Artikkelissa kerrotaan, milloin sellainen kemiallinen alkuaine kuin uraani löydettiin ja millä teollisuudenaloilla tätä ainetta käytetään meidän aikanamme.
Uraani on kemiallinen alkuaine energia- ja sotilasteollisuudessa
Ihmiset ovat aina yrittäneet löytää erittäin tehokkaita energialähteitä ja ihannetapauksessa - luoda niin sanotun ikuisen liikkeen. Valitettavasti sen olemassaolon mahdottomuus todistettiin ja perusteltiin teoreettisesti jo 1800-luvulla, mutta tutkijat eivät silti koskaan menettäneet toivoaan toteuttaa unelmansa jonkinlaisesta laitteesta, joka pystyisi tuottamaan suuren määrän "puhdasta" energiaa pitkään.
Osittain tämä toteutui, kun löydettiin sellainen aine kuin uraani. Tämän nimen kemiallinen alkuaine muodosti perustan ydinreaktorien kehitykselle, jotka nykyaikanamme tarjoavat energiaa kokonaisille kaupungeille, sukellusveneille, napa-aluksille ja niin edelleen. Tosin niiden energiaa ei voida kutsua "puhtaaksi", mutta viime vuosina monet yritykset ovat kehittäneet kompakteja tritiumpohjaisia "atomiakkuja" laajaan myyntiin - niissä ei ole liikkuvia osia ja ne ovat turvallisia terveydelle.
Tässä artikkelissa analysoimme kuitenkin yksityiskohtaisesti kemiallisen alkuaineen löytämisen historiaanimeltä uraani ja sen ytimien fissioreaktio.
Määritelmä
Uraani on kemiallinen alkuaine, jonka atominumero on 92 Mendelejevin jaksollisessa taulukossa. Sen atomimassa on 238 029. Se on merkitty symbolilla U. Normaaliolosuhteissa se on tiheä, raskas hopeametalli. Jos puhumme sen radioaktiivisuudesta, niin uraani itsessään on alkuaine, jolla on heikko radioaktiivisuus. Se ei myöskään sisällä täysin stabiileja isotooppeja. Ja stabiilin olemassa olevista isotoopeista on uraani-338.
Otimme selville, mikä tämä elementti on, ja katsotaan nyt sen löytöhistoriaa.
Historia
Sellainen aine kuin luonnonuraanioksidi on ollut ihmisten tiedossa muinaisista ajoista lähtien, ja muinaiset käsityöläiset käyttivät sitä lasitteen valmistamiseen, jota käytettiin erilaisten astioiden ja muiden tuotteiden vedenpitävyyden parantamiseen tarkoitetun keramiikan päällystykseen. koristeet.
Vuosi 1789 oli tärkeä päivämäärä tämän kemiallisen alkuaineen löytämisen historiassa. Silloin kemisti ja saksalaissyntyinen Martin Klaproth pystyi saamaan ensimmäisen metallisen uraanin. Ja uusi alkuaine sai nimensä kahdeksan vuotta aiemmin löydetyn planeetan kunniaksi.
Lähes 50 vuoden ajan tuolloin saatua uraania pidettiin puhtaana metallina, mutta vuonna 1840 ranskalainen kemisti Eugene-Melchior Peligot pystyi osoittamaan, että Klaprothin hankkima materiaali sopivista ulkoisista merkeistä huolimatta, ei ollut lainkaan metallia, vaan uraanioksidia. Hieman myöhemmin saman Peligo saitodellinen uraani on erittäin raskas harmaa metalli. Silloin määritettiin ensimmäisen kerran uraanin k altaisen aineen atomipaino. Dmitri Mendelejev asetti kemiallisen alkuaineen vuonna 1874 kuuluisaan alkuaineiden jaksolliseen taulukkoonsa, ja Mendelejev kaksinkertaisti aineen atomipainon kahdesti. Ja vasta 12 vuotta myöhemmin todistettiin kokeellisesti, että suuri kemisti ei erehtynyt laskelmissaan.
Radioaktiivisuus
Mutta todella laaja kiinnostus tätä elementtiä kohtaan tiedeyhteisössä alkoi vuonna 1896, kun Becquerel havaitsi tosiasian, että uraani lähettää säteitä, jotka nimettiin tutkijan mukaan - Becquerel-säteet. Myöhemmin yksi alan tunnetuimmista tutkijoista, Marie Curie, kutsui tätä ilmiötä radioaktiiviseksi.
Seuraavana tärkeänä päivämääränä uraanin tutkimuksessa pidetään vuotta 1899: silloin Rutherford huomasi, että uraanin säteily on epähomogeenista ja jakautuu kahteen tyyppiin - alfa- ja beetasäteisiin. Ja vuotta myöhemmin Paul Villar (Villard) löysi kolmannen, viimeisen meille nykyään tunteman radioaktiivisen säteilyn tyypin - niin sanotut gammasäteet.
Seitsemän vuotta myöhemmin, vuonna 1906, Rutherford suoritti radioaktiivisuusteoriansa perusteella ensimmäiset kokeet, joiden tarkoituksena oli määrittää eri mineraalien ikä. Nämä tutkimukset loivat pohjan muun muassa radiohiilianalyysin teorian ja käytännön muodostumiselle.
Uraaniytimien fissio
Mutta ehkä tärkein löytö, jonka ansiostalaajalle levinnyt uraanin louhinta ja rikastus sekä rauhanomaisiin että sotilaallisiin tarkoituksiin on uraaniytimien fissioprosessi. Se tapahtui vuonna 1938, löydön tekivät saksalaiset fyysikot Otto Hahn ja Fritz Strassmann. Myöhemmin tämä teoria sai tieteellisen vahvistuksen useiden saksalaisten fyysikkojen töissä.
