اليورانيوم

اليورانيوم  ₉₂​

اليورانيوم
نطق	/ j ˈ r eɪ n i ə m / ​( yuu- RAY -nee- əm )
مظهر	رمادي فضي معدني؛ يتآكل ليشكل طبقة أكسيد سوداء متقشرة في الهواء
الوزن الذري القياسي A r °(U)
	238.028 91 ± 0.000 03 [1] 238.03 ± 0.01  ( مختصر ) [2]
اليورانيوم في الجدول الدوري
هيدروجين الهيليوم الليثيوم البريليوم البورون الكربون نتروجين الأكسجين الفلور نيون الصوديوم المغنيسيوم الألومنيوم السيليكون الفوسفور الكبريت الكلور الأرجون البوتاسيوم الكالسيوم سكانديوم التيتانيوم الفاناديوم الكروم المنغنيز حديد الكوبالت النيكل نحاس الزنك الجاليوم الجرمانيوم الزرنيخ السيلينيوم البروم كريبتون الروبيديوم السترونشيوم الإيتريوم الزركونيوم النيوبيوم الموليبدينوم تكنيشيوم الروثينيوم الروديوم البلاديوم فضي الكادميوم إنديوم القصدير الأنتيمون التيلوريوم اليود زينون السيزيوم الباريوم اللانثانوم السيريوم براسيوديميوم نيوديميوم بروميثيوم الساماريوم اليوروبيوم الغادولينيوم التربيوم الديسبروسيوم هولميوم الإربيوم الثوليوم الإيتربيوم اللوتيتيوم الهافنيوم التنتالوم التنغستن رينيوم الأوزميوم الإيريديوم البلاتين ذهب الزئبق (عنصر) الثاليوم يقود البزموت البولونيوم استاتين رادون الفرانسيوم الراديوم الأكتينيوم الثوريوم بروتكتينيوم اليورانيوم النبتونيوم البلوتونيوم الأمريسيوم كوريوم بِركيليوم كاليفورنيوم أينشتاينيوم فيرميوم مندليفيوم نوبليوم اللورنسيوم رذرفورديوم الدبنيوم سيبورجيوم بوريوم هاسيوم مايتنيريوم دارمشتاديوم رونتجينيوم كوبرنيسيوم النيهونيوم فليروفيوم موسكوفيوم ليفرموريوم تينيسي أوجانيسون ن د ↑ ي ↓ — البروتكتينيوم ← اليورانيوم → النبتونيوم
العدد الذري ( Z )	92
مجموعة	مجموعات كتلة f (بدون رقم)
فترة	الفترة 7
حاجز	كتلة f
التوزيع الالكتروني	[ ر ن ] 5ف 3 6 د 1 7ث 2
عدد الالكترونات في كل غلاف	2، 8، 18، 32، 21، 9، 2
الخصائص الفيزيائية
المرحلة في  STP	صلب
نقطة الانصهار	1405.3  كلفن (1132.2 درجة مئوية، 2070 درجة فهرنهايت)
نقطة الغليان	4404 كلفن (4131 درجة مئوية، 7468 درجة فهرنهايت)
الكثافة (عند 20 درجة مئوية)	19.050 جم/سم 3  [3]
عندما يكون السائل (عند  mp )	17.3 جرام/سم 3
حرارة الانصهار	9.14  كيلوجول/مول
حرارة التبخير	417.1 كيلوجول/مول
السعة الحرارية المولية	27.665 جول/(مول·ك)
ضغط البخار ب  (با) 1 10 100 1 ك 10 كيلو 100 ك عند  T  (ك) 2325 2564 2859 3234 3727 4402
الخصائص الذرية
حالات الأكسدة	−1، [4] +1، +2، +3، [5] +4 ، +5، +6 (  أكسيد أمفوتيري )
السالبية الكهربية	مقياس بولينج: 1.38
طاقات التأين	الأول: 597.6 كيلوجول/مول 2: 1420 كيلوجول/مول
نصف القطر الذري	تجريبي: 156  م
نصف القطر التساهمي	196±7 مساءً
دائرة فان دير فالس	186 مساءا
الخطوط الطيفية لليورانيوم
خصائص أخرى
حدوث طبيعي	بدائي
البنية البلورية	معينية قائمة ( oS4 )
ثوابت الشبكة	أ  = 285.35 بيكومتر ب  = 586.97 بيكومتر ج  = 495.52 بيكومتر (عند 20 درجة مئوية) [3]
التمدد الحراري	15.46 × 10 −6 /ك (عند 20 درجة مئوية) [أ]
الموصلية الحرارية	27.5 واط/(م⋅ك)
المقاومة الكهربائية	0.280 ميكرو أوم⋅م (عند 0 درجة مئوية)
الطلب المغناطيسي	مغناطيسي
معامل يونغ	208 جيجاباسكال
معامل القص	111 جيجاباسكال
معامل الحجم	100 جيجا باسكال
سرعة الصوت قضيب رفيع	3155 متر/ثانية (عند 20 درجة مئوية)
نسبة بواسون	0.23
صلابة فيكرز	1960–2500 ميجا باسكال
صلابة برينيل	2350–3850 ميجا باسكال
رقم CAS	7440-61-1
تاريخ
تسمية	بعد كوكب أورانوس ، سمي على اسم إله السماء اليوناني أورانوس
اكتشاف	مارتن هاينريش كلابروث (1789)
العزلة الأولى	يوجين ملكيور بيليجو (1841)
نظائر اليورانيوم ف هـ
النظائر الرئيسية [6] فساد وفرة نصف العمر ( t 1/2 ) وضع منتج 232 يو مُصنِّع 68.9 سنة ألفا 228 ث سان فرانسيسكو - 233 يو يتعقب 1.592 × 10 5  سنة [7] ألفا 229 ث سان فرانسيسكو - 234 يو 0.005% 2.455 × 10 5  ي ألفا 230 ث سان فرانسيسكو - 235 و 0.720% 7.04 × 10 8  ي ألفا 231 ث سان فرانسيسكو - 236 يو يتعقب 2.342 × 10 7  ي ألفا 232 ث سان فرانسيسكو - 238 يو 99.3% 4.468 × 10 9  ي ألفا 234 ث سان فرانسيسكو - بيتا − بيتا − 238 بو
الفئة: اليورانيوم منظر يتحدث يحرر | المراجع

اليورانيوم هو عنصر كيميائي له الرمز U والعدد الذري 92. وهو معدن رمادي فضي في سلسلة الأكتينيدات في الجدول الدوري . تحتوي ذرة اليورانيوم على 92 بروتونًا و92 إلكترونًا ، منها 6 إلكترونات تكافؤ . يتحلل اليورانيوم إشعاعيًا ، عادةً عن طريق إصدار جسيم ألفا . يتراوح عمر النصف لهذا التحلل بين 159200 و4.5 مليار سنة للنظائر المختلفة ، مما يجعلها مفيدة لتأريخ عمر الأرض . أكثر النظائر شيوعًا في اليورانيوم الطبيعي هي اليورانيوم 238 (الذي يحتوي على 146 نيوترونًا ويمثل أكثر من 99٪ من اليورانيوم على الأرض) واليورانيوم 235 (الذي يحتوي على 143 نيوترونًا). يتمتع اليورانيوم بأعلى وزن ذري بين العناصر البدائية . تبلغ كثافته حوالي 70% أعلى من كثافة الرصاص وأقل قليلاً من كثافة الذهب أو التنغستن . ويوجد بشكل طبيعي في تركيزات منخفضة تبلغ بضعة أجزاء في المليون في التربة والصخور والمياه، ويتم استخراجه تجاريًا من المعادن التي تحتوي على اليورانيوم مثل اليورانينيت . ^[8]

تستغل العديد من الاستخدامات المعاصرة لليورانيوم خصائصه النووية الفريدة . اليورانيوم 235 هو النظير الانشطاري الوحيد الموجود بشكل طبيعي ، مما يجعله يستخدم على نطاق واسع في محطات الطاقة النووية والأسلحة النووية . ومع ذلك، نظرًا لقلة وفرة اليورانيوم 235 في اليورانيوم الطبيعي (الذي يتكون في الغالب من اليورانيوم 238)، يحتاج اليورانيوم إلى الخضوع للتخصيب بحيث يكون هناك ما يكفي من اليورانيوم 235. اليورانيوم 238 قابل للانشطار بالنيوترونات السريعة وهو خصب ، مما يعني أنه يمكن تحويله إلى بلوتونيوم 239 الانشطاري في مفاعل نووي . يمكن إنتاج نظير انشطاري آخر، اليورانيوم 233 ، من الثوريوم الطبيعي ويتم دراسته للاستخدام الصناعي المستقبلي في التكنولوجيا النووية. اليورانيوم 238 لديه احتمالية صغيرة للانشطار التلقائي أو حتى الانشطار المستحث بالنيوترونات السريعة؛ اليورانيوم 235، وبدرجة أقل اليورانيوم 233، لديهما مقطع انشطار أعلى بكثير للنيوترونات البطيئة. في تركيز كافٍ، تحافظ هذه النظائر على تفاعل نووي متسلسل مستدام . هذا يولد الحرارة في مفاعلات الطاقة النووية وينتج المادة الانشطارية للأسلحة النووية. الاستخدام المدني الأساسي لليورانيوم يستغل الطاقة الحرارية لإنتاج الكهرباء. يستخدم اليورانيوم المستنفد ( ^{238 U) في} اختراقات الطاقة الحركية والدروع . ^[9]

يعود الفضل في اكتشاف اليورانيوم عام 1789 في معدن البتشبلند إلى مارتن هاينريش كلابروث ، الذي أطلق على العنصر الجديد اسم كوكب أورانوس المكتشف حديثًا . كان يوجين ميلكيور بيليجوت أول شخص يعزل المعدن، واكتشف هنري بيكريل خصائصه المشعة عام 1896. أدت الأبحاث التي أجراها أوتو هان وليز مايتنر وإنريكو فيرمي وآخرون ، مثل جيه روبرت أوبنهايمر بدءًا من عام 1934، إلى استخدامه كوقود في صناعة الطاقة النووية وفي ليتل بوي ، أول سلاح نووي يستخدم في الحرب . أنتج سباق التسلح الذي تلا ذلك أثناء الحرب الباردة بين الولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي عشرات الآلاف من الأسلحة النووية التي استخدمت معدن اليورانيوم والبلوتونيوم المشتق من اليورانيوم 239. يتم تفكيك هذه الأسلحة والمرافق النووية ذات الصلة في إطار برامج نزع السلاح النووي المختلفة وتتكلف مليارات الدولارات. يتم تخفيف اليورانيوم المستخدم في صنع الأسلحة النووية باستخدام اليورانيوم 238 وإعادة استخدامه كوقود للمفاعلات النووية. يشكل الوقود النووي المستنفد نفايات مشعة تتكون في الغالب من اليورانيوم 238 وتشكل تهديدًا صحيًا كبيرًا وتأثيرًا بيئيًا .

