ยูเรเนียม

ยูเรเนียมเป็นธาตุชนิดหนึ่งในตารางธาตุ มีสัญลักษณ์ U มีเลขอะตอม 92 เป็นโลหะหนัก มีสีขาวเงิน มีกัมมันตภาพรังสีโดยธรรมชาติ ยูเรเนียมเป็นธาตุในอนุกรม actinide มีไอโซโทป 235U และ 233U ที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงในเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูและระเบิดนิวเคลียร์ ส่วน Depleted uranium ที่มีไอโซโทป 238U เป็นหลัก ใช้เป็นอาวุธในการเจาะทำลายและทำแผ่นเกราะ (armor plate)
โลหะยูเรเนียม
หัวกระสุน Depleted uranium
เครื่องแก้วผสมยูเรเนียม

คุณสมบัติ

ยูเรเนียมบริสุทธิ์มีสีขาวเงิน เป็นโลหะที่มีกัมมันตภาพรังสีอ่อน มีความแข็งน้อยกว่าเหล็กเล็กน้อย มีความอ่อนตัว บิดงอได้ มีความเป็นแม่เหล็กเล็กน้อย โลหะยูเรเนียมมีความหนาแน่นสูงมาก โดยมีความหนาแน่นมากกว่าตะกั่ว 65% แต่มีความหนาแน่นน้อยกว่าทอง เมื่อโลหะยูเรเนียมถูกอากาศจะทำปฏิกิริยากับน้ำ ทำให้เกิดยูเรเนียมออกไซด์ ยูเรเนียมสกัดออกมาจากแร่โดยวิธีเคมี ทำให้อยู่ในรูป uranium dioxide หรือสารประกอบรูปอื่นเพื่อนำมาใช้ทางอุตสาหกรรม

โลหะยูเรเนียมธรรมชาติ ประกอบด้วย U-235 ประมาณ 0.71%, U-238 ประมาณ 99.28%, และ U-234 ประมาณ 0.0054% การเสริมสมรรถนะยูเรเนียม (enriched uranium) ใช้กระบวนการแยกไอโซโทป (isotope separation) เพื่อเพิ่มสัดส่วนหรือความเข้มข้นของไอโซโทป U-235 สำหรับใช้เป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ หรืออาวุธนิวเคลียร์ ส่วนที่เหลืออยู่เรียกว่า depleted uranium จะมี U-235 เหลืออยู่ 0.2% ถึง 0.4% เนื่องจากยูเรเนียมธรรมชาติมีสัดส่วนของ U-235 น้อยอยู่แล้ว กระบวนการเสริมสมรรถนะ (enrichment) จึงทำให้มี depleted uranium จำนวนมาก ตัวอย่างเช่น การผลิตยูเรเนียมเสริมสมรรถนะ (enriched uranium) 5% จำนวน 1 กิโลกรัม ต้องใช้ยูเรนียมธรรมชาติ 11.8 กิโลกรัม ทำให้มี depleted uranium ที่มี U-235 อยู่ 0.3% จำนวน 10.8 กิโลกรัม

ยูเรเนียมธรรมชาติมี 2 ไอโซโทปหลัก ได้แก่ U-235 และ U-238 และมีไอโซโทป U-234 ที่เกิดจากการสลายตัวของ U-238 อีกเล็กน้อย ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะที่มี U-235 สูงขึ้น มีความสำคัญสำหรับใช้เป็นเชื้อเพลิงผลิตพลังงาน ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และอาวุธนิวเคลียร์ เนื่องจากเป็นไอโซโทปธรรมชาติที่เรียกว่า ฟิชไซส์ (fissile) ซึ่งสามารถเกิดปฏิกิริยาฟิชชันได้ (fissionable) ด้วยนิวตรอนพลังงานต่ำหรือเทอร์มัลนิวตรอน (thermal neutrons) U-238 มีความสำคัญเช่นกัน เนื่องจาก U-238 ที่ดูดกลืนนิวตรอนแล้วจะกลายเป็นไอโซโทปรังสีที่สลายตัวไปเป็นพลูโตเนียม-239 (Pu-239) ซึ่งเป็นวัสดุฟิชไซส์เช่นกัน

