Es ist elementar
Uran wurde 1789 von Martin Heinrich Klaproth, einem deutschen Chemiker, in dem Mineral Pechblende (hauptsächlich eine Mischung aus Uranoxiden) entdeckt. Obwohl Klaproth und die übrige wissenschaftliche Gemeinschaft glaubten, dass die von ihm aus der Pechblende gewonnene Substanz reines Uran sei, handelte es sich in Wirklichkeit um Uranoxid (UO2). Nachdem der französische Chemiker Eugène-Melchoir Péligot festgestellt hatte, dass „reines“ Uran seltsam mit Urantetrachlorid (UCl4) reagierte, isolierte er reines Uran durch Erhitzen von Urandioxid mit Kalium in einem Platintiegel. Die Radioaktivität wurde erstmals 1896 entdeckt, als der französische Physiker Antoine Henri Becquerel sie in einer Uranprobe nachwies. Heute wird Uran aus Uranerzen wie Pechblende, Uraninit (UO2), Carnotit (K2(UO2)2VO4-1-3H2O) und Autunit (Ca(UO2)2(PO4)2-10H2O) sowie aus Phosphatgestein (Ca3(PO4)2), Braunkohle und Monazitsand ((Ce, La, Th, Nd, Y)PO4) gewonnen. Da die Nachfrage nach Uranmetall gering ist, wird Uran in der Regel in Form von Natriumdiuranat (Na2U2O7-6H2O), auch bekannt als Yellow Cake, oder Triuran-Oktoxid (U3O8) verkauft.
Da es von Natur aus radioaktiv ist, wird Uran, in der Regel in Form von Urandioxid (UO2), am häufigsten in der Kernkraftindustrie zur Stromerzeugung verwendet. Das natürlich vorkommende Uran besteht aus drei Isotopen: Uran-234, Uran-235 und Uran-238. Obwohl alle drei Isotope radioaktiv sind, ist nur Uran-235 ein spaltbares Material, das für die Kernenergie verwendet werden kann.
Wenn ein spaltbares Material von einem Neutron getroffen wird, kann sein Kern Energie freisetzen, indem er in kleinere Fragmente zerfällt. Wenn einige der Fragmente andere Neutronen sind, können sie auf andere Atome treffen und diese ebenfalls spalten. Ein spaltbares Material wie Uran-235 ist ein Material, das genügend freie Neutronen erzeugen kann, um eine nukleare Kettenreaktion aufrechtzuerhalten.
Nur 0,7204 % des natürlich vorkommenden Urans ist Uran-235. Das ist eine zu geringe Konzentration, um eine nukleare Kettenreaktion ohne die Hilfe eines so genannten Moderators aufrechtzuerhalten. Ein Moderator ist ein Material, das ein Neutron verlangsamen kann, ohne es zu absorbieren. Langsame Neutronen reagieren eher mit Uran-235, und Reaktoren, die Natururan verwenden, können mit Graphit oder schwerem Wasser als Moderator gebaut werden. Es gibt auch Methoden zur Anreicherung von Uran-235. Sobald der Uran-235-Gehalt auf etwa 3 % erhöht wurde, kann normales Wasser als Moderator verwendet werden.
Uran-238, das häufigste Isotop des Urans, kann in Plutonium-239 umgewandelt werden, ein spaltbares Material, das auch als Brennstoff in Kernreaktoren verwendet werden kann. Um Plutonium-239 zu erzeugen, werden Uran-238-Atome Neutronen ausgesetzt. Uran-239 entsteht, wenn Uran-238 ein Neutron absorbiert. Uran-239 hat eine Halbwertszeit von etwa 23 Minuten und zerfällt durch Betazerfall in Neptunium-239. Neptunium-239 hat eine Halbwertszeit von etwa 2,4 Tagen und zerfällt in Plutonium-239, ebenfalls durch Betazerfall.
Obwohl es in der Natur nicht vorkommt, ist Uran-233 auch ein spaltbares Material, das als Brennstoff in Kernreaktoren verwendet werden kann. Um Uran-233 zu erzeugen, werden Thorium-232-Atome Neutronen ausgesetzt. Thorium-233 bildet sich, wenn Thorium-232 ein Neutron absorbiert. Thorium-233 hat eine Halbwertszeit von etwa 22 Minuten und zerfällt durch Betazerfall in Protactinium-233. Protactinium-233 hat eine Halbwertszeit von etwa 27 Tagen und zerfällt, ebenfalls durch Betazerfall, in Uran-233. Bei vollständiger Spaltung liefert ein Pfund (0,45 kg) Uran-233 die gleiche Energiemenge wie die Verbrennung von 1.500 Tonnen (1.350.000 kg) Kohle.
Uran ist ein dichtes Metall, das auch außerhalb der Kernkraftindustrie verwendet wird. Es wird als Zielscheibe für die Röntgenproduktion, als Munition für einige Arten von Militärwaffen, als Schutzschild gegen Strahlung, als Gegengewicht für Flugzeugsteuerflächen und in den Gyroskopen von Trägheitsnavigationssystemen verwendet.
Uranverbindungen werden seit Jahrhunderten zum Färben von Glas verwendet. Eine 2.000 Jahre alte Probe von gelbem Glas, die in der Nähe von Neapel, Italien, gefunden wurde, enthält Uranoxid. Urantrioxid (UO3) ist ein orangefarbenes Pulver und wurde bei der Herstellung von Fiestaware-Tellern verwendet. Andere Uranverbindungen wurden auch zur Herstellung von Vaselineglas und Glasuren verwendet. Das Uran in diesen Gegenständen ist radioaktiv und sollte mit Vorsicht behandelt werden.
Das stabilste Isotop des Urans, Uran-238, hat eine Halbwertszeit von etwa 4.468.000.000 Jahren. Es zerfällt durch Alphazerfall in Thorium-234 oder zerfällt durch spontane Spaltung.