Heidän löytämän mekanismin ydin oli seuraava: jos säteilytät uraani-235-isotoopin ytimen neutronilla, se alkaa jakaantua vangitessaan vapaan neutronin. Ja kuten me kaikki nyt tiedämme, tähän prosessiin liittyy v altavan määrän energian vapautuminen. Tämä tapahtuu pääasiassa itse säteilyn ja ytimen fragmenttien kineettisen energian vuoksi. Joten nyt tiedämme kuinka uraanin fissio tapahtuu.
Tämän mekanismin ja sen tulosten löytäminen on lähtökohta uraanin käytölle sekä rauhanomaisiin että sotilaallisiin tarkoituksiin.
Jos puhumme sen käytöstä sotilaallisiin tarkoituksiin, niin ensimmäistä kertaa teoria, jonka mukaan on mahdollista luoda olosuhteet sellaiselle prosessille kuin jatkuva uraaniytimen fissioreaktio (koska räjähtämiseen tarvitaan v altavasti energiaa ydinpommi) osoittivat Neuvostoliiton fyysikot Zeldovich ja Khariton. Mutta tällaisen reaktion aikaansaamiseksi uraania on rikastettava, koska sillä ei normaalitilassa ole tarvittavia ominaisuuksia.
Tutusimme tämän elementin historiaan, nyt selvitetään missä sitä käytetään.
Uraani-isotooppien käyttötarkoitukset ja tyypit
Uraanin ketjufissioreaktion k altaisen prosessin keksimisen jälkeen fyysikot joutuivat kysymään, missä sitä käytetään?
Tällä hetkellä uraani-isotooppeja käytetään kahdella pääalueella. Tämä on rauhanomainen (tai energia) teollisuus ja sotilas. Sekä ensimmäinen että toinen käyttävät uraani-235-isotoopin ydinfissioreaktiota, vain lähtöteho eroaa. Yksinkertaisesti sanottuna ydinreaktorissa ei ole tarvetta luoda ja ylläpitää tätä prosessia samalla teholla, joka tarvitaan ydinpommin räjähdyksen suorittamiseen.
Joten tärkeimmät toimialat, joilla uraanin fissioreaktiota käytetään, lueteltiin.
Mutta uraani-235-isotoopin hankkiminen on erittäin monimutkainen ja kallis teknologinen tehtävä, eikä kaikilla osav altioilla ole varaa rakentaa rikastuslaitoksia. Esimerkiksi kahdenkymmenen tonnin uraanipolttoaineen saamiseksi, jossa uraani 235 isotoopin pitoisuus on 3-5 %, on rikastettava yli 153 tonnia luonnon "raaka" uraania.
Uraani-238-isotooppia käytetään pääasiassa ydinaseiden suunnittelussa niiden tehon lisäämiseksi. Lisäksi, kun se vangitsee neutronin, jota seuraa beetahajoamisprosessi, tämä isotooppi voi lopulta muuttua plutonium-239:ksi – yleiseksi polttoaineeksi useimmissa nykyaikaisissa ydinreaktoreissa.
Kaikista tällaisten reaktoreiden puutteista huolimatta (korkeat kustannukset, ylläpidon monimutkaisuus, onnettomuusvaara) niiden toiminta maksaa itsensä takaisin hyvin nopeasti, ja ne tuottavat verrattomasti enemmän energiaa kuin klassiset lämpö- tai vesivoimalaitokset.
Myös uraanin ytimen fissioreaktio mahdollisti joukkotuhoaseiden luomisen. Se erottuu v altavasta vahvuudestaan, suhteellisestatiiviys ja se, että se pystyy tekemään suurista maa-alueista ihmisasutukseen soveltumattomia. Totta, nykyaikaisissa atomiaseissa käytetään plutoniumia, ei uraania.
Kyhdytetty uraani
On myös olemassa erilaisia köyhdytettyä uraania. Sillä on erittäin alhainen radioaktiivisuus, mikä tarkoittaa, että se ei ole vaarallinen ihmisille. Sitä käytetään uudelleen sotilaallisella alalla, esimerkiksi se lisätään amerikkalaisen Abrams-tankin panssariin antamaan sille lisävoimaa. Lisäksi lähes kaikista korkean teknologian armeijoista löytyy erilaisia köyhdytettyä uraania sisältäviä kuoria. Suuren massansa lisäksi niillä on toinen erittäin mielenkiintoinen ominaisuus - ammuksen tuhoutumisen jälkeen sen palaset ja metallipöly syttyvät itsestään. Ja muuten, ensimmäistä kertaa tällaista ammusta käytettiin toisen maailmansodan aikana. Kuten näemme, uraani on alkuaine, jota on käytetty monilla ihmisen toiminnan aloilla.
Johtopäätös
Tutkijoiden ennusteiden mukaan vuoden 2030 tienoilla kaikki suuret uraaniesiintymät ehtyvät kokonaan, minkä jälkeen alkaa sen vaikeapääsyisten kerrosten kehittyminen ja hinta nousee. Muuten, uraanimalmi itsessään on täysin vaaraton ihmisille - jotkut kaivostyöläiset ovat työstäneet sen louhintaa sukupolvien ajan. Nyt olemme selvittäneet tämän kemiallisen alkuaineen löytämisen historian ja sen, kuinka sen ytimien fissioreaktiota käytetään.
Muuten, tiedetään mielenkiintoinen tosiasia - uraaniyhdisteitä on käytetty pitkään posliinin maaleina jalasi (ns. uraanilasi) 1950-luvulle asti.