ยูเรเนียม-233 (U-233) เป็นวัสดุฟิชไซส์ โดยเป็นไอโซโทปที่เกิดจากการยิงทอเรียม-232 (Th-232) ด้วยนิวตรอน
ยูเรเนียมเป็นธาตุแรกที่พบว่าเป็นฟิชไซส์ โดยการยิงด้วยนิวตรอนพลังงานต่ำ ไอโซโทปยูเรเนียม-235 จะกลายเป็น ยูเรเนียม-236 ในเวลาสั้นๆ จากนั้นจะแตกออกเป็นสองส่วน กลายเป็น 2 นิวเคลียสที่เล็กลง พร้อมทั้งปลดปล่อยพลังงานและนิวตรอนจำนวนมากขึ้นออกมา เรียกว่าปฏิกิริยาฟิชชัน (fission) นิวตรอนที่ปล่อยออกมาจะถูก U-235 นิวเคลียสอื่นดูดกลืนและเกิดฟิชชันเพิ่มขึ้น กลายเป็นปฏิกิริยานิวเคลียร์ต่อเนื่อง ถ้าไม่มีการดูดจับนิวตรอนออกไป เพื่อควบคุมให้เกิดปฏิกิริยาลดลง ก็จะเกิดการระเบิดขึ้น ระเบิดปรมาณูลูกแรกทำงานด้วยหลักการของปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน ส่วนอาวุธนิวเคลียร์ (nuclear weapon) เป็นชื่อที่ใช้เรียกโดยรวมทั้งระเบิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันและระเบิดไฮโดรเจน ที่เป็นปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน

 
แร่ยูเรเนียม
 
เค้กเหลือง

การใช้ประโยชน์

ก่อนที่จะมีการค้นพบรังสี ยูเรเนียมถูกใช้ผสมลงไปเล็กน้อยในแก้วและสีเคลือบเซรามิกส์ เรียกว่า แก้วยูเรเนียม (uranium glass) และ Fiestaware มีการใช้ในสารเคมีที่ใช้ถ่ายรูป ได้แก่ uranium nitrate ใช้ทำไส้หลอดไฟฟ้า ใช้ในสีย้อมของอุตสาหกรรมเครื่องหนังและไม้ ใช้เกลือยูเรเนียมผสมในสีย้อมไหมและขนสัตว์ นอกจากนั้นยังใช้ในการตกแต่งฟันปลอม

หลังจากที่มีการค้นพบรังสีจากยูเรเนียมจึงมีการใช้ยูเรเนยีมในงานค้นคว้าทางวิทยาศาสตร์เพิ่มขึ้นมา
หลังจากที่มีการค้นพบปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันในปี 1939 ยูเรเนียมก็มีความสำคัญมากขึ้นในการพัฒนาเพื่อใช้พลังงานนิวเคลียร์ ระเบิดปรมาณูลูกแรกที่ใช้ในสงครามนั้นเป็นระเบิดยูเรเนียม ซึ่งตัวระเบิดมีไอโซโทป U-235 เพียงพอที่จะทำให้เกิดปฏิกิริยาต่อเนื่อง และทำให้อะตอมของยูเรเนียมจำนวนมากเกิดฟิชชันในเวลาเพียงเสี้ยววินาที และปล่อยพลังงานออกมาเป็นลูกไฟ

ยูเรเนียมส่วนใหญ่ที่นำมาใช้ทางด้านพลเรือน คือใช้เป็นเชื้อเพลิงในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ โดยทั่วไปจะทำให้อยู่ในรูปของยูเรเนียมเสริมสมรรถนะ (Enriched uranium) โดยผ่านกระบวนการที่ทำให้ระดับของ U-235 สูงกว่าธรรมชาติ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชิงพาณิชย์โดยทั่วไป ใช้ยูเรเนียมที่มี U-235 เสริมสมรรถนะ 2–3% แต่ก็มีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์บางชนิดที่อออกแบบมาให้สามารถใช้เชื้อเพลิงที่เป็นยูเรเนียมธรรมชาติ ซึ่งมี U-235 ต่ำกว่า 1%ได้ ในเครื่องปฏิกรณ์แบบ breeder reactor U-238 จะถูกเปลี่ยนเป็นพลูโตเนียมได้ ส่วนเชื้อเพลิงของเครื่องปฏิกรณ์ในเรือดำน้ำของกองทัพเรือ ใช้ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะที่มี U-235 สูงโดยค่าที่แน่นอนยังถือเป็นความลับ

ปัจจุบันการใช้ประโยชน์จากยูเรเนียมของกองทัพสหรัฐใช้เป็นอาวุธในการทะลุทะลวง (high-density penetrators) กระสุนที่ใช้จะบรรจุด้วยอัลลอยด์ที่มี depleted uranium ผสมด้วยธาตุอื่น1–2% กระสุนที่ใช้มีตั้งแต่ขนาด 20mm ในปืน Phalanx ของกองทัพเรือ สำหรับใช้ยิงเพื่อทำลายจรวด ไปจนถึงปืนขนาด 30mm ของเครื่องบิน A-10 และปืนขนาด 105mm ของรถถัง เมื่อยิงออกไปด้วยความเร็วสูง กระสุนที่มีความหนาแน่นสูง และมีความแข็ง จะเจาะทำลายเข้าไปในเป้าหมายขนาดใหญ่ได้ รถถังและยานเกราะบางแบบก็มีการเสริมความแข็งแรงด้วยแผ่น depleted uranium (DU) การใช้อาวุธ DU ทำให้เกิดการโต้แย้งกันทางด้านการเมืองและสิ่งแวดล้อม หลังจากที่สหรัฐ อังกฤษและประเทศอื่นๆ นำกระสุน DU มาใช้ในสงครามอ่าวเปอร์เซีย (Persian Gulf ) และสงครามบาลข่าน (Balkans)