اليورانيوم معدن أبيض فضي ضعيف الإشعاع . له صلابة موس 6، كافية لخدش الزجاج وتساوي تقريبًا صلابة التيتانيوم والروديوم والمنجنيز والنيوبيوم . وهو قابل للطرق والسحب ومغناطيسي قليلاً وموجب كهربائيًا بشدة وموصل كهربائي رديء . ^{[10] [11]} يتمتع معدن اليورانيوم بكثافة عالية جدًا تبلغ 19.1 جم / سم 3 ^، [ ^12] أكثر كثافة من الرصاص ( 11.3 جم / سم ³ )، ^[13] ولكنه أقل كثافة قليلاً من التنغستن والذهب (19.3 جم / سم ³ ). ^{[14] [15]}

يتفاعل معدن اليورانيوم مع جميع العناصر غير المعدنية تقريبًا (باستثناء الغازات النبيلة ) ومركباتها ، مع زيادة التفاعل مع درجة الحرارة. ^{[16] تذيب} أحماض الهيدروكلوريك والنيتريك اليورانيوم، لكن الأحماض غير المؤكسدة بخلاف حمض الهيدروكلوريك تهاجم العنصر ببطء شديد. ^[10] عند تقسيمه بدقة، يمكن أن يتفاعل مع الماء البارد؛ في الهواء، يصبح معدن اليورانيوم مغطى بطبقة داكنة من أكسيد اليورانيوم . ^[11] يتم استخراج اليورانيوم في الخامات كيميائيًا وتحويله إلى ثاني أكسيد اليورانيوم أو أشكال كيميائية أخرى قابلة للاستخدام في الصناعة.

كان اليورانيوم 235 أول نظير تم اكتشافه على أنه قابل للانشطار . النظائر الأخرى التي تحدث بشكل طبيعي قابلة للانشطار، ولكنها ليست قابلة للانشطار. عند القصف بالنيوترونات البطيئة، ينقسم اليورانيوم 235 في معظم الأحيان إلى نواتين أصغر ، مما يؤدي إلى إطلاق طاقة ربط نووية ومزيد من النيوترونات. إذا تم امتصاص عدد كبير جدًا من هذه النيوترونات بواسطة نوى يورانيوم 235 أخرى، يحدث تفاعل نووي متسلسل ينتج عنه انفجار حراري أو (في بعض الظروف) انفجار. في المفاعل النووي، يتم إبطاء مثل هذا التفاعل المتسلسل والتحكم فيه بواسطة سم نيوتروني ، يمتص بعض النيوترونات الحرة. غالبًا ما تكون مواد امتصاص النيوترونات هذه جزءًا من قضبان التحكم في المفاعل (انظر فيزياء المفاعل النووي لوصف عملية التحكم في المفاعل هذه).

يمكن استخدام ما لا يقل عن 15 رطلاً (6.8 كجم) من اليورانيوم 235 لصنع قنبلة ذرية. ^[17] اعتمدت القنبلة النووية التي انفجرت فوق هيروشيما ، والتي تسمى ليتل بوي ، على انشطار اليورانيوم. ومع ذلك، فإن القنبلة النووية الأولى ( الأداة المستخدمة في ترينيتي ) والقنبلة التي انفجرت فوق ناغازاكي ( الرجل السمين ) كانتا قنبلتين من البلوتونيوم.

يحتوي معدن اليورانيوم على ثلاثة أشكال متآصلة : ^[18]

• α ( معينية الشكل ) مستقرة حتى 668 درجة مئوية (1234 درجة فهرنهايت). معينية الشكل، المجموعة الفراغية رقم 63، Cmcm ، معلمات الشبكة a  = 285.4 بيكومتر، b  = 587 بيكومتر، c  = 495.5 بيكومتر. ^[19]
• β ( رباعي الزوايا ) مستقر من 668 إلى 775 درجة مئوية (1234 إلى 1427 درجة فهرنهايت). رباعي الزوايا، المجموعة الفراغية P 4 ₂ / mnm ، P 4 ₂ nm ، أو P 4 n 2، معلمات الشبكة a  = 565.6 pm، b  = c  = 1075.9 pm. ^[19]
• γ ( مكعب مركز الجسم ) من 775 درجة مئوية (1427 درجة فهرنهايت) إلى نقطة الانصهار - هذه هي الحالة الأكثر قابلية للطرق والسحب. مكعب مركز الجسم، معامل الشبكة a  = 352.4 بيكومتر. ^[19]

التطبيق الرئيسي لليورانيوم في القطاع العسكري هو في الذخائر الخارقة عالية الكثافة. تتكون هذه الذخيرة من اليورانيوم المنضب (DU) المخلوط مع 1-2٪ من العناصر الأخرى، مثل التيتانيوم أو الموليبدينوم . ^[20] عند سرعة التأثير العالية، تمكن كثافة وصلابة وسرعة اشتعال المقذوف من تدمير الأهداف المدرعة الثقيلة. يمكن أيضًا تقوية دروع الدبابات وغيرها من دروع المركبات القابلة للإزالة باستخدام صفائح اليورانيوم المنضب. أصبح استخدام اليورانيوم المنضب مثيرًا للجدل سياسيًا وبيئيًا بعد استخدام مثل هذه الذخائر من قبل الولايات المتحدة والمملكة المتحدة ودول أخرى أثناء الحروب في الخليج العربي والبلقان مما أثار تساؤلات بشأن مركبات اليورانيوم المتبقية في التربة (انظر متلازمة حرب الخليج ). ^[17]

يستخدم اليورانيوم المنضب أيضًا كمواد واقية في بعض الحاويات المستخدمة لتخزين ونقل المواد المشعة. في حين أن المعدن نفسه مشع، إلا أن كثافته العالية تجعله أكثر فعالية من الرصاص في إيقاف الإشعاع من مصادر قوية مثل الراديوم . ^[10] تشمل الاستخدامات الأخرى لليورانيوم المنضب أوزانًا موازنة لأسطح التحكم في الطائرات، وكصابورة لمركبات إعادة دخول الصواريخ وكمواد واقية. ^[11] نظرًا لكثافته العالية، توجد هذه المادة في أنظمة التوجيه بالقصور الذاتي وفي البوصلات الجيروسكوبية . ^[11] يفضل اليورانيوم المنضب على المعادن ذات الكثافة المماثلة نظرًا لقدرته على التشغيل والصب بسهولة بالإضافة إلى تكلفته المنخفضة نسبيًا. ^[21] يتمثل الخطر الرئيسي للتعرض لليورانيوم المنضب في التسمم الكيميائي بأكسيد اليورانيوم وليس النشاط الإشعاعي (اليورانيوم مجرد باعث ألفا ضعيف ).

خلال المراحل الأخيرة من الحرب العالمية الثانية ، والحرب الباردة بأكملها ، وبدرجة أقل بعد ذلك، تم استخدام اليورانيوم 235 كمادة متفجرة انشطارية لإنتاج الأسلحة النووية. في البداية، تم بناء نوعين رئيسيين من القنابل الانشطارية: جهاز بسيط نسبيًا يستخدم اليورانيوم 235 وآلية أكثر تعقيدًا تستخدم البلوتونيوم 239 المشتق من اليورانيوم 238. في وقت لاحق، تم بناء نوع أكثر تعقيدًا وأقوى بكثير من القنابل الانشطارية / الاندماجية ( السلاح النووي الحراري )، والتي تستخدم جهازًا قائمًا على البلوتونيوم للتسبب في خضوع مزيج من التريتيوم والديوتيريوم للاندماج النووي . يتم تغليف مثل هذه القنابل بغلاف من اليورانيوم غير الانشطاري (غير المخصب) ، وتستمد أكثر من نصف قوتها من انشطار هذه المادة بواسطة النيوترونات السريعة من عملية الاندماج النووي. ^[22]

الاستخدام الرئيسي لليورانيوم في القطاع المدني هو تزويد محطات الطاقة النووية بالوقود . يمكن للكيلوغرام الواحد من اليورانيوم 235 نظريًا أن ينتج حوالي 20  تيرا جول من الطاقة (2 × 10¹³  جول )، بافتراض الانشطار الكامل؛ ما يعادل طاقة 1.5 مليون كيلوغرام (1500 طن ) من الفحم . ^[9]

تستخدم محطات الطاقة النووية التجارية وقودًا مخصبًا عادةً إلى حوالي 3٪ من اليورانيوم 235. ^[9] تصميمات CANDU و Magnox هي المفاعلات التجارية الوحيدة القادرة على استخدام وقود اليورانيوم غير المخصب. الوقود المستخدم في مفاعلات البحرية الأمريكية عادةً ما يكون مخصبًا بدرجة عالية في اليورانيوم 235 (القيم الدقيقة سرية ). في مفاعل المولد ، يمكن أيضًا تحويل اليورانيوم 238 إلى بلوتونيوم 239 من خلال التفاعل التالي: ^[11]

²³⁸
₉₂و
+ ن → ²³⁹
₉₂و
+ γβ ⁻→  ²³⁹
₉₃ن ب
β ⁻→  ²³⁹
₉₄بو

قبل (وأحيانًا بعد) اكتشاف النشاط الإشعاعي، كان اليورانيوم يستخدم بشكل أساسي بكميات صغيرة في صناعة الزجاج الأصفر وتزجيج الفخار، مثل زجاج اليورانيوم وفي أواني فيستا . ^[23]

أدى اكتشاف وعزل الراديوم في خام اليورانيوم (البتشبلند) بواسطة ماري كوري إلى تطوير تعدين اليورانيوم لاستخراج الراديوم، والذي تم استخدامه لصنع الدهانات المتوهجة في الظلام لموانئ الساعات والطائرات. ^{[24] [25]} ترك هذا كمية هائلة من اليورانيوم كمنتج نفايات، حيث يستغرق الأمر ثلاثة أطنان من اليورانيوم لاستخراج جرام واحد من الراديوم. تم تحويل منتج النفايات هذا إلى صناعة التزجيج، مما جعل طلاء اليورانيوم غير مكلف للغاية ووفيرًا. إلى جانب طلاء الفخار، شكل طلاء بلاط اليورانيوم الجزء الأكبر من الاستخدام، بما في ذلك بلاط الحمام والمطبخ الشائع الذي يمكن إنتاجه باللون الأخضر والأصفر والأرجواني والأسود والأزرق والأحمر وألوان أخرى.

كما استُخدم اليورانيوم في المواد الكيميائية المستخدمة في التصوير الفوتوغرافي (وخاصة نترات اليورانيوم كحبر )، ^[11] وفي خيوط المصابيح المستخدمة في إضاءة المسارح ، ^[26] لتحسين مظهر أطقم الأسنان ، ^[27] وفي صناعات الجلود والأخشاب للبقع والأصباغ. أملاح اليورانيوم هي مواد رابطة للحرير أو الصوف. تُستخدم أسيتات اليورانيوم وفورمات اليورانيوم كـ "بقع" كثيفة الإلكترونات في المجهر الإلكتروني النافذ ، لزيادة تباين العينات البيولوجية في المقاطع فائقة الرقة وفي التلوين السلبي للفيروسات والعضيات الخلوية المعزولة والجزيئات الكبيرة .

