uraan (keemiline element) uraan (keemiline element)
URAAN (lat. Uranium), U (loe "uraan"), radioaktiivne keemiline element aatomnumbriga 92, aatommass 238,0289. Aktinoid. Looduslik uraan koosneb kolme isotoobi segust: 238U, 99,2739%, poolestusajaga T 1/2 \u003d 4,51 10 9 aastat, 235 U, 0,7024%, poolestusajaga T 1/2 \u003d 7,13 10 8 aastat, 234 U, 0,0057%, poolestusajaga T 1/2 = 2,45 10 5 aastat. 238 U (uraan-I, UI) ja 235 U (aktinouraan, AcU) on radioaktiivse seeria asutajad. 11 kunstlikult toodetud radionukliidist massinumbritega 227–240 on pikaealised 233 U ( T 1/2 \u003d 1,62 10 5 aastat), saadakse tooriumi neutronkiirgusega (cm. TOORIUM).
Kolme välise elektronikihi konfiguratsioon 5 s 2
lk 6
d 10 f 3 6s 2
lk 6
d 1 7 s 2
, viitab uraan f-elemendid. See asub elementide perioodilise tabeli 7. perioodi IIIB rühmas. Ühendites on sellel oksüdatsiooniastmed +2, +3, +4, +5 ja +6, valentsid II, III, IV, V ja VI.
Uraani neutraalse aatomi raadius on 0,156 nm, ioonide raadius: U 3 + - 0,1024 nm, U 4 + - 0,089 nm, U 5 + - 0,088 nm ja U 6+ - 0,083 nm. Aatomi järjestikuse ionisatsiooni energiad on 6,19, 11,6, 19,8, 36,7 eV. Elektronegatiivsus Paulingu järgi (cm. PAULING Linus) 1,22.
Avastamise ajalugu
Uraani avastas 1789. aastal saksa keemik M. G. Klaproth (cm. KLAPROT Martin Heinrich) mineraali "tõrva segu" uurimisel. Nimetatud planeedi Uraani järgi, mille avastas W. Herschel (cm. HERSHEL) aastal 1781. Metallilises olekus uraani hankis 1841. aastal prantsuse keemik E. Peligot. (cm. PELIGO Eugene Melchior) UCl 4 redutseerimisel metallilise kaaliumiga. Uraani radioaktiivsed omadused avastas 1896. aastal prantslane A. Becquerel (cm. Becquerel Antoine Henri).
Algselt määrati uraani aatommassiks 116, kuid 1871. aastal D. I. Mendelejev (cm. MENDELEEV Dmitri Ivanovitš) jõudis järeldusele, et seda tuleks kahekordistada. Pärast elementide avastamist aatomnumbritega 90–103 avastas Ameerika keemik G. Seaborg (cm. SEABORG Glenn Theodore) jõudis järeldusele, et need elemendid (aktiniidid) (cm. aktinoidid)õigem on paigutada perioodilisussüsteemi samasse lahtrisse elemendiga nr 89 aktiinium. See paigutus on tingitud asjaolust, et aktiniidid läbivad 5 f- elektrooniline alamtase.
Looduses olemine
Uraan on maakoore graniidikihi ja settekihi iseloomulik element. Maakoore sisaldus on 2,5 10 -4 massiprotsenti. Merevees on uraani kontsentratsioon alla 10–9 g/l, kokku sisaldab merevesi 10 9–10 10 tonni uraani. Uraani vabal kujul maakoores ei leidu. Uraanimineraale on teada umbes 100, neist olulisemad on pigisegu U 3 O 8, uraniniit (cm. URANIIT)(U,Th)O 2, uraanivaigu maak (sisaldab muutuva koostisega uraanoksiide) ja tüüjamuniit Ca[(UO 2) 2 (VO 4) 2] 8H 2 O.
Kviitung
Uraani saadakse uraanimaakidest, mis sisaldavad 0,05-0,5% U. Uraani ekstraheerimine algab kontsentraadi valmistamisega. Maagid leostatakse väävel-, lämmastikhappe- või leeliselahustega. Saadud lahus sisaldab alati teiste metallide lisandeid. Uraani eraldamisel neist kasutatakse nende redoks-omaduste erinevusi. Redoksprotsesse kombineeritakse ioonivahetus- ja ekstraheerimisprotsessidega.
Saadud lahusest ekstraheeritakse uraan oksiidi või tetrafluoriidi UF 4 kujul metallotermilise meetodi abil:
UF 4 + 2Mg = 2MgF2 + U
Saadud uraan sisaldab vähesel määral boori lisandeid. (cm. BOR (keemiline element)),
kaadmium (cm. KAADMIUM) ja mõned muud elemendid, nn reaktorimürgid. Neelades tuumareaktori töötamise käigus tekkivaid neutroneid, muudavad nad uraani tuumakütusena kasutamiseks sobimatuks.
Lisanditest vabanemiseks lahustatakse metalliline uraan lämmastikhappes, saades uranüülnitraadi UO 2 (NO 3) 2 . Uranüülnitraat ekstraheeritakse vesilahusest tributüülfosfaadiga. Ekstraktist saadud puhastusprodukt muundatakse uuesti uraanoksiidiks või tetrafluoriidiks, millest saadakse taas metall.
Osa uraanist saadakse kasutatud tuumkütuse regenereerimisel reaktoris. Kõik uraani regenereerimise toimingud viiakse läbi eemalt.
Füüsilised ja keemilised omadused
Uraan on hõbevalge läikiv metall. Uraani metall esineb kolme allotroopilisena (cm. ALLOTROOPIA) modifikatsioonid. Kuni 669°C stabiilne a-modifikatsioon ortorombilise võrega, parameetrid a= 0,2854 nm, v= 0,5869 nm ja Koos\u003d 0,4956 nm, tihedus 19,12 kg / dm 3. Temperatuuridel 669 °C kuni 776 °C on b-modifikatsioon tetragonaalse võrega stabiilne (parameetrid a= 1,0758 nm, Koos= 0,5656 nm). Kuni sulamistemperatuurini 1135°C on kuupkehakeskse võrega g-modifikatsioon stabiilne ( a= 0,3525 nm). Keemistemperatuur 4200°C.
Metallilise uraani keemiline aktiivsus on kõrge. Õhus on see kaetud oksiidkilega. Uraani pulbrina on pürofooriline, uraani põlemisel ja paljude selle ühendite termilisel lagunemisel õhus tekib uraanoksiid U 3 O 8. Kui seda oksiidi kuumutatakse vesiniku atmosfääris (cm. VESINIK) temperatuuril üle 500 ° C tekib uraandioksiid UO 2:
U 3 O 8 + H 2 \u003d 3UO 2 + 2H 2 O
Kui uranüülnitraati UO 2 (NO 3) 2 kuumutada temperatuuril 500 °C, moodustub see lagunedes uraantrioksiidi UO 3 . Lisaks stöhhiomeetrilise koostisega uraanoksiididele UO 2, UO 3 ja U 3 O 8 on teada uraanoksiid koostisega U 4 O 9 ning mitmed metastabiilsed oksiidid ja muutuva koostisega oksiidid.
Uraanioksiidide sulatamisel teiste metallide oksiididega tekivad uraanid: K 2 UO 4 (kaaliumuranaat), CaUO 4 (kaltsiumuranaat), Na 2 U 2 O 7 (naatriumdiuranaat).
Suhtlemine halogeenidega (cm. HALOGEENID), uraan annab uraanhalogeniidid. Nende hulgas on UF 6 heksafluoriid kollane kristalne aine, mis sublimeerub kergesti isegi madalal kuumutamisel (40–60 °C) ja hüdrolüüsib sama hästi ka vee toimel. Kõige olulisem praktiline väärtus on uraanheksafluoriid UF 6 . See saadakse metallilise uraani, uraanioksiidide või UF 4 interaktsioonil fluori või fluorivate ainetega BrF 3 , CCl 3 F (freoon-11) või CCl 2 F 2 (freoon-12):
U 3 O 8 + 6CCl 2 F 2 = UF 4 + 3COCl 2 + CCl 4 + Cl 2
UF 4 + F 2 = UF 6
või
U 3 O 8 + 9F 2 \u003d 3UF 6 + 4O 2
Teada on fluoriide ja kloriide, mis vastavad uraani oksüdatsiooniastmetele +3, +4, +5 ja +6. Saadi uraanibromiidid UBr 3, UBr 4 ja UBr 5, samuti uraanijodiidid UI 3 ja UI 4. On sünteesitud uraani oksühalogeniide nagu UO 2 Cl 2 UOCl 2 jt.
