URANIUM DIOKSIDA, TAK SEKADAR BAHAN BAKAR NUKLIR

URANIUM DIOKSIDA atau uranium(IV) oksida (UO2), juga dikenal sebagai urania atau urani doksida, ialah suatu oksida uranium, dan serbuk kristal berwarna hitam, bersifat radioaktif yang terjadi secara alami sebagai mineral uraninite. Uranium dioksida digunakan sebagai bahan bakar nuklir batangan dalam reaktor nuklir. Campuran dari uranium dan plutonium dioksida digunakan sebagai bahan bakar MOX. Sebelum tahun 1960 uranium(IV) oksida digunakan sebagai warna kuning dan hitam dalam glasir keramik dan kaca.

Nama IUPAC oksida uranium adalah Uranium dioksida, Unranium(IV) oksida; nama lainnya adalah Urania, Urani oksida. Adapun sifat-sifatnya adalah:

  • Rumus molekul: UO2
  • Berat molekul: 270,03 gr/mol
  • Penampilan: Serbuk hitam
  • Densitas: 10,97 gr / cm3
  • Titik leleh: 2865 °C (3140 K)
  • Kelarutan dalam air: Tidak larut
  • Struktur Kristal: Fluorite (kubus) cF12
  • Gugus ruang: Fm3m, No. 225
  • Geometri koordinasi: Tetrahedral(O2–); kubus (UIV)
  • Entropi molar standar So298: 78 J·mol−1·K−1
  • Entalpi pembentukan standar So298: −1084 kJ·mol−1
  • MSDS: ICSC 1251
  • Indeks Uni Eropa: 092-002-00-3
  • Klasifikasi Uni Eropa: Sangat beracun (T+); Berbahaya bagi lingkungan (N)
  • Titik nyala: N/A

PRODUKSI

Uranium dioksida diproduksi dengan mereduksi uranium trioksida dengan hidrogen.

UO3 + H2 → UO2 + H2O pada 700 °C (970 K)

Reaksi ini memainkan peranan penting dalam pembuatan bahan bakar nuklir melalui pengolahan-ulang nuklir dan pengayaan uranium.

KIMIA

Struktur

Zat padat ini adalah isostruktur dengan yang memiliki struktur sama seperti fluorit (kalsium fluorida). Selain itu, dioksida dari serium, plutonium dan neptunium memiliki strukjtur sama. Tidak ada unsur dioksida lain yang memiliki struktur fluorite.

Oksidasi

Uranium dioksida dioksidasi bila bersentuhan dengan oksigen yang menghasilkan triuranium oktaoksida.

3 UO2 + O2 → U3O8 at 700 °C (970 K)

Elektrokimia dari uranium dioksida telah diselidiki dengan rinci sebagai kontrol laju korosi galvanis uranium dioksida pada mana bahan bakar nuklir yang digunakan melarut. Lihat bahan bakar nuklir bekas untuk rincian lebih lanjut. Air meningkatkan laju oksidasi logam-logam plutonium dan uranium.

Karbonisasi

Uranium dioksida yang dikarbonisasi yang bersentuhan dengan karbon, membentuk uranium karbida dan karbon monoksida.

UO2 + 4 C → UC2 + 2 CO

Proses ini harus dilakukan di bawah gas inert seperti uranium karboda dengan mudah dioksidasi kembali menjadi uranium oksida.

KEGUNAAN

Bahan Bakar Nuklir

UO2 digunakan terutama sebagai bahan bakar nuklir, khususnya sebagai UO2 atau sebagai campuran UO2 dan PuO2 (plutonium dioksida) disebut campuran oksida (bahan bakar MOX), dalam bentuk bahan bakar bakatangan dalam reaktor nuklir.

Perhatikan bahwa konduktivitas termal uranium dioksida sangat rendah bila dibandingkan dengan bahan cladding uranium, uranium karbida dan zirkonium. Konduktivitas termal yang rendah ini dapat dihasilkan di overheating lokal di pusat-pusat pelet bahan bakar.

Grafik di bawah ini menunjukkan gradien suhu yang berbeda dalam senyawa bahan bakar yang berbeda. Untuk bahan bakar ini kerapatan daya termalnya adalah sama dan diameter dari semua pelet sama.

Warna untuk Glasir Keramik

Uranium oksida (urania) digunakan untuk mewarnai kaca dan keramik sebelum Perang Dunia II. Keramik berbasis-urania menjadi hijau atau hitam ketika dibakar di udara mereduksi dan kuning sampai jingga ketika dibakar dalam udara mengoksidasi.  Fiestaware berwarna-jingga adalah satu contoh produk yang sangat terkenal dengan glasir berwarna-urania. Urania juga telah digunakan dalam formulasi email, kaca uranium, dan porselin. Ini memungkinkan untuk me-nentukan dengan Geiger counter bila suatu glasir mengandung urania.

