Uran

Hööftartikel: Isotopen vun Uran
Iso	VN	t_½	VO	VE (MeV)	VP
²³³U	nee	1,592 · 10⁵ a	α	4,824	²²⁹Th
²³⁴U	0,0055 %	2,455 · 10⁵ a	α	4,774	²³⁰Th
²³⁵U	0,72 %	7,038 · 10⁸ a	α	4,398	²³¹Th
^235mU	nee	~25 min	IÖ	<1	²³⁵U
²³⁶U	0,0 %	2,342 · 10⁷ a	α	4,494	²³²Th
²³⁷U	nee	6,75 d	β^-	0,519	²³⁷Np
²³⁸U	99,27 %	4,468 h	α	4,198	²³⁴Th

Uran is en cheemsch Element ut dat Periodensystem, dat to de cheemsch Serie vun de Actinoiden höört. Dat Swormetall hett dat Atomteken U un de Atomtall 92.

Wieldat Uran mit en ungrade Tall Neutronen dör thermisch Neutronen teemlich good splitt warrn künnt, is dat Uranisotop ²³⁵U de eenzige natüürlich vörkamend Stoff, de en nukleare Kedenreakschoon maken kann. ²³⁵U warrt in Karnkraftwarken un Karnwapens as vörrangigen Energiedräger nütt. Sien weertschopplich Bedüden is groot, man ok dat ut Thorium-Isotop ²³²Th bröödte künstliche ²³³U is splittbor un warrt in Hoochtemperaturreakters tüügt un verbruukt.

Historie

Uran is 1789 vun den düütschen Chemieprofesser un Aftheker Martin Heinrich Klaproth (1743–1817) opdeckt, de to de Tiet in Berlin leevt hett. He harr dat Element ut dat Mineral Pickblenn isoleert. Klaproth hett sien Opdecken an’n 24. September 1789 publik maakt, as he en Anspraak vör de Preußisch Akademie vun de Wetenschoppen hollen hett. Den Naam Uran hett dat Element na den Planeten Uranus kregen, de acht Johr vörher vun Friedrich Wilhelm Herschel (1738–1822) opdeckt weer. Toeerst weer dorto Uranit seggt, 1790 is dorut denn Uranium worrn. Opdeckt hett Klaproth dat Swoormetall bi de Analys vun Ierz ut dat Bargwark „George Wagsfort“ in Wittigsdaal bi Johanngeorgenstadt in Sassen. He harr dat Ierz mit Süür behannelt un dat düchtig hitt maakt. Dorbi keem en swart Pulver rut, wat he ran nöömen de.

Wat Klaproth funnen harr weer tatsächlich en nee’ Element, aver wat he cheemsch wunnen harr, weer nich dat Element sülvst, man en Oxid. Eerst föfftig Johr later in’t Johr 1841 weer de Franzoos Eugène Peligot de Eerste, de gediegen Uranmetall herstellt hett. In de eersten Half vun’t 19. Johrhunnert is Uran tohopen mit annere Mineralen in St. Joachimsthal un ok in enige Minen in’t engelsche Cornwall wunnen worrn.

Afsehn vun den Weert, den Uran för Chemiker harr, weer dat Element in’t hele 19. Johrhunnert to’n arven vun Keramik un Glas nütt. Uranverbinnen sünd in de Glasherstellen verwennt worrn, üm dorut Vasen un Dekoratschoonsstücken to maken, aver ok üm Saken för’n Alldag as t. B. Schöteln oder Glääs en geelgröne Klöör (annagröön) to geven. Glasmakers ut Joachimsthal (Böhmen) hebbt al 1826 disse Technik bruukt. De Verwennen vun Uran to’n Glasfarven is bit in de Mitt vun’t 20. Johrhunnert wietermaakt worrn, bevör dorför annere farvgevend Mineralen bruukt weern, de weniger bedenklich weern. För Geschirr bit hen to architektoonsch Biwark sünd keramsche Glasuren vun orange bit lüchtend root verwennt worrn.

