21/6/2015
Vặn Tréo Đuôi Rồng: Nguyên Tố Uranium ?
GS Tôn Thất Trình
|
Uranium là một nguyên tố làm dạng cho Thế giới . Việt Nam khai thác 2 mỏ quặng uranium, một ở vùng Phong Thổ - Lai Châu và một ở vùng Nông Sơn - Quảng Nam và dự trù dùng nó làm nhiên liệu cho 13- 15 (? ) nhà máy điện hạt nhân tương lai .
Lịch sử Uranium
Năm 1972 , nhà vật lý học Pháp Francis Perrin khám phá ra 15 lò phản ứng phân hạch - fission reactors thiên nhiên xưa cũ và không còn họat động nữa, ở 3 mỏ quặng trầm tích riêng rẽ tại mỏ Oklo xứ Gabon , Tây Phi Châu; gọi chung là Các Lò Phản Ứng Hóa Thạch Oklo - Fossil Reactors . Tuổi tác của trầm tích lọai quặng này là 1.7 tỉ năm, rồi sau đó uranium -235 chiếm 3% của tổng số uranium trên Trái Đất . Uranium đủ cao để cho một phản ứng dây chuyền vững bền phân hạch hạt nhân có cơ xảy ra, nếu những điều kiện hổ trợ khác hiện diện . Khả năng các trầm tích xung quanh, chứa các sản phẩm phế thải hạt nhân, đã được Chánh phủ Liên Bang Hoa Kỳ kể ra làm chứng cớ hổ trợ thực hiện tồn trữ nhiên liệu hạt nhân đã xài tại nơi cất giữ phế thái hạt nhân ở Núi Yucca Mountain.
Sử dụng uranium dưới thể oxid thiên nhiên đã có ít nhất là từ năm 79 trước Công Nguyên , để tráng màu vàng cho các đồ sành sứ. Gương màu vàng chứa 1% uranium oxide được tìm thấy ở một biệt thự La Mã ở Mũi Cáp Posillipo vùng vịnh Naples Bay- Ý, do R.T. Gunther thuộc Viện Đại học Oxford khám phá , năm 1912 . Khởi sự từ thời Trung Cỗ quặng pitchblende -uranit đã được trích chiết từ các mỏ bạc Habsburg ở Joachimsthal vùng Bohemia ( nay là Jáchymov Cộng hòa Tiệp Khắc ), dùng làm tác nhân pha màu của ngành công nghệ làm gương kính ( kiếng ) địa phương. Đầu thế kỷ thứ 19, thế giới chỉ biết có nguồn quặng uranium từ các mỏ này .
Khám phá ra nguyên tố là nhà hóa học Đức Martin Heinrich Klaproth. Khi đang làm thử nghiệm ở la bô năm 1789 , Klaproth đã đủ khả năng làm kết tủa một hợp chất màu vàng ( có thểlà diuranat sodium ) bằng cách hòa tan pitchblende trong acid nitric và trung hòa dung dịch với hydroxid sodium. Krapoth giả thiết chất màu vàng này là một oxid của nguyên tố chưa khám phá ra và hâm nóng nó với than hoa ( cũi), hình thành một bột đen ông cho chính đó là kim lọai mới khám phá ( thật sự, bột này là một oxid uranium ). Ông gọi tên nguyên tố mới khám phá, theo tên hành tinh Uranus -Thiên Vương ( là thiên thần Hy lạp nguyên thủy trên Trời Cao ), đã được William Herschel khám phá ra 8 năm trước đó .
Năm 1841, Eugène- Melchior Péligot, giáo sư Phân tích Hóa học ở Trường Conservatoire National des Arts et Métiers ( Central School of Arts and Manufactures ) tại Paris - Ba Lê , cách ly mẩu kim lọai uranium đầu tiên bằng cách đun nóng tetrachloride uranium với potassium (bồ tạt ). Uranium suốt thế kỷ thứ 19 không được xem là đặc biệt nguy hiểm , đưa tới việc phát triễn nhiều cách dùng nguyên tố này. Một trong cách dùng oxide là việc làm màu vàng không còn giữ bí mật nữa cho đồ gốm sành sứ và kiếng – gương đã kể trên .
Henri Becquerel khám phá ra kích họat phóng xạ - radioactivity khi dùng uranium năm 1896. Becquerel làm ra khám phá này ở Paris bằng cách đặt một mẩu muối uranium trên chóp một tấm chụp hình không phô bày ở một hộc tủ và nhận thấy là bảng đã trở thành mù mờ - fogged. Ông xác định là một dạng ánh sáng không nhìn thấy được hay một tia uranium phát ra đã phô bày làm mù mờ bảng chụp hình .