أدى اكتشاف النشاط الإشعاعي لليورانيوم إلى ظهور استخدامات علمية وعملية إضافية لهذا العنصر. يبلغ عمر النصف الطويل لليورانيوم 238 (4.47 × 10)⁹ سنوات) يجعلها مناسبة تمامًا للاستخدام في تقدير عمر أقدم الصخور النارية ولأنواع أخرى من التأريخ الإشعاعي ، بما في ذلك تأريخ اليورانيوم والثوريوم وتأريخ اليورانيوم والرصاص وتأريخ اليورانيوم واليورانيوم . يستخدم معدن اليورانيوم لأهداف الأشعة السينية في صنع الأشعة السينية عالية الطاقة. ^[11]

يعود استخدام البتشبلند ، اليورانيوم في شكل أكسيده الطبيعي ، إلى عام 79 م على الأقل، عندما تم استخدامه في الإمبراطورية الرومانية لإضافة لون أصفر إلى التزجيج الخزفي . ^[11] تم العثور على زجاج أصفر يحتوي على 1٪ أكسيد اليورانيوم في فيلا رومانية في كيب بوسيليبو في خليج نابولي بإيطاليا، بواسطة RT Gunther من جامعة أكسفورد عام 1912. ^[28] بدءًا من أواخر العصور الوسطى ، تم استخراج البتشبلند من مناجم الفضة هابسبورغ في يواخيمستال ، بوهيميا (الآن ياخيموف في جمهورية التشيك) ​​في جبال الخام ، وتم استخدامه كعامل تلوين في صناعة الزجاج المحلية . ^[29] في أوائل القرن التاسع عشر، كانت هذه المناجم هي المصادر الوحيدة المعروفة لخام اليورانيوم في العالم.

يعود الفضل في اكتشاف العنصر إلى الكيميائي الألماني مارتن هاينريش كلابروث . أثناء عمله في مختبره التجريبي في برلين عام 1789، تمكن كلابروث من ترسيب مركب أصفر (من المحتمل أن يكون ثنائي يورانات الصوديوم ) عن طريق إذابة البيتشبليند في حمض النيتريك وتحييد المحلول بهيدروكسيد الصوديوم . ^[29] افترض كلابروث أن المادة الصفراء كانت أكسيد عنصر لم يتم اكتشافه بعد وقام بتسخينه بالفحم للحصول على مسحوق أسود، والذي اعتقد أنه المعدن المكتشف حديثًا نفسه (في الواقع، كان هذا المسحوق عبارة عن أكسيد اليورانيوم ). ^{[29] [30]} أطلق على العنصر المكتشف حديثًا اسم كوكب أورانوس (سمي على اسم إله السماء اليوناني البدائي )، والذي اكتشفه ويليام هيرشل قبل ثماني سنوات . ^[31]

في عام 1841، قام يوجين ميلكيور بيليجوت ، أستاذ الكيمياء التحليلية في المعهد الوطني للفنون والحرف (المدرسة المركزية للفنون والصناعات) في باريس ، بعزل أول عينة من معدن اليورانيوم عن طريق تسخين رباعي كلوريد اليورانيوم مع البوتاسيوم . ^{[29] [32]}

اكتشف هنري بيكريل النشاط الإشعاعي باستخدام اليورانيوم في عام 1896. ^[16] توصل بيكريل إلى هذا الاكتشاف في باريس من خلال ترك عينة من ملح اليورانيوم، K2UO2 ( _SO4 ) ₂ ( _{كبريتات} اليورانيوم البوتاسيوم)، فوق لوحة فوتوغرافية غير مكشوفة في درج ولاحظ أن اللوحة أصبحت "ضبابية". ^{[33] وقد حدد أن شكلًا من أشكال الضوء أو الأشعة غير المرئية المنبعثة من} _{اليورانيوم} قد كشفت اللوحة.

خلال الحرب العالمية الأولى، عندما عانت القوى المركزية من نقص الموليبدينوم لصنع براميل المدافع والفولاذ عالي السرعة، فقد استخدموا بشكل روتيني سبيكة الفيرورانيوم كبديل، حيث أنها تقدم العديد من الخصائص الفيزيائية نفسها مثل الموليبدينوم. عندما أصبحت هذه الممارسة معروفة في عام 1916، طلبت حكومة الولايات المتحدة من العديد من الجامعات البارزة البحث في استخدام اليورانيوم في التصنيع والأعمال المعدنية. ظلت الأدوات المصنوعة بهذه التركيبات قيد الاستخدام لعدة عقود، ^{[34] [35]} حتى وضع مشروع مانهاتن والحرب الباردة طلبًا كبيرًا على اليورانيوم لأبحاث الانشطار وتطوير الأسلحة.

وجد فريق بقيادة إنريكو فيرمي في عام 1934 أن قصف اليورانيوم بالنيوترونات ينتج أشعة بيتا ( إلكترونات أو بوزيترونات من العناصر المنتجة؛ انظر جسيم بيتا ). ^[36] في البداية، أخطأ العلماء في اعتبار نواتج الانشطار عناصر جديدة ذات أعداد ذرية 93 و94، والتي أطلق عليها عميد جامعة سابينزا في روما ، أورسو ماريو كوربينو ، اسم الأوسينيوم والهسبيريوم على التوالي. ^{[37] [38] [39] [40]} أجرى أوتو هان وفريتز ستراسمان ^[36 ] التجارب التي أدت إلى اكتشاف قدرة اليورانيوم على الانشطار (التفكك) إلى عناصر أخف وزنًا وإطلاق طاقة الارتباط في مختبر هان في برلين. نشرت ليز مايتنر وابن أخيها، الفيزيائي أوتو روبرت فريش ، التفسير الفيزيائي في فبراير 1939 وأطلقوا على العملية اسم " الانشطار النووي ". ^[41] بعد فترة وجيزة، افترض فيرمي أن انشطار اليورانيوم قد يطلق عددًا كافيًا من النيوترونات لدعم تفاعل الانشطار. جاء تأكيد هذه الفرضية في عام 1939، ووجدت الأعمال اللاحقة أنه في المتوسط ​​يتم إطلاق حوالي 2.5 نيوترون بواسطة كل انشطار لليورانيوم 235. ^[36] حث فيرمي ألفريد أو سي نير على فصل نظائر اليورانيوم لتحديد المكون الانشطاري، وفي 29 فبراير 1940، استخدم نير أداة بناها في جامعة مينيسوتا لفصل أول عينة يورانيوم 235 في العالم في مختبر تيت. باستخدام جهاز السيكلوترون بجامعة كولومبيا ، أكد جون دونينج أن العينة هي المادة الانشطارية المعزولة في 1 مارس. ^[42] وجدت دراسة أخرى أن نظير اليورانيوم 238 الأكثر شيوعًا يمكن تحويله إلى بلوتونيوم، والذي، مثل اليورانيوم 235، قابل للانشطار أيضًا بالنيوترونات الحرارية. أدت هذه الاكتشافات إلى دفع العديد من البلدان إلى البدء في العمل على تطوير الأسلحة النووية والطاقة النووية . وعلى الرغم من اكتشاف الانشطار في ألمانيا، إلا أن مشروع Uranverein ("نادي اليورانيوم") الألماني في زمن الحرب لبحث الطاقة النووية و/أو الأسلحة النووية قد أعاقته الموارد المحدودة، والاقتتال الداخلي، ونفي أو عدم مشاركة العديد من العلماء البارزين في هذا المجال والعديد من الأخطاء الحاسمة مثل الفشل في حساب الشوائب في عينات الجرافيت المتاحة مما جعلها تبدو أقل ملاءمة كمهدئ للنيوتروناتلم تكن محاولات ألمانيا لبناء مفاعل يعمل باليورانيوم الطبيعي / الماء الثقيل قريبة من الوصول إلى النقطة الحرجة بحلول الوقت الذي وصل فيه الأميركيون إلى هايجرلوش ، موقع آخر تجربة ألمانية لبناء مفاعل في زمن الحرب. ^[43]

في 2 ديسمبر 1942، كجزء من مشروع مانهاتن ، تمكن فريق آخر بقيادة إنريكو فيرمي من بدء أول تفاعل نووي متسلسل ذاتي الاستدامة ، شيكاغو بايل-1 . تم التخلي عن خطة أولية باستخدام اليورانيوم المخصب 235 لأنه لم يكن متاحًا بكميات كافية حتى الآن. ^[44] من خلال العمل في مختبر أسفل مدرجات ستاج فيلد بجامعة شيكاغو ، خلق الفريق الظروف اللازمة لمثل هذا التفاعل من خلال تكديس 360 طنًا من الجرافيت و 53 طنًا من أكسيد اليورانيوم و 5.5 طن من معدن اليورانيوم، تم توفير معظمها بواسطة مصنع وستنجهاوس لامب في عملية إنتاج مؤقتة. ^{[36] [45]}

طورت الولايات المتحدة نوعين من القنابل الذرية خلال الحرب العالمية الثانية : قنبلة تعتمد على اليورانيوم (الاسم الرمزي " الصبي الصغير ") وكانت مادتها الانشطارية عبارة عن يورانيوم عالي التخصيب ، وقنبلة تعتمد على البلوتونيوم (انظر اختبار ترينيتي و" الرجل السمين ") وكان البلوتونيوم مشتقًا من اليورانيوم 238. أصبحت القنبلة "الصبي الصغير" أول سلاح نووي يُستخدم في الحرب عندما تم تفجيرها فوق هيروشيما باليابان في 6 أغسطس 1945. انفجرت القنبلة بقوة تعادل 12500 طن من مادة تي إن تي ، ودمرت الانفجار والموجة الحرارية للقنبلة ما يقرب من 50000 مبنى وقتلت حوالي 75000 شخص (انظر القصف الذري لهيروشيما وناجازاكي ). ^[33] في البداية كان من المعتقد أن اليورانيوم نادر نسبيًا، وأن الانتشار النووي يمكن تجنبه ببساطة عن طريق شراء جميع مخزونات اليورانيوم المعروفة، ولكن في غضون عقد من الزمان تم اكتشاف رواسب كبيرة منه في العديد من الأماكن حول العالم. ^[46]