In de Fotografie weer Uranylnitrat bit wiet in’t 20. Johrhunnert bruukt, üm Diapositivplatten, Platinbiller un Bromsülverbiller bruun un root to tönen.^[1]

Över de gesundheitlichen Gefahren dör dat Verwennen oder dat Sammeln vun Uranglas un Keramik mit Uranglasur warrt bit hüüt ünner Sammlers un Wetenschopplers streden. Man, dat Uran radioaktiv is, weer toeerst 1896 dör Antoine Henri Becquerel faststellt.

Uran weer lange Tiet as dat Element mit de höchsten Atomtall ansehn, dat in de Natur vörkamt. Man, 1971 sünd bannig lütte Sporen vun dat Plutoniumisotop ²⁴⁴Pu nawiest worrn, so dat Plutonium sietdem dat Uran as dat letzte natürliche Element aflöst hett.

Vörkamen

In de Natur kummt Uran nicht gediegen vör, man dat gifft mehr as 200 Uranmienralen. De beiden wichtigsten Mineralen dorvun, de Lagersteden billn doot, sünd Uraninit (Pickblenn, UO₂) un Coffinit (USiO₄).

Uran kummt in de Eerdkrust mit 4 mg/kg teemlich veel vör. In’n normalen Bodden kummt dat as Sporenelement vör. De US-amerikaansche Agency for Toxic Substances and Disease Registry (ATSDR) geiht dorvun ut, dat in de böversten 33 cm vun’n Eerdbodden op en Flach vun en Quadratmiel in’n Dörsnitt ungefäähr 4 Tünnen Uran sitten doot, dat sünd ruchweg 1,5 t op’n Quadratkilometer.

In Komplexen bunnen Uran is ok en ubiquitär’t Element in de Hydrosphäär. De Urankonzentratschoon vun üm un bi 3,3 µg/l in Seewater gegenöver de to’n Deel düüdlich lütteren Konzentratschonen in de Strööm – twüschen 0,03 µg/l in’n Amazonas bit 3,9 µg/l in’n Ganges – wiest, dat Uran in’t Seewater anriekert warrt. Düütsche Strööm hebbt normalerwies en Konzentratschoon twüschen 1 un 3 µg/l. De Born för dat Uran is natürlich un liggt an den geologischen Opbo vun de Rebeden, woneem de Strööm dörlopen doot. Blots in wenige Utnahmen geiht de Uranandeel in Strööm op den Influss vun Minschen torüch, as t. B. bi’t Verwennen vun uranhollig Phosphatdünger, dör Uranbargbo (Zwickauer Gööl: ruchweg 10 µg/l) oder dör karntechnisch Anlagen. In Düütschland liggt de Konzentratschoon vun Uran in’t natürlich Grundwater twüschen weniger as 1 bit över 100 µg/l. Dör dat regelmatige Drinken vun Drinkwater mit hogen Uranandeel kann Nerenkrebs utlöst warrn. De Weltgesundheitsbehöörd (WHO) raat dorüm to en Grenzweert för Drinkwater vun 15 µg/l.

De gröttsten Uranierzvörkamen leegt na de Angaav vun de IAEA in de USA, Niger, Australien^[2], Kasachstan, Namibia, Süüdafrika, Kanada, Brasilien, Russland, Ukraine un Usbekistan.

Afbo

Hööftartikel: Uranafbo

De teihn Staaten boot 94% vun de Gesamtmengde Uran af

In Düütschland is Uran in de Sass’schen Swiez (Königsstein) toeerst konventschonell, later dör Laugen, in Dresden (Coschütz-Giddersee), in de Ierzbargen (Schlema, Schneebarg, Johanngeorgenstadt, Pöhla) un in Oostdöringen (Ronneburg dör de SDAG Wismut tomeist ünnerdaag as Pickblenn afboot worrn. Lütte Mengden sünd ok in’n Swartwoold un in de Fichtelbargen afboot worrn.

De meisten Afborebeden sünd na 1990 dicht maakt worrn, wiel se nich mehr weertschopplich weern un de Nafraag an Uran torüchgüng. Dat leeg an de ännerte politische Laag in de Welt, wodör de Bedüden vun strategisch Atomwapen minnert weer, un an den sieten Pries op’n Weltmarkt. To de Tiet weer de DDR weltwiet de drüttgröttste Uranproduzent. Düütschland hett ok vundaag noch middelgrote Uranreserven, de aver vun wegen politische Beslutens nich afboot warrt, ok wenn de Pries in de Twüschentiet wedder höger is.

