אם היו אומרים לך שמינרל המסוגל ללטש לאבן חן מסנוורת משמש גם כגיבור הבלתי מפורסם ששומר על תחנות כוח גרעיניות בבטחה, היית מתקשה להאמין? זירקוניום, יסוד מספר. 40 בטבלה המחזורית, הוא בדיוק "שחקן תפקידים כפול" שכזה שמשתלב בין עולמות דלפקי התכשיטים והכורים הגרעיניים.
מ"אבן יקינתון" לאלמנט כימי
הסיפור של זירקוניום מתחיל באבן יפה. מינרל הסיליקט הטבעי המכיל זירקוניום נקרא זירקון, שזכה להערכה כאבן חן-למחצה יקרה מאז ימי קדם. הוא מציג פלטת צבעים עשירה, החל מכתום -אדום וזהוב-צהוב לירוק חסר צבע וחום-, והוא נכרה במיוחד באי סרי לנקה באוקיינוס ההודי העתיק. אומרים שהמילה "זרקון" נובעת מהפרסית "זרגון", כלומר "זהוב" -, התייחסות לזוהר המסנוור של אבני חן מסוימות של זירקון. זירקון חסר צבע, כשהוא חתוך, יכול לנצנץ עם ברק המזכיר יהלומים, ובמשך זמן רב הוא אפילו טעה כסוג של "יהלום רך".
רק בשנת 1789 הועלה הזרקון מאבן חן ליסוד, הודות לניסוי של הכימאי הגרמני מרטין היינריך קלפרוט. על ידי מיזוג זירקון עם נתרן הידרוקסיד וטיפול בו בחומצה הידרוכלורית, הוא גילה בסופו של דבר תחמוצת שלא הייתה ידועה בעבר, שאותה כינה "זירקוניה". מאוחר יותר, בשנת 1824, הכימאי השבדי יונס יעקב ברזליוס ייצר לראשונה זירקוניום מתכתי, אך רק בשנת 1925 הושג באמת זירקוניום מתכתי טהור וגמיש.
ה"כל-עגול" הכסוף-האפור
זירקוניום מתכתי טהור הוא כסף מבריק-אפור מוצק הדומה לפלדה במראהו. נקודת ההיתוך שלו היא עד 1,855 מעלות, ונקודת הרתיחה שלו מגיעה ל-4,409 מעלות - כלומר בטמפרטורות שבהן רוב המתכות נמסו זה מכבר, הזירקוניום נשאר בלתי נכנע.
זירקוניום מתגאה בשלושה כשרונות מדהימים:
ראשית, עמידות הקורוזיה ה"בלתי פגיעה" שלו. זירקוניום עמיד במיוחד לרוב החומצות, האלקליות ומי הים, כאשר תמיסות מימיות חומצה ואלקליות רגילות בקושי מסוגלות לשתות אותו. תכונה זו הופכת אותו לחומר אידיאלי עבור ציוד כימי - כורים, משאבות עמידות לחומצות-, צינורות מחליפי חום, שסתומים - בכל מקום בו יש צורך בעמידות בפני קורוזיה, זירקוניום נמצא לעתים קרובות.
שנית, יכולת ספיגת הגז-ה"מכילה". כאשר הוא מחומם, זירקוניום יכול לספוג כמויות גדולות של חמצן, מימן, חנקן וגזים אחרים. רק 100 גרם של זירקוניום מתכתי יכול לספוג 817 ליטר מימן ב-200 מעלות. תכונה זו מנוצלת בחוכמה בתעשיית הוואקום החשמלי - זירקוניום מצופה על האנודות של צינורות אלקטרונים כדי לספוג שאריות גזים, מה שיוצר צינורות ואקום גבוהים-.
שלישית, "מגע Midas" שלו בסגסוגת. זירקוניום נחשב ל"ויטמין" של תעשיית המתכות - הוספת כמות זעירה בלבד יכולה לשפר משמעותית את תכונות החומר. הוספת-אלף זירקוניום לפלדה משפרת מאוד את החוזק והקשיחות שלה, מה שהופך את פלדת השריון המכילה זירקוניום-לחומר חשוב לייצור טנקים ולוחות חסיני כדורים. הוספת מעט זירקוניום לנחושת יכולה להעלות את נקודת ההיתוך שלה מבלי לפגוע במוליכות החשמלית, מה שהופך אותו למתאים מאוד לקווי מתח גבוה-.
"המתכת מספר אחת" של העידן הגרעיני
אם האמור לעיל הוא רק "הצד של זירקוניום", אז "העיסוק העיקרי" שלו הוא גורם טרנספורמטיבי עבור נוף האנרגיה האנושית.
מה שהופך סגסוגות זירקוניום לחומר המבני הליבה של כורים גרעיניים הוא מאפיין לכאורה פרדוקסלי אך מכריע - חתך קליטת נויטרונים תרמית נמוכה ביותר-. במילים פשוטות, הנייטרונים המיוצרים מביקוע גרעיני הם ה"ניצוצות" המקיימים את תגובת השרשרת, אך רוב המתכות סופגות נויטרונים כמו ספוג שסופג מים, ובכך מפריעות לתגובה. זירקוניום, לעומת זאת, הוא יוצא דופן - הוא סופג מעט מאוד נויטרונים, ובו זמנית עומד בפני קורוזיה ממים-בטמפרטורה גבוהה,-בלחץ גבוה ב-300-400 מעלות ושומר על תאימות טובה לדלק גרעיני.
שילוב זה של יתרונות הוא זה שמאפשר לייצר סגסוגות זירקוניום לצינורות ארוכים ודקים-, המכילים כדורי דלק של אורניום דו חמצני ומשמשים כמחסום הבטיחות הראשון של כור גרעיני. ההערכה היא כי עד 90% מהזירקוניום המיוצר בעולם משמש במגזר האנרגיה הגרעינית. מצוללות גרעיניות ועד לכור "Hualong One", צינורות חיפוי מסגסוגת זירקוניום נותרו "שריון דלק גרעיני" הכרחי.
