Uranium là gì?

Uranium nằm ở vị trí thứ 92 trong bảng tuần hoàn và là nguyên tố kim loại phóng xạ. Phóng xạ là quá trình tự nhiên, trong đó một số nguyên tử - như uranium, thorium, radium - tự phân hủy, giải phóng năng lượng. Nhà hóa học người Đức Martin Heinrich Klaproth lần đầu tiên xác định được uranium năm 1789, ông đặt tên cho nó theo tên hành tinh Uranus mới được phát hiện.

Tuy nhiên, sức mạnh của uranium không được khai thác cho đến thế kỷ 20, khi các nhà khoa học phát hiện nguyên tử uranium có thể phân tách thông qua quá trình, gọi là phân hạch hạt nhân. Trong quá trình phân hạch, hạt nhân của nguyên tử phân tách thành hai hoặc nhiều hạt nhân, giải phóng một lượng lớn năng lượng.

Uranium được tìm thấy ở hầu hết mọi nơi. Nó có trong đá, đất và nước, thậm chí còn có dấu vết của uranium trong thực vật, động vật, mặc dù với số lượng rất nhỏ. Hầu hết uranium được tìm thấy trong lớp vỏ Trái đất, nơi nó được khai thác và cô đặc để tăng dạng phóng xạ hữu ích nhất của nó là uranium-235.

Các mức độ “làm giàu” uranium

Uranium-235 là một đồng vị của uranium, là phiên bản của một nguyên tố có cùng bản chất cơ bản nhưng trọng lượng nặng hơn hoặc nhẹ hơn một chút. Bạn hãy hình dung những quả táo trên cùng một cây. Một số quả to, một số quả nhỏ, mặc dù có trọng lượng khác nhau nhưng tất cả chúng đều là táo. Về cơ bản, các đồng vị là cùng một nguyên tố nhưng có khối lượng khác nhau.

Uranium chưa qua xử lý chủ yếu là uranium-238. Trong khi uranium-235 cho phép xảy ra nhiều phân hạch hạt nhân nhất. Vì vậy, quá trình “làm giàu” sẽ làm cô đặc uranium-235. Làm giàu khiến cho uranium hữu ích hơn trong lò phản ứng hạt nhân hoặc phát triển vũ khí hạt nhân. Quá trình này thường thực hiện như sau.

Bước đầu tiên là chuyển đổi uranium thành khí, gọi là uranium hexafluoride. Bước thứ hai, khí đưa vào máy ly tâm, quay rất nhanh. Vì uranium-235 nhẹ hơn uranium-238 một chút, nên nó di chuyển ra ngoài chậm hơn khi quay và hai đồng vị tách ra. Một lần quay không tạo ra nhiều khác biệt, do đó khí được quay qua nhiều máy ly tâm liên tiếp cho đến khi uranium-235 được cô đặc.

Nhiên liệu thu được gọi là uranium làm giàu. Mức độ làm giàu phụ thuộc mục đích sử dụng. Về mặt thương mại, uranium-235 được làm giàu lên 3 - 5% (từ trạng thái tự nhiên là 0,7%), dùng làm nhiên liệu cho lò phản ứng hạt nhân, để cung cấp năng lượng, sản xuất điện. Uranium-235 khi “làm giàu” có thể phân hạch trong lò phản ứng nước nhẹ (thiết kế lò phản ứng phổ biến nhất).

Nếu uranium-235 được làm giàu vượt quá 20%, nó được coi là làm giàu cao và uranium làm giàu từ 90% trở lên được gọi là uranium cấp độ vũ khí.

Vấn đề hai mặt của uranium

Trong khi nhiều cuộc trao đổi tập trung vào tiềm năng quân sự của uranium, thực tế nguyên tố này đóng một vai trò quan trọng trong cuộc sống hiện đại. Ở mức làm giàu thấp, uranium cung cấp năng lượng cho các nhà máy điện hạt nhân, sản xuất ra gần 10% điện năng của thế giới, đồng thời là nguồn năng lượng sạch, không chứa carbon.

Uranium là vấn đề mang tính hai mặt. Đây là một loại khoáng chất, khai thác từ đất, đá trong tự nhiên. Chúng có thể cung cấp năng lượng để thắp sáng một thành phố nhưng cũng có thể phá hủy một thành phố. Uranium thật mạnh mẽ, nó có mặt từ các nhà máy điện hạt nhân, các tàu ngầm hải quân đến các cuộc xung đột lớn trên toàn cầu.

Về lý thuyết, một kg uranium-235 có thể tạo ra khoảng 80 terajoules năng lượng, tương đương với năng lượng được tạo ra bởi 3.000 tấn than. Rõ ràng uranium có năng lượng cực lớn, nhưng sức mạnh của nguyên tố này thực sự không chỉ nằm ở năng lượng được giải phóng từ nó mà nằm ở cách mọi người sử dụng.