การนำไปใช้ด้านอื่น:

  • U-238 มีครึ่งชีวิตที่ยาว (4.51 x 109 ปี) ทำให้นำมาใช้ในการหาอายุของหิน และหาอายุทางธรณีวิทยาโดยการวัดรังสี (radiometric dating) รวมทั้ง การหาอายุโดยเทคนิค การหาปริมาณยูเรเนียมต่อทอเรียม (uranium-thorium dating) และการหาอายุโดยหาปริมาณยูเรเนียมต่อตะกั่ว (uranium-lead dating)
  • มีการใช้ Uranyl acetate, UO2(CH3COO)2 ในงานด้านเคมีวิเคราะห์ โดยใช้ในรูปของเกลือโซเดียมที่ไม่ละลายน้ำ
  • ใช้โลหะยูเรเนียมเป็นเป้าของรังสีเอกซ์ เพื่อทำให้เกิดรังสีเอกซ์พลังงานสูง
  • U-238 มีมวลอะตอมสูงจึงเหมะสำหรับใช้ทำวัสดุป้องกันรังสี (radiation shielding)
  • เมื่อทำให้อยู่ในรูปอัลลอยด์กับเหล็ก เรียกว่า ferrouranium ซึ่งเป็นเหล็กที่มีคุณสมบัติพิเศษ ทำให้เพิ่มความยืดหยุ่นและทนต่อแรงดึงมากขึ้น นำมาใช้ทำขั้ว cathode ในหลอด photoelectric ซึ่งมีความไวต่อรังสีอัลตราไวโอเลตหรือรังสีเหนือม่วง (ultraviolet radiation)
  • กัมมันตภาพที่แตกต่างกันของไอโซโทป U-234/U-238 สามารถใช้เป็นสารติดตามด้านสิ่งแวดล้อม เพื่อหาที่มาของน้ำใต้ดินหรือน้ำพุธรรมชาติ
  • มีคุณสมบัติ deoxidiser มากกว่าวานาเดียมและดึงไนโตรเจนออกจาก (denitrogenise) เหล็ก
  • มีการใช้ในรูปอัลลอยด์เพื่อเพิ่มความแข็งของเหล็ก ในเหล็กกล้าทนความร้อนสูง (high speed steel)
  • Depleted uranium ซึ่งเป็นยูเรเนียมที่มี U-235 น้อยกว่า 0.2% นั้นมีความหนาแน่นสูง จึงมีการนำไปใช้ในการถ่วงน้ำหนักเพื่อรักษาสมดุลของเครื่องบินและจรวด และใช้ถ่วงให้เกิดความเฉื่อยในเข็มทิศ (gyroscopic compasses)
เหมืองแร่ยูเรเนียม
รถบรรทุกแร่ยูเรเนียม
โรงงงานสกัดแร่ยูเรเนียม

ความเป็นมา History

การใช้ยูเรเนียมซึ่งมีสารประกอบธรรมชาติในรูปออกไซด์นั้น สืบย้อนกลับไปได้อย่างน้อยคริสตศตวรรษที่ 7 โดยใช้ทำสีเหลืองในเครื่องเคลือบเซรามิกส์ มีการพบแก้วสีเหลืองที่มียูเรเนียมออกไซด์ 1% ใกล้กับเมืองเนเปิล ของอิตาลี และมีการพบอีกครั้งตอนต้นศตวรรษที่ 19 โดยพบว่ามียูเรเนียมที่เหมืองเงิน Hapsburg ที่ Joachimsthal ใน Bohemia ซึ่งใช้ในอุตสาหกรรมแก้วโดยส่วนผสมที่ใช้นั้นเก็บเป็นความลับ

ธาตุยูเรเนียมค้นพบในปี 1789 โดย Martin Heinrich Klaproth นักเคมีชาวเยอรมัน โดยพบยูเรเนียมในแร่ที่เรียกว่าพิชเบลน (pitchblende) และตั้งชื่อแร่ชนิดนี้ตามชื่อดาวยูเรนัส ซึ่งเป็นดาวเคราะห์ในระบบสุริยะ และได้รับการค้นพบ 8 ปีก่อนหน้านั้นโดย William Herschel ยูเรเนียมถูกสกัดออกมาในรูปโลหะเป็นครั้งแรกในปี 1841 โดย Eugene-Melchior Peligot ในปี 1850 มีการพัฒนาโดยนำยูเรเนียมมาผสมในแก้วโดย Lloyd & Summerfield ที่เมือง Birmingham ประเทศอังกฤษ ในปี 1896 Henri Becquerel นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสพบว่า ยูเรเนียมมีกัมมันตภาพรังสีโดยเป็นการค้นพบกัมมันตภาพรังสีเป็นครั้งแรก

