È elementare
L’uranio fu scoperto da Martin Heinrich Klaproth, un chimico tedesco, nel minerale pechblenda (principalmente una miscela di ossidi di uranio) nel 1789. Anche se Klaproth, così come il resto della comunità scientifica, credeva che la sostanza che aveva estratto dalla pechblenda fosse uranio puro, in realtà era biossido di uranio (UO2). Dopo aver notato che l’uranio “puro” reagiva stranamente con il tetracloruro di uranio (UCl4), Eugène-Melchoir Péligot, un chimico francese isolò l’uranio puro riscaldando il biossido di uranio con il potassio in un crogiolo di platino. La radioattività fu scoperta per la prima volta nel 1896 quando Antoine Henri Becquerel, un fisico francese, la rilevò da un campione di uranio. Oggi, l’uranio è ottenuto da minerali di uranio come la pechblenda, l’uraninite (UO2), la carnotite (K2(UO2)2VO4-1-3H2O) e l’autunite (Ca(UO2)2(PO4)2-10H2O) così come dalla roccia fosfatica (Ca3(PO4)2), la lignite (carbone marrone) e la sabbia monazite ((Ce, La, Th, Nd, Y)PO4). Poiché c’è poca domanda di uranio metallico, l’uranio è solitamente venduto sotto forma di diuranato di sodio (Na2U2O7-6H2O), noto anche come torta gialla, o octossido di triuranio (U3O8).
Siccome è naturalmente radioattivo, l’uranio, solitamente sotto forma di diossido di uranio (UO2), è più comunemente usato nell’industria nucleare per generare elettricità. L’uranio naturale consiste di tre isotopi: uranio-234, uranio-235 e uranio-238. Anche se tutti e tre gli isotopi sono radioattivi, solo l’uranio-235 è un materiale fissionabile che può essere usato per l’energia nucleare.
Quando un materiale fissionabile viene colpito da un neutrone, il suo nucleo può rilasciare energia dividendosi in frammenti più piccoli. Se alcuni dei frammenti sono altri neutroni, possono colpire altri atomi e causare la loro scissione. Un materiale fissile, come l’uranio-235, è un materiale capace di produrre abbastanza neutroni liberi da sostenere una reazione nucleare a catena.
Solo lo 0,7204% dell’uranio naturale è uranio-235. Questa è una concentrazione troppo bassa per sostenere una reazione nucleare a catena senza l’aiuto di un materiale noto come moderatore. Un moderatore è un materiale che può rallentare un neutrone senza assorbirlo. I neutroni lenti hanno più probabilità di reagire con l’uranio-235 e i reattori che usano l’uranio naturale possono essere realizzati usando grafite o acqua pesante come moderatore. Esistono anche metodi per concentrare l’uranio-235. Una volta che i livelli di uranio-235 sono stati aumentati a circa il 3%, l’acqua normale può essere usata come moderatore.
L’uranio-238, l’isotopo più comune dell’uranio, può essere convertito in plutonio-239, un materiale fissile che può anche essere usato come combustibile nei reattori nucleari. Per produrre il plutonio-239, gli atomi di uranio-238 sono esposti ai neutroni. L’uranio-239 si forma quando l’uranio-238 assorbe un neutrone. L’uranio-239 ha un’emivita di circa 23 minuti e decade in nettunio-239 attraverso il decadimento beta. Il nettunio-239 ha un’emivita di circa 2,4 giorni e decade in plutonio-239, sempre attraverso il decadimento beta.
Anche se non si trova in natura, l’uranio-233 è anche un materiale fissionabile che può essere usato come combustibile nei reattori nucleari. Per produrre uranio-233, atomi di torio-232 sono esposti a neutroni. Il torio-233 si forma quando il torio-232 assorbe un neutrone. Il torio-233 ha un’emivita di circa 22 minuti e decade in protoattinio-233 attraverso il decadimento beta. Il protoattinio-233 ha un’emivita di circa 27 giorni e decade in uranio-233, anche questo attraverso il decadimento beta. Se completamente fissionato, una libbra (0,45 chilogrammi) di uranio-233 fornirà la stessa quantità di energia della combustione di 1.500 tonnellate (1.350.000 chilogrammi) di carbone.
L’uranio è un metallo denso che ha usi al di fuori dell’industria nucleare. È usato come bersaglio per la produzione di raggi X, come munizioni per alcuni tipi di armi militari, come scudo contro le radiazioni, come contrappeso per le superfici di controllo degli aerei e nei giroscopi dei sistemi di guida inerziale.
I composti di uranio sono stati usati per secoli per colorare il vetro. Un campione di vetro giallo di 2000 anni fa, trovato vicino a Napoli, in Italia, contiene ossido di uranio. Il triossido di uranio (UO3) è una polvere arancione ed è stato usato nella fabbricazione di piatti Fiestaware. Altri composti di uranio sono stati usati anche per fare vetro di vaselina e smalti. L’uranio all’interno di questi articoli è radioattivo e dovrebbe essere trattato con cura.
L’isotopo più stabile dell’uranio, l’uranio-238, ha un’emivita di circa 4.468.000.000 anni. Decade in torio-234 attraverso il decadimento alfa o decade attraverso la fissione spontanea.