كان مفاعل الجرافيت X-10 في مختبر أوك ريدج الوطني (ORNL) في أوك ريدج بولاية تينيسي، والمعروف سابقًا باسم كلينتون بايل وX-10 بايل، ثاني مفاعل نووي اصطناعي في العالم (بعد مفاعل شيكاغو بايل الخاص بإينريكو فيرمي) وكان أول مفاعل تم تصميمه وبنائه للعمل المستمر. أصبح مفاعل المولد التجريبي الأول لمختبر أرجون الوطني ، الواقع في محطة اختبار المفاعلات الوطنية التابعة للجنة الطاقة الذرية بالقرب من أركو بولاية أيداهو ، أول مفاعل نووي ينتج الكهرباء في 20 ديسمبر 1951. ^[47] في البداية، أضاء المفاعل أربعة مصابيح كهربائية بقوة 150 وات، لكن التحسينات مكنته في النهاية من تشغيل المنشأة بأكملها (لاحقًا، أصبحت مدينة أركو أول مدينة في العالم تأتي كل كهربائها من الطاقة النووية المولدة بواسطة BORAX-III ، وهو مفاعل آخر صممه وشغله مختبر أرجون الوطني ). ^{[48] ​​[49]} بدأت أول محطة طاقة نووية تجارية في العالم، وهي محطة أوبنينسك في الاتحاد السوفيتي ، التوليد بمفاعلها AM-1 في 27 يونيو 1954. وكانت محطات الطاقة النووية المبكرة الأخرى هي كالدر هول في إنجلترا، والتي بدأت التوليد في 17 أكتوبر 1956، ^[50] ومحطة شيبينغ بورت للطاقة الذرية في بنسلفانيا ، والتي بدأت في 26 مايو 1958. تم استخدام الطاقة النووية لأول مرة للدفع بواسطة غواصة ، يو إس إس نوتيلوس ، في عام 1954. ^{[36] [51]}

في عام 1972، اكتشف الفيزيائي الفرنسي فرانسيس بيرين خمسة عشر مفاعل انشطار نووي طبيعي قديم وغير نشط في ثلاثة رواسب خام منفصلة في منجم أوكلو في الجابون ، أفريقيا، والمعروفة مجتمعة باسم مفاعلات أوكلو الأحفورية . يبلغ عمر رواسب الخام 1.7 مليار سنة؛ في ذلك الوقت، كان اليورانيوم 235 يشكل حوالي 3٪ من اليورانيوم على الأرض. ^{[52] وهذا مرتفع بما يكفي للسماح بتفاعل متسلسل مستدام، إذا كانت هناك ظروف داعمة أخرى. استشهدت الحكومة الفيدرالية الأمريكية بقدرة الرواسب المحيطة على احتواء منتجات} النفايات النووية المهددة للصحة كدليل داعم لإمكانية تخزين الوقود النووي المستنفد في مستودع النفايات النووية في جبل يوكا . ^[52]

وقد أدت التجارب النووية فوق الأرض التي أجراها الاتحاد السوفييتي والولايات المتحدة في الخمسينيات وأوائل الستينيات، والتي أجرتها فرنسا في السبعينيات والثمانينيات ^[21] إلى انتشار كمية كبيرة من التداعيات النووية من نظائر اليورانيوم في جميع أنحاء العالم. ^[53] كما حدثت تداعيات وتلوث إضافي نتيجة لعدة حوادث نووية . ^[54]

إن عمال مناجم اليورانيوم لديهم معدل أعلى للإصابة بالسرطان . على سبيل المثال، تم توثيق زيادة خطر الإصابة بسرطان الرئة بين عمال مناجم اليورانيوم النافاجو وربطه بمهنتهم. ^[55] يتطلب قانون تعويض التعرض للإشعاع ، وهو قانون صدر عام 1990 في الولايات المتحدة، دفع 100000 دولار في "مدفوعات التعاطف" لعمال مناجم اليورانيوم الذين تم تشخيص إصابتهم بالسرطان أو أمراض الجهاز التنفسي الأخرى. ^[56]

خلال الحرب الباردة بين الاتحاد السوفييتي والولايات المتحدة، تم تجميع مخزونات ضخمة من اليورانيوم وتم إنشاء عشرات الآلاف من الأسلحة النووية باستخدام اليورانيوم المخصب والبلوتونيوم المصنوع من اليورانيوم. بعد تفكك الاتحاد السوفييتي في عام 1991، تم تخزين ما يقدر بنحو 600 طن قصير (540 طن متري) من اليورانيوم المخصب بدرجة عالية من الدرجة المستخدمة في الأسلحة (ما يكفي لصنع 40000 رأس نووي) في منشآت غير محمية بشكل كافٍ في الاتحاد الروسي والعديد من الدول السوفييتية السابقة الأخرى. ^[17] اعترضت الشرطة في آسيا وأوروبا وأمريكا الجنوبية في 16 مناسبة على الأقل من عام 1993 إلى عام 2005 شحنات من اليورانيوم أو البلوتونيوم المهرب المستخدم في صنع القنابل، وكان معظمها من مصادر سوفييتية سابقة. ^[17] من عام 1993 إلى عام 2005، أنفق برنامج حماية المواد والتحكم فيها والمحاسبة ، الذي تديره الحكومة الفيدرالية للولايات المتحدة ، حوالي 550 مليون دولار أمريكي للمساعدة في حماية مخزونات اليورانيوم والبلوتونيوم في روسيا. وقد تم استخدام هذه الأموال لتحسين وتعزيز الأمن في مرافق البحث والتخزين. ^[17]

لقد تحسنت سلامة المنشآت النووية في روسيا بشكل كبير منذ استقرار الاضطرابات السياسية والاقتصادية في أوائل التسعينيات. على سبيل المثال، في عام 1993 كان هناك 29 حادثًا صنفت فوق المستوى 1 على مقياس الأحداث النووية الدولية ، وانخفض هذا الرقم إلى أقل من أربعة حوادث سنويًا في الفترة 1995-2003. شهد عدد الموظفين الذين يتلقون جرعات إشعاعية سنوية تزيد عن 20 ميكروسيفرت ، وهو ما يعادل فحصًا واحدًا بالأشعة المقطعية لكامل الجسم ، ^[57] انخفاضًا قويًا حوالي عام 2000. في نوفمبر 2015، وافقت الحكومة الروسية على برنامج فيدرالي للسلامة النووية والإشعاعية للفترة من 2016 إلى 2030 بميزانية قدرها 562 مليار روبل (حوالي 8 مليار دولار أمريكي ). وتتمثل قضيته الرئيسية في "الالتزامات المؤجلة المتراكمة خلال 70 عامًا من الصناعة النووية، وخاصة خلال فترة الاتحاد السوفيتي". سيتم إنفاق حوالي 73% من الميزانية على إيقاف تشغيل المفاعلات النووية والمرافق النووية القديمة والعفا عليها الزمن، وخاصة تلك المشاركة في برامج الدفاع الحكومية؛ وسيتم تخصيص 20% لمعالجة والتخلص من الوقود النووي والنفايات المشعة، و5% لمراقبة وضمان السلامة النووية والإشعاعية. ^[58]

اليورانيوم هو عنصر طبيعي يوجد بمستويات منخفضة في جميع الصخور والتربة والمياه. وهو العنصر الأعلى رقمًا الموجود بشكل طبيعي بكميات كبيرة على الأرض ويوجد دائمًا تقريبًا مع عناصر أخرى. ^[11] اليورانيوم هو العنصر الثامن والأربعين الأكثر وفرة في قشرة الأرض. ^[59] يُعتقد أن تحلل اليورانيوم والثوريوم والبوتاسيوم 40 في وشاح الأرض هو المصدر الرئيسي للحرارة ^{[60] [61] الذي يحافظ على} اللب الخارجي للأرض في الحالة السائلة ويدفع الحمل الحراري في الوشاح ، والذي بدوره يدفع الصفائح التكتونية .

تركيز اليورانيوم في قشرة الأرض (حسب المرجع) هو 2 إلى 4 أجزاء في المليون، ^{[10] [21]} أو حوالي 40 مرة أكثر وفرة من الفضة . ^[16] تم حساب قشرة الأرض من السطح إلى 25 كم (15 ميل) لأسفل لتحتوي على 10 ¹⁷  كجم (2 × 10¹⁷  رطلاً) من اليورانيوم بينماقد تحتوي المحيطات على 10 ¹³  كجم (2 × 10^[10] يتراوح تركيز اليورانيوم في التربة من 0.7 إلى 11 جزءًا في المليون (حتى 15 جزءًا في المليون في تربة الأراضي الزراعية بسبب استخدام الأسمدة الفوسفاتية )، ^[62] وتركيزه في مياه البحر هو 3 أجزاء في المليار. ^{[ 21}  ]

اليورانيوم أكثر وفرة من الإثمد أو القصدير أو الكادميوم أو الزئبق أو الفضة، وهو وفير مثل الزرنيخ أو الموليبدينوم . ^{[11] [21]} يوجد اليورانيوم في مئات المعادن، بما في ذلك اليورانينيت ( خام اليورانيوم الأكثر شيوعًا )، والكارنوتيت ، والأوتونيت ، واليورانوفان ، والتوربيرنيت ، والكوفينيت . ^[11] توجد تركيزات كبيرة من اليورانيوم في بعض المواد مثل رواسب صخور الفوسفات ، والمعادن مثل الليجنيت ، ورمال المونازيت في الخامات الغنية باليورانيوم ^[11] (يتم استعادته تجاريًا من مصادر تحتوي على أقل من 0.1٪ من اليورانيوم ^[16] ).

مثل جميع العناصر ذات الأوزان الذرية الأعلى من الحديد ، يتشكل اليورانيوم بشكل طبيعي فقط من خلال عملية r (التقاط النيوترونات السريع) في المستعرات العظمى واندماج النجوم النيوترونية . ^[63] يتم إنتاج الثوريوم واليورانيوم البدائيين فقط في عملية r، لأن عملية s (التقاط النيوترونات البطيئة) بطيئة للغاية ولا يمكنها تجاوز فجوة عدم الاستقرار بعد البزموت. ^{[64] [65]} بالإضافة إلى نظيري اليورانيوم البدائيين الموجودين، ²³⁵ U و ²³⁸ U، أنتجت عملية r أيضًا كميات كبيرة من ²³⁶ U ، الذي له عمر نصف أقصر وبالتالي فهو نويدة مشعة منقرضة ، بعد أن تحلل تمامًا منذ فترة طويلة إلى ²³² Th. تم إنتاج المزيد من اليورانيوم 236 من خلال تحلل ²⁴⁴ Pu ، وهو ما يفسر الوفرة الملحوظة الأعلى من المتوقع للثوريوم والوفرة الأقل من المتوقع لليورانيوم. ^[66] في حين تم استكمال الوفرة الطبيعية لليورانيوم من خلال تحلل ²⁴² Pu المنقرض (نصف عمر 375000 سنة) و ²⁴⁷ Cm (نصف عمر 16 مليون سنة)، مما أدى إلى إنتاج ²³⁸ U و ²³⁵ U على التوالي، فقد حدث هذا إلى حد لا يُذكر تقريبًا بسبب نصف العمر الأقصر لهذين الوالدين وإنتاجهما الأقل من ²³⁶ U و ²⁴⁴ Pu، والدا الثوريوم: كانت نسبة ²⁴⁷ Cm/ ²³⁵ U عند تكوين النظام الشمسي(7.0 ± 1.6) × 10 ⁻⁵ . ^[67]