De Weltprodukschoon vun Uran leeg 2003 bi 41.429 t, wovun 25 % in Kanada wunnen weern. Annere grote Afbolänner sünd Australien, Russland, Niger, Namibia, Kasachstan, Usbekistan, Süüdafrika un de USA.

De Afbo vun Uran kann mit Schaden för de Ümwelt verbunnen wesen, wiel dör den Bargbo radioaktive Folgprodukten (t. B. dat Eddelgas Radon) freesett un an de Bavenflach brocht warrt. Üm weltwiet achte Ümweltstandards to dokumenteeren, laat grote Mineralsellschoppen jemehr Afbo-Methoden na ISO-Normen begootachten.

Weertschopplich Bruuk un Reserven

De weertschopplich afboboren Uranreserven, de dör den gröttsten Afbopries för een Kilogramm n de hüütige Technik defineert is, sünd vun de Internatschonale Atomenergie Organisatschoon (IAEA) un de OECD Nuclear Energy Agency (NEA) in jemehr letzt Publikatschoon 2006 (dat so nöömte Red Book^[3]) utwiest worrn. Dorna sünd – je na Hööch vun de annahmen Afbokosten (bit höchstens 130 $/kg) un de Afschätzen vun de Lagersteed – noch twüschen 1,73 un 9,4 Mt Uran afbobor. Dat Red Book vertekent butendem vermodte Reserven, de to en Pries vun weniger as 130 $/kg afboot warrn künnen. Wenn disse vermodten Vörkamen torekent warrt, as dat ok in bi annere Rohstoffen begäng is, belöpt sik to opstunns bekannte Uranvörraat op tohopen 16,9 Mt Uran. Ümrekent op den hüütigen Bruuk reckt dat vör ungefäähr 260 Johren.

En Afschätzen vun de Reckwiet vun disse Reserven ist man düchtig swor, wieldat de extraheerte Energiemengde un dormit ok die Nafraag an Uran bannig afhangt vun’n Brennstoffkreisloop, vun’n bruukten Reaktertyyp un vun de Ladensstrategie. Dat föhrt faken to Kuddelmuddel, wiel disse Egenschoppen vun’t Uran bi fossile Energiedrägers nich vörkummt. De hebbt en eendüdig defineerten Hittweert. De Uranbruuk vun de USA is na dat Red Book för de tüügte Energiemengde ruchweg dubbelt so hooch as in Düütschland oder Frankriek. En anneren Fakter, de ok nich översehn warrn dröff, is de weltwiete Söök na Uranlagersteden, de bit hüüt noch teemlich unvullstännig is un siet de 1970er Johren nu to’n eersten mol wedder anlöpt.

Egenschopen

Uran is en düchtig swor (dicht), teemlich week, sülvergrau bit sülverwitt Metall, dat sik an de Luft gau mit ein Oxidschicht övertehn deit. Fien verdeelt tünnert Uran vun sülvst. De meisten Süren künnt metallsch Uran oplösen, wiel dat vun Laugen nich angrepen warrt.

Uran gifft dat in dree ünnerscheedliche Modifikatschonen vör: α-Uran liggt bi Temperaturen ünner 688°C vör, β-Uran twüschen 688 un 776 °C un γ-Uran bi noch högere Temperaturen bit hen to’n Smöltpunkt.

Uran is radioaktiv, ut dat Element un sien Verfallsprodukten entstaht jümmer weg en Reeg vun kortlevig Dochterkarns. Dorvun sünd eenige bannig mobil, wiel se as Gas vörleegt as t. B. dat Eddelgas Radon. Dat Uran sülvst is en Alphastrahler, man bi’n Ümgang un bi’t Lagern vun Uran un sien Verbinnen mutt acht warrn, dat jümmer ok annere Elementen ut de Verfallsreeg dor sünd, welke ok Beta- un Gammastrahlen afstrahlen doot, de Materie deeper dörstrahlen doot.