Uraani interaktsioonil vesinikuga tekib uraanhüdriid UH 3, millel on kõrge keemiline aktiivsus. Kuumutamisel hüdriid laguneb, moodustades vesiniku ja pulbrilise uraani. Uraani paagutamisel booriga tekivad sõltuvalt reagentide molaarsuhtest ja protsessi tingimustest boriidid UB 2, UB 4 ja UB 12.
Süsinikega (cm. CARBON) uraan moodustab kolm karbiidi UC, U 2 C 3 ja UC 2 .
Uraani interaktsioon räniga (cm. RÄNI) Saadi silitsiidid U 3 Si, U 3 Si 2, USi, U 3 Si 5, USi 2 ja U 3 Si 2.
Saadud on uraanitriide (UN, UN 2, U 2 N 3) ja uraanfosfiide (UP, U 3 P 4, UP 2). Väävliga (cm. VÄÄVEL) uraan moodustab rea sulfiide: U 3 S 5, US, US 2, US 3 ja U 2 S 3.
Metalliline uraan lahustub HCl-s ja HNO 3-s ning reageerib aeglaselt H 2 SO 4 ja H 3 PO 4 -ga. Seal on soolad, mis sisaldavad uranüülkatiooni UO 2 2+ .
Vesilahustes on uraaniühendeid oksüdatsiooniastmes +3 kuni +6. U(IV)/U(III) paari standardne oksüdatsioonipotentsiaal - 0,52 V, U(V)/U(IV) paar 0,38 V, U(VI)/U(V) paar 0,17 V, paar U(VI)/ U(IV) 0,27. U 3+ ioon on lahuses ebastabiilne, U 4+ ioon on stabiilne õhu puudumisel. UO 2 + katioon on ebastabiilne ja lahuses on U 4+ ja UO 2 2+ ebaproportsionaalne. U 3+ ioonid on iseloomuliku punase värvusega, U 4+ ioonid on rohelised ja UO 2 2+ ioonid on kollased.
Lahustes on +6 oksüdatsiooniastmes uraaniühendid kõige stabiilsemad. Kõik lahuses olevad uraaniühendid on altid hüdrolüüsile ja komplekside moodustumisele, tugevaimad on U 4+ ja UO 2 2+ katioonid.
Rakendus
Uraanimetalli ja selle ühendeid kasutatakse peamiselt tuumareaktorites tuumakütusena. Tuumaelektrijaamade statsionaarsetes reaktorites kasutatakse väherikastatud uraani isotoopide segu. Kõrge rikastamise produkt on kiiretel neutronitel töötavates tuumareaktorites. 235 U on tuumarelvade tuumaenergia allikas. 238 U toimib sekundaarse tuumkütuse - plutooniumi - allikana.
Füsioloogiline toime
Mikrokogustes (10 -5 -10 -8%) leidub seda taimede, loomade ja inimeste kudedes. Seda akumuleeruvad suurimal määral mõned seened ja vetikad. Uraaniühendid imenduvad seedetraktis (umbes 1%), kopsudes - 50%. Peamised depood kehas: põrn, neerud, luustik, maks, kopsud ja bronhopulmonaalsed lümfisõlmed. Sisaldus inimeste ja loomade elundites ja kudedes ei ületa 10–7 aastat.
Uraan ja selle ühendid on väga mürgised. Eriti ohtlikud on uraani ja selle ühendite aerosoolid. Veeslahustuvate uraaniühendite aerosoolide puhul on MPC õhus 0,015 mg/m 3, uraani lahustumatute vormide puhul on MPC 0,075 mg/m 3 . Uraan mõjutab kehasse sattudes kõiki elundeid, olles raku üldine mürk. Uraani molekulaarne toimemehhanism on seotud selle võimega pärssida ensüümide aktiivsust. Esiteks on mõjutatud neerud (uriinis ilmuvad valgud ja suhkur, oliguuria). Kroonilise mürgistuse korral on võimalikud hematopoeetilised ja närvisüsteemi häired.
entsüklopeediline sõnaraamat. 2009 .
U (Uraan, uraan; O = 16 aatommassiga U = 240) suurima aatommassiga element; kõik elemendid on aatommassi järgi paigutatud vesiniku ja uraani vahele. See on perioodilise süsteemi VI rühma metallide alarühma raskeim liige (vt kroom, ... ... Entsüklopeediline sõnaraamat F.A. Brockhaus ja I.A. Efron
Uraan (U) Aatomarv 92 Lihtaine välimus Aatomi omadused Aatommass (moolaarmass) 238,0289 a. e.m (g / mol) ... Vikipeedia
Uraan (lat. Uranium), U, Mendelejevi perioodilisuse süsteemi III rühma radioaktiivne keemiline element, kuulub aktiniidide perekonda, aatomnumber 92, aatommass 238,029; metallist. Looduslik U. koosneb kolme isotoobi segust: 238U √ 99,2739% ... ... Suur Nõukogude entsüklopeedia
Uraan (keemiline element)- URAAN (Uranium), U, perioodilise süsteemi III rühma radioaktiivne keemiline element, aatomnumber 92, aatommass 238,0289; viitab aktiniididele; metall, st 1135 °C. Uraan on tuumaenergia (tuumakütus) põhielement, mida kasutatakse ... ... Illustreeritud entsüklopeediline sõnaraamat Vikipeedia
- (Kreeka urano taevas). 1) taevajumal, kreeka keeles jumalatest vanima Saturni isa. mütool. 2) haruldane metall, millel on puhtal kujul hõbedased lehed. 3) suur planeet, mille Herschel avastas aastal 1781. Võõrsõnade sõnastik, mis sisaldub ... ... Vene keele võõrsõnade sõnastik
Uraan:* Uraan (mütoloogia) Vana-Kreeka jumal. Gaia poeg * Päikesesüsteemi planeet Uraan * Uraan (muusikainstrument) Vana-türgi ja kasahhi puhkpill * Uraan (element) keemiline element * Operatsioon ... ... Wikipedia
- (Uraan), U, perioodilise süsteemi III rühma radioaktiivne keemiline element, aatomnumber 92, aatommass 238,0289; viitab aktiniididele; metall, st 1135 °C. Uraan on tuumaenergia (tuumakütus) põhielement, mida kasutatakse ... ... Kaasaegne entsüklopeedia
| U | 92 |
| 238,0289 | |
| 5f 3 6p 1 7s 2 | |
| Uraan | |
Uraan(vana nimi Uraania) on keemiline element, mille aatomnumber on 92 perioodilisuse süsteemis, aatommass 238,029; tähistatud sümboliga U ( Uraan), kuulub aktiniidide perekonda.
Isegi iidsetel aegadel (I sajand eKr) kasutati looduslikku uraanoksiidi keraamika kollase glasuuri valmistamiseks. Uraaniuuringud on arenenud nagu selle tekitatud ahelreaktsioon. Alguses saabus teave selle omaduste kohta, nagu ka ahelreaktsiooni esimesed impulsid, pikkade pausidega, igal üksikjuhul. Esimene oluline kuupäev uraani ajaloos on 1789. aasta, mil saksa loodusfilosoof ja keemik Martin Heinrich Klaproth taastas Saksi vaigumaagist ekstraheeritud kuldkollase "maa" musta metallitaoliseks aineks. Tollal teadaoleva kõige kaugema planeedi auks (mille avastas Herschel kaheksa aastat varem) nimetas Klaproth uut ainet elemendiks pidades seda uraaniks.
Viiskümmend aastat peeti Klaprothi uraani metalliks. Alles 1841. aastal tõestas Eugene Melchior Peligot - prantsuse keemik (1811-1890)], et vaatamata iseloomulikule metallilisele läikele ei ole Klaprothi uraan element, vaid oksiid. UO 2. 1840. aastal õnnestus Peligol saada ehtne uraan, terashall raskmetall, ja määrata selle aatommass. Järgmise olulise sammu uraani uurimisel tegi 1874. aastal D. I. Mendelejev. Tema väljatöötatud perioodilise süsteemi alusel paigutas ta uraani oma tabeli kõige kaugemasse lahtrisse. Varem loeti uraani aatommass võrdseks 120-ga. Suur keemik kahekordistas selle väärtuse. 12 aasta pärast kinnitasid Mendelejevi ennustust Saksa keemiku Zimmermanni katsed.