تستخدم بعض البكتيريا، مثل Shewanella putrefaciens و Geobacter metallireducens وبعض سلالات Burkholderia fungorum ، اليورانيوم لنموها وتحويل U (VI) إلى U (IV). ^{[68] [69]} تشير الأبحاث الحديثة إلى أن هذا المسار يتضمن اختزال U (VI) القابل للذوبان عبر حالة خماسية التكافؤ وسيطة U (V). ^{[70] [71]} يمكن للكائنات الحية الأخرى، مثل الأشنة Trapelia involuta أو الكائنات الحية الدقيقة مثل بكتيريا Citrobacter ، أن تمتص تركيزات من اليورانيوم تصل إلى 300 ضعف مستوى بيئتها. ^[72] تمتص أنواع Citrobacter أيونات اليورانيوم عند إعطائها فوسفات الجلسرين (أو فوسفات عضوية أخرى مماثلة). بعد يوم واحد، يمكن لجرام واحد من البكتيريا أن يغلف نفسه بتسعة جرامات من بلورات فوسفات اليورانيوم؛ وهذا يخلق إمكانية استخدام هذه الكائنات الحية في المعالجة البيولوجية لتطهير المياه الملوثة باليورانيوم. ^{[29] [73]} وقد ثبت أيضًا أن البروتيوباكتريوم Geobacter يعالج اليورانيوم بيولوجيًا في المياه الجوفية. ^[74] يزيد فطر الميكوريزا Glomus intraradices من محتوى اليورانيوم في جذور نباته التكافلي. ^[75]

في الطبيعة، يشكل اليورانيوم (السادس) معقدات كربونات قابلة للذوبان بدرجة عالية عند درجة حموضة قلوية. وهذا يؤدي إلى زيادة في قدرة اليورانيوم على الحركة وتوافره في المياه الجوفية والتربة من النفايات النووية مما يؤدي إلى مخاطر صحية. ومع ذلك، من الصعب ترسيب اليورانيوم على شكل فوسفات في وجود فائض من الكربونات عند درجة حموضة قلوية. وقد وجد أن سلالة Sphingomonas sp. BSAR-1 تعبر عن فوسفاتاز قلوي عالي النشاط (PhoK) تم تطبيقه على الترسيب الحيوي لليورانيوم كأنواع فوسفات اليورانيل من المحاليل القلوية. تم تعزيز قدرة الترسيب عن طريق الإفراط في التعبير عن بروتين PhoK في E. coli . ^[76]

تمتص النباتات بعض اليورانيوم من التربة. تتراوح تركيزات اليورانيوم بالوزن الجاف في النباتات من 5 إلى 60 جزءًا في المليار، ويمكن أن يصل تركيز الرماد الناتج عن حرق الخشب إلى 4 أجزاء في المليون. ^[29] تكون تركيزات اليورانيوم بالوزن الجاف في مصانع الأغذية أقل عادةً حيث يتم تناول ما بين ميكروجرام واحد إلى ميكروجرامين يوميًا من خلال الطعام الذي يتناوله الناس. ^[29]

بلغ الإنتاج العالمي من اليورانيوم في عام 2021 48332 طنًا ، منها 21819 طنًا (45٪) تم استخراجها في كازاخستان . ومن الدول المهمة الأخرى في تعدين اليورانيوم ناميبيا (5753 طنًا)، وكندا (4693 طنًا)، وأستراليا (4192 طنًا)، وأوزبكستان (3500 طن)، وروسيا (2635 طنًا). ^[77]

يتم استخراج خام اليورانيوم بعدة طرق: الحفر المفتوح ، تحت الأرض ، الاستخلاص في الموقع ، والتعدين من الآبار . ^[9] يحتوي خام اليورانيوم منخفض الدرجة المستخرج عادةً على 0.01 إلى 0.25٪ من أكاسيد اليورانيوم. يجب استخدام تدابير مكثفة لاستخراج المعدن من خامه. ^[78] يمكن أن تحتوي الخامات عالية الجودة الموجودة في رواسب حوض أثاباسكا في ساسكاتشوان ، كندا على ما يصل إلى 23٪ من أكاسيد اليورانيوم في المتوسط. ^[79] يتم سحق خام اليورانيوم وتحويله إلى مسحوق ناعم ثم استخلاصه إما بحمض أو قلوي . يتعرض السائل المتسرب لواحدة من عدة تسلسلات من الترسيب والاستخلاص بالمذيبات وتبادل الأيونات. يحتوي الخليط الناتج، المسمى الكعكة الصفراء ، على ما لا يقل عن 75٪ من أكاسيد اليورانيوم _{U3O8 . يتم بعد ذلك} تحميص الكعكة الصفراء لإزالة الشوائب من عملية الطحن قبل التكرير والتحويل. ^[80]

يمكن إنتاج اليورانيوم التجاري من خلال اختزال هاليدات اليورانيوم باستخدام القلويات أو المعادن القلوية الترابية . ^[11] يمكن أيضًا تحضير معدن اليورانيوم من خلال التحليل الكهربائي لـ KUF
₅أو UF
₄، مذاب في كلوريد الكالسيوم المنصهر ( CaCl
₂) ومحلول كلوريد الصوديوم ( NaCl ). ^[11] يتم إنتاج اليورانيوم النقي للغاية من خلال التحلل الحراري لهاليدات اليورانيوم على خيوط ساخنة. ^[11]

• 
  الإنتاج العالمي لليورانيوم (المناجم) والطلب عليه ^[77]
• 
  الكعكة الصفراء عبارة عن خليط مركّز من أكاسيد اليورانيوم التي يتم تكريره بشكل أكبر لاستخراج اليورانيوم النقي.
• 
  إنتاج اليورانيوم 2015، بالأطنان ^[81]

وتشير التقديرات إلى وجود 6.1 مليون طن من اليورانيوم في خامات قابلة للاستغلال اقتصاديًا بسعر 130 دولارًا أمريكيًا للكيلوغرام الواحد من اليورانيوم، ^[82] في حين يتم تصنيف 35 مليون طن كموارد معدنية (آفاق معقولة للاستخراج الاقتصادي في نهاية المطاف). ^[83]

تمتلك أستراليا 28% من احتياطيات خام اليورانيوم المعروفة في العالم ^[82] ويقع أكبر رواسب اليورانيوم في العالم في منجم أوليمبيك دام في جنوب أستراليا . ^[84] يوجد احتياطي كبير من اليورانيوم في باكوما ، وهي مقاطعة فرعية في محافظة مبومو في جمهورية إفريقيا الوسطى . ^[85]

كما ينشأ بعض اليورانيوم من الأسلحة النووية المفككة. ^[86] على سبيل المثال، في الفترة 1993-2013، زودت روسيا الولايات المتحدة بـ 15000 طن من اليورانيوم منخفض التخصيب ضمن برنامج ميجا طن إلى ميجا واط . ^[87]

وتشير التقديرات إلى أن 4.6 مليار طن إضافية من اليورانيوم تذوب في مياه البحر ( أظهر العلماء اليابانيون في الثمانينيات أن استخراج اليورانيوم من مياه البحر باستخدام المبادلات الأيونية كان ممكنًا من الناحية الفنية). ^{[88] [89]} كانت هناك تجارب لاستخراج اليورانيوم من مياه البحر، ^[90] لكن العائد كان منخفضًا بسبب الكربونات الموجودة في الماء. في عام 2012، أعلن باحثو ORNL عن التطوير الناجح لمادة ماصة جديدة أطلق عليها اسم HiCap والتي تقوم بالاحتفاظ بالجزيئات الصلبة أو الغازية أو الذرات أو الأيونات على السطح وتزيل أيضًا المعادن السامة من الماء بشكل فعال، وفقًا للنتائج التي تم التحقق منها من قبل الباحثين في مختبر المحيط الهادئ الشمالي الغربي الوطني . ^{[91] [92]}

في عام 2005، استحوذت عشر دول على أغلبية أكاسيد اليورانيوم المركزة في العالم: كندا (27.9%)، وأستراليا (22.8%)، وكازاخستان (10.5%)، وروسيا (8.0%)، وناميبيا (7.5%)، والنيجر (7.4%)، وأوزبكستان (5.5%)، والولايات المتحدة (2.5%)، والأرجنتين (2.1%)، وأوكرانيا (1.9%). ^[94] وفي عام 2008، كان من المتوقع أن تزيد كازاخستان من إنتاجها وتصبح أكبر مورد لليورانيوم في العالم بحلول عام 2009؛ ^{[95] [96]} سيطرت كازاخستان على سوق اليورانيوم العالمي منذ عام 2010. وفي عام 2021، بلغت حصتها 45.1٪، تليها ناميبيا (11.9٪)، وكندا (9.7٪)، وأستراليا (8.7٪)، وأوزبكستان (7.2٪)، والنيجر (4.7٪)، وروسيا (5.5٪)، والصين (3.9٪)، والهند (1.3٪)، وأوكرانيا (0.9٪)، وجنوب إفريقيا (0.8٪)، بإجمالي إنتاج عالمي بلغ 48332 طنًا. ^[77] لم يتم إنتاج معظم اليورانيوم عن طريق التعدين التقليدي تحت الأرض للخامات (29٪ من الإنتاج)، ولكن عن طريق الاستخلاص في الموقع (66٪). ^{[77] [97]}

في أواخر ستينيات القرن العشرين، اكتشف علماء الجيولوجيا التابعون للأمم المتحدة رواسب كبيرة من اليورانيوم واحتياطيات أخرى من المعادن النادرة في الصومال . وكان الاكتشاف هو الأكبر من نوعه، حيث قدر خبراء الصناعة الرواسب بأكثر من 25% من احتياطيات اليورانيوم المعروفة في العالم آنذاك والتي بلغت 800 ألف طن. ^[98]

يُعتقد أن العرض المتاح النهائي كافٍ لمدة 85 عامًا على الأقل، ^[83] على الرغم من أن بعض الدراسات تشير إلى أن نقص الاستثمار في أواخر القرن العشرين قد يؤدي إلى مشاكل في العرض في القرن الحادي والعشرين. ^[99] يبدو أن رواسب اليورانيوم موزعة بشكل لوغاريتمي طبيعي. هناك زيادة بمقدار 300 ضعف في كمية اليورانيوم القابلة للاستخراج لكل انخفاض بمقدار عشرة أضعاف في درجة الخام. ^[100] بعبارة أخرى، هناك القليل من الخام عالي الجودة ومزيد من الخام منخفض الجودة المتاح بشكل متناسب.

تحتوي الكعكة الصفراء المحروقة من اليورانيوم، كما يتم إنتاجها في العديد من المطاحن الكبيرة، على توزيع لأنواع أكسدة اليورانيوم في أشكال مختلفة تتراوح من الأكثر أكسدة إلى الأقل أكسدة. عادةً ما تكون الجسيمات ذات فترات الإقامة القصيرة في المحمص أقل أكسدة من تلك ذات فترات الاحتفاظ الطويلة أو الجسيمات المستردة في جهاز غسل المداخن. عادةً ما يتم الإشارة إلى محتوى اليورانيوم بـ U
₃ا
₈، والتي يعود تاريخها إلى أيام مشروع مانهاتن عندما
₃ا
₈تم استخدامه كمعيار لإعداد التقارير الكيميائية التحليلية. ^[101]

العلاقات الطورية في نظام اليورانيوم-الأكسجين معقدة. أهم حالات أكسدة اليورانيوم هي اليورانيوم (IV) واليورانيوم (VI)، وأكسيداتهما المقابلة هما على التوالي ثاني أكسيد اليورانيوم ( UO2)
₂) وثلاثي أكسيد اليورانيوم ( UO
₃). ^[102] أكاسيد اليورانيوم الأخرى مثل أول أكسيد اليورانيوم (UO) وخامس أكسيد ثنائي اليورانيوم ( U
₂ا
₅)، وبيروكسيد اليورانيوم ( UO
₄·2ساعة
₂O ) موجودة أيضًا.