Uran-Rhodium-Germanium (URhGe) is de eerste opdeckte Legeeren, de in starke Magnetfeller en reentrant Supraleiden opwiest.^[4]

Isotopen

Natürlich Uran kummt as Isotopen ²³⁸U (99,27 %), ²³⁵U (0,72 %) un ²³⁴U (0,0055 %) vör, in Sporen ok ²³⁶U.

All natürliche Uranisotopen sünd α-Strahler, ²³⁸U hett dorvun mit 4,468 Milliarden Johr de längste Halfweertstiet. De spezifische Aktivität vun dit Isotop liggt bi 12.450 Bq/g. ²³⁸U is de natürliche Anfang vun de Uran-Radium-Reeg.

Uran warrt as „anriekert“ betekent, wenn sien Andeel an ²³⁵U (dat mit thermisch Neutronen splitt warrn kann) gegenöver den ²³⁸U (dat mit thermisch Neutronen nich splitt warrn kann) dör en Uran-Anriekern höger maakt worrn is. Swack anriekert Uran bargt ruchweg 2-4% ²³⁵U un warrt in Karnkraftwarken bruukt. Hooch anriekert Uran bargt typscherwies över 80% ²³⁵U un warrt to’n Herstellen vun Karnwapens un för de Produkschoon vun Neutronen för Neutronenstreihexperimenten verwennt. De kritische Masse vun ²³⁵U is ungefäähr 49 kg. Dat Isotop ²³⁵U is de natürlich Anfang vun de Uran-Actinium-Reeg un wiest en Halfweertstiet vun 703,8 Millionen Johr op.

Dat Isotop ²³⁴U is in’n Vergliek to ²³⁸U blots in Sporen to finnen vun wegen sien lütte Halfweertstiet. Man, dat Isotop hett en liek groten Bidrag to de Radioaktivität. Tostannen kummt ²³⁴U na:

${}^{238}\mathrm {U} \ {\stackrel {\alpha 4,468Mrd.a}{\longrightarrow }}\ {}^{234}\mathrm {Th} \ {\stackrel {\beta ^{-}24,10d}{\longrightarrow }}\ {}^{234}\mathrm {Pa} \ {\stackrel {\beta ^{-}70,2s}{\longrightarrow }}\ {}^{234}\mathrm {U}$ .

De Tieten sünd de Halfweertstieten.

²³⁴U verfallt över de Uran-Radium-Reeg mit en Halfweertstiet vun 245.500 Johren.

Ok dat Isotop ²³⁶U, dat en Halfweertstiet vun 23 Mio. Johr opwiest, kummt in de Natur blots in Sporen vör^[5]. Dat Isotop entsteiht dör Neutroneninfang ut ²³⁵U. Wenn Uran en högeren Neutronenfluss utsett is as t. B. in en Karnreakter, warrt de Andeel an ²³⁶U düdlich grötter^[6]. De Andele vun de Isotopen ²³⁴U, ²³⁵U un ²³⁶U in en Belasten mit Uran kann Henwiesen geven, woneem de Kontaminatschoon herkummt^[7]. ²³⁶U verfallt över de bit to’n natürlichen Plutonium ²⁴⁴Pu verlängerte Thorium-Reeg

Dat künstliche splittbore Uranisotop ²³³U warrt in Thorium-Hoochtemperaturreakters ut dat Thorium ²³²Th (dat nich splitt warrn kann) bröödt un bruukt:

$\mathrm {{}^{232}Th\ +n\longrightarrow {}^{233}Th{\stackrel {\beta ^{-}22,3min}{\longrightarrow }}\ {}^{233}Pa{\stackrel {\beta ^{-}26,967d}{\longrightarrow }}\ {}^{233}U}$

De Tieten sünd de Halfweertstieten.

²³³U hett en Halfweertstiet vun 159.200 Johren mit en kritische Masse vun blots 16,5 kg. Dat Isotop verfallt över de Neptinium-Reeg.