Uraani uurimine algas 1896. aastal: prantsuse keemik Antoine Henri Becquerel avastas kogemata Becquereli kiired, mille Marie Curie nimetas hiljem ümber radioaktiivsuseks. Samal ajal õnnestus prantsuse keemikul Henri Moissanil välja töötada meetod puhta metallilise uraani saamiseks. 1899. aastal avastas Rutherford, et uraanipreparaatide kiirgus on ebaühtlane, et on kahte tüüpi kiirgust – alfa- ja beetakiired. Nad kannavad erinevat elektrilaengut; aine ja ioniseerimisvõime poolest kaugel samast vahemikust. Veidi hiljem, 1900. aasta mais, avastas Paul Villard kolmanda kiirgustüübi – gammakiirguse.
Ernest Rutherford viis 1907. aastal läbi esimesed katsed, et määrata kindlaks mineraalide vanus radioaktiivse uraani ja tooriumi uurimisel tema koos Frederick Soddyga (Soddy, Frederick, 1877-1956; Nobeli keemiaauhind, 1921). 1913. aastal võttis F. Soddy kasutusele mõiste isotoobid(kreeka keelest ισος - "võrdne", "sama" ja τόπος - "koht") ning ennustas 1920. aastal, et isotoopide abil saab määrata kivimite geoloogilise vanuse. 1928. aastal taipas Niggot ja 1939. aastal lõi A.O.K. Nier (Nier, Alfred Otto Carl, 1911–1994) esimesed võrrandid vanuse arvutamiseks ja rakendas isotoopide eraldamiseks massispektromeetrit.
1939. aastal avastasid Frederic Joliot-Curie ning saksa füüsikud Otto Frisch ja Lisa Meitner tundmatu nähtuse, mis ilmneb uraani tuumaga, kui seda kiiritatakse neutronitega. Toimus selle tuuma plahvatuslik hävimine, mille käigus tekkisid uued uraanist palju kergemad elemendid. See hävitamine oli plahvatusohtlik, toodete killud olid tohutu kiirusega eri suundades laiali. Nii avastati nähtus, mida nimetatakse tuumareaktsiooniks.
Aastatel 1939-1940. Yu. B. Khariton ja Ya. B. Zel'dovich näitasid esimest korda teoreetiliselt, et loodusliku uraani vähesel rikastamisel uraan-235-ga on võimalik luua tingimused aatomituumade pidevaks lõhustumiseks, st. anda protsessile ahela iseloom.
Uraniniidi maak
Uraan on looduses laialt levinud. Uraaniklarki on 1,10-3% (massi järgi). Uraani kogust litosfääri 20 km paksuses kihis hinnatakse 1,3 10 14 tonnile.
Suurem osa uraani leidub suure sisaldusega happelistes kivimites räni. Märkimisväärne mass uraani on koondunud settekivimitesse, eriti orgaanilise ainega rikastatud kivimitesse. Uraani esineb suurtes kogustes lisandina tooriumis ja haruldaste muldmetallide mineraalides (ortiit, sfeen CaTiO 3, monasiit (La,Ce)PO 4, tsirkoon ZrSiO 4, ksenotiim YPO4 jne). Tähtsamad uraanimaagid on pigisegu (tõrvapigi), uraniniit ja karnotiit. Peamised mineraalid - uraani satelliidid on molübdeniit MoS 2, galeen PbS, kvarts SiO 2, kaltsiit CaCO 3, hüdromuskoviit jne.
| Mineraal | Mineraali põhikoostis | Uraanisisaldus, % |
|---|---|---|
| Uraniniit | UO 2, UO 3 + ThO 2, CeO 2 | 65-74 |
| Karnotiit | K 2 (UO 2) 2 (VO 4) 2 2H 2 O | ~50 |
| Casolite | PbO 2 UO 3 SiO 2 H 2 O | ~40 |
| Samarskit | (Y, Er, Ce, U, Ca, Fe, Pb, Th) (Nb, Ta, Ti, Sn) 2 O 6 | 3.15-14 |
| branneriit | (U, Ca, Fe, Y, Th) 3 Ti 5 O 15 | 40 |
| Tuyamunit | CaO 2UO 3 V 2 O 5 nH 2 O | 50-60 |
| zeyneriit | Cu(UO 2) 2 (AsO 4) 2 nH 2 O | 50-53 |
| Oteniit | Ca(UO 2) 2 (PO 4) 2 nH 2 O | ~50 |
| Schrekingeriit | Ca 3 NaUO 2 (CO 3) 3 SO 4 (OH) 9H 2 O | 25 |
| Ouranophanes | CaO UO 2 2SiO 2 6H 2 O | ~57 |
| Fergusoniit | (Y, Ce) (Fe, U) (Nb, Ta)O 4 | 0.2-8 |
| Torberniit | Cu(UO 2) 2 (PO 4) 2 nH 2 O | ~50 |
| kirstu | U(SiO4) 1-x (OH) 4x | ~50 |
Uraani peamised looduses leiduvad vormid on uraniniit, pigi (tõrvapigi) ja uraani must. Need erinevad ainult esinemisvormide poolest; esineb vanusesõltuvus: uraniniit esineb peamiselt iidsetes (eelkambriumi kivimites), pigi - vulkanogeensetes ja hüdrotermilistes - peamiselt paleosoikumides ja nooremates kõrg- ja kesktemperatuurilistes moodustistes; uraanimust - peamiselt noortes - tsenosoikumides ja nooremates moodustistes - peamiselt madalatemperatuurilistes settekivimites.
Uraani sisaldus maakoores on 0,003%, see esineb maapinna kihis nelja tüüpi ladestustena. Esiteks on need uraaniidi ehk pigi uraani veenid (uraanidioksiid UO2), mis on väga uraanirikkad, kuid haruldased. Nendega kaasnevad raadiumi ladestused, kuna raadium on uraani isotooplagunemise otsene saadus. Selliseid veene leidub Kanadas Zaire'is (Suur Karujärv), Tšehhi Vabariik ja Prantsusmaa. Teine uraani allikas on tooriumi ja uraanimaagi konglomeraadid koos teiste oluliste mineraalide maakidega. Konglomeraadid sisaldavad tavaliselt piisavas koguses ekstraheerimiseks kullast ja hõbedane, ja kaasnevad elemendid on uraan ja toorium. Nende maakide suuri maardlaid leidub Kanadas, Lõuna-Aafrikas, Venemaal ja Austraalia. Kolmandaks uraaniallikaks on settekivimid ja liivakivid, mis sisaldavad rohkesti mineraalset karnotiidi (kaaliumuranüülvanadaati), mis sisaldab lisaks uraanile märkimisväärses koguses vanaadium ja muud elemendid. Selliseid maake leidub lääneosariikides USA. Neljandaks maardlate allikaks on raud-uraani kiltkivid ja fosfaatmaagid. Kildadest leitud rikkalikud maardlad Rootsi. Mõned fosfaadimaagid Marokos ja Ameerika Ühendriikides sisaldavad märkimisväärses koguses uraani ja fosfaadimaardlaid Angola ja Kesk-Aafrika Vabariik on veelgi uraanirikkamad. Enamik ligniiti ja mõned kivisüsi sisaldavad tavaliselt uraani lisandeid. Põhja- ja Lõuna-Dakotas (USA) leitud uraanirikkaid pruunsöemaardlaid ning bituumensüsi Hispaania ja Tšehhi Vabariik
Looduslik uraan koosneb kolme segust isotoobid: 238 U – 99,2739% (poolväärtusaeg T 1/2 \u003d 4,468 × 10 9 aastat), 235 U - 0,7024% ( T 1/2 \u003d 7,038 × 10 8 aastat) ja 234 U - 0,0057% ( T 1/2 = 2,455 × 10 5 aastat). Viimane isotoop ei ole primaarne, vaid radiogeenne; see on osa radioaktiivsest seeriast 238 U.
Loodusliku uraani radioaktiivsus on tingitud peamiselt isotoopidest 238 U ja 234 U, tasakaaluolekus on nende eriaktiivsused võrdsed. Isotoobi 235 U eriaktiivsus looduslikus uraanis on 21 korda väiksem kui 238 U aktiivsus.
Teada on 11 uraani tehislikku radioaktiivset isotoopi massiarvuga 227–240. Pikima elueaga neist on 233 U. T 1/2 \u003d 1,62 × 10 5 aastat) saadakse tooriumi kiiritamisel neutronitega ja see on võimeline termiliste neutronitega spontaanselt lõhustuma.
Uraani isotoobid 238 U ja 235 U on kahe radioaktiivse seeria eellased. Nende seeriate viimased elemendid on isotoobid juhtima 206Pb ja 207Pb.