Kegunaan Lain

Bekas UO2(DUO2) dapat digunakan sebagai bahan untuk perisai radiasi. Sebagai contoh, DUCRETE adalah material “beton berat”  di mana kerikil diganti dengan agregat uranium dioksida; bahan ini diselidiki untuk digunakan untuk tong tempat limbah radioaktif. Tong ini dapat juga dibuat dari DUO2-cermet baja, suatu bahan komposit yang dibuat dari agregat uranium dioksida yang berfungsi sebagai tabir radiasi, grafit dan/atau silikon karbida berfungsi sebagai penyerap dan moderator radiasi netron, dan baja sebagai matriksnya, yang konduktivitas termalnya tinggi memungkinkan menghapus peluruhan panas dengan mudah.

Bekas uranium dioksida dapat juga digunakan sebagai katalis, misalnya untuk degradasi senyawa-senyawa organik volatil dalam fase gas, oksidasi metana menjadi metanol, dan menghilangkan belerang dari minyak bumi. Bahan bekas ini efisiensi dan stabilitas jangka-panjangnya tinggi ketika digunakan untuk menghancurkan VOC bila dibandingkan dengan beberapa katalis komersial, seperti  katalis-katalius logam mulia, TiO2, dan Co3O4. Banyak riset yang dilakukan dalam bidang ini, DU yang disukai untuk komponen uranium karena radioaktivitasnya rendah.

Penggunan uranium dioksida sebagai bahan untuk baterai isi-ulang diselidiki. Baterai ini dapat memiliki kerapatan daya tinggi dan potensial per sel 4,7 V. Aplikasi lain yang diselidiki ialah sebagai sel fotoelektrokimia untuk produksi hidrogen yang dibantu-surya di mana UO2  digunakan sebagai fotoanoda. Di masa lalu, uranium dioksida juga digunakan sebagai konduktor panas untuk pembatasan arus (URDOX-resistor), yang merupakan penggunaan pertama dari sifat semikonduktor.

Sifat-sifat Semikonduktor

Celah pita uranium dioksida dapat dibandingkan dengan celah pita silikon dan galium arsenida, hampir optimal untuk efisiensi terhadap kurva celah pita untuk penyerapan radiasi cahaya, yang menunjukkan kemungkinan penggunaannya untuk sel surya paling efisien berdasarkan pada struktur dioda Schottky; uranium dioksida juga menyerap pada lima panjang gelombang berbeda, termasuk infra merah, lebih meningkatkan efisiensinya. Konduktivitas intrinsik pada suhu kamar hampir sama dengan silikon kristal tunggal.

Konstanta dielektrik uranium dioksida sekitar 22, yang hamper dua kali lipat tingginya silikon (11,2) dan GaAs (14,1). Ini adalah keuntungan dari Si dan GaAs dalam konstruksi sirkuit terpadu, karena hal ini mungkin memungkinkan integrasi kerapatan yang lebih tinggi dengan  tegangankerusakan yang lebih tinggi dan dengan kerentanan yang lebih rendah untuk kerusakan saluran CMOS.

Koefisien Seebeck uranium dioksida pada suhu sekitar 750 µV/K, suatu nilai secara signifikan lebih tinggi dari 270 µV/K paduan talium-timah telurida (Tl2SnTe5) dan talium-germanium telurida (Tl2GeTe5) dan bismut-telurium, bahan lain menjanjikan untuk aplikasi pembangkit listrik thermoelectric dan elemen Peltier.

Dampak peluruhan radioaktif dari 235U dan 238U terhadap sifat-sifat semikonduktor diukur sejak tahun 2005. Karena tingkat peluruhan yang lambat dari isotop-isotop ini, seharusnya tidak bermakna mempengaruhi sifat uranium dioksida sel surya dan perangkat thermoelectric, tetapi mungkin menjadi faktor penting untuk chip VLSI. Penggunaan uranium dioksida bekas penting demi alasan ini. Penangkap partikel alfa yang dipancarkan selama peluruhan radioaktif karena atom helium dalam kisi kristalnya mungkin juga menyebabkan perubahan bertahap sifat-sifatnya jangka-panjang.

Stoikiometri bahan ini secara dramatis mempengaruhi sifat-sifat listriknya. Misalnya, konduktivitas listrik UO1,994 lebih rendah pada suhu lebih tinggi ketimbang konduktivitas UO2,001.

Uranium dioksida, seperti U3O8, adalah suatu bahan keramik yang mampu menahan suhu tinggi (sekitar 2300 °C, dibandingkan dengan kebanyakan untuk silikon atau GaAs), yang membuatnya sesui untuk aplikasi suhu-tinggi seperti perangkat termo-fotovoltaik.

Uranium dioksida juga tahan terhadap bahaya radiasi, yang membuatnya berguna untuk perangkat radiasi-kuat untuk aplikasi khusus militer dan pesawat terbang.

Dioda Schottky dari U3O8 dan transistor p-n-p dari UO2 sangat berhasil diproduksi di laboratorium.

KERACUNAN

Uranium dioksida diketahui diserap melalui fagositosis di paru-paru.

 

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s