الأشكال الأكثر شيوعًا لأكسيد اليورانيوم هي ثماني أكسيد ثلاثي اليورانيوم ( U
₃ا
₈) و UO
₂^[103] كلا الشكلين من الأكسيد عبارة عن مواد صلبة ذات قابلية ذوبان منخفضة في الماء ومستقرة نسبيًا على مدى واسع من الظروف البيئية. أكسيد ثلاثي اليورانيوم هو (حسب الظروف) المركب الأكثر استقرارًا لليورانيوم وهو الشكل الأكثر شيوعًا في الطبيعة. ثاني أكسيد اليورانيوم هو الشكل الذي يستخدم فيه اليورانيوم بشكل شائع كوقود للمفاعلات النووية. ^[103] في درجات الحرارة المحيطة، UO2
₂سوف تتحول تدريجيا إلى U
₃ا
₈بسبب استقرارها، تعتبر أكاسيد اليورانيوم عمومًا الشكل الكيميائي المفضل للتخزين أو التخلص منها. ^[103]

الأملاح ذات حالات الأكسدة المتعددة لليورانيوم قابلة للذوبان في الماء ويمكن دراستها في المحاليل المائية . الأشكال الأيونية الأكثر شيوعًا هي U³⁺
(بني- احمر )⁴⁺
(الأخضر)، UO⁺
₂(غير مستقر) و UO²⁺
₂(أصفر)، بالنسبة لـ U(III)، وU(IV)، وU(V)، وU(VI)، على التوالي. ^[104] يوجد عدد قليل من المركبات الصلبة وشبه المعدنية مثل UO و US لحالة الأكسدة الرسمية لليورانيوم (II)، ولكن لا يُعرف وجود أيونات بسيطة في المحلول لتلك الحالة. أيونات U³⁺
تحرر الهيدروجين من الماء ، وبالتالي تعتبر غير مستقرة إلى حد كبير.²⁺
₂يمثل الأيون حالة اليورانيوم (VI) ومن المعروف أنه يشكل مركبات مثل كربونات اليورانيل وكلوريد اليورانيل وكبريتات اليورانيل . UO²⁺
₂يشكل أيضًا معقدات مع العديد من عوامل التخلب العضوية ، وأكثرها شيوعًا هو أسيتات اليورانيل . ^[104]

على عكس أملاح اليورانيوم من اليورانيوم وأشكال الكاتيون من أكسيد اليورانيوم متعدد الذرات ، فإن اليورانات ، وهي أملاح تحتوي على أنيون أكسيد اليورانيوم متعدد الذرات، لا تذوب في الماء بشكل عام.

تتسبب تفاعلات أنيونات الكربونات مع اليورانيوم (VI) في تغير مخطط بورباي بشكل كبير عندما يتم تغيير الوسط من الماء إلى محلول يحتوي على كربونات. في حين أن الغالبية العظمى من الكربونات غير قابلة للذوبان في الماء (غالبًا ما يتم تعليم الطلاب أن جميع الكربونات بخلاف تلك الموجودة في المعادن القلوية غير قابلة للذوبان في الماء)، فإن كربونات اليورانيوم غالبًا ما تكون قابلة للذوبان في الماء. وذلك لأن كاتيون U (VI) قادر على ربط أكسيدين طرفيين وثلاثة كربونات أو أكثر لتكوين معقدات أنيونية.

مخططات بوربايكس ^[105]

اليورانيوم في وسط مائي غير معقد (مثل حمض البيركلوريك / هيدروكسيد الصوديوم). [105]	اليورانيوم في محلول الكربونات
التركيزات النسبية للأشكال الكيميائية المختلفة لليورانيوم في وسط مائي غير معقد (على سبيل المثال حمض البيركلوريك / هيدروكسيد الصوديوم). [105]	التركيزات النسبية للأشكال الكيميائية المختلفة لليورانيوم في محلول كربونات مائي. [105]

وتوضح مخططات كسور اليورانيوم في وجود الكربونات هذا الأمر بشكل أكبر: عندما ترتفع درجة الحموضة لمحلول اليورانيوم (VI)، يتحول اليورانيوم إلى هيدروكسيد أكسيد اليورانيوم المائي، وعند درجات الحموضة العالية يصبح معقد هيدروكسيد أنيوني.

عند إضافة الكربونات، يتحول اليورانيوم إلى سلسلة من مركبات الكربونات إذا زادت درجة الحموضة. ومن بين تأثيرات هذه التفاعلات زيادة قابلية ذوبان اليورانيوم في نطاق درجة الحموضة من 6 إلى 8، وهي حقيقة لها تأثير مباشر على الاستقرار الطويل الأمد للوقود النووي من ثاني أكسيد اليورانيوم المستنفد.

يتفاعل معدن اليورانيوم المسخن إلى درجة حرارة تتراوح بين 250 و300 درجة مئوية (482 إلى 572 درجة فهرنهايت) مع الهيدروجين لتكوين هيدريد اليورانيوم . وحتى درجات الحرارة الأعلى من ذلك ستزيل الهيدروجين بشكل عكسي. تجعل هذه الخاصية هيدريدات اليورانيوم مواد أولية ملائمة لإنشاء مسحوق اليورانيوم التفاعلي جنبًا إلى جنب مع مركبات كربيد اليورانيوم والنتريد والهاليد المختلفة . ^[106] يوجد تعديلان بلوريان لهيدريد اليورانيوم: شكل ألفا يتم الحصول عليه عند درجات حرارة منخفضة وشكل بيتا يتم إنشاؤه عندما تكون درجة حرارة التكوين أعلى من 250 درجة مئوية. ^[106]

كربيدات اليورانيوم ونتريدات اليورانيوم عبارة عن مركبات شبه معدنية خاملة نسبيًا وقابلة للذوبان بشكل ضئيل في الأحماض ، وتتفاعل مع الماء، ويمكن أن تشتعل في الهواء لتكوين اليورانيوم.
₃ا
₈^[106] تشمل كربيدات اليورانيوم أحادي كربيد اليورانيوم (U C ) وثنائي كربيد اليورانيوم ( UC) وثنائي كربيد اليورانيوم ( UC) .
₂)، وثلاثي كربيد ثنائي اليورانيوم ( U
₂ج
₃). كل من UC و UC
₂يتم تشكيلها عن طريق إضافة الكربون إلى اليورانيوم المنصهر أو عن طريق تعريض المعدن لأول أكسيد الكربون في درجات حرارة عالية. مستقرة تحت 1800 درجة مئوية، اليورانيوم
₂ج
₃يتم تحضيره عن طريق إخضاع خليط ساخن من UC و UC
₂للإجهاد الميكانيكي. ^[107] تشمل نترات اليورانيوم التي يتم الحصول عليها عن طريق التعرض المباشر للمعدن للنيتروجين أحادي نتريد اليورانيوم (UN) ودينيتريد اليورانيوم ( UN)
₂)، وثلاثي نتريد ثنائي اليورانيوم ( U
₂ن
₃). ^[107]

يتم إنشاء جميع فلوريدات اليورانيوم باستخدام رباعي فلوريد اليورانيوم ( UF)
₄); ف
₄يتم تحضيره بحد ذاته عن طريق فلورة الهيدروجين لثاني أكسيد اليورانيوم. ^[106] اختزال UF
₄مع الهيدروجين عند 1000 درجة مئوية ينتج ثلاثي فلوريد اليورانيوم ( UF)
₃). في ظل الظروف المناسبة من درجة الحرارة والضغط، يحدث تفاعل UF الصلب
₄مع سداسي فلوريد اليورانيوم الغازي ( UF)
₆) يمكن أن تشكل الفلوريدات الوسيطة لـ U
₂ف
₉، و
₄ف
₁₇، و UF
₅^[106] .

في درجات حرارة الغرفة، UF
₆يتميز بضغط بخار مرتفع ، مما يجعله مفيدًا في عملية الانتشار الغازي لفصل اليورانيوم النادر 235 عن نظير اليورانيوم 238 الشائع. يمكن تحضير هذا المركب من ثاني أكسيد اليورانيوم وهيدريد اليورانيوم من خلال العملية التالية: ^[106]

وحدة القياس
₂+ 4 HF → UF
₄+ 2 ساعة
₂O (500 درجة مئوية، ماصة للحرارة)

جامعة فلوريدا
₄+ ف
₂→ جامعة فلوريدا
₆(350 درجة مئوية، ماصة للحرارة)

النتيجة النهائية
₆، وهو مادة صلبة بيضاء، شديدة التفاعل (بالفلورة)، ويتحول بسهولة إلى بخار يتصرف كغاز مثالي تقريبًا ، وهو المركب الأكثر تطايرًا من اليورانيوم المعروف. ^[106]

إحدى طرق تحضير رباعي كلوريد اليورانيوم ( UCl)
₄) هو الجمع المباشر للكلور مع معدن اليورانيوم أو هيدريد اليورانيوم. يتم اختزال كلوريد اليورانيوم
₄عن طريق الهيدروجين ينتج ثلاثي كلوريد اليورانيوم ( UCl)
₃) بينما يتم تحضير الكلوريدات الأعلى من اليورانيوم عن طريق التفاعل مع الكلور الإضافي. ^[106] تتفاعل جميع كلوريدات اليورانيوم مع الماء والهواء.

