Urani - U

Quân sự

    Ứng dụng chính của urani trong lĩnh vực quân sự là làm các đầu đạn tỉ trọng cao. Loại đạn này bao gồm hợp kim urani làm nghèo (DU) với 1–2% các nguyên tố khác. Ở vận tốc tác động cao, mật độ, độ cứng và tính tự bốc cháy của đạn bắn ra có thể làm tăng sức phá hủy các mục tiêu bọc sắt hạng nặng. Xe tăng bọc sắt và các loại xe bọc thép khác có thể di chuyển cũng được làm từ các mảnh urani nghèo. Việc sử dụng DU trở thành vấn đề gây tranh cãi về chính trị và môi trường sau khi các loại đạn DU được các nước như Hoa Kỳ, Anh và nhiều nước khác sử dụng trong suốt cuộc chiến tranh vịnh Ba Tư và Balkans. Việc này đã đặt ra câu hỏi rằng liệu còn bao nhiêu hợp chất urani tồn tại trong đất (xem Hội chứng chiến tranh vùng Vịnh).

    Urani làm nghèo cũng được sử dụng làm vật liệu chống đạn, dùng trong các container để chứa và vận chuyển các vật liệu phóng xạ. Trong khi bản thân kim loại urani có tính phóng xạ, mật độ của cao của urani làm cho nó có khả năng bắt giữ phóng xạ hiệu quả hơn chì từ các nguồn phóng xạ mạnh như radi.^[34] Các ứng dụng khác của DU là dùng làm đối tượng cho các bề mặt kiểm soát của phi thuyền, bệ phóng cho các phương tiện phóng trở lại (Trái Đất) và vật liệu làm khiên.^[9] Do có tỉ trọng cao, vật liệu này được tìm thấy trong các hệ thống truyền động quán tính và trong các la bàndùng con quay hồi chuyển. DU còn được ưa chuộng hơn so với các kim loại nặng khác do khả năng dễ gia công và chi phí tương đối thấp.

Trong giai đoạn cuối của chiến tranh thế giới thứ 2, trong chiến tranh lạnh và các cuộc chiến sau đó, urani đã được dùng làm nguyên liệu chất nổ để sản xuất vũ khí hạt nhân. Có hai loại bom phân hạch chính đã được sản xuất: một thiết bị tương đối đơn giản sử dụng urani-235 và loại phức tạp hơn sử dụng plutoni-239 gốc urani-238. Sau đó, các loại bom nhiệt hạch phức tạp hơn và mạnh hơn sử dụng plutoni trong vỏ bọc urani để tạo ra hỗn hợp triti và deuteri để chịu được phản ứng nhiệt hạch đã ra đời.

Dân dụng

    Ứng dụng chủ yếu của urani trong lĩnh vực dân dụng là làm nhiên liệu cho các nhà máy điện hạt nhân. Một kg urani-235 về lý thuyết có thể tạo ra một năng lượng 80 teraJun (8×10¹³ Jun), giả thiết rằng chúng phân hạch hoàn toàn; mức năng lượng này tương đương 3000 tấn than.

    Các nhà máy điện hạt nhân thương mại sử dụng nhiên liệu urani đã được làm giàu với hàm lượng urani-235 khoảng 3%. Lò phản ứng CANDU là lò thương mại duy nhất có thể sử dụng nhiên liệu urani chưa được làm giàu. Nhiên liệu được sử dụng cho các lò phản ứng của Hải quân Hoa Kỳ là urani-235 đã được làm giàu rất cao. Trong lò phản ứng tái sinh (breeder-reactor), urani-238 cũng có thể được chuyển đổi thành plutoni qua phản ứng sau:

²³⁸U (n, gamma) → ²³⁹U -(beta) → ²³⁹Np -(beta) → ²³⁹Pu.

    Trước khi phát hiện ra phóng xạ, urani được sử dụng chủ yếu với một lượng nhỏ trong thủy tinh vàng và đồ gốm, như thủy tinh urani và trong Fiestaware.

    Việc Marie Curie phát hiện và tách radi trong các quặng urani (pitchblend) đã thúc đẩy việc khai thác mỏ để tách radi, dùng để làm các loại sơn dạ quang trên các con số của đồng hồ và bàn số trên máy bay.^[71] Điều này làm cho một lượng lớn urani trở thành chất thải, vì mỗi 3 tấn urani chỉ tách ra được 1 gram radi. Lượng chất thải này đã được chuyển hướng đến ngành công nghiệp thủy tinh, làm cho thủy tinh urani rất rẻ và phổ biến. Bên cạnh thủy tinh gốm, còn có gạch urani được sử dụng phổ biến trong nhà tắm và bếp, các loại này có thể được sản xuất với nhiều màu khác nhau như lục, đen, lam, đỏ và các màu khác.