Uranium và cách dùng hiện nay
Uranium là một nguyên tố hóa học , ký hiệu là chữ U và số nguyên tử là 92. Nó là một kim lọai màu bạc trắng thuộc nhóm actinides của bảng hóa học tuần hòan. Một nguyên tử uranium có 92 proton (nguyên sinh tử ) và 92 electron ( điện tử âm - âm tử ? ) , trong đó 6 là các electron hóa trị- valence . Uranium kích họat phóng xạ - radioactive yếu kém vì lẽ mọi đồng vị phóng xạ - isotopes của nó đều không ổn định ( cả 6 đồng vị phóng xa thiên nhiên là từ uranium -233 đến uranium - 238 có nữa đời sống - half life, biến đổi từ 69 năm đến 4.5 tỉ năm ). Các đồng vị phóng xạ thông thường nhất của uranium là uranium -238 ( chứa 146 neutron - trung hòa tử , chiếm đến 99.3 % uranium trong thiên nhiên ) và uranium - 235 ( chứa 143 neutron , chỉ chiếm 0.7% nguyên tố tìm thấy ở thiên nhiên ) . Trọng lượng nguyên tử của uranium đứng hàng thứ nhì trong số nguyên tố nguyên thủy xảy ra , chỉ nhẹ hơn plutonium mà thôi. Tỉ trọng uranium( 18.8g/cm3 ) cao hơn chì ( 11.34g/cm3 ) 70% , nhưng thấp hơn đôi chút tỉ trọng vàng kim - gold( 19.32g/cm3) và tungsten( 19.25g/cm3) . Uranium trong thiên nhiên xảy ra theo những nồng lượng thấp là vài phần triệu ở đất, đá, nước và được trích chiết thương mãi từ các khóang kim của uranium tỉ như uraninite . Trong thiên nhiên uranium tìm thấy ở uranium - 238 , một số nhỏ ở uranium -235 và nhỏ hơn nữa ở uranium- 234 ( 0.0050 - 0.0059 % ) . Uranium suy thóai chầm chậm bằng cách phát ra hạt tử alpha . Nữa đời sống của uranium -238 là 4.47 tỉ năm, của uranium - 235 là 704 triệu năm, khiến chúng rất công hiệu tính tuổi tác Trái Đất.
Đa số công dụng hiện hửu của uranium là khai thác các đặc tính hạt nhân đặc biệt của nó . Uranium - 235 có đặc tính là một đồng vị phóng xạ phân hạch độc nhất xảy ra thiên nhiên . Uranium - 238 phân hạch đựoc bằng các neutron mau lẹ , và rất “ phì nhiêu- fertiled” có nghĩa là nó sẽ hóan cải , biến tố -transmute thành plutonium- 233 phân hạch ở một lò phản ứng hạt nhân . Một đồng vị phân hạch khác là uranium 233 ít khả năng cho phân hạch hồn nhiên và ngay cả phân hạch cảm ứng cùng các neutron mau lẹ , uranium- 235 và ở một độ còn nhỏ hơn nữa uranium - 233 , có một tiết diện xuyên ngang phân hạch cao hơn cho các neutron chậm chạp . Nếu có nồng lượng đầy đủ, các đồng vị phóng xạ này duy trì một phản ứng hạt nhân lâu dài . Điều này tạo ra nhiệt lượng ở các lò phản ứng điện hạt nhân và sản xuất vật liệu phân hạch cho các võ khí hạt nhân . Uranium đã xài hết ( 238 U ) được sử dụng ở mủi xác định độ cứng - penetrator năng lượng động lực- kinetic energy và bọc - mạ áo giáp .
Khảo cứu của Enrico Fermi và nhiều người khác tỉ như J. Robert Oppenheimer khởi công từ 1934 , đưa đến việc dùng uranium làm nhiên liệu cho ngành điện hạt nhân và làm ra bom Little Boy, vỏ khí hạt nhân đầu tiên sử dụng ở chiến tranh. Tiếp theo là cuộc chạy đua võ khí thời Chiến Tranh Lạnh giữa Hoa Kỳ và Nga Sô Viết, sản xuất ra hàng chục ngàn vỏ khí hạt nhân dùng kim lọai uranium và plutonium -239 thoát thai từ uranium .
