking

Uranium werd in 1789 ontdekt door de Duitse scheikundige Martin Heinrich Klaproth in het mineraal pekblende. Het element werd genoemd naar de planeet Uranus, die acht jaar eerder was ontdekt.

De zoektocht naar en ontginning van radioactieve ertsen begon in de Verenigde Staten aan het begin van de 20e eeuw. Er werden toen bronnen van radium gezocht, voor gebruik in lichtgevende verf voor wijzers in horloges en dergelijke. Radium werd gevonden in uraniumerts. In 1935 werd de belangrijkste uraniumisotoop235U, ontdekt door de Canadees-Amerikaanse natuurkundige Arthur Jeffrey Dempster. Uranium werd voor de defensie-industrie van belang gedurende de Tweede Wereldoorlog. In 1943 werd in Colorado uranium gewonnen voor het Manhattanproject. Maar uiteindelijk werd het meeste uranium voor het Manhattanproject en vooral voor de atoombom Little Boy geleverd door de Belgische regering in ballingschap, vanuit Belgisch Kongo. Er werd zelfs Duits uranium gebruikt dat was buitgemaakt op de onderzeeboot U-234.

Rond 1960 nam de behoefte aan militair uranium in de Verenigde Staten af door de nucleaire ontwapening. Tegelijkertijd kwam er meer behoefte aan uranium voor gebruik in kernreactoren.

Toepassingen

Naast het genoemde gebruik van verrijkt uranium in kernwapens en kernreactoren wordt verarmd uranium vanwege de hoge dichtheid gebruikt als contragewicht in vliegtuigen (zie Bijlmerramp) en in munitie. Bovendien dient het als afschermingsmateriaal tegen ioniserende straling.[1] In Nederland is het gebruik van munitie met verarmd uranium op de oefenterreinen Vliehors en Noordvaarder sinds 1993 niet meer toegestaan. Wel wordt er nog verarmd uranium gebruikt voor de legering van Amerikaanse M1-tanks, omdat het door zijn hoge dichtheid nauwelijks te doorboren is met kogels. Verarmd uranium vindt ook toepassing in antitankwapens. Het projectiel uit verarmd uranium doorboort het pantser. Het uranium brandt dan en verbruikt daarbij alle zuurstof binnen in de tank.

Opmerkelijke eigenschappen

Na raffinage is uranium een zilverwit licht radioactief metaal dat iets zachter is dan staal. Het is buigzaam, vervormbaar, een beetje paramagnetisch en heeft een zeer hoge dichtheid; 65% dichter dan lood. Als fijn verdeeld poeder reageert uranium met koud water en bij aanwezigheid van zuurstof wordt het langzaamaan bedekt met een laagje uraniumoxide.

Uraniumhexafluoride (UF6) is een witte, vaste stof, die al een damp vormt bij temperaturen boven 56°C. Het wordt gebruikt bij het verrijkingsproces van uranium. Verrijkt uranium bevat meer dan de 0,711 procent 235U die in natuurlijk uranium aanwezig is.

Voorkomen

Uraniniet is het uranium erts dat van nature het meest op aarde voorkomt. Het bestaat voornamelijk uit uraniumdioxide (UO2). Voor gebruik wordt dit verwerkt tot “Yellowcake” (ammoniumdiuranaat), dit bevat 70 tot 80 gewichtsprocent uraniumoxide (U3O8). Om 235U te winnen moeten grote hoeveelheden erts gedolven worden, want slechts 0,7% van al het uranium bestaat uit dit uraniumisotoop. Bij de mijn blijven in veel gevallen grote hoeveelheden radioactief afval en verzuurde modder achter.

Landen waar uranium wordt gevonden, zijn NamibiëAustraliëNigerCanadaTurkijeRusland, de VS en Zuid-Afrika. Ook in Sudetenland in Tsjechië komt uranium voor. In februari 2003 werd uranium aangetroffen op 200 kilometer afstand van de stad Yazd in Iran. Er werd meteen een fabriek gebouwd om het pas ontdekte uranium te winnen.

In Zeeland zijn in de Formatie van Breda fosforietknollen aangetroffen die tot 300 ppm uranium bevatten.