Bruuk un Anwennen

Hööftartikel: Uranweertschap

Dat Uranisotop ²³⁵U warrt in Karnkraftwarken för de Energiewinnen bruukt, dat Isotop ²³⁸U kann in Bröödreakters insett warrn to’n Produzeeren vun Plutonium. ²³⁵U kummt blots in lütte Konzentratschoon (~0,72%) in’t natürlich Uran vör un warrt dör Anriekern konzentreert. Wat dorbi torüchblifft, warrt afriekert Uran nöömt.

Neven Plutonium is ²³⁵U dat wichtigste Utgangsmaterial för den Bo vun Karnwapen un Tünnersätz för Waterstoffbomben.

Vun wegen dien hoogen Absorpschoonsquersnitt för ioniseerend Strahlen warrt afriekert Uran (eng. depleted Uranium, DU) in eenige Länner as Schuulblick in de Atomindustrie insett. In den Flegertyyp Boeing 747 (Jumbojet) warrt dat Isotop vun wegen sien grote Dicht as Gegengewicht in’t Heck insett.

Bi’t Militär warrt in vele Länner Uranmunitschoon as Projektilkarnmaterial för panzerbrekend Munitschoon insett. De DU-Munitschoon (depleted Uranium) warrt bi’n Indringen in’n Binnenruum vun en Panzer uteneenstöövt un verbrennt denn in en Explosion. De dorbi freesetten Stööv un Aerosolen sünd giftig un schaadt de Gesundheit vun de Lüüd, de dormit belast warrt. In jüngerer Tiet sünd mehrere hunnert Tünnen Uranmunitschoon in indisch-pakistaansch Grenzstrieden, in Tschetschenien, in’n Kosovokrieg, wiel de sowjetsch Invasion in Afghanistan, in’n Tweeten Golfkrieg un in’n Irakkrieg vun de bedeligten Kriegsparteien insett worrn.

In Panzern (t. B. M1 Abrams) warrt afriekert Uran to’n schulen un Panzern bruukt. Dorbi warrt en Oort Sandwichpanzern maakt mit een Schicht Uran twüschen twee Schichten Panzerstahl.

Verbinnen

In de Natur kummt Uran vör allen mit de Oxidatschoonstallen +4 oder +6 vör. Veerweertig Uranmineralen künnt in Water bi normale pH-Werten so goot as gor nich löst warrn. Sössweertig Uran löst sik dorgegen ünner oxideerend Bedingen ok in’t Rebeet vun neutralen pH-Werten goot, wiel dat bannig bestännige Komplexen billt.

As ok annere Actinoiden formt Uran licht tweefach positive Uranylkationen (UO₂²⁺). In de Natur billt disse Karn in waterige Lösen de Uranylcarbonatkomplexen UO₂(CO₃)_x^2(x−1)− un mit annere suerstoffhollige Molekülanionen OH⁻, Nitrat- (NO₃⁻), Sulfat- (SO₄⁻²) un Phosphatokomplexe:

UO₂(OH)₂
UO₂(CO₃)₂⁻²
UO₂(CO₃)₃⁻⁴
UO₂(CO₃)(OH)₃⁻¹.

Disse ladten Komplexen sünd düchtig beweglich.

Urantetrafluorid (UF₄), ok ünner den Naam „green salt“ bekannt, is en Twüschenprodukt bi’t Herstellen vun Uranhexafluroid (UF₆). Dat is en witten Faststoff, de bi Temperaturen vun 56 °C sublimeert un blots ünner Druck bi 64,1 °C smölt. Uranhexafluorid is de Verbinnen, de för de beiden fakensten Methoden to’n Anriekern bruukt warrt: för de Gasdiffusion un de Gaszentrifuug. In de Industrie warrt de Verbinnen schlicht as „Hex“ betekent.

Yellowcake is en Uranoxidkonzentrat. De Naam is afleidt vun de fröhere Klöör un Textur. Vundaag warrt bi de Produkschoon högere Kalzinatschoonstemperaturen bruukt, wodör de „gele Koken“ mehr düstergröön bit swart is. To Anfang weern de cheemschen Verbinnen in den Yellowcake nich bekannt. Noch in de 1970er Johren hett dat United States Bureau of Mines dat Material as „Endprodukt vun’t Verhütten“ betekent. Man hett glöövt, dat dat Ammoniumdiuranat oder Natriumdiuranat weer. De Tohopensetten hüng aver vun Verhüttenvörgang af un künn dorüm wesseln.

