Hvis du ble fortalt at et mineral som er i stand til å bli polert til en blendende edelsten, også fungerer som den ubesunge helten som holder kjernekraftverkene i drift trygt, ville du finne det vanskelig å tro det? Zirkonium, element nr
Fra "Hyacinth Stone" til Chemical Element
Historien om zirkonium begynner med en vakker stein. Det naturlige silikatmineralet som inneholder zirkonium kalles zirkon, som har vært verdsatt som en halv-edelsten siden antikken. Den viser en rik palett av farger som spenner fra oransje-rødt og gyllent-gult til fargeløst og brunlig-grønt, og har særlig blitt utvunnet på øya Sri Lanka i det gamle Indiahavet. Ordet "zirkon" sies å stamme fra det persiske "Zargun", som betyr "gylden" - en referanse til den blendende glansen til visse zirkon-edelstener. Fargeløs zirkon, når den er kuttet, kan gnistre med en glans som minner om diamanter, og i lang tid ble det til og med forvekslet med en type "myk diamant".
Det var først i 1789 at zirkon ble hevet fra edelsten til grunnstoff, takket være et eksperiment av den tyske kjemikeren Martin Heinrich Klaproth. Ved å smelte zirkon med natriumhydroksid og behandle det med saltsyre, oppdaget han til slutt et tidligere ukjent oksid, som han kalte "zirconia." Senere, i 1824, produserte den svenske kjemikeren Jöns Jacob Berzelius først metallisk zirkonium, men det var først i 1925 at rent, formbart metallisk zirkonium virkelig ble oppnådd.
Den sølv-grå "All-Rounder"
Rent metallisk zirkonium er et skinnende sølv-grå stoff som ligner stål i utseende. Smeltepunktet er så høyt som 1855 grader, og kokepunktet når 4409 grader -, noe som betyr at ved temperaturer der de fleste metaller for lengst har smeltet, forblir zirkonium urokkelig.
Zirkonium har tre bemerkelsesverdige talenter:
For det første dens "usårbare" korrosjonsbestandighet. Zirkonium er eksepsjonelt motstandsdyktig mot de fleste syrer, alkalier og sjøvann, med vanlige syre- og alkalivannløsninger som knapt kan korrodere det. Denne egenskapen gjør det til et ideelt materiale for kjemisk utstyr - reaktorer, syre-pumper, varmevekslerrør, ventiler - overalt hvor det er nødvendig med korrosjonsbestandighet, er zirkonium ofte funnet.
For det andre, dens "imøtekommende" gass-absorberende evne. Ved oppvarming kan zirkonium absorbere store mengder oksygen, hydrogen, nitrogen og andre gasser. Bare 100 gram metallisk zirkonium kan absorbere 817 liter hydrogen ved 200 grader. Denne egenskapen er smart utnyttet i den elektriske vakuumindustrien - zirkonium er belagt på anodene til elektronrør for å absorbere restgasser, og produserer høy-vakuumrør.
For det tredje, dens "Midas touch" i legering. Zirkonium er hyllet som "vitaminet" i den metallurgiske industrien -. Tilsetning av bare en liten mengde kan forbedre materialegenskapene betydelig. Å tilsette en-tusendel zirkonium til stål øker dets styrke og hardhet betraktelig, noe som gjør zirkonium-holdig rustningsstål til et viktig materiale for produksjon av tanks og skuddsikre plater. Å tilsette litt zirkonium til kobber kan heve smeltepunktet uten at det går på bekostning av den elektriske ledningsevnen, noe som gjør den svært egnet for-høyspentledninger.
"Number One Metal" i kjernefysisk tidsalder
Hvis de ovennevnte bare er zirkoniums "sidelinjer", så er dens "hovedbeskjeftigelse" transformativ for landskapet av menneskelig energi.
Det som gjør zirkoniumlegeringer til det strukturelle kjernematerialet i atomreaktorer er en tilsynelatende paradoksal, men likevel avgjørende egenskap - et tverrsnitt med ekstremt lavt termisk nøytronabsorpsjon-. Enkelt sagt er nøytronene som produseres ved kjernefysisk fisjon "gnistene" som opprettholder kjedereaksjonen, men de fleste metaller absorberer nøytroner som en svamp som suger opp vann, og avbryter dermed reaksjonen. Zirkonium er imidlertid et unntak - det absorberer svært få nøytroner, samtidig som det tåler korrosjon fra høy-temperatur,-høytrykksvann ved 300–400 grader og opprettholder god kompatibilitet med kjernebrensel.
Det er nettopp denne kombinasjonen av fordeler som gjør at zirkoniumlegeringer kan fremstilles til lange, tynnveggede rør, som omslutter urandioksidbrenselpellets og fungerer som den første sikkerhetsbarrieren til en atomreaktor. Det er anslått at så mye som 90 % av globalt produsert zirkonium brukes i kjernekraftsektoren. Fra atomubåter til "Hualong One"-reaktoren forblir zirkoniumlegeringsrør en uunnværlig "atombrenselrustning."