ในระหว่างที่มีโครงการแมนฮัตตันในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองนั้น ได้มีแผนการ Allied ในการพัฒนาระเบิดปรมาณูลูกแรก รัฐบาลสหรัฐได้กว้านซื้อยูเรเนียมจากทั่วโลก ในกระบวนการเสริมสมรรถนะยูเรเนียมให้อยู่ในระดับที่ต้องการนั้น ต้องใช้ยูเรเนียมจำนวนมาก ซึ่งในที่สุดก็ได้ปริมาณที่พอกับความต้องการ โดยส่วนใหญ่ได้มาจากสาธารณรัฐคองโก (Belgian Congo) เมื่อเสริมสมรรถนะแล้วจึงทำเป็นระเบิดปรมาณูและทิ้งลงที่เมืองฮิโรชิมา ประเทศญี่ปุ่นในปี 1945 อาวุธนิวเคลียร์อีกชนิดหนึ่งที่พัฒนาขึ้นมาในช่วงสงครามใช้พลูโตเนียม ที่ผลิตจากยูเรเนียมเป็นเชื้อเพลิงในการเกิดฟิชชัน ในตอนแรกนั้นเชื่อกันว่ายูเรเนียมเป็นแร่ที่มีน้อย การแพร่ขยายของอาวุธนิวเคลียร์สามารถป้องกันได้ง่ายจากการตรวจสอบปริมาณการซื้อขายยูเรเนียม แต่ในช่วงสิบปีต่อมาได้มีการค้นพบยูเรเนียมเพิ่มขึ้นหลายแห่งทั่วโลก

ในระหว่างที่มีโครงการแมนฮัตตันนั้น มีการใช้ชื่อ tuballoy ในการเรียกยูเรเนียมธรรมชาติและใช้ชื่อ oralloy เรียกยูเรเนียมเสริมสมรรถนะ ในตอนแรกนั้นเพื่อรักษาความลับ แต่ต่อมาก็มีการใช้จนเป็นชื่อสามัญ นอกจากนั้น นักวิทยาศาสตร์ในโครงการแมนฮัตตันยังใช้ชื่อ 25 สำหรับเรียก ยูเรเนียม-235 ด้วย ส่วน depleted uranium มีการใช้ชื่อ Q-metal, depletalloy, และ D-38 ซึ่งต่อมาได้เลิกใช้แล้ว

แบคทีเรียกับยูเรเนียม

มีผลงานวิจัยเมื่อไม่นานมานี้ที่แมนเชสเตอร์ที่แสดงให้เห็นว่าแบคทีเรียสามารถรีดิวซ์และตรึงยูเรเนียมไว้ได้

การเกิดของยูเรเนียม

แร่ยูเรเนียม
ยูเรเนียมเป็นธาตุที่มีเลขอะตอมสูงที่สุดที่พบในธรรมชาติ มีปริมาณน้อยในหินทุกชนิด ในดินและน้ำ
ยูเรเนียมบนโลกมีมากกว่าพลวง (antimony) เบริลเลียม (beryllium) แคดเมียม ทอง ปรอท เงิน หรือทังสเตน โดยมีปริมาณใกล้เคียงกับสารหนูและโมลิบดีนัม ยูเรเนียมส่วนใหญ่พบในแร่ uraninite และพบได้ในแร่อีกหลายชนิดได้แก่ autunite, uranophane, torbernite, และ coffinite ยูเรเนียมมีความเข้มข้นสูงกว่าปกติในวัตถุบางอย่าง เช่น หินฟอสเฟต แร่ลิกไนต์ และทรายโมนาไซต์ซึ่งมียูเรเนียมสูงพอที่จะสกัดออกมาในเชิงพาณิชย์
การสลายตัวของยูเรเนียม ทอเรียมและโปแตสเซียม-40 คาดว่าเป็นแหล่งความร้อนหลักอย่างหนึ่งของเปลือกโลก ทำให้เปลือกที่หุ้มแกนโลกหลอมเหลวและพาความร้อนออกมาทำให้เกิดการเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลกชั้นนอก (plate tectonics)
แร่ยูเรเนียมในหินที่มีปริมาณยูเรเนียมมากพอที่จะสกัดออกมาอย่างคุ้มค่านั้น โดยทั่วไปจะมียูเรเนียมออกไซด์ 1-4 ปอนด์ต่อตัน หรือมียูเรเนียมออกไซด์ 0.05% - 0.20%