Het periodiek systeem Uranium (U) Meer lezen »

Uranium is machtig mooi speelgoed. Als we er verstandig mee omspringen tenminste.

‘Uranium nu goedkoop uit zeewater te winnen’

‘Peak uranium’ nadert snel en al zullen kernenergiehaters daar niet rouwig om zijn, het tijdstip waarop alle makkelijk winbare uranium op is, is al over enkele tientallen jaren. Toch gloort er nu hoop voor de kernindustrie. Als het tenminste niet al te laat is…

Uranium is machtig mooi speelgoed. Als we er verstandig mee omspringen tenminste.
Uranium is machtig mooi speelgoed. Als we er verstandig mee omspringen tenminste.

Oceaan als uraniummijn
Zeewater bevat ongeveer 3,5 procent zout, maar ook een kleine hoeveelheid zware metalen. Miljarden jaren van erosie spoelden minuscule hoeveelheden  van deze metalen in de zee en terwijl water verdampt, blijven deze zware metalen achter in zee. Elke kubieke kilometer zeewater bevat bijvoorbeeld 11 gram goud. Er zit veel meer uranium in zeewater: diezelfde kubieke kilometer bevat 3,3 kg van het radioactieve metaal. Alle zeewater op aarde bevat samen 4,5 miljard ton, voldoende uranium om de bestaande kerncentrales rond de 6500 jaar van brandstof te voorzien. Daar kan je twee nullen achterzetten als het uranium in kweekreactoren wordt opgestookt.

Effectievere methode
Helaas (of gelukkig) was het tot nu toe nogal lastig om uranium uit zeewater te winnen. Weliswaar bestaan er bepaalde  materialen waaraan uraniumionen zich bij voorkeur hechten, maar deze gebruiken bleek te duur, lees: te energieintensief.
Een groep Amerikanen haalde Japans onderzoek van tien jaar geleden van de archiefplank.

Het Japanse proces bleek te weinig effectief. De Amerikanen hebben de methode verbeterd door het materiaal tot nanodraden te versnipperen. Het materiaal blijkt hierdoor veel effectiever uraniumionen te vangen. De kostprijs halveert hierdoor en ligt nu rond de 660 dollar voor een kilo uranium. Ter vergelijking: dat is nog steeds vijf keer de prijs die uraniumproducenten nu krijgen.

Ontdekking komt waarschijnlijk te laat
De prijs van zonnepanelen is nu snel aan het dalen. Voor particulieren (die immers extra heffingen betalen), woestijnlanden  en eilanden als Hawaii is  zon nu al goedkoper dan netstroom. Het ligt niet echt voor de hand om dure en risicovolle kerncentrales te bouwen, als er nu al een voordelig en milieuvriendelijk alternatief ligt. Hooguit kunnen bestaande kerncentrales nog een paar jaar langer doordraaien. Dan kunnen de elektriciteitsmaatschappijen extra verdienen. Zeg maar het Fukushima idee.

Behalve als handig contragewicht (het is twee keer zo dicht als lood), buurlanden de stuipen op het lijf jagen met kernwapens of materiaal voor pantsers kan je verder niet erg veel met uranium. De radioactiviteit maakt het onhandelbaar voor de meeste toepassingen.

Ruimtevaartuigen
Met één uitzondering. Uranium vormt een ideale brandstof voor ruimtevaartuigen omdat het extreem energiedicht is. Door één kilo uranium te splijten komt evenveel energie vrij als bij de verbranding van miljoenen kilo’s chemische raketbrandstof. Om die reden zou het ook interessant kunnen zijn voor straalvliegtuigen. Een compacte kerncentrale aan boord van een vliegtuig zou een brandstoftank kunnen vervangen en de instromende lucht kunnen verhitten.

En af en toe moet je dan ook een vliegveld voor tientallen jaren ontruimen als er weer eens eentje ploft. Zo creëer je werkgelegenheid voor de bouwindustrie en natuurreservaten midden in stedelijk gebied. Welke stadsbewoner word er nou niet blij van wat vertederende gemuteerde  reuzeninsekten in de tuin?

Bron: 
ORNL technology moves scientists closer to extracting uranium from seawater, Oak Ridge National Lab (2012)

‘Uranium nu goedkoop uit zeewater te winnen’ Meer lezen »