Looduslikes tingimustes levivad isotoobid peamiselt 234 U: 235 U : 238 U= 0,0054: 0,711: 99,283. Pool loodusliku uraani radioaktiivsusest tuleneb isotoobist 234 U. Isotoop 234 U moodustub lagunemisel 238 U. Kahe viimase puhul on erinevalt teistest isotoopide paaridest ja sõltumata uraani suurest migratsioonivõimest iseloomulik suhte geograafiline püsivus. Selle suhte väärtus sõltub uraani vanusest. Arvukad looduslikud mõõtmised näitasid selle ebaolulisi kõikumisi. Nii et rullides varieerub selle suhte väärtus standardi suhtes vahemikus 0,9959–1,0042, soolades - 0,996–1,005. Uraani sisaldavates mineraalides (nasturaan, must uraan, tsirtoliit, haruldaste muldmetallide maagid) on selle suhte väärtus vahemikus 137,30–138,51; pealegi ei ole tuvastatud erinevust vormide U IV ja U VI vahel; sfeenis - 138,4. Mõnes meteoriidis tuvastati isotoobipuudus 235 U. Selle madalaima kontsentratsiooni maismaatingimustes leidis Prantsuse teadlane Buzhigues Aafrikas Oklo linnast (maardla Gabonis) 1972. aastal. Seega sisaldab tavaline uraan 0,7025% uraani 235 U, samas kui Oklos väheneb see 0,557% -ni. See toetas hüpoteesi loodusliku tuumareaktori kohta, mis põhjustab isotoopide põlemist, mida ennustasid George W. Wetherill California ülikoolist ja Mark G. Inghram Chicago ülikoolist ning Paul K. Kuroda, keemik Paul K. Kuroda. Arkansas, kes kirjeldas protsessi 1956. aastal. Lisaks on samadest piirkondadest leitud looduslikke tuumareaktoreid: Okelobondost, Bangombest jt. Praegu on teada umbes 17 looduslikku tuumareaktorit.
Uraani tootmise esimene etapp on kontsentreerimine. Kivi purustatakse ja segatakse veega. Raske heljumi komponendid settivad kiiremini. Kui kivim sisaldab primaarseid uraanimineraale, sadestuvad need kiiresti: need on rasked mineraalid. Sekundaarsed uraani mineraalid on kergemad, sel juhul settib raske aheraine varem. (Kuid see pole kaugeltki alati päris tühi, see võib sisaldada palju kasulikke elemente, sealhulgas uraani).
Järgmine etapp on kontsentraatide leostumine, uraani viimine lahusesse. Rakendage happelist ja leelist leotamist. Esimene on odavam, kuna uraani ekstraheerimiseks kasutatakse väävelhapet. Aga kui lähteaines, nagu näiteks uraanis tõrva, uraan on neljavalentses olekus, siis see meetod ei ole rakendatav: neljavalentne uraan väävelhappes praktiliselt ei lahustu. Sel juhul tuleb kas kasutada leeliselist leostumist või uraani eeloksüdeerida kuuevalentseks olekuks.
Ärge kasutage happelist leostumist ja juhtudel, kui uraanikontsentraat sisaldab dolomiiti või magnesiiti, mis reageerib väävelhappega. Nendel juhtudel kasutatakse seebikivi (hüdroksiid naatrium).
Uraani maakidest leostumise probleem lahendatakse hapnikupuhastusega. Hapnikuvool juhitakse 150 °C-ni kuumutatud uraanimaagi ja sulfiidmineraalide segusse. Sel juhul tekib väävelmineraalidest väävelhape, mis uhub välja uraani.
Järgmises etapis tuleb uraan saadud lahusest valikuliselt eraldada. Kaasaegsed meetodid - ekstraheerimine ja ioonivahetus - võimaldavad seda probleemi lahendada.
Lahus ei sisalda mitte ainult uraani, vaid ka teisi katioone. Mõned neist käituvad teatud tingimustel samamoodi nagu uraan: neid ekstraheeritakse samade orgaaniliste lahustitega, sadestatakse samadele ioonvahetusvaikudele ja sadestuvad samadel tingimustel. Seetõttu tuleb uraani selektiivseks eraldamiseks kasutada palju redoksreaktsioone, et igas etapis vabaneda ühest või teisest soovimatust kaaslasest. Kaasaegsetel ioonivahetusvaikudel vabaneb uraan väga selektiivselt.
meetodid ioonivahetus ja ekstraheerimine need on head ka seetõttu, et võimaldavad kehvadest lahustest uraani üsna täielikult ekstraheerida (uraanisisaldus on kümnendikke grammi liitri kohta).
Pärast neid toiminguid viiakse uraan tahkesse olekusse - ühte oksiididest või UF 4 tetrafluoriidiks. Kuid see uraan tuleb veel puhastada lisanditest, millel on suur termilise neutronite püüdmise ristlõige - boor, kaadmium, hafnium. Nende sisaldus lõpptootes ei tohiks ületada sadat tuhandikku ja miljondikkuid protsenti. Nende lisandite eemaldamiseks lahustatakse kaubanduslikult puhas uraaniühend lämmastikhappes. Sel juhul moodustub uranüülnitraat UO 2 (NO 3) 2, mis tributüülfosfaadi ja mõne muu ainega ekstraheerimisel täiendavalt puhastatakse soovitud tingimusteni. Seejärel see aine kristalliseeritakse (või sadestatakse peroksiid UO 4 · 2H 2 O) ja hakkab ettevaatlikult süttima. Selle toimingu tulemusena moodustub uraantrioksiid UO 3, mis redutseeritakse vesinikuga UO 2-ks.
Uraandioksiidi UO 2 töödeldakse temperatuuril 430–600 °C kuiva vesinikfluoriidiga, et saada tetrafluoriid UF 4. Metallist uraani redutseeritakse sellest ühendist kasutades kaltsium või magneesium.
Uraan on väga raske, hõbevalge läikiv metall. Puhtal kujul on see terasest veidi pehmem, tempermalmist, painduv ja kergete paramagnetiliste omadustega. Uraanil on kolm allotroopset vormi: alfa (prismaatiline, stabiilne kuni 667,7 °C), beeta (nelinurkne, stabiilne 667,7 °C kuni 774,8 °C), gamma (kehakeskse kuupstruktuuriga 774, 8 °C kuni sulamispunkt).
Mõnede uraani isotoopide radioaktiivsed omadused (looduslikud isotoobid on eraldatud):
Uraani oksüdatsiooniaste võib olla +III kuni +VI. Uraani(III) ühendid moodustavad ebastabiilseid punaseid lahuseid ja on tugevad redutseerijad:
4UCl3 + 2H2O → 3UCl4 + UO2 + H2
Uraani(IV) ühendid on kõige stabiilsemad ja moodustavad rohelisi vesilahuseid.
Uraani(V) ühendid on vesilahuses ebastabiilsed ja kergesti ebaproportsionaalsed:
2UO 2 Cl → UO 2 Cl 2 + UO 2
Keemiliselt on uraan väga aktiivne metall. Õhus kiiresti oksüdeeruv, on kaetud sillerdava oksiidkilega. Peen uraanipulber süttib õhu käes spontaanselt, see süttib temperatuuril 150–175 °C, moodustades U 3 O 8 . 1000 °C juures ühineb uraan lämmastikuga, moodustades kollase uraannitriidi. Vesi on võimeline metalli korrodeerima, madalal temperatuuril aeglaselt ja kiiresti kõrgel temperatuuril, samuti uraanipulbri peeneks jahvatamisel. Uraan lahustub vesinikkloriid-, lämmastik- ja teistes hapetes, moodustades neljavalentseid sooli, kuid ei interakteeru leelistega. Uraan nihkub vesinik anorgaanilistest hapetest ja metallide soolalahustest nagu elavhõbe, hõbedane, vask, tina, plaatinajakullast. Tugeva raputamise korral hakkavad uraani metallosakesed hõõguma. Uraanil on neli oksüdatsiooniastet - III-VI. Kuuevalentsete ühendite hulka kuuluvad uraantrioksiid (uranüüloksiid) UO 3 ja uraankloriid UO 2 Cl 2. Uraantetrakloriid UCl 4 ja uraandioksiid UO 2 on neljavalentse uraani näited. Neljavalentset uraani sisaldavad ained on tavaliselt ebastabiilsed ja muutuvad pikaajalisel kokkupuutel õhuga kuuevalentseks uraaniks. Uranüülsoolad, nagu uranüülkloriid, lagunevad ereda valguse või orgaaniliste ainete juuresolekul.
Sellel on suurim rakendus isotoop uraan 235 U, milles on võimalik isemajandav tuumaahelreaktsioon. Seetõttu kasutatakse seda isotoopi kütusena tuumareaktorites, aga ka tuumarelvades. Isotoobi U 235 eraldamine looduslikust uraanist on keeruline tehnoloogiline probleem (vt isotoopide eraldamine).