การผลิต

ยูเรเนียมที่มีความบริสุทธิ์ในระดับทางการค้าสามารถผลิตได้โดยการสกัดเกลือยูเรเนียม (uranium halides) ด้วยด่าง (alkali) ส่วนโลหะยูเรเนียมสามารถผลิตได้โดยการใช้ไฟฟ้า (electrolysis) ผ่านไปในสารละลายของ KUF5 หรือ UF4 ใน CaCl2 และ NaCl ยูเรเนียมบริสุทธิ์สูงสามารถผลิตได้โดยการใช้ความร้อนจากลวดไฟฟ้าสกัดออกมาจาก uranium halides
ในปี 2001 เจ้าของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ของโรงไฟฟ้าเชิงพาณิชย์ในสหรัฐ ซื้อยูเรเนียมทั้งจากในประเทศและตางประเทศรวม 21,300 ตัน ยูเรเนียมมีราคาเฉลี่ยอยู่ที่ 26.39 เหรียญสหรัฐต่อกิโลกรัม โดยลดลง 16% เมื่อเทียบกับปี 1998 ในปี 2001 สหรัฐผลิตยูเรเนียม 1,018 ตันจากเหมือง 7 แห่ง ทั้งหมดตั้งอยู่ฝั่งตะวันตกของแม่น้ำ Mississippi
การผลิตยูเรเนียมสามารถเพิ่มขึ้นได้อีกมาก คาดว่าถ้าราคาเพิ่มขึ้นอีก 10 เท่า ปริมาณการผลิตยูเรเนียมสามารถเพิ่มขึ้นได้อีก 300 เท่า
การสำรวจและการผลิตยูเรเนียม

 
เค้กเหลืองจากการสกัดแร่ยูเรเนียม
 
เม็ดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์
แหล่งแร่ยูเรเนียมมีกระจายอยู่ทั่วโลก โดยทั่วไปประเทศที่มีขนาดใหญ่จะมีแหล่งแร่ยูเรเนียมมากกว่า แหล่งแร่ยูเรเนียมที่ใหญ่ที่สุดในโลกคือที่เหมือง Olympic Dam ประเทศออสเตรเลีย

ออสเตรเลียเป็นประเทศที่มีปริมาณยูเรเนียมสำรองมากที่สุด คิดเป็น 40% ของทั้งโลก ยูเรเนียมที่ผลิตได้ส่วนใหญ่จะส่งออก แต่ภายใต้ข้อกำหนดด้านความปลอดภัยที่เข้มงวดของทบวงการพลังงานปรมาณูระหว่างประเทศ (International Atomic Energy Agency) รัฐบาลและประชาชนของออสเตรเลียจะต้องไม่ใช้ยูเรเนียมในการผลิตอาวุธนิวเคลียร์ ยูเรเนียมจากออสเตรเลียจึงใช้สำหรับการผลิตไฟฟ้าท่านั้น

ขณะที่ออสเตรเลียเป็นประเทศที่มีปริมาณยูเรเนียมสำรองมากที่สุด แต่แคนาดากลับเป็นประเทศที่ส่งออกยูเรเนียมมากที่สุด เหมืองที่ตั้งอยู่บนที่ราบ Athabasca ทางตอนเหนือของ Saskatchewan บริษัท Cameco ซึ่งดำเนินงานบนพื้นที่ 3 ตารางไมล์ เป็นผู้ผลิตยูเรเนียมราคาถูกและปริมาณมากที่สุดในโลก คิดเป็น 18% ของการผลิตทั้งโลก

การทำเหมืองยูเรเนียมในสหรัฐอยู่ในภาวะตกต่ำ เนื่องจากมีการนำวัสดุที่เคยใช้ในอาวุธนิวเคลียร์ เปลี่ยนมาใช้เป็นเชื้อเพลิง ปริมาณสำรองของยูเรเนียมในอดีตประเทศสหภาพโซเวียต และการเริ่มการผลิตยูเรเนียมคุณภาพสูงของแคนาดา ล้วนมีผลต่อราคาของยูเรเนียม

สารประกอบยูเรเนียม

Uranium tetrafluoride (UF4) เป็นของแข็งสีเขียวหยก (emerald-green) เรียกว่า "green salt" เป็นสารประกอบที่อยู่ระหว่างกระบวนการผลิต uranium hexafluoride
Uranium hexafluoride (UF6) เป็นผลึกไม่มีสี จะระเหยเป็นไอเมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 56.4 ?C UF6 เป็นสารประกอบยูเรเนียมที่ใช้ในกระบวนการเสริมสมรรถนะยูเรเนียม 2 แบบ คือ การเสริมสมรรถนะยูเรเนียมโดยการแพร่แก๊ส (gaseous diffusion enrichment) และการหมุนเหวี่ยงแก๊ส (gas centrifuge enrichment) ในทางอุตสาหกรรม เรียกชื่อง่ายๆ ว่า hex เป็นสารที่มีการกัดกร่อนสูง เกิดปฏิกิริยารุนแรงกับน้ำและน้ำมัน

