Urani ni nini na inatumika vipi kuunda silaha za nyuklia na uzalishaji wa nishati?

Vita vya Marekani na Israel na Iran kwa mara nyingine tena vimeibua tena suala la silaha za nyuklia na hatari ya kuenea kwa silaha hizo.

Kulingana na makadirio ya Muungano wa Wanasayansi wa Marekani na Muungano wa Kimataifa wa Kudhibiti Silaha, nchi tisa sasa zinamiliki au zinaaminika kumiliki silaha za nyuklia: Marekani, Urusi, China, Ufaransa, Uingereza, India, Pakistan, Korea Kaskazini na Israel.

Iran haina silaha za nyuklia.

Mabomu ya nyuklia yametumiwa mara mbili tu katika historia, wakati Marekani ilipodondosha mabomu mawili ya atomiki kwenye miji ya Japani ya Hiroshima na Nagasaki mnamo Agosti 1945. Kufikia mwisho wa mwaka huo, takribani watu 140,000 walikuwa wamefariki huko Hiroshima na 74,000 huko Nagasaki.

Mbali na wimbi la mlipuko na joto kali, silaha za nyuklia hutoa mionzi ambayo inaweza kusababisha magonjwa hatari yanayotokana na sumu ya mionzi, madhara ambayo yanaweza kudumu zaidi ya wakati wa mlipuko.

Lakini kabla ya urani kuwa nyenzo kuu ya kutengeneza silaha za nyuklia, iligunduliwaje na matumizi yake ya kiraia yalikuwa yapi?

Urani ni nini?

Urani ni madini ya asili yenye mionzi, na huwa na uwezo mkubwa wa kutoa joto kubwa kupitia mchakato wa nyuklia unaoitwa 'nuclear fission' yaani mgawanyiko wa atomu wa madini haya.

Katika hatua hiyo, joto linalotolewa hutumika kuchemsha maji, na mvuke unaotoka husukuma mitambo ya 'turbine' inayozalisha umeme.

Tofauti na njia za kawaida zinazotumia mafuta, gesi au makaa ya mawe, nishati ya nyuklia hutegemea nguvu ya ndani ya atomu.

Kwa sasa, zaidi ya mataifa 30 duniani yanatumia madini ya urani kuzalisha umeme. Kazakhstan inaongoza duniani kwa uzalishaji wa urani, ikifuatiwa na Australia, Namibia, Canada, Uzbekistan na Niger.

Makampuni manane duniani yanadhibiti karibu asilimia 85 ya urani yote, huku Kazatomprom ya Kazakhstan ikiwa na hisa ya robo ya soko hilo.

Katika bara la Ulaya, Ufaransa huzalisha zaidi ya asilimia 70 ya umeme wake kupitia vinu vya nyuklia. Mataifa makubwa kama Marekani, China, Korea Kusini na hata Afrika Kusini yamepiga hatua kubwa katika teknolojia hii.

Urani safi ni inafanana na chuma-nyeupe au fedha-kijivu, lakini madini katika asili yake yanaweza kuwa ya njano, kahawia, nyeusi, au kijani, kulingana na misombo inayoambatana.

Madini ya urani yanaweza kuchimbwa kutoka kwenye mashimo ya wazi au chini ya ardhi. Baada ya kuchimbwa, madini hayo hupondwa na kusindikwa kwenye mimea maalum ili kutenganisha urani na vifaa vingine.

Njia nyingine inaitwa "in-situ mining," mbinu ya kisasa ya uchimbaji inayohusisha kuyeyusha madini moja kwa moja ardhini na kuyasafisha juu ya ardhi bila kuchimba mashimo makubwa au kusafirisha miamba.

Kulingana na Idara ya Nishati ya Marekani, urani inayochimbwa kwa kawaida huhifadhiwa na kuuzwa katika mfumo wa uranium oxide, pia inajulikana kama "keki ya manjano."

Urani ni nzito sana kuliko inavyoonekana kwa macho, takriban gramu 19 kwa kila sentimita ya ujazo, na uzito wake ni takriban mara 1.7 kuliko risasi.

Tovuti ya World Nuclear Association inasema ingawa urani si kipengele kikubwa katika mfumo wa jua, kuoza kwake polepole kwa mionzi, pamoja na vipengele vingine vya mionzi, hutoa sehemu kubwa ya joto ndani ya Dunia, joto ambalo lina jukumu katika harakati za sahani za tectonic.

Kulingana na chanzo hicho hicho, urani inafikiriwa kuwa iliundwa kabla ya kuumbwa kwa Dunia, wakati wa milipuko mikubwa ya nyota inayoitwa supernovae, na kisha ikaingia kwenye nyenzo ambazo mfumo wa jua uliundwa.

Hapo awali, urani ilipatikana zaidi kupitia uchimbaji wa jadi, ambapo madini yalipondwa na kisha kusindikwa. Hata hivyo, leo hii, sehemu kubwa ya uzalishaji wa kimataifa unafanywa kupitia uchimbaji wa in-situ, hatimaye hubadilishwa kuwa "keki ya njano," aina ya kawaida ya kibiashara ya urani.