Isotoop U 238 on võimeline lõhustuma suure energiaga neutronitega pommitamise mõjul, seda omadust kasutatakse termotuumarelvade võimsuse suurendamiseks (kasutatakse termotuumareaktsiooni käigus tekkivaid neutroneid).
Neutronite püüdmise tulemusena, millele järgneb β-lagunemine, saab 238 U muundada 239 Pu-ks, mida seejärel kasutatakse tuumakütusena.
Tooriumist reaktorites kunstlikult toodetud uraan-233 (toorium-232 püüab kinni neutroni ja muutub toorium-233-ks, mis laguneb protaktiinumiks-233 ja seejärel uraan-233-ks), võib tulevikus saada tavaliseks tuumaenergia tuumakütuseks. tehased (juba praegu on seda nukliidi kütusena kasutavad reaktorid, näiteks KAMINI Indias) ja aatomipommide tootmine (kriitiline mass umbes 16 kg).
Uraan-233 on ka kõige lootustandvam kütus gaasifaasi tuumarakettmootorite jaoks.
Uraani kasutamise põhiharuks on mineraalide ja kivimite vanuse määramine, et selgitada geoloogiliste protsesside järjekorda. Seda teevad geokronoloogia ja teoreetiline geokronoloogia. Samuti on oluline lahendada aine segunemise ja allikate probleem.
Ülesande lahendus põhineb radioaktiivse lagunemise võrranditel, mida kirjeldavad võrrandid.
kus 238 Uo, 235 Uo— uraani isotoopide kaasaegsed kontsentratsioonid; ; — lagunemiskonstandid vastavalt uraani aatomid 238 U ja 235 U.
Nende kombinatsioon on väga oluline:
.Tänu sellele, et kivimid sisaldavad erinevas kontsentratsioonis uraani, on neil erinev radioaktiivsus. Seda omadust kasutatakse kivimite valikul geofüüsikaliste meetoditega. Seda meetodit kasutatakse naftageoloogias kõige laialdasemalt kaevude metsaraie jaoks, see kompleks hõlmab eelkõige γ- või neutron-gamma-raiet, gamma-gamma-raiet jne. Nende abiga tehakse kindlaks veehoidlad ja tihendid.
Väike uraani lisamine annab klaasile (uraaniklaasile) kauni kollakasrohelise fluorestsentsi.
Värvimisel kasutati kollase pigmendina naatriumuranaati Na 2 U 2 O 7.
Uraaniühendeid kasutati värvidena portselanile maalimisel ning keraamiliste glasuuride ja emailide jaoks (värvides kollane, pruun, roheline ja must, olenevalt oksüdatsiooniastmest).
Mõned uraaniühendid on valgustundlikud.
20. sajandi alguses uranüülnitraat Seda kasutati laialdaselt negatiivide täiustamiseks ja positiivide (fotoprintide) pruuniks värvimiseks.
Uraan-235 karbiidi sulamis nioobiumkarbiidi ja tsirkooniumkarbiidiga kasutatakse tuumareaktiivmootorite kütusena (töövedelik on vesinik + heksaan).
Raua ja vaesestatud uraani sulameid (uraan-238) kasutatakse võimsate magnetostriktiivsete materjalidena.
vaesestatud uraan
Pärast 235U ja 234U looduslikust uraanist ekstraheerimist nimetatakse järelejäänud materjali (uraan-238) "vaesestatud uraaniks", kuna see on vaesestatud 235. isotoobis. Mõnede teadete kohaselt hoitakse USA-s umbes 560 000 tonni vaesestatud uraanheksafluoriidi (UF 6).
Vaesestatud uraan on poole radioaktiivsem kui looduslik uraan, peamiselt tänu sellest eemaldatud 234 U. Tänu sellele, et uraani põhikasutusalaks on energia tootmine, on vaesestatud uraan vähekasutatav toode, mille majanduslik väärtus on madal.
Põhimõtteliselt on selle kasutamine seotud uraani suure tiheduse ja suhteliselt madala hinnaga. Vaesestatud uraani kasutatakse kiirguse varjestamiseks (irooniliselt) ja ballastina kosmoserakendustes, näiteks lennukite juhtimispindadel. Igas Boeing 747 lennukis on selleks otstarbeks 1500 kg vaesestatud uraani. Seda materjali kasutatakse ka kiiretes güroskoobi rootorites, suurtes hooratastes, ballastina kosmoselaskuvates sõidukites ja võidusõidujahtides naftapuuraukude puurimisel.
30 mm kaliibriga mürsu (lennuki A-10 relvad GAU-8) ots (vooder) läbimõõduga umbes 20 mm vaesestatud uraanist.
Vaesestatud uraani kõige kuulsam kasutusala on soomust läbistavate mürskude südamik. 2% Mo või 0,75% Ti-ga legeerimisel ja kuumtöötlemisel (850 °C-ni kuumutatud metalli kiire karastamine vees või õlis, edaspidi 450 °C juures 5 tundi hoidmine) muutub metalliline uraan terasest kõvemaks ja tugevamaks (tõmbetugevus). on suurem 1600 MPa, hoolimata asjaolust, et puhta uraani puhul on see 450 MPa). Koos suure tihedusega muudab see karastatud uraani valuploki äärmiselt tõhusaks soomuse läbitungimisvahendiks, mis on oma efektiivsuselt sarnane kallima volframiga. Raske uraani ots muudab ka massijaotust mürsus, parandades selle aerodünaamilist stabiilsust.
Sarnaseid Stabilla tüüpi sulameid kasutatakse tanki- ja tankitõrjesuurtükkide noolekujulistes sulgmürskudes.
Soomuse hävitamise protsessiga kaasneb uraani valuploki jahvatamine tolmuks ja õhus süütamine soomuse teisel poolel (vt Pürofoorilisus). Operatsiooni Desert Storm käigus jäi lahinguväljale umbes 300 tonni vaesestatud uraani (peamiselt ründelennuki A-10 30 mm GAU-8 kahuri kestade jäänused, iga kesta sees on 272 g uraanisulamit).
Selliseid mürske kasutasid NATO väed lahingutes Jugoslaavias. Pärast nende rakendamist arutati riigi territooriumi kiirgussaaste ökoloogilist probleemi.
Esimest korda kasutati uraani kestade südamikuna Kolmandas Reichis.
Vaesestatud uraani kasutatakse tänapäevastes tankisoomukites, näiteks tankis M-1 Abrams.
Mikrokogustes (10 -5 -10 -8%) leidub seda taimede, loomade ja inimeste kudedes. Seda akumuleeruvad suurimal määral mõned seened ja vetikad. Uraaniühendid imenduvad seedetraktis (umbes 1%), kopsudes - 50%. Peamised depood kehas: põrn, neerud, luustik, maks, kopsud ja bronhopulmonaalsed lümfisõlmed. Selle sisaldus inimeste ja loomade elundites ja kudedes ei ületa 10–7 g.
Uraan ja selle ühendid mürgine. Eriti ohtlikud on uraani ja selle ühendite aerosoolid. Veeslahustuvate uraaniühendite aerosoolide puhul on MPC õhus 0,015 mg/m³, uraani lahustumatute vormide puhul on MPC 0,075 mg/m³. Uraan mõjutab kehasse sattudes kõiki elundeid, olles raku üldine mürk. Uraani molekulaarne toimemehhanism on seotud selle võimega pärssida ensüümide aktiivsust. Esiteks on mõjutatud neerud (uriinis ilmuvad valgud ja suhkur, oliguuria). Kroonilise mürgistuse korral on võimalikud hematopoeetilised ja närvisüsteemi häired.
Tootmine riikide kaupa tonnides U-sisalduse järgi aastatel 2005–2006
Ettevõtete toodang 2006. aastal:
Cameco - 8,1 tuhat tonni
Rio Tinto - 7 tuhat tonni
AREVA - 5 tuhat tonni
Kazatomprom - 3,8 tuhat tonni
JSC TVEL — 3,5 tuhat tonni
BHP Billiton - 3 tuhat tonni
Navoi MMC - 2,1 tuhat tonni ( Usbekistan, Navoi)
Uranium One - 1 tuhat tonni
Heathgate - 0,8 tuhat tonni
Denisoni kaevandused - 0,5 tuhat tonni
NSV Liidus olid peamised uraanimaagi piirkonnad Ukraina (Želtorechenskoje, Pervomayskoje jt maardlad), Kasahstan (Põhja - Balkašinskoje maagiväljad jt; Lõuna - Kyzylsay maagimaardlad jne; Vostochnõi; kõik need kuuluvad peamiselt vulkanogeen-hüdrotermilist tüüpi); Transbaikalia (Antey, Streltsovskoje jne); Kesk-Aasia, peamiselt Usbekistan, mineraliseerumisega mustades kildades, mille keskus asub Uchkuduki linnas. Väikesi maagi esinemisi ja ilminguid on palju. Venemaal jäi Transbaikalia peamiseks uraanimaagi piirkonnaks. Umbes 93% Venemaa uraanist kaevandatakse Tšita oblastis (Krasnokamenski linna lähedal) asuvas leiukohas. Kaevandamisega tegeleb kaevandusmeetodil Priargunsky Industrial Mining and Chemical Association (PIMCU), mis kuulub JSC Atomredmetzoloto (Uranium Holding) koosseisu.