เค้กเหลือง (yellowcake) เป็นยูเรเนียมเข้มข้น ได้ชื่อมาจากลักษณะและสีในขณะที่อยู่ในกระบวนการผลิตในสมัยก่อน แต่โรงงงานสมัยใหม่ผลิต yellowcake โดยวิธีการเผาที่อุณหภูมิสูงทำให้ได้ออกมาเป็นสีเขียวอ่อนไปจนถึงสีดำ แต่เดิมยังไม่ทราบโครงสร้างของสารประกอบในเค้กเหลือง จนในปี 1970 องค์การเหมืองแร่ (Bureau of Mines) ของสหรัฐจึงสามารถหาได้ว่าส่วนที่ตกตะกอนสุดท้ายในกระบวนการนี้คือ ammonium diuranate หรือ sodium diuranate ขึ้นอยู่กับสารเคมีที่ใช้ในกระบวนการ เค้กเหลืองยังมีสารประกอบในรูปอื่นอีก ได้แก่ uranyl hydroxide, uranyl sulfate, sodium para-uranate, และ uranyl peroxide รวมทั้งมี uranium oxides ด้วย เค้กเหลืองรุ่นใหม่ประกอบด้วย uranium oxide (U3O8) 70 ถึง 90% โดยน้ำหนัก และมี uranium oxides รูปแบบอื่น เช่น UO2 และ UO3

  • Uranium dioxide มีลักษณะเป็นผงของผลึก มีสีน้ำตาลเข้ม มีการนำมาใช้ตั้งแต่ปลายศตวรรษที่ 18 จนถึงกลางศตวรรษที่ 19 โดยใช้ผสมในน้ำยาเคลือบเซรามิกส์ ปัจจุบันใช้ในเชื้อเพลิงนิวเคลียร์เป็นส่วนใหญ่ โดยทำเป็นรูปของแท่งเชื้อเพลิง (fuel rods)
  • Uranyl nitrate (UO2(NO3)2) มีลักษณะเป็นผลึกสีเหลือง มีความเป็นพิษสูง ละลายได้ในเกลือยูเรเนียม
  • Uranium rhodium germanium (URhGe) เป็นอัลลอยด์ชนิดแรกที่พบว่ามีคุณสมบัติเป็นสารตัวนำยิ่งยวด (superconducter) เมื่ออยู่ในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าความเข้มสูง
  • Uranium carbonate (UO2(CO3)) พบทั้งในแร่และในส่วนที่เป็นสารอินทรีย์และเถ้าลอย (fly ash) ของถ่านหิน เป็นองค์ประกอบหลักของยูเรเนียมในน้ำที่ซึมออกจากเหมือง
  • Uranium trihydride (UH3) มีลักษณะเป็นผงสีดำ มีความไวสูงและเกิดการลุกไหม้เองได้(pyrophoric)

ไอโซโทป

ยูเรเนียมที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติประกอบ 3 ไอโซโทป 238U, 235U และ 234U ทั้งสามไอโซโทปนี้มีกัมมันตภาพรังสี โดย 238U มีจำนวนมากที่สุด (99.3%) 238U มีครึ่งชีวิต 4.5 x 109 ปี 235U มีครึ่งชีวิต 7 x 108 ปี และ 234U มีครึ่งชีวิต 2.5 x 105 ปี 238U ให้รังสีอัลฟาโดยมีการสลายตัวเป็นอนุกรมและสิ้นสุดที่ 206Pb
ไอโซโทปของยูเรเนียมสามารถแยกออกเพื่อเพิ่มความเข้มข้นให้สูงกว่าไอโซโทปอื่น กระบวนการนี้เรียกว่า การเสริมสมรรถนะ (enrichment) เช่น การเสริมสมรรถนะ 235U ทำให้มีสัดส่วนสูงกว่า 0.711% โดยมักเพิ่มขึ้นเป็น 3% ถึง 7% 235U เป็นวัสดุฟิสไซล์ (fissile material) สำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ทั้ง 235U และ 239Pu สามารถใช้ทำอาวุธนิวเคลียร์ได้ กระบวนการนี้ทำให้มียูเรเนียมปริมาณมากที่เหลืออยู่อีกส่วนหนึ่งซึ่ง 235U ลดลงไปและมีส่วนของ 238U เพิ่มขึ้น เรียกว่า depleted uranium หรือ DU ซึ่งความเข้มข้นของไอโซโทป 235U ลดลงต่ำกว่า 0.711% โดยทั่วไปจะมี 235U เหลืออยู่ใน depleted uranium ประมาณ 0.2% ถึง 0.3% โดยลดลง 28% ถึง 42% จากปริมาณตั้งต้น