De Verbinnen, de in Yellowcake funnen worrn sünd, sünd ü.a. Uranylhydroxid, Uranylsulfat, Natrium-para-Uranat un Uranylperoxid, tohopen mit en Reeg vun Uranoxiden. Vundaag bargt de Yellowcake tyypscherwies 70 bit 90 Gewichtsprozent Uranoxid (U₃O₈). Annere Uranoxiden as UO₂ un UO₃ gifft dat ok. Dat bestännigste, U₃O₈, warrt as 2:3 Mischen vun de anneren beiden ansehn.

Urandioxid is en swart, kristallin Pulver, dat in’t late 19. Johrhunnert bit in de Mitt vun’t 20. Johrhunnert as Keramikglasur bruukt worrn is. Vundaag warrt dat vör allen as nuklearen Brennstoff in Brennstääv insett.

Dat hellgele Ammoniumdiuranat is en Twüschenprodukt bi’t Herstellen vun Yellowcake. Mitünner warrt dat sülvst ok as „Yellowcake“ betekent, is aver nich allgemeen begäng.

Uranylnitrat (UO₂(NO₃)₂) is en bannig giftig, löslich Uransolt.

Uranverbinnen sünd giftig. De Toxizität warrt v. a. dör de Löslichkeit bestimmt. De lichtlöslichen Uranyl-Solten sünd an’n giftigsten, de sworlöslichen Oxiden sünd weniger giftig. Uran is teratogen.

Literatur

Elena Craft et al.: Depleted and natural Uranium: Chemistry and toxicological effects. in: Journal of Toxicology and Environmental Health Part B: Critical Reviews, ISSN 1093-7404, Volume 7, Number 4, July–August 2004, pp. 297–317
Franz J. Dahlkamp: Uranium Ore Deposits. Springer-Verlag Berlin 1993, ISBN 3-540-53264-1
Walter D. Loveland, David Morrissey, Glenn T. Seaborg: Modern Nuclear Chemistry. Wiley-Interscience 2006, ISBN 0-471-11532-0
Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger, (Rgv.): The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements. Springer Netherlands 2005, ISBN 1-4020-3555-1
Broder Merkel, Britta Planer-Friedrich, Christian Wolkersdorfer (Hrsg.): Uranium in the Aquatic Environment. Springer-Verlag, Heidelbarg 2002, ISBN 3-540-43927-7
Peter Diehl: Reichweite der Uran-Vorräte der Welt. Greenpeace Düütschland, Berlin, Januar 2006
Uran als Kernbrennstoff: Vorräte und Reichweite – Wetenschopplich Deenst vun’n Düütschen Bundsdag, März 2006.
[1] Uranium 2005 Resources, Production and Demand (sog. "Red Book") – OECD 2006

Bornen

↑ Fritz Schmidt: Kompendium der praktischen Photographie. 10., wesentlich verb. Aufl., Leipzig 1906. Urannitrat S. 191, Urantonung Seiten 268, 291, 339.
↑ Australia’s uranium, Research Note no. 17 2006–07, Parliamentary Library, Australia
↑ OECD Publishing: Uranium 2005, Resources, Production and Demand
↑ F. Levy, I. Sheikin, B. Grenier, A. D. Huxley: Magnetic field-induced Superconductivity in the ferromagnet URhGe. In: Science 309, 1343–1346 (2005).
↑ P. Steier et al.: Heavy ion AMS with a “small” accelerator, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, Volume 188, Issues 1–4, April 2002, Pages 283–287. DOI 10.1016/S0168-583X(01)01114-4
↑ M. A. C. Hotchkis et al.: Measurement of ²³⁶U in environmental media, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, Volume 172, Issues 1–4, October 2000, Pages 659–665. DOI 10.1016/S0168-583X(00)00146-4
↑ D. L. Donohue: Strengthening IAEA safeguards through environmental sampling and analysis, Journal of Alloys and Compounds, Volumes 271–273, 12 June 1998, Pages 12–18. DOI 10.1016/S0925-8388(98)00015-2