Kể từ khi nhà hóa học người Đức Martin Heinrich Klaproth tìm ra uranium năm 1789, nguyên tố có số nguyên tử 92 đã trở thành một trong những chất gây “rắc rối” nhất hành tinh. Uranium có tính phóng xạ tự nhiên, nhưng đồng vị uranium-235 còn có thể phân hạch. Các nhà hóa học hạt nhân Đức đã thành công khi chia một hạt nhân uranium thành hai vào năm 1938. Các nhà vật lý người Mỹ tại U.C. Berkeley cũng sớm phát hiện ra rằng có thể khiến uranium-238 phân rã thành plutonium-239; chất này kể từ đó đã được sử dụng sản xuất vũ khí và trong các nhà máy điện hạt nhân khắp thế giới.
Uranium là kim loại phổ biến. Nó có thể được tìm thấy với số lượng nhỏ trong hầu hết các loại đá, đất và nước. Nhưng việc tìm ra các mỏ giàu uranium hơn, mỏ có uranium cô đặc thực sự đáng khai thác thì rất khó khăn. Khi các nhà khoa học tìm thấy phương pháp hữu hiệu, quặng uranium đã được khai thác dễ hơn và sản lượng cao hơn. Uranium được khai thác ban đầu từ quá trình thẩm thấu, về cơ bản như “loại nước có ga là PepsiCola”, hơi có tính axit, được đổ xuống lòng đất và sau đó bơm chất lỏng lên từ các lỗ liền kề. Khi chất lỏng thấm qua lớp trầm tích, nó sẽ tách uranium ra khỏi đất.
Bánh vàng uranium, dạng rắn của oxit uranium được sản xuất từ quặng uranium. Bánh vàng uranium phải được xử lý thêm trước khi được chế tạo thành nhiên liệu hạt nhân. (Nguồn: Energy Fuels Inc.)
Uranium có một số đồng vị quan trọng, nguyên tử của cùng một nguyên tố nhưng khác nhau về số lượng nơtron (còn gọi là khối lượng nguyên tử). Phổ biến nhất là urani-238, chiếm tới khoảng 99% sự hiện diện của nguyên tố này trên Trái đất. Đồng vị ít phổ biến nhất là urani-234, hình thành khi urani-238 phân rã. Cả hai sản phẩm này đều không phân hạch, nghĩa là các nguyên tử của chúng không dễ phân tách, do đó chúng không thể duy trì phản ứng dây chuyền hạt nhân. Đó là lý do khiến đồng vị uranium-235 trở nên đặc biệt khi đồng vị này có thể phân hạch, hỗ trợ phản ứng dây chuyền hạt nhân, là lý tưởng cho các nhà máy điện hạt nhân và sản xuất vũ khí.
Ngoài ra còn có uranium-233. Đây là một sản phẩm phân hạch, nhưng nguồn gốc của nó hoàn toàn khác. Nó là sản phẩm của thorium, một hóa chất kim loại có nhiều hơn uranium. Nếu các nhà vật lý hạt nhân bắn phá thorium-232 với neutron, thorium có khả năng hấp thụ một neutron phân rã thành uranium-233. Cũng giống như bạn có thể biến thorium thành uranium, bạn có thể biến uranium thành plutonium. Ngay cả quá trình này tương tự: bắn phá uranium-238 với neutron, nó sẽ hấp thụ một neutron, cuối cùng khiến phân rã thành plutonium-239, một chất phân hạch khác đã được sử dụng để tạo ra năng lượng hạt nhân và vũ khí. Trong khi urani có nhiều trong tự nhiên thì plutoni chỉ thực sự được nhìn thấy trong phòng thí nghiệm, mặc dù nó có thể tồn tại tự nhiên cùng với urani.
Sau khi chiết uranium từ đất, các kỹ sư hóa học sẽ tách chất lỏng giàu uranium khỏi các khoáng chất khác trong mẫu. Khi oxit uranium thu được khô, nó có màu của bột semolina, do đó có biệt danh là “bánh vàng” cho sản phẩm trung gian này. Nhà máy xử lý có thể mua một pound bánh vàng với giá 20 hoặc 30 đô la. Họ trộn bột với axit flohydric. Khí thu được được quay trong máy ly tâm để tách uranium-238 và uranium-235. Quá trình này được gọi là “làm giàu”. Thay vì nồng độ tự nhiên là 0,7 %, các nhà máy điện hạt nhân muốn có một sản phẩm được làm giàu đến mức từ 3 đến 5 % uranium-235. Đối với vũ khí, cần nhiều hơn thế nữa: mục tiêu là đạt tới hơn 90 %.
Khi uranium được làm giàu, nhà vận hành nhà máy điện hạt nhân sẽ đặt nó với một chất làm chậm, như nước, làm chậm các neutron trong uranium. Điều này làm tăng khả năng xảy ra phản ứng dây chuyền nhất quán. Khi phản ứng cuối cùng diễn ra, mỗi neutron riêng lẻ sẽ biến đổi thành 2,4 neutron, v.v., đồng thời tạo ra năng lượng.
Mọi sản phẩm plutonium đều có nguồn gốc rõ ràng, bởi vì “không có một cách nào để xử lý”. Hoa Kỳ có hai địa điểm sản xuất plutonium. Trong khi sản phẩm trung gian từ Hanford, Washington (địa điểm Dự án Manhattan mà PNNL phát triển) có màu nâu và vàng, thì địa điểm Savannah River ở Akon, Nam Carolina lại tạo ra “một vật liệu màu xanh đẹp”. Các quan chức thực thi pháp luật hy vọng những khác biệt tinh tế này—cũng có thể tương ứng với những thay đổi về đặc điểm hóa học, kích thước hạt hoặc hình dạng của vật liệu—một ngày nào đó sẽ giúp họ theo dõi hoạt động phát triển hạt nhân bất hợp pháp.
Việc sản xuất thủy tinh uranium, còn được gọi là thủy tinh canary hoặc thủy tinh Vaseline bắt đầu vào những năm 1830. Trước khi William Henry Perkin tạo ra màu tổng hợp đầu tiên vào năm 1856, thuốc nhuộm rất đắt và thậm chí khi đó chúng cũng không bền. Uranium đã trở nên phổ biến để tạo cho đĩa, bình hoa và ly một màu vàng đậm hoặc xanh bạc hà. Nhưng khi đặt những đồ vật gia dụng này dưới đèn UV, tất cả chúng đều phát huỳnh quang màu xanh neon chói lóa. May mắn thay cho những nhà sưu tập nhiệt thành đang tích cực buôn bán thủy tinh uranium, hầu hết những đồ vật này không phóng xạ đến mức gây nguy hiểm cho sức khỏe con người. Năm 2002, Tạp chí Y khoa “The Lancet” đã xuất bản một bài viết về nguy cơ đáng lo ngại của uranium nghèo – chất thải còn sót lại sau khi chiết xuất uranium-235- có thể xuất hiện trong các cuộc chiến. Mối lo ngại là mật độ cao của nó sẽ khiến nó trở thành một loại đạn khác biệt, có khả năng xuyên thủng ngay cả xe tăng chiến đấu được tăng cường tốt nhất. Tệ hơn nữa, nó có thể làm ô nhiễm môi trường và gây nhiễm bẩn phóng xạ với con người.
Từ khóa: uranium;
– CMD –