233U เป็นไอโซโทปที่ผลิตขึ้นมาจาก 232Th เป็นเชื้อเพลิงของเครื่องปฏิกรณ์ในอินเดีย เคยมีการทดลองเพื่อใช้ทำอาวุธนิวเคลียร์แต่ไม่ได้ผลดี

ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะ
แจกันแก้วผสมยูเรเนียม
ขวดแก้วผสมยูเรเนียม
ข้อควรระวัง

สารประกอบยูเรเนียมทุกไอโซโทปเป็นสารพิษ และมีกัมมันตภาพรังสี ถ้าได้รับรังสีในปริมาณที่ต่ำ อาจจะได้รับผลจากความเป็นพิษต่อไต ผลที่เกิดจากรังสีส่วนใหญ่จะเกิดขึ้นเฉพาะที่เนื่องจากรังสีอัลฟาซึ่งส่วนใหญ่มาจากการสลายตัวของ U-238 เคลื่อนที่ได้ในระยะสั้นเท่านั้น สารประกอบยูเรเนียมมักจะไม่ค่อยถูกดูดซึมโดยเยื่อบุปอด จึงอาจจะทำให้ได้รับอันตรายากรังสีที่ตำแหน่งเดิมอยู่ตลอดเวลา ในการทดสอบกับสัตว์ทดลอง ไอออนของ Uranyl (UO2+) ที่มาจาก uranium trioxide หรือ uranyl nitrate และสารประกอบยูเรเนียมที่มี hexavalent ชนิดอื่น ทำให้มีการเกิดที่ผิดปกติหรือทำให้ระบบภูมิคุ้มกันเสียหาย
โลหะยูเรเนียมที่แบ่งเป็นชิ้นเล็กๆ จะติดไฟได้ เนื่องจากยูเรเนียมสามารถลุกไหม้ได้เอง (pyrophoric) ถ้าอยู่ในรูปที่เป็นเม็ดเล็กๆ อาจจะติดไฟได้ในอากาศที่อุณหภูมิห้อง
คนเราสามารถได้รับยูเรเนียมหรือไอโซโทปลูกที่เกิดขึ้น โดยการหายใจเอาฝุ่นในอากาศ หรือดูดควันบุหรี่จากใบยาสูบที่ปลูกโดยใช้ปุ๋ยฟอสเฟต หรือโดยการดื่มหรือทานอาหาร สำหรับคนทั่วไปที่ได้รับยูเรเนียมจากการรับประทาอาหาร โดยเฉลี่ยจะได้รับยูเรเนียม 0.07 ถึง 1.1 ไมโครกรัมต่อวัน ปริมาณยูเรเนียมในอากาศมีน้อยมาก แต่สำหรับประชาชนที่อาศัยอยู่ใกล้กับสถานที่ผลิตหรือทดลองาวุธนิวเคลียร์ หรือสถานที่ทำเหมืองหรือโรงงานเสริมสมรรถนะยูเรเนียมสำหรับผลิตเชื้อเพลิงนิวเคลียร์อาจจะได้รับยูเรเนียมเพิ่มขึ้น บ้านหรืออาคารที่สร้างบนพื้นที่มีแร่ยูเรเนียมอาจจะได้รับแก๊สเรดอน ที่มาจากยูเรเนียม ซึ่งมีกัมมันตภาพรังสีและเป็นสารก่อมะเร็ง (carcinogen)
ยูเรเนียมสามารถเข้าสู่ร่างกายเมื่อหายใจหรือกินอาหาร หรือบางกรณีอาจจะเข้าทางบาดแผล ยูเรเนียมจะไม่ซึมผ่านผิวหนัง และรังสีอัลฟาที่มาจากยูเรเนียมก็ไม่สามารถผ่านผิวหนังเข้าสู่ร่างกายได้ ยูเรเนียมที่อยู่ภายนอกร่างกายจึงมีอันตรายน้อยกว่าเมื่อเข้าไปในร่างกายแล้ว ยูเรเนียมไม่ใช่สารก่อมะเร็งแต่เมื่อเข้าสู่ร่างกายแล้วอาจจะทำให้เกิดความเสียหายต่อไตได้
การทำเหมืองแร่ยูเรเนียมอาจจะทำให้เกิดอันตรายจากฝุ่นกัมมันตรังสี (airborne radioactive) แก๊สเรดอนที่มีกัมมันตภาพรังสี และไอโซโทปที่เกิดขึ้นจากการสลายตัวของยูเรเนียม ถ้าไม่มีระบบถ่ายเทอากาศที่ดี คนงานในเหมืองยูเรเนียมจะมีความเสี่ยงที่จะเกิดมะเร็งปอดหรือโรคทางเดินหายใจสูงขึ้น นอกจากนั้น น้ำใต้ดินก็อาจมีการปนเปื้อนสารพิษที่ใช้ในการแยกแร่ยูเรเนียมได้