Ülejäänud 7% saadakse in situ leostumise teel ettevõtetest ZAO Dalur (Kurgani piirkond) ja OAO Khiagda (Burjaatia).
Saadud maagid ja uraanikontsentraat töödeldakse Tšepetski mehaanilises tehases.
Umbes viiendik maailma uraanivarudest on koondunud Kasahstani (21% ja 2. koht maailmas). Uraani koguvarud on umbes 1,5 miljonit tonni, millest umbes 1,1 miljonit tonni on võimalik kaevandada kohapealse leostumise teel.
2009. aastal tõusis Kasahstan uraani kaevandamise osas maailmas esikohale.
Peamine ettevõte on Zhovti Vody linnas asuv Ida kaevandus- ja töötlemistehas.
Hoolimata legendidest, mis räägivad kümnetest tuhandetest dollaritest kilo- või isegi grammi uraanikoguste eest, ei ole selle tegelik hind turul kuigi kõrge – rikastamata uraanoksiid U 3 O 8 maksab alla 100 USA dollari kilogrammi kohta. Põhjuseks on asjaolu, et rikastamata uraanil tuumareaktori käivitamiseks on vaja kümneid või isegi sadu tonne kütust ning tuumarelvade tootmiseks tuleb rikastada suures koguses uraani, et saada rikastamata uraanil sobivaid kontsentratsioone. pomm.
Kust tuli uraan? Tõenäoliselt ilmub see supernoova plahvatuste ajal. Fakt on see, et rauast raskemate elementide nukleosünteesiks peab olema võimas neutronivoog, mis tekib just supernoova plahvatuse ajal. Näib, et hiljem, selle moodustatud uute tähesüsteemide pilvest kondenseerudes, peaks protoplanetaarsesse pilve kogunenud ja väga raske uraan planeetide sügavusse vajuma. Aga ei ole. Uraan on radioaktiivne element ja see eraldab lagunemisel soojust. Arvutus näitab, et kui uraan oleks jaotunud ühtlaselt kogu planeedi paksusele, vähemalt sama kontsentratsiooniga kui pinnal, eraldaks see liiga palju soojust. Pealegi peaks selle vool vähenema uraani tarbimisel. Kuna midagi sellist ei täheldata, usuvad geoloogid, et vähemalt kolmandik uraanist ja võib-olla kogu see on koondunud maakooresse, kus selle sisaldus on 2,5∙10–4%. Miks see juhtus, sellest ei räägita.
Kust uraani kaevandatakse? Uraan Maal polegi nii väike – levimuse poolest on see 38. kohal. Ja kõige rohkem on seda elementi settekivimites - süsinikkildades ja fosforiitides: vastavalt kuni 8∙10 -3 ja 2,5∙10 -2%. Kokku sisaldab maakoor 10 14 tonni uraani, kuid põhiprobleemiks on see, et see on väga hajutatud ega moodusta võimsaid ladestusi. Umbes 15 uraani mineraali on tööstusliku tähtsusega. See on uraani pigi - selle aluseks on neljavalentne uraanioksiid, uraani vilgukivi - mitmesugused silikaadid, fosfaadid ja keerukamad ühendid vanaadiumi või kuuevalentse uraani baasil titaaniga.
Mis on Becquereli kiired? Pärast seda, kui Wolfgang Roentgen avastas röntgenikiirguse, hakkas prantsuse füüsik Antoine-Henri Becquerel huvi tundma uraanisoolade kuma vastu, mis tekib päikesevalguse mõjul. Ta tahtis aru saada, kas siin on ka röntgenikiirgus. Tõepoolest, nad olid kohal – sool valgustas fotoplaati läbi musta paberi. Ühes katses aga soola ei valgustatud ja fotoplaat tumenes siiski. Kui soola ja fotoplaadi vahele asetati metallese, oli selle all tumenemine väiksem. Järelikult ei tekkinud uued kiired uraani valguse ergastamise tõttu üldse ega läbinud metalli osaliselt. Neid kutsuti alguses "Becquereli kiirteks". Seejärel leiti, et tegemist on peamiselt alfakiirtega, millele on lisatud väike beetakiirte sisaldus: tõsiasi on see, et uraani peamised isotoobid eraldavad lagunemise käigus alfaosakest ja ka tütarproduktid kogevad beeta-lagunemist.
Kui kõrge on uraani radioaktiivsus? Uraanil pole stabiilseid isotoope, need kõik on radioaktiivsed. Pikima elueaga on uraan-238, mille poolestusaeg on 4,4 miljardit aastat. Järgmine on uraan-235 - 0,7 miljardit aastat. Mõlemad läbivad alfalagunemise ja neist saavad vastavad tooriumi isotoobid. Uraan-238 moodustab üle 99% kogu looduslikust uraanist. Pika poolestusaja tõttu on selle elemendi radioaktiivsus väike ja pealegi ei suuda alfaosakesed ületada inimkeha pinnal olevat sarvkihti. Nad ütlevad, et IV Kurchatov pühkis pärast uraaniga töötamist lihtsalt käed taskurätikuga ega kannatanud radioaktiivsusega seotud haiguste all.
Teadlased on korduvalt pöördunud uraanikaevanduste ja -töötlemistehaste töötajate haiguste statistika poole. Näiteks siin on Kanada ja Ameerika ekspertide hiljutine artikkel, mis analüüsis enam kui 17 000 töötaja terviseandmeid Kanadas Saskatchewani provintsis asuvas Eldorado kaevanduses aastatel 1950–1999 ( keskkonnauuringud, 2014, 130, 43–50, DOI:10.1016/j.envres.2014.01.002). Nad lähtusid sellest, et kiiritus mõjutab kõige tugevamalt kiiresti paljunevaid vererakke, mis viib vastavate vähiliikideni. Statistika näitas ka, et kaevandustöötajatel esineb erinevat tüüpi verevähki vähem kui keskmisel kanadalal. Samas ei peeta peamiseks kiirgusallikaks mitte uraani ennast, vaid selle tekitatud gaasilist radooni ja selle lagunemissaadusi, mis võivad kopsude kaudu organismi sattuda.