يتم تكوين بروميدات ويودات اليورانيوم عن طريق التفاعل المباشر للبروم واليود مع اليورانيوم أو عن طريق إضافة UH
₃إلى أحماض تلك العناصر. ^[106] تشمل الأمثلة المعروفة: UBr
₃، أوبر
₄, واجهة المستخدم
₃، وواجهة المستخدم
₄.واجهة المستخدم
₅لم يتم تحضيره مطلقًا. هاليدات اليورانيوم قابلة للذوبان في الماء وتشمل UO2
₂ف
₂، كلوريد اليورانيوم
₂، أوو
₂كل
₂، وUO2Br2. تقل استقرار الهاليدات الأوكسي مع زيادة الوزن الذري للهاليد المكون. ^[106]

اليورانيوم، مثل جميع العناصر التي يزيد عددها الذري عن 82، ليس له نظائر مستقرة . جميع نظائر اليورانيوم مشعة لأن القوة النووية القوية لا تتغلب على التنافر الكهرومغناطيسي في النويدات التي تحتوي على أكثر من 82 بروتونًا. ^[108] ومع ذلك، فإن النظيرين الأكثر استقرارًا، ²³⁸ U و ²³⁵ U، لهما نصف عمر طويل بما يكفي للوجود في الطبيعة كنويدات مشعة بدائية ، مع بقاء كميات قابلة للقياس منذ تكوين الأرض. ^[109] هذان النويدان ، إلى جانب الثوريوم-232 ، هما النويدات البدائية الوحيدة المؤكدة الأثقل من البزموت-209 شبه المستقر . ^{[6] [110]}

يتكون اليورانيوم الطبيعي من ثلاثة نظائر رئيسية: اليورانيوم-238 (99.28٪ وفرة طبيعية)، واليورانيوم-235 (0.71٪)، واليورانيوم-234 (0.0054٪). هناك أيضًا خمسة نظائر أثرية أخرى: اليورانيوم-240، وهو منتج اضمحلال للبلوتونيوم-244 ؛ [ ^110] اليورانيوم-239، الذي يتكون عندما يخضع اليورانيوم ²³⁸ للانشطار التلقائي، مما يؤدي إلى إطلاق النيوترونات التي يتم التقاطها بواسطة ذرة يورانيوم ²³⁸ أخرى ؛ اليورانيوم-237، الذي يتكون عندما يلتقط اليورانيوم ²³⁸ نيوترونًا ولكنه ينبعث منه اثنان آخران، والذي يتحلل بعد ذلك إلى النبتونيوم-237 ؛ اليورانيوم-236 ، والذي يحدث بكميات ضئيلة بسبب التقاط النيوترون على اليورانيوم ²³⁵ وكمنتج اضمحلال للبلوتونيوم-244؛ ^[110] وأخيرًا، اليورانيوم-233 ، الذي يتكون في سلسلة تحلل النبتونيوم-237. بالإضافة إلى ذلك، يتم إنتاج اليورانيوم-232 عن طريق تحلل بيتا المزدوج للثوريوم-232 الطبيعي ، على الرغم من أن هذه العملية الممكنة من حيث الطاقة لم يتم ملاحظتها أبدًا. ^[113]

اليورانيوم 238 هو النظير الأكثر استقرارًا لليورانيوم، حيث يبلغ عمر النصف له حوالي4.463 × 10 ⁹ سنوات، ^[6] تقريبًا عمر الأرض . اليورانيوم 238 هو في الغالب باعث ألفا، يتحلل إلى الثوريوم 234. يتحلل في النهاية من خلال سلسلة اليورانيوم ، التي تضم 18 عضوًا، إلى الرصاص 206. [ ^16] اليورانيوم 238 ليس انشطاريًا، ولكنه نظير خصب، لأنه بعد تنشيط النيوترون يمكن تحويله إلى البلوتونيوم 239، وهو نظير انشطاري آخر. في الواقع، يمكن لنواة اليورانيوم ²³⁸ امتصاص نيوترون واحد لإنتاج النظير المشع اليورانيوم 239. يتحلل اليورانيوم ^{239 عن طريق} انبعاث بيتا إلى النبتونيوم 239، وهو أيضًا باعث بيتا، والذي يتحلل بدوره، في غضون أيام قليلة إلى البلوتونيوم 239. تم استخدام البلوتونيوم ²³⁹ كمادة انشطارية في القنبلة الذرية الأولى التي تم تفجيرها في " اختبار ترينيتي " في 16 يوليو 1945 في نيو مكسيكو . ^[36]

يبلغ عمر النصف لليورانيوم 235 حوالي7.04 × 10 ⁸ سنوات؛ وهو ثاني أكثر نظائر اليورانيوم استقرارًا بعد ²³⁸ U وهو أيضًا باعث ألفا بشكل أساسي، ويتحلل إلى الثوريوم 231. ^[6] يعد اليورانيوم 235 مهمًا لكل من المفاعلات النووية والأسلحة النووية ، لأنه نظير اليورانيوم الوحيد الموجود في الطبيعة على الأرض بكميات كبيرة وهو قابل للانشطار. وهذا يعني أنه يمكن تقسيمه إلى شظيتين أو ثلاث شظايا ( منتجات انشطارية ) بواسطة النيوترونات الحرارية. ^[16] تتكون سلسلة اضمحلال ²³⁵ U، والتي تسمى سلسلة الأكتينيوم ، من 15 عضوًا وتتحلل في النهاية إلى الرصاص 207. ^[16] تجعل معدلات الاضمحلال الثابتة في سلسلة الاضمحلال هذه مقارنة نسب العناصر الأم إلى العناصر الابنة مفيدة في التأريخ الإشعاعي.

يبلغ عمر النصف لليورانيوم 2362.342 × 10 ⁷ سنوات ^[6] ولا يوجد بكميات كبيرة في الطبيعة. عمر النصف لليورانيوم 236 قصير جدًا بحيث لا يمكن اعتباره بدائيًا، على الرغم من أنه تم تحديده على أنه سلف منقرض لابنه من تحلل ألفا، الثوريوم 232. ^[66] يوجد اليورانيوم 236 في الوقود النووي المستنفد عندما لا يؤدي التقاط النيوترونات على ²³⁵ U إلى الانشطار، أو كمنتج تحلل للبلوتونيوم 240. اليورانيوم 236 ليس خصبًا، حيث يلزم التقاط ثلاث نيوترونات أخرى لإنتاج البلوتونيوم ²³⁹ الانشطاري ، وهو ليس انشطاريًا بحد ذاته؛ وعلى هذا النحو، يُعتبر نفايات مشعة طويلة العمر. ^[114]

اليورانيوم 234 هو عضو في سلسلة اليورانيوم ويوجد في حالة توازن مع سلفه، ^238U ؛ ويخضع لتحلل ألفا بنصف عمر يبلغ 245500 عام ^[6] ويتحلل إلى الرصاص 206 من خلال سلسلة من النظائر قصيرة العمر نسبيًا.

يخضع اليورانيوم 233 لتحلل ألفا بنصف عمر 160.000 عام، ومثله مثل ²³⁵ U، فهو قابل للانشطار. ^[11] ويمكن إنتاجه من الثوريوم 232 عن طريق القصف النيوتروني، وعادةً في مفاعل نووي؛ تُعرف هذه العملية بدورة وقود الثوريوم . ونظرًا لانشطار ²³³ U والوفرة الطبيعية الأكبر للثوريوم (ثلاثة أضعاف اليورانيوم)، ^{[115] فقد تم التحقيق في 233} U لاستخدامه كوقود نووي كبديل محتمل لـ ²³⁵ U و ²³⁹ Pu، ^[116] على الرغم من عدم استخدامه على نطاق واسع حتى عام 2022. ^[تحديث][ ^115] تشكل سلسلة اضمحلال اليورانيوم 233 جزءًا من سلسلة النبتونيوم وتنتهي عند البزموت 209 المستقر تقريبًا (نصف عمر2.01 × 10 ¹⁹  سنة ) ^[6] والثاليوم المستقر -205.

اليورانيوم 232 هو باعث ألفا بنصف عمر 68.9 سنة. ^[6] يتم إنتاج هذا النظير كمنتج ثانوي في إنتاج اليورانيوم ²³³ ويعتبر مصدر إزعاج، لأنه غير قابل للانشطار ويتحلل من خلال باعثات ألفا وجاما قصيرة العمر مثل ²⁰⁸ Tl . ^[116] ومن المتوقع أيضًا أن يكون الثوريوم 232 قادرًا على الخضوع لتحلل بيتا المزدوج ، والذي من شأنه أن ينتج اليورانيوم 232، ولكن لم يتم ملاحظة ذلك تجريبيًا بعد. ^[6]

جميع النظائر من ²³² U إلى ²³⁶ U شاملة لها فروع اضمحلال عنقودية صغيرة (أقل من10 ⁻¹⁰ ٪)، وكل هذه العناصر باستثناء ²³³ U، بالإضافة إلى ²³⁸ U، لها فروع انشطار تلقائية صغيرة؛ ^[6] أكبر نسبة تفرع للانشطار التلقائي هي حوالي5 × 10 ⁻⁵ % لـ ²³⁸ U، أو حوالي واحد من كل مليوني تحلل. ^[117] تخضع النظائر الأقصر عمرًا ²³⁷ U و ²³⁹ U حصريًا لتحلل بيتا ، مع نصف عمر 6.752 يومًا و23.45 دقيقة على التوالي. ^[6]

في المجموع، تم تحديد 28 نظيرًا لليورانيوم، تتراوح في العدد الكتلي من 214 ^[118] إلى 242، باستثناء 220. ^{[6] [119]} من بين نظائر اليورانيوم غير الموجودة في العينات الطبيعية أو الوقود النووي، فإن أطول عمرًا هو ²³⁰ وحدة، وهو باعث ألفا بنصف عمر 20.23 يومًا. ^[6] تم النظر في استخدام هذا النظير في العلاج بجسيمات ألفا المستهدفة (TAT). ^[120] جميع النظائر الأخرى لها نصف عمر أقصر من ساعة واحدة، باستثناء ²³¹ وحدة (نصف عمر 4.2 يوم) و ²⁴⁰ وحدة (نصف عمر 14.1 ساعة). ^[6] أقصر نظير معروف عمرًا هو ²²¹ U، بنصف عمر 660 نانوثانية، ومن المتوقع أن يكون للنظير ²²⁰ U غير المعروف حتى الآن نصف عمر أقصر. ^[121] تخضع النظائر الغنية بالبروتونات الأخف من ²³² U بشكل أساسي لتحلل ألفا، باستثناء ²²⁹ U و ²³¹ U، والتي تتحلل إلى نظائر البروتكتينيوم عن طريق انبعاث البوزيترون والتقاط الإلكترون ، على التوالي؛ تخضع النظائر الغنية بالنيوترونات ²⁴⁰ U و ²⁴¹ U و ²⁴² U لتحلل بيتا لتكوين نظائر النبتونيوم . ^{[6] [119]}

يوجد اليورانيوم في الطبيعة على هيئة يورانيوم-238 (99.2742%) ويورانيوم-235 (0.7204%). يعمل فصل النظائر على تركيز (إثراء) اليورانيوم الانشطاري-235 للأسلحة النووية ومعظم محطات الطاقة النووية، باستثناء المفاعلات المبردة بالغاز ومفاعلات الماء الثقيل المضغوط . يجب أن تصطدم معظم النيوترونات المنبعثة من ذرة انشطار اليورانيوم-235 بذرات يورانيوم-235 الأخرى لدعم التفاعل النووي المتسلسل . يُطلق على تركيز وكمية اليورانيوم-235 اللازمة لتحقيق ذلك " الكتلة الحرجة ".

