Uran, kemični element: zgodovina odkrivanja in reakcija jedrske fisije

Članek govori o tem, kdaj je bil odkrit tak kemijski element kot uran, in v kateri industriji se danes uporablja ta snov.

Uran je kemični element energetske in vojaške industrije

Vedno so ljudje poskušali najti zelo učinkovite vire energije in v najboljšem primeru - ustvariti tako imenovane stroj za stalno vožnjo. Na žalost, nezmožnost svojega obstoja teoretično dokazano in utemeljeno v XIX stoletju, vendar znanstveniki še nikoli izgubili upanje, da bi uresničili sanje neke vrste naprave, ki bi se lahko izda veliko število "čiste" energije za zelo dolgo časa.

Delno je bilo to uspešno izvedeno z odkritjem snovi, kot je uran. Kemični element s tem imenom je bil osnova za razvoj jedrskih reaktorjev, ki danes zagotavljajo energijo celotnim mestom, podmornicam, polarnim ladjam in tako naprej. Res je, da se njihova energija ne more imenovati "čista", v zadnjih letih pa mnoga podjetja razvijajo kompaktne "atomske baterije", ki temeljijo na tritiju za široko prodajo - nimajo gibljivih delov in so varni za zdravje.

Vendar bomo v tem članku natančno razpravljali o zgodovini odkrivanja kemijskega elementa, imenovanega urana, in o fisijski reakciji njenih jeder.

Opredelitev

Uran je kemijski element, ki ima atomsko število 92 v periodični tabeli Mendelejeva. Atomska masa je 238,029. Označena je s simbolom U. V normalnih razmerah je gosta, težka kovina srebrne barve. Če govorimo o svoji radioaktivnosti, potem je uran sam element s šibko radioaktivnostjo. Prav tako nima popolnoma stabilnih izotopov. Najstabilnejši od obstoječih izotopov pa je uran-338.

S tem, kar predstavlja ta element, smo ugotovili, zdaj pa bomo preučili zgodovino njenega odkritja.

Zgodovina

Takšna snov kot naravni uranov oksid je znana ljudem že od antičnih časov, njegovi starodavni mojstri pa so uporabljali glazuro, prekrito z različno keramiko, za vodotesnost plovil in drugih izdelkov ter njihovo dekoracijo.

Pomemben datum v zgodovini odkritja tega kemijskega elementa je bil 1789. Takrat je kemik in nemško po poreklu Martin Klaproth uspelo pridobiti prvi kovinski uran. In novi element je prejel ime v čast odprtega planeta osem let prej.

Skoraj 50 let, dobimo pa je uran šteje čista kovina, pa je leta 1840 francoski kemik Eugene-Peligot Melkor je uspelo dokazati, da je material, pridobljen s Klaproth, čeprav ustreznih zunanjih znakih, ne kovine in uranovega oksida. Malo kasneje je isti Peligo prejel pravi uran - zelo težka kovina sive barve. Nato je bila najprej določena atomska masa snovi, kot je uran. Kemični element je postavljen Dimitrij Ivanovič Mendelejev v svoji znameniti periodnega sistema elementov leta 1874, s Mendelejev dvakrat podvojila atomske mase snovi. In šele 12 let kasneje, so se izkazale izkušnje, da je super kemik V svojih izračunih se nisem zmotil.

Radioaktivnost

Toda pravi interes v tem širokem okviru znanstvene skupnosti se je začela leta 1896, ko je Becquerel odkril, da uran oddaja žarke, ki so poimenovane po raziskovalcu - Becquerel žarke. Kasneje je eden od najbolj znanih znanstvenikov na tem področju - Maria Curie, imenoval radioaktivnost tega pojava.

Naslednji pomemben datum v študiji urana se šteje za leto 1899: tedaj je Rutherford odkril, da je sevanje urana nehomogeno in je razdeljeno na dve vrsti - alfa in beta žarke. Leto kasneje je Paul Villar (Viillard) odkril tretjo, zadnjo vrsto radioaktivnega sevanja, ki smo ga poznali doslej, tako imenovane gama žarke.

Sedem let pozneje, leta 1906, Rutherford, ki temelji njegova teorija o radioaktivnosti opravili prve poskuse, katerih namen je bil ugotoviti starost različnih mineralov. Te študije so se začele, vključno z oblikovanjem teorije in prakse radiokarbonske analize.

Fisija jeder urana

Toda morda je najpomembnejše odkritje, zaradi katerega se je široko izkoriščanje in bogatenje urana začelo v mirne in vojaške namene, je proces jedrska cepitev uran. To se je zgodilo leta 1938, odkritje so izvedle sile nemških fizikov Otto Gane in Fritza Strassmanna. Kasneje je ta teorija prejela znanstveno potrditev v delih več nemških fizikov.