Miks on uraan kahjulik?? See, nagu ka teised raskmetallid, on väga mürgine ja võib põhjustada neeru- ja maksapuudulikkust. Seevastu uraan on hajutatud elemendina paratamatult vees, pinnases ja toiduahelasse koondudes satub inimkehasse. On mõistlik eeldada, et evolutsiooni käigus on elusolendid õppinud neutraliseerima uraani looduslikus kontsentratsioonis. Kõige ohtlikum uraan on vees, mistõttu WHO seadis piiri: algul oli see 15 µg/l, kuid 2011. aastal tõsteti norm 30 µg/g-ni. Reeglina on vees uraani palju vähem: USA-s keskmiselt 6,7 μg / l, Hiinas ja Prantsusmaal - 2,2 μg / l. Kuid on ka tugevaid kõrvalekaldeid. Nii et mõnes California piirkonnas on see sada korda suurem kui standard - 2,5 mg / l ja Lõuna-Soomes ulatub see 7,8 mg / l. Teadlased püüavad mõista, kas WHO standard on liiga range, uurides uraani mõju loomadele. Siin on tüüpiline töö BioMed Research International, 2014, ID 181989; DOI:10.1155/2014/181989). Prantsuse teadlased toitsid rotte üheksa kuud veega, millele oli lisatud vaesestatud uraani, ja suhteliselt kõrge kontsentratsiooniga - 0,2–120 mg / l. Alumine väärtus on vesi kaevanduse lähedal, ülemist aga kuskil ei leidu - uraani maksimaalne kontsentratsioon, mõõdetuna samas Soomes, on 20 mg/l. Autorite üllatuseks - artikkel kannab pealkirja: "Uraani märgatava mõju ootamatu puudumine füsioloogilistele süsteemidele ..." - uraanil rottide tervisele praktiliselt mingit mõju ei olnud. Loomad sõid hästi, võtsid korralikult kaalus juurde, ei kurtnud haiguste üle ega surnud vähki. Uraan, nagu peabki, ladestus peamiselt neerudesse ja luudesse ning sada korda väiksemas koguses - maksa ning selle akumuleerumine sõltus ootuspäraselt vee sisaldusest. Kuid see ei põhjustanud neerupuudulikkust ega isegi põletiku molekulaarsete markerite märgatavat ilmnemist. Autorid soovitasid alustada WHO rangete juhiste läbivaatamist. Siiski on üks hoiatus: mõju ajule. Rottide ajus oli uraani vähem kui maksas, kuid selle sisaldus ei sõltunud kogusest vees. Kuid uraan mõjutas aju antioksüdantide süsteemi tööd: katalaasi aktiivsus suurenes 20%, glutatioonperoksidaasi aktiivsus suurenes 68–90%, superoksiiddismutaasi aktiivsus aga langes 50% sõltumata annusest. See tähendab, et uraan põhjustas ajus selgelt oksüdatiivse stressi ja keha reageeris sellele. Sellist mõju - uraani tugevat mõju ajule selle akumuleerumise puudumisel, muide, nagu ka suguelundites - märgati varem. Veelgi enam, uraani sisaldav vesi kontsentratsiooniga 75–150 mg/l, mida Nebraska ülikooli teadlased rottidele kuus kuud toitsid ( Neurotoksikoloogia ja teratoloogia, 2005, 27, 1, 135–144; DOI:10.1016/j.ntt.2004.09.001) mõjutas põllule lastud loomade, peamiselt isaste käitumist: nad ületasid jooni, tõusid tagajalgadele püsti ja harjasid erinevalt kontrollrühma loomadest karva. On tõendeid selle kohta, et uraan põhjustab loomadel ka mäluhäireid. Käitumise muutus korreleerus lipiidide oksüdatsiooni tasemega ajus. Selgub, et uraaniveest pärit rotid muutusid terveks, aga rumalaks. Need andmed on meile endiselt kasulikud nn Pärsia lahe sündroomi (lahesõja sündroomi) analüüsimisel.
Kas uraan saastab põlevkivigaasi kaevandamiskohti? See sõltub sellest, kui palju uraani on gaasi sisaldavates kivimites ja kuidas see on nendega seotud. Näiteks on Buffalo ülikooli dotsent Tracy Bank uurinud Marcelus Shale'i, mis ulatub New Yorgi osariigi lääneosast Pennsylvania ja Ohio kaudu Lääne-Virginiasse. Selgus, et uraan on keemiliselt seotud täpselt süsivesinike allikaga (meenutagem, et kõige suurema uraanisisaldusega on seotud süsinikkivikildad). Katsed on näidanud, et õmbluse purustamiseks kasutatav lahus lahustab uraani suurepäraselt. "Kui nende vete uraan on pinnal, võib see põhjustada ümbritseva piirkonna reostust. See ei sisalda kiirgusohtu, kuid uraan on mürgine element, ”märkab Tracey Bank ülikooli 25. oktoobril 2010 avaldatud pressiteates. Täpsemaid artikleid uraani või tooriumiga keskkonnareostuse ohust kildagaasi kaevandamisel ei ole veel koostatud.
Miks on uraani vaja? Varem kasutati seda pigmendina keraamika ja värvilise klaasi valmistamisel. Nüüd on uraan tuumaenergia ja tuumarelvade aluseks. Sel juhul kasutatakse selle ainulaadset omadust - tuuma jagunemisvõimet.
Mis on tuuma lõhustumine? Tuuma lagunemine kaheks ebavõrdseks suureks tükiks. Just selle omaduse tõttu tekivad neutronkiirgusest tingitud nukleosünteesi käigus suurte raskustega uraanist raskemad tuumad. Nähtuse olemus on järgmine. Kui neutronite ja prootonite arvu suhe tuumas ei ole optimaalne, muutub see ebastabiilseks. Tavaliselt paiskab selline tuum välja kas alfaosakese – kaks prootonit ja kaks neutronit või beetaosakese – positroni, millega kaasneb ühe neutroni muundumine prootoniks. Esimesel juhul saadakse perioodilisustabeli element, mis on paigutatud kaks lahtrit tagasi, teisel - üks lahter edasi. Uraani tuum on aga lisaks alfa- ja beetaosakeste kiirgamisele võimeline ka lõhustuma – lagunema perioodilisustabeli keskel kahe elemendi, näiteks baariumi ja krüptoni tuumadeks, mida ta teebki, olles saanud uue neutroni. . See nähtus avastati vahetult pärast radioaktiivsuse avastamist, kui füüsikud paljastasid kõik, mis neil oli, äsja avastatud kiirgusega. Siin kirjutab sellest sündmustes osaleja Otto Frisch (Uspekhi fizicheskikh nauk, 1968, 96, 4). Pärast berülliumkiirte – neutronite – avastamist kiiritas Enrico Fermi neid, eelkõige uraani, et põhjustada beetalagunemist –, lootis ta oma kulul saada järgmise, 93. elemendi, mida nüüd nimetatakse neptuuniumiks. Just tema avastas kiiritatud uraanis uut tüüpi radioaktiivsuse, mida ta seostas transuraanielementide ilmumisega. Sel juhul suurendas indutseeritud radioaktiivsust neutronite aeglustamine, mille jaoks berülliumi allikas oli kaetud parafiinikihiga. Ameerika raadiokeemik Aristide von Grosse oletas, et üks neist elementidest oli protaktiinium, kuid ta eksis. Kuid Otto Hahn, kes töötas toona Viini ülikoolis ja pidas 1917. aastal avastatud protaktiinumit oma vaimusünnituseks, otsustas, et ta on kohustatud välja selgitama, milliseid elemente sel juhul saadi. Koos Lise Meitneriga pakkus Hahn 1938. aasta alguses katsetulemustele tuginedes välja, et moodustuvad terved radioaktiivsete elementide ahelad, mis tulenevad neutronit ja selle tütarelemente neelanud uraan-238 tuumade mitmekordsest beeta-lagunemisest. Peagi oli Lise Meitner sunnitud põgenema Rootsi, kartes natside võimalikku kättemaksu pärast Austria anšlussi. Gan avastas Fritz Strassmanniga katseid jätkates, et toodete hulgas on ka baariumit, elementi number 56, mida uraanist kuidagi saada poleks saanud: kõik uraani alfa lagunemise ahelad lõpevad palju raskema pliiga. Teadlased olid tulemusest nii üllatunud, et nad ei avaldanud seda, nad kirjutasid ainult kirju sõpradele, eriti Lise Meitnerile Göteborgis. Seal käis 1938. aasta jõulude ajal tema vennapoeg Otto Frisch külas ja talvise linna läheduses jalutades – tema on suuskadel, tädi jalgsi – arutasid nad baariumi ilmumise võimalust uraani kiiritamise ajal. tuuma lõhustumise tõttu (Lise Meitneri kohta vt lähemalt "Keemia ja elu", 2013, nr 4). Kopenhaagenisse naastes püüdis Frisch, sõna otseses mõttes USA-sse suunduva auriku käiguteel, kinni Niels Bohri ja teavitas teda jagunemise ideest. Bor ütles laubale patsutades: “Oi, millised lollid me olime! Oleksime pidanud seda varem märkama." 1939. aasta jaanuaris avaldasid Frisch ja Meitner artikli uraani tuumade lõhustumisest neutronite toimel. Selleks ajaks oli Otto Frisch juba loonud kontrolleksperimendi, aga ka paljud Ameerika rühmad, kes said Bohrilt sõnumi. Nad ütlevad, et füüsikud hakkasid oma laboritesse laiali minema just tema ettekande ajal 26. jaanuaril 1939 Washingtonis teoreetilise füüsika aastakonverentsil, kui nad mõistsid idee olemust. Pärast lõhustumise avastamist vaatasid Hahn ja Strassman oma katsed üle ja leidsid, nagu ka nende kolleegid, et kiiritatud uraani radioaktiivsust ei seostata mitte transuraanidega, vaid perioodilisustabeli keskelt pärinevate lõhustumisel tekkinud radioaktiivsete elementide lagunemisega.