Sản xuất và khai thác mỏ uranium
Năm 2013 , sản xuất U3O8 trên thế giới là 70 015 tấn - t, trong đó riêng Kazakhstan là 22 451 t ( 32 % ) . Các mỏ quan trọng khác là ở Canada ( 9 331 t), Úc Châu ( 6350 t ), Namibia ( 4 323 t) và Nga ( 3135 t ). Quặng uranium ore được khai thác ở mỏ theo nhiều cách : mỏ lộ thiên, mỏ dưới đất , ngâm chiết - leaching hay lỗ khoan trong lòng đất . Các quặng nghèo uranium - hạng thấp điển hình chứa 0.01 đến 0.25% oxides uranium . Các quặng giàu tìm thấy ở các trầm tích Athabasca Basin ở bang Saskatchewan - Canada chứa đến 23% trung bình các uranium oxides . Quặng được nghiền nát thành ra một bột nhỏ rồi đem ngâm chiết với một acid hay một alkali. Chất ngâm chiết phải qua nhiều tiến trình kết tủa, trích chiết bằng các chất hòa tan và trao đổi ion exchange. Thành quả của trộn lẫn này là bánh vàng - yellow cake , chứa ít nhất là 75 % các oxid uranium U3O8. Rồi bánh vàng được nung khô - calcinate để lấy đi các chất bẩn từ một tiến trình xay- cán, trước khi tinh luyện và chuyễn hóa . Hạng uranium thương mãi có thể sản xuất xuyên qua việc khử halides uranium với alkali hay các kim lọai đất alkaline . Kim lọai uranium cũng có thể sản xuất xuyên qua điện phân KUF5 hay UF4 , hòa tan trong calcium chloride ( Ca Cl2 ) và dung dịch sodium chloride (NaCl ) . Uranium rất thuần khiết được sản xuất nhờ phân hủy nhiệt các halides uranium trên một sợi dây nóng hổi .
Thế giới ước lượng dự trữ 5.5 triệu tấn uranium , năm 2015 . Nhưng chỉ có 3.5 triệu tấn được xem là tài nguyên quặng mỏ . Úc Châu chiếm đến 31 % dự trử quặng mỏ uranium biết được trên thế giới và cũng là quốc gia có trầm tích uranium đơn giản lớn nhất tại vị trí là Mỏ Olympic Dam Mine ở Nam Úc Châu . Dự trữ uranium đáng kể khác là ỏ quận Bakouma - Mbomou ở Cộng Hòa Trung Phi - Central African Republic . Theo các nhà khoa học Nhật bổn , năm 1980 , ngòai ra còn có khỏang 4.6 tỉ tấn uranium trong nước biển. Nhưng năng xuất kém cỏi vì carbonat hiện diện .
Tình trạng mỏ uranium, nhà máy điện hạt nhân ngày nay ở Việt Nam
Dự trữ U3O8 Việt Nam do một hảng Canada ước lượng năm 2011 vào khỏang 210 000 t . Từ năm 1995 , Việt Nam dự trù khai thác quặng uranium rải rác ở miền Bắc như Sơn La, Yên Bái, Bắc Kạn , Cao Bằng và nhất là ở Nậm Xà , Phong Thổ Lai Châu ( 1680t ). Năm 2008, khám phá là mỏ uranium gần Nông Sơn Quảng Nam lớn hơn miền Bắc ( trên 8000 t U3O8) và cũng giàu uranium hơn .
Việt Nam đã dự trù thiết lập năm 2014 nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1 , công xuất 4000 000 KW ( 6 lần hơn công xuất đập thủy điện Ya Ly ở ranh giới hai tỉnh Gia Lai và Kontum , dự trù thập niên 1960) với công ty Nga Rosatum Corp . Ở Phước Định ( ? ) – Ninh Thuận cách Sài Gòn- TP HCM 250 Km. Tổng phí Ninh Thuận 1 chừng 9.5 tỉ đô la Mỹ! . Nhưng đầu tháng giêng 2014 , thủ tướng Nguyễn Tấn Dũng cho biết có chậm trễ đến 6 năm sau ,hầu bảo đảm an tòan và hiệu năng nhà máy điện , vào năm 2020 mới bắt đầu xây cất được. Nhà máy điện hạt nhân thứ hai Ninh Thuận 2 do một công ty Nhật phụ trách dự trù sẽ họat động các năm 2024 – 2025 .