    Urani cũng được sử dụng làm hóa chất nhiếp ảnh (đặc biệt là urani nitrat để làm toner).

    Việc phát hiện ra tính phóng xạ của urani mở ra những ứng dụng thực tế và khoa học của nguyên tố này.Chu kỳ bán rã dài của đồng vị urani-238 (4,51×10⁹ năm) làm cho nó trở nên thích hợp trong việc sử dụng để định tuổi các đá macma cổ nhất và các phương pháp định tuổi phóng xạ khác, như định tuổi urani-thori vàđịnh tuổi urani-chì. Kim loại urani được sử dụng trong máy X-quang để tạo ra tia X năng lượng cao.

Urani và sức khỏe con người

    Một người có thể tiếp xúc với urani (hoặc các hạt nhân con của nó như radon) qua việc hít bụi trong không khí hoặc qua các thực phẩm hoặc nước bị nhiễm chúng. Hàm lượng urani trong không khí thường rất nhỏ; tuy nhiên, đối với những người làm việc trong các nhà máy sản xuất phân phốt phát, hoặc sống gần các nhà máy sản xuất hặc thử nghiệm vũ khí hạt nhân, hoặc sống hay làm việc gần những nơi từng có các trận đánh sử dụng vũ khí hạt nhân, hay gần nhà máy nhiệt điện dùng than, các cơ sở khai thác hoặc xử lý quặng urani, hoặc làm giàu uran, có thể tăng nguy cơ phơi nhiễm urani. Những ngôi nhà hoặc các công trình trên các mỏ urani (tự nhiên hoặc nhân tạo) có thể chịu nhiều tăng ảnh hưởng phơi nhiễm khí radon.

    Hầu hết urani đi vào cơ thể qua đường thực phẩm được bài tiết qua đường tiêu hóa. Chỉ có 0,5% được hấp thụ khi ở các dạng không hòa tan như các ôxit urani, ngược lại việc hấp thụ các ionuranyl có thể nhiều hơn lên đến 5%. Tuy nhiên, các hợp chất urani hòa tan có khuynh hướng đi qua cơ thể một cách nhanh chóng trong khi các hợp chất không hòa tan đặc biệt khi đi vào cơ thể ở dạng bụi trong phổi sẽ gây những biến chứng nghiêm trọng. Sau khi vào máu, urani đã được hấp thụ có khuynh hướng tích tụ sinh học và tồn tại nhiều năm trong các tế bào xương do liên hệ của urani với phốt phát.

    Urani không liên kết ở dạng các ion uranyl, các ion này tích tụ trong xương, gan, thận và các tế bào sinh sản. Urani có thể được làm sạch từ các bề mặt thép và các tầng chứa nước.

Ảnh hưởng

    Chức năng thông thường của thận, não, gan, tim và các hệ cơ quan khác trong cơ thể có thể bị ảnh hưởng khi tiếp xúc với urani, bởi vì ngoài các phóng xạ rất yếu, urani còn là kim loại độc.Urani cũng là chất độc có khả năng tái sản xuất. Các ảnh hưởng phóng xạ phổ biến ở mức độ địa phương là phóng xạ anpha, một kiểu phân rã ban đầu của U-238, có thời gian tồn tại rất ngắn, và sẽ không xuyên qua da. Các ion uranyl (UO₂⁺), như ở dạng uranium trioxit hay uranyl nitrate và các hợp chất hóa trị sáu khác có thể gây ra những dị tật bẩm sinh và phá hủy hệ miễn dịch của các con thú trong phòng thí nghiệm. Khi CDC xuất bản một nghiên cứu cho thấy không có dấu hiệu ung thư ở người được ghi nhận khi tiếp xúc với urani tự nhiên hoặc urani đã làm nghèo, tiếp xúc với urani và các sản phẩm phân rã của nó, đặc biệt là radon, được cho là gây ra những mối đe dọa đáng kể về sức khỏe.

    Mặc dù phơi nhiễm urani tình cờ qua đường hô hấp với urani hexafluorua nồng độ cao sẽ gây tử vong ở người, nguyên nhân chính gây tử vong liên quan đến việc tạo ra axit flohydric có độc tính cao và các muối uranyl fluorua hơn là do bản thân urani. Urani là một chất tự bốc cháy nên khi ở dạng hạt mịn nó có nguy cơ cháy trong không khí ở nhiệt độ phòng.