Ni nani aliyegundua urani

Mwanakemia Mjerumani Martin Heinrich Klaproth alikuwa wa kwanza kutambua urani mwaka wa 1789. Aligundua kipengele hicho alipokuwa akichanganua sampuli za madini ya "spiralite" ambayo yalichimbwa kwenye migodi ya fedha katika eneo la Joachimsthal la Ufalme wa zamani wa Bohemia, eneo ambalo sasa ni sehemu ya Jamhuri ya Czech.

Klaproth hakuweza kutenga urani katika umbo la metali safi, lakini badala yake alitambua mojawapo ya misombo yake na kuiita "uran," jina linalotokana na sayari ya Uranus, ambayo ilikuwa imegunduliwa miaka michache iliyopita.

Urani ilitumika kupaka rangi glasi na miale ya kauri miaka mingi kabla ya uwezo wake wa mionzi kugunduliwa, na baadhi ya misombo yake kutumiwa pia katika hatua za awali za upigaji picha.

Sifa za mionzi za urani ilikuja kutambuliwa mwishoni mwa karne ya 19. Mnamo 1895, mwanafizikia wa Ujerumani Wilhelm Roentgen aligundua X-rays alipokuwa akijaribu kupitisha mkondo wa umeme kupitia bomba la glasi.

Mwaka mmoja baadaye, mwanafizikia Mfaransa Henri Becquerel aligundua kwamba chumvi za urani zilitoa miale isiyoonekana ambayo inaweza kuathiri sahani za picha hata bila mwanga. Ugunduzi huu uliashiria mwanzo wa uelewa wa mionzi ya asili.

Mnamo 1898, Pierre na Marie Curie waliunda neno "radiogenesis" kwa jambo hili, na katika mwaka huo huo walifanikiwa kutenganisha vipengele vya polonium na radium kutoka "spiralite." Radiamu ilitumiwa baadaye katika dawa, haswa kutibu saratani fulani.

Mnamo 1900, mwanafizikia wa Ufaransa Paul Villard aligundua aina ya tatu ya mionzi, miale ya gamma, ambayo, kama X-rays, ina nguvu ya juu sana ya kupenya. Ugunduzi huu hatua kwa hatua uliwasaidia wanasayansi kupata ufahamu kamili zaidi wa aina za miale, kutia ndani chembe za alpha, chembe za beta, na miale ya gamma.

Mwishoni mwa miaka ya 1930 na mapema miaka ya 1940, uelewa wa mgawanyiko wa nyuklia uliendelea haraka. Wanasayansi waligundua kwamba mgawanyiko wa kiini cha atomiki unaweza kutoa kiasi kikubwa cha nishati na, chini ya hali fulani, kusababisha athari ya mnyororo wa nyuklia.

Utafiti wa nyuklia nchini Uingereza na Marekani uliharakisha baadaye, haswa wakati wa vita vya pili vya dunia na kuongezeka kwa bomu la atomiki. Hii ilisababisha kuundwa kwa miradi mikubwa ya siri kama vile Mradi wa Manhattan unaoongozwa na Marekani, ambao ulileta pamoja kundi kubwa wanasayansi na kuunda silaha za nyuklia.

Mnamo 1945, mradi huo ulisababisha kuundwa kwa mabomu ya kwanza ya atomiki. Mnamo Julai mwaka huo, jaribio la kwanza la nyuklia lilifanyiwa majaribio huko Trinity, New Mexico, na mnamo Agosti 1945, Marekani ilidondosha mabomu mawili ya atomiki huko Hiroshima na Nagasaki.

Leo hii, urani hutumiwa kama mafuta katika vinu vya nyuklia vya kibiashara ili kuzalisha umeme. Pia hutumiwa moja kwa moja au kwa njia isiyo ya moja kwa moja katika utengenezaji wa atomi zisizo imara zinazotoa mionzi yaani isotopu kwa matumizi ya matibabu, viwanda, na utafiti, na pia hutumiwa katika nyanja za kijeshi na ulinzi.

Urani iliyorutubishwa kidogo hutumika katika mafuta kwa vinu vya nyuklia vya kibiashara, ilhali urani iliyorutubishwa sana hutumika katika baadhi ya vinu vya utafiti, mifumo ya urushaji majini, na katika utengenezaji wa silaha za nyuklia.

Kulingana na Shirika la Kimataifa wa Nishati ya Atomiki, vinu vya utafiti hutumika kutengeneza nyutroni, ambazo hutumika katika matumizi ya kisayansi, matibabu na viwandani. Mojawapo ya muhimu zaidi ya programu hizi ni utengenezaji wa isotopu ya matibabu molybdenum-99 kwa kulenga shabaha zenye uranium-235 ndani ya kinu.

Molybdenum-99 baadaye huoza na kuwa technetium-99m, isotopu ya mionzi inayotumiwa sana katika taswira ya kimatibabu, hasa kwa ajili ya kuchunguza magonjwa kama vile saratani na ugonjwa wa moyo.

Shirika la Kimataifa la Nishati ya Atomiki linasema zaidi ya asilimia 80 ya picha za kimatibabu zinazotumiwa kila mwaka kutambua magonjwa kama vile saratani huwezekana kutokana na dawa za radiopharmaceuticals, ambazo huzalishwa zaidi katika vinu vya utafiti wa nyuklia.