ถอดความจาก uranium
เวบไซต์ http://en.wikipedia.org/
 

 

  หนังสืออิเล็กทรอนิกส์ 

ฟิสิกส์ 1(ภาคกลศาสตร์) 

 ฟิสิกส์ 1 (ความร้อน)

ฟิสิกส์ 2  กลศาสตร์เวกเตอร์
โลหะวิทยาฟิสิกส์ เอกสารคำสอนฟิสิกส์ 1
ฟิสิกส์  2 (บรรยาย) แก้ปัญหาฟิสิกส์ด้วยภาษา c  
ฟิสิกส์พิศวง สอนฟิสิกส์ผ่านทางอินเตอร์เน็ต
แผ่นใสการเรียนการสอน วีดีโอการเรียนการสอน
หน้าแรกในอดีต

 ลับสมองกับปัญหาฟิสิกส์

เอกสารการสอน PDF

   การทดลองเสมือน 

บทความพิเศษ  ตารางธาตุ(ไทย1)   2  (Eng)
พจนานุกรมฟิสิกส์  กิจกรรมการทดลองทางวิทยาศาสตร์
ธรรมชาติมหัศจรรย์ 

 สูตรพื้นฐานฟิสิกส์

การทดลองมหัศจรรย์  ดาราศาสตร์ราชมงคล

 

 

  แบบฝึกหัดกลาง 

แบบฝึกหัดโลหะวิทยา  

 แบบทดสอบ

ความรู้รอบตัวทั่วไป 

 อะไรเอ่ย ?

ทดสอบ(เกมเศรษฐี) 

คดีปริศนา

ข้อสอบเอนทรานซ์ เฉลยกลศาสตร์เวกเตอร์
คำศัพท์ประจำสัปดาห์

แบบฝึกหัดออนไลน์

ทดสอบออนไลน์  

  ความรู้รอบตัว

การประดิษฐ์แของโลก ผู้ได้รับโนเบลสาขาฟิสิกส์
นักวิทยาศาสตร์เทศ นักวิทยาศาสตร์ไทย
ดาราศาสตร์พิศวง  การทำงานของอุปกรณ์ทางฟิสิกส์
การทำงานของอุปกรณ์ต่างๆ

สุดยอดสิ่งประดิษฐ์ 

  การเรียนการสอนฟิสิกส์ 1  ผ่านทางอินเตอร์เน็ต

1. การวัด 2. เวกเตอร์
3.  การเคลื่อนที่แบบหนึ่งมิติ 4.  การเคลื่อนที่บนระนาบ
5.  กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 6. การประยุกต์กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน
7.  งานและพลังงาน  8.  การดลและโมเมนตัม
9.  การหมุน   10.  สมดุลของวัตถุแข็งเกร็ง
11. การเคลื่อนที่แบบคาบ 12. ความยืดหยุ่น
13. กลศาสตร์ของไหล   14. ปริมาณความร้อน และ กลไกการถ่ายโอนความร้อน
15. กฎข้อที่หนึ่งและสองของเทอร์โมไดนามิก  16. คุณสมบัติเชิงโมเลกุลของสสาร
17.  คลื่น 18.การสั่น และคลื่นเสียง

   การเรียนการสอนฟิสิกส์ 2  ผ่านทางอินเตอร์เน็ต  

1. ไฟฟ้าสถิต 2.  สนามไฟฟ้า
3. ความกว้างของสายฟ้า  4.  ตัวเก็บประจุและการต่อตัวต้านทาน 
5. ศักย์ไฟฟ้า 6. กระแสไฟฟ้า 
7. สนามแม่เหล็ก  8.การเหนี่ยวนำ
9. ไฟฟ้ากระแสสลับ  10. ทรานซิสเตอร์ 
11. สนามแม่เหล็กไฟฟ้าและเสาอากาศ 

12. แสงและการมองเห็น

13. ทฤษฎีสัมพัทธภาพ 14. กลศาสตร์ควอนตัม
15. โครงสร้างของอะตอม 16. นิวเคลียร์ 

   การเรียนการสอนฟิสิกส์ทั่วไป  ผ่านทางอินเตอร์เน็ต

1. จลศาสตร์ ( kinematic)

   2. จลพลศาสตร์ (kinetics) 

3. งานและโมเมนตัม 4. ซิมเปิลฮาร์โมนิก คลื่น และเสียง
5.  ของไหลกับความร้อน 6.ไฟฟ้าสถิตกับกระแสไฟฟ้า 
7. แม่เหล็กไฟฟ้า  8.    คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากับแสง
9.  ทฤษฎีสัมพัทธภาพ อะตอม และนิวเคลียร์ 

 

 

 

ครั้งที่

เซ็นสมุดเยี่ยม

ธรรมชาติมหัศจรรย์