ولكي يتم اعتبار اليورانيوم "مخصباً"، يجب أن يكون جزء اليورانيوم 235 بين 3% و5%. ^[122] وتنتج هذه العملية كميات هائلة من اليورانيوم المستنفد من اليورانيوم 235 مع زيادة مماثلة في جزء اليورانيوم 238، والذي يسمى اليورانيوم المستنفد أو "DU". ولكي يتم اعتبار اليورانيوم "مستنفداً"، يجب ألا يتجاوز تركيز اليورانيوم ^{235 0.3%. [123]} وقد ارتفع سعر اليورانيوم منذ عام 2001، لذا فإن مخلفات التخصيب التي تحتوي على أكثر من 0.35% من اليورانيوم 235 قيد النظر لإعادة التخصيب، مما دفع سعر سداسي فلوريد اليورانيوم المستنفد إلى أكثر من 130 دولاراً للكيلوغرام في يوليو/تموز 2007 من 5 دولارات في عام 2001. ^[123]

عملية الطرد المركزي الغازي ، حيث يتم استخراج سداسي فلوريد اليورانيوم الغازي ( UF)
₆) يتم فصلها عن طريق الفرق في الوزن الجزيئي بين ²³⁵ UF ₆ و ²³⁸ UF _{6 باستخدام} أجهزة الطرد المركزي عالية السرعة ، وهي أرخص عملية تخصيب وأكثرها تقدمًا. ^[33] كانت عملية الانتشار الغازي هي الطريقة الرائدة للتخصيب واستُخدمت في مشروع مانهاتن . في هذه العملية، يتم نشر سداسي فلوريد اليورانيوم مرارًا وتكرارًا من خلال غشاء من الفضة والزنك ، ويتم فصل النظائر المختلفة لليورانيوم بمعدل الانتشار (نظرًا لأن اليورانيوم 238 أثقل وزنًا، فإنه ينتشر بشكل أبطأ قليلاً من اليورانيوم 235). ^[33] تستخدم طريقة فصل النظائر بالليزر الجزيئي شعاع ليزر ذي طاقة دقيقة لقطع الرابطة بين اليورانيوم 235 والفلور. وهذا يترك اليورانيوم 238 مرتبطًا بالفلور ويسمح لمعادن اليورانيوم 235 بالترسيب من المحلول. ^[9] هناك طريقة بديلة للإثراء باستخدام الليزر تُعرف باسم فصل النظائر بالليزر البخاري الذري (AVLIS) وتستخدم أشعة الليزر القابلة للضبط المرئية مثل ليزر الصبغة . ^[124] وهناك طريقة أخرى مستخدمة وهي الانتشار الحراري السائل. ^[10]

الانحراف الوحيد الكبير عن نسبة ²³⁵ U إلى ²³⁸ U في أي عينات طبيعية معروفة يحدث في أوكلو ، الجابون ، حيث استهلكت مفاعلات الانشطار النووي الطبيعية بعضًا من ²³⁵ U منذ حوالي ملياري عام عندما كانت نسبة ²³⁵ U إلى ²³⁸ U أقرب إلى نسبة اليورانيوم المنخفض التخصيب مما يسمح للماء العادي ("الخفيف") بالعمل كمهدئ للنيوترونات على غرار العملية في مفاعلات الماء الخفيف من صنع الإنسان . تم إثبات وجود مثل هذه المفاعلات الانشطارية الطبيعية التي تم التنبؤ بها نظريًا مسبقًا حيث تم اكتشاف الانحراف الطفيف في تركيز ²³⁵ U عن القيم المتوقعة أثناء تخصيب اليورانيوم في فرنسا. وقد أكدت التحقيقات اللاحقة لاستبعاد أي عمل بشري شرير (مثل سرقة ²³⁵ U) هذه النظرية من خلال إيجاد نسب النظائر لمنتجات الانشطار المشتركة (أو بالأحرى نويداتها المستقرة) بما يتماشى مع القيم المتوقعة للانشطار ولكنها تنحرف عن القيم المتوقعة للعينات غير المشتقة من الانشطار لتلك العناصر.

يمكن أن يتعرض الشخص لليورانيوم (أو بناته المشعة ، مثل الرادون ) عن طريق استنشاق الغبار في الهواء أو عن طريق تناول الماء والطعام الملوثين. عادة ما تكون كمية اليورانيوم في الهواء صغيرة جدًا؛ ومع ذلك، فإن الأشخاص الذين يعملون في المصانع التي تعالج الأسمدة الفوسفاتية ، أو يعيشون بالقرب من المنشآت الحكومية التي تصنع أو تختبر الأسلحة النووية، أو يعيشون أو يعملون بالقرب من ساحة معركة حديثة حيث تم استخدام أسلحة اليورانيوم المنضب، أو يعيشون أو يعملون بالقرب من محطة طاقة تعمل بالفحم ، أو المنشآت التي تستخرج أو تعالج خام اليورانيوم، أو تخصب اليورانيوم كوقود للمفاعلات، قد يكون لديهم تعرض متزايد لليورانيوم. ^{[125] [126]} قد يكون للمنازل أو الهياكل التي تقع فوق رواسب اليورانيوم (سواء كانت رواسب خبث طبيعية أو من صنع الإنسان) زيادة في معدل التعرض لغاز الرادون. حددت إدارة السلامة والصحة المهنية (OSHA) حد التعرض المسموح به لليورانيوم في مكان العمل عند 0.25 مجم / م ³ على مدار يوم عمل مدته 8 ساعات. حدد المعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية (NIOSH) حد التعرض الموصى به (REL) عند 0.2 مجم / م ³ على مدار يوم عمل مدته 8 ساعات وحدًا قصير المدى عند 0.6 مجم / م ^3. عند 10 مجم / م ³ ، يكون اليورانيوم خطيرًا على الحياة والصحة على الفور . ^[127]

يتم إفراز معظم اليورانيوم المبتلع أثناء الهضم . يتم امتصاص 0.5٪ فقط عند تناول أشكال غير قابلة للذوبان من اليورانيوم، مثل أكسيده، في حين أن امتصاص أيون اليورانيوم الأكثر قابلية للذوبان يمكن أن يصل إلى 5٪. ^[29] ومع ذلك، تميل مركبات اليورانيوم القابلة للذوبان إلى المرور بسرعة عبر الجسم، في حين أن مركبات اليورانيوم غير القابلة للذوبان، وخاصة عند استنشاقها عن طريق الغبار إلى الرئتين ، تشكل خطر تعرض أكثر خطورة. بعد دخول مجرى الدم، يميل اليورانيوم الممتص إلى التراكم البيولوجي والبقاء لسنوات عديدة في أنسجة العظام بسبب تقارب اليورانيوم مع الفوسفات. ^[29] يتحول اليورانيوم المدمج إلى أيونات اليورانيوم ، والتي تتراكم في أنسجة العظام والكبد والكلى والتكاثر. ^[128]

تتحد السمية الإشعاعية والكيميائية لليورانيوم بحقيقة أن العناصر ذات العدد الذري العالي Z مثل اليورانيوم تظهر سمية إشعاعية وهمية أو ثانوية من خلال امتصاص أشعة جاما الخلفية الطبيعية والأشعة السينية وإعادة انبعاث الإلكترونات الضوئية، والتي بالاشتراك مع التقارب العالي لليورانيوم لجزيء الفوسفات في الحمض النووي تسبب زيادة في كسر الحمض النووي أحادي السلسلة ومزدوج السلسلة. ^[129]

لا يتم امتصاص اليورانيوم من خلال الجلد، ولا تستطيع جسيمات ألفا التي يطلقها اليورانيوم اختراق الجلد. ^[26]

يمكن إزالة التلوث من اليورانيوم من الأسطح الفولاذية ^[130] والطبقات الجوفية . ^{[131] [132]}

يمكن أن يتأثر الأداء الطبيعي للكلى والدماغ والكبد والقلب وغيرها من الأجهزة بالتعرض لليورانيوم، لأنه بالإضافة إلى كونه مشعًا بشكل ضعيف، فإن اليورانيوم معدن سام . ^{[29] [133] [134]} اليورانيوم أيضًا مادة سامة للتكاثر . ^[135] [ 136 ^] تكون التأثيرات الإشعاعية محلية بشكل عام لأن إشعاع ألفا، وهو الشكل الأساسي لتحلل اليورانيوم ²³⁸ ، له مدى قصير جدًا ولن يخترق الجلد. وقد ثبت أن إشعاع ألفا من اليورانيوم المستنشق يسبب سرطان الرئة لدى العمال النوويين المعرضين. ^[137] في حين نشرت مراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها دراسة واحدة تفيد بأنه لم يتم ملاحظة أي سرطان بشري نتيجة التعرض لليورانيوم الطبيعي أو المستنفد، ^[138] فإن التعرض لليورانيوم ومنتجات تحلله، وخاصة الرادون ، يشكل تهديدًا صحيًا كبيرًا. ^[139] لا يرتبط التعرض للسترونشيوم -90 واليود -131 ومنتجات الانشطار الأخرى بالتعرض لليورانيوم، ولكن قد ينتج عن الإجراءات الطبية أو التعرض لوقود المفاعلات المستهلك أو الغبار الناتج عن الأسلحة النووية. ^[140]

على الرغم من أن التعرض العرضي لاستنشاق تركيز عالٍ من سداسي فلوريد اليورانيوم أدى إلى وفيات بشرية، إلا أن هذه الوفيات كانت مرتبطة بتوليد حمض الهيدروفلوريك السام للغاية وفلوريد اليورانيوم وليس باليورانيوم نفسه. ^[141] يمثل معدن اليورانيوم المقسم بدقة خطر نشوب حريق لأن اليورانيوم قابل للاشتعال ؛ حيث تشتعل الحبيبات الصغيرة تلقائيًا في الهواء عند درجة حرارة الغرفة. ^[11]

يتم التعامل مع معدن اليورانيوم عادة بالقفازات كإجراء احترازي كافٍ. ^[142] يتم التعامل مع مركّز اليورانيوم واحتواؤه بطريقة تضمن عدم استنشاقه أو ابتلاعه من قبل الأشخاص. ^[142]

• إمسلي، جون (2001). "اليورانيوم". لبنات بناء الطبيعة: دليل من الألف إلى الياء للعناصر. أكسفورد : مطبعة جامعة أكسفورد . ص 476-482. رقم ISBN 978-0-19-850340-8.
• سيبورج، جلين ت. (1968). "اليورانيوم". موسوعة العناصر الكيميائية . سكوكى، إلينوي : شركة راينهولد بوك. ص 773-786. LCCN  68029938.

• بيانات وتحليلات الوقود النووي من إدارة معلومات الطاقة الأمريكية
• خرائط رواسب اليورانيوم في العالم
• ديتمار ، ويليام (1888). "اليورانيوم"  . الموسوعة البريطانية . المجلد. الرابع والعشرون (الطبعة التاسعة). ص. 7.
• قائمة المراجع الموضحة لليورانيوم من مكتبة ألسوس الرقمية
• قاعدة بيانات المواد الخطرة في المكتبة الوطنية للطب – اليورانيوم والمواد المشعة
• CDC – دليل الجيب للمخاطر الكيميائية التابع للمعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية
• دراسات حالة من وكالة تسجيل المواد السامة والأمراض في الطب البيئي: سمية اليورانيوم وزارة الصحة والخدمات الإنسانية الأمريكية
• اليورانيوم في الجدول الدوري للفيديوهات (جامعة نوتنغهام)