Mehanizem, ki so jih odkrili, je bil naslednji: če je jedro obsevanih uran 235 izotop nevtron, potem prijema prost nevtron, se začne deliti. In, kot vsi zdaj vemo, tem procesu spremlja dodeljevanje ogromne količine energije. To je predvsem posledica kinetične energije same sevanje in fragmentov jedra. Zdaj vemo, kako poteka fisija jedra urana.

Odkritje tega mehanizma in njegovih rezultatov je izhodišče za uporabo urana za mirne in vojaške namene.

Če govorimo o njegovi uporabi za vojaške namene, za prvič teorijo, ki lahko ustvari pogoje za tak postopek, kot neprekinjen reakcijo cepitve urana (kot bi ogrozili jedrske bombe zahteva ogromno energije), ki jih sovjetske fizikov Zeldovich in Khariton izkazal. Toda za ustvarjanje takega odziva je potrebno obogatiti uran, saj v običajnem stanju nima potrebnih lastnosti.

Seznanili smo se z zgodovino tega elementa, zdaj bomo razumeli, kje se uporablja.

Uporaba in vrste izotopov urana

Po odkritju takega procesa kot reakcije verige delitev urana, fiziki začeli dvomiti, kje ga uporabiti.

Obstajajo dve glavni smeri, kjer se uporabljajo uranovi izotopi. To je mirna (ali energetska) industrija in vojaška. Prva in druga uporabljata fisijsko reakcijo izotopskih jeder urana-235, le izhodna moč je drugačna. Preprosto rečeno, v atomskem reaktorju ni treba ustvarjati in vzdrževati tega postopka z enako zmogljivostjo, kot je potrebna za eksplozijo jedrske bombe.

Torej so bile naštete glavne veje, v katerih je uporabljena reakcija urana.

Toda dobili izotopa urana-235 - je zelo težko in drago tehnološki problem, in ne more vsaka država privošči izgradnjo predelovalnih obratov. Na primer, za dvajset ton urana goriva, pri čemer se bo vsebnost urana 235 izotopa biti med 3-5%, to zahteva več kot 153 ton, obogatenega naravnega, "surovo" urana.

Izotopski uran-238 se v glavnem uporablja v konstruktivni shemi jedrskega orožja, da bi povečal svojo moč. Tudi, ko ga zajame nevtron sledi procesu beta razpadu tega izotopa lahko sčasoma pretvori v plutonija-239 - skupno goriva za večino današnjih jedrskih reaktorjev.

Kljub vsem pomanjkljivostim takšnih reaktorjev (visoki stroški, kompleksnost storitve, nevarnost neuspeha) se njihovo delovanje zelo hitro izplača in proizvajajo neprimerljivo več energije kot klasične termične ali hidroelektrarne.

Tudi reakcija fisije jedrskega urana je omogočila nastanek jedrskega orožja za množično uničevanje. Odlikuje ga ogromna moč, relativna kompaktnost in dejstvo, da lahko velika zemljišča naredijo neprimerne za bivanje. Res je, da sodobno atomsko orožje uporablja plutonij, ne uran.

Osiromašeni uran

Obstaja tudi vrsta urana, ki je izčrpan. Ima zelo nizko stopnjo radioaktivnosti, kar pomeni, da to ni nevarno za ljudi. Uporablja se ponovno v vojaški sferi, na primer, je dodan v oklep ameriškega tankerja Abrams, da bi mu dal dodatno utrdbo. Poleg tega v skoraj vseh visokotehnoloških vojskah najdete različne lupine z osiromašenim uranom. Poleg visoke mase imajo še eno zelo zanimivo lastnost: po uničenju projektila, njegovi delci in kovinski prah se sami vnamejo. In mimogrede, prvič je bila taka lupina uporabljena med drugo svetovno vojno. Kot smo videli, je uran je element, ki se uporablja na različnih področjih človeške dejavnosti.

Zaključek

Znanstveniki napovedujejo, da bo približno 2030 vse večje uranove depope popolnoma izčrpane, po tem pa se bo začela razvijati težko dosežene plasti, cena pa se bo povečala. Mimogrede, ona sama uranove rude je popolnoma neškodljivo za ljudi - nekateri rudarji delajo na izkopavanju s celimi generacijami. Zdaj smo razumeli zgodovino odkrivanja tega kemijskega elementa in kako se uporablja fisijska reakcija njegovih jeder.

Mimogrede, zanimivo dejstvo je znano - uranove spojine že dolgo uporabljajo kot barve za porcelan in steklo (tako imenovani uranovo steklo) do leta 1950.