Kuidas ahelreaktsioon uraanis toimib? Varsti pärast seda, kui uraani ja tooriumi tuumade lõhustumise võimalikkus oli eksperimentaalselt tõestatud (ja muid lõhustuvaid elemente Maal märkimisväärses koguses ei leidu), ilmusid Princetonis töötanud Niels Bohr ja John Wheeler ning ka iseseisvalt Nõukogude teoreetiline füüsik Ya. I. Frenkel ja sakslased Siegfried Flügge ja Gottfried von Droste lõid tuuma lõhustumise teooria. Sellest järgnes kaks mehhanismi. Üks on seotud kiirete neutronite neeldumislävega. Tema sõnul peab neutron lõhustumise algatamiseks olema üsna suure energiaga, peamiste isotoopide - uraan-238 ja toorium-232 - tuumade jaoks üle 1 MeV. Madalama energia korral on neutroni neeldumine uraan-238 poolt resonantse iseloomuga. Seega on 25 eV energiaga neutroni püüdmisristlõige tuhandeid kordi suurem kui teiste energiate puhul. Sel juhul lõhustumist ei toimu: uraan-238-st saab uraan-239, mis poolväärtusajaga 23,54 minutit muutub neptuunium-239-ks, 2,33-päevase poolestusajaga pikaks. elas plutoonium-239. Toorium-232 muutub uraan-233-ks.
Teine mehhanism on neutroni läveta neeldumine, sellele järgneb kolmas enam-vähem levinud lõhustuv isotoop - uraan-235 (nagu ka plutoonium-239 ja uraan-233, mis looduses puuduvad): neeldumise teel. iga neutron, isegi aeglane, nn termiline, mille energia soojusliikumises osalevate molekulide jaoks on 0,025 eV, jaguneb selline tuum. Ja see on väga hea: termiliste neutronite puhul on püüdmise ristlõikepindala neli korda suurem kui kiirete, megaelektronvoltide puhul. See on uraan-235 tähtsus kogu järgneva tuumaenergia ajaloo jaoks: just see tagab neutronite paljunemise looduslikus uraanis. Pärast neutroni tabamust muutub uraan-235 tuum ebastabiilseks ja jaguneb kiiresti kaheks ebavõrdseks osaks. Teel lendab välja mitu (keskmiselt 2,75) uut neutronit. Kui need tabavad sama uraani tuumasid, panevad nad neutronite eksponentsiaalset paljunema – algab ahelreaktsioon, mis toob kaasa plahvatuse tohutu hulga soojuse kiire eraldumise tõttu. Uraan-238 ega toorium-232 ei saa sel viisil töötada: lõhustumisel eralduvad ju neutronid keskmise energiaga 1-3 MeV ehk kui energialävi on 1 MeV, siis eraldub oluline osa neutronid ei saa kindlasti reaktsiooni tekitada ja paljunemist ei toimu. See tähendab, et need isotoobid tuleks unustada ja neutronid tuleb aeglustada soojusenergiaks, et nad saaksid võimalikult tõhusalt suhelda uraan-235 tuumadega. Samal ajal ei saa lubada nende resonantsne neeldumist uraan-238 poolt: lõppude lõpuks on looduslikus uraanis seda isotoopi veidi alla 99,3% ja neutronid põrkuvad sagedamini sellega, mitte aga sihtmärgiga uraan-235. Ja moderaatorina tegutsedes on võimalik hoida neutronite paljunemist konstantsel tasemel ja vältida plahvatust – juhtida ahelreaktsiooni.
Samal saatuslikul aastal 1939 Ya. B. Zeldovitši ja Yu. B. Kharitoni tehtud arvutused näitasid, et selleks on vaja kasutada neutronite moderaatorit raske vee või grafiidi kujul ja rikastada looduslikku uraani uraan-235-ga. vähemalt 1,83 korda. Siis tundus see idee neile puhas fantaasia: "Tuleb märkida, et umbes kahekordne rikastamine nende üsna märkimisväärsete uraanikogustega, mis on vajalikud kettplahvatuse läbiviimiseks,<...>on äärmiselt tülikas ülesanne, mis on peaaegu praktiliselt võimatu." Nüüd on see probleem lahendatud ja tuumatööstus toodab elektrijaamade jaoks uraan-235-ga rikastatud uraani massiliselt kuni 3,5%.
Mis on tuuma spontaanne lõhustumine? 1940. aastal avastasid G. N. Flerov ja K. A. Petrzhak, et uraani lõhustumine võib toimuda spontaanselt, ilma igasuguse välismõjuta, kuigi poolestusaeg on palju pikem kui tavalise alfalagunemise korral. Kuna selline lõhustumine tekitab ka neutroneid, siis kui neil ei lasta reaktsioonitsoonist eemale lennata, toimivad nad ahelreaktsiooni initsiaatoritena. Just seda nähtust kasutatakse tuumareaktorite loomisel.
Miks on tuumaenergiat vaja? Zel'dovich ja Khariton olid esimeste seas, kes arvutasid välja tuumaenergia majandusliku mõju (Uspekhi fizicheskikh nauk, 1940, 23, 4). “... Hetkel on veel võimatu teha lõplikke järeldusi tuuma lõhustumise reaktsiooni teostamise võimalikkuse või võimatuse kohta lõpmatult hargnevate ahelatega uraanis. Kui selline reaktsioon on teostatav, reguleeritakse reaktsiooni kiirust automaatselt, et tagada selle sujuv kulgemine, hoolimata katsetaja käsutuses olevast tohutust energiahulgast. See asjaolu on reaktsiooni energiakasutamiseks erakordselt soodne. Seetõttu, kuigi see on tapmata karu naha jaotus, esitame mõned numbrid, mis iseloomustavad uraani energiakasutuse võimalusi. Kui lõhustumisprotsess toimub kiiretel neutronitel, haarab reaktsioon seega uraani peamise isotoobi (U238), siis<исходя из соотношения теплотворных способностей и цен на уголь и уран>uraani peamise isotoobi kalori maksumus osutub umbes 4000 korda odavamaks kui kivisöel (muidugi juhul, kui "põletamise" ja soojuse eemaldamise protsessid ei osutu uraani puhul palju kallimaks kui kivisöe puhul). Aeglaste neutronite puhul on "uraani" kalori maksumus (eespool toodud arvude põhjal), võttes arvesse, et isotoobi U235 arvukus on 0,007, juba vaid 30 korda odavam kui "söe" kalor, kõik muud asjad on võrdsed.
Esimese kontrollitud ahelreaktsiooni viis 1942. aastal läbi Enrico Fermi Chicago ülikoolis ning reaktorit juhiti käsitsi, lükates ja tõmmates välja neutronivoo muutudes grafiitvardaid. Esimene elektrijaam ehitati Obninskisse 1954. aastal. Lisaks energia tootmisele töötasid esimesed reaktorid ka relvade kvaliteediga plutooniumi tootmiseks.
Kuidas tuumaelektrijaam töötab? Enamik reaktoreid töötab nüüd aeglastel neutronitel. Rikastatud uraan metalli, sulami, näiteks alumiiniumiga või oksiidi kujul pannakse pikkadesse silindritesse - kütuseelementidesse. Need paigaldatakse teatud viisil reaktorisse ja nende vahele viiakse moderaatori vardad, mis juhivad ahelreaktsiooni. Aja jooksul kogunevad kütuseelemendis reaktori mürgid - uraani lõhustumisproduktid, mis on samuti võimelised neutroneid absorbeerima. Kui uraan-235 kontsentratsioon langeb alla kriitilise taseme, siis element dekomisjoneeritakse. See sisaldab aga palju tugeva radioaktiivsusega lõhustumisfragmente, mis aastatega vähenevad, mistõttu eraldavad elemendid pikka aega märkimisväärsel hulgal soojust. Neid hoitakse jahutusbasseinides ja siis kas maetakse maha või üritatakse neid töödelda – ekstraheerida põlemata uraan-235, kogunenud plutooniumi (sellest valmistati aatomipomme) ja muid kasutatavaid isotoope. Kasutamata osa saadetakse matmispaika.
Niinimetatud kiirneutronreaktorites ehk aretusreaktorites paigaldatakse elementide ümber uraan-238 või toorium-232 reflektorid. Need aeglustavad ja saadavad liiga kiired neutronid reaktsioonitsooni tagasi. Resonantskiiruseni aeglustunud neutronid neelavad need isotoobid, muutudes vastavalt plutoonium-239 või uraan-233, mis võivad olla tuumaelektrijaama kütuseks. Kuna kiired neutronid uraan-235-ga hästi ei reageeri, on vaja selle kontsentratsiooni oluliselt tõsta, kuid see tasub end ära tugevama neutronivooga. Hoolimata asjaolust, et aretusreaktoreid peetakse tuumaenergia tulevikuks, kuna need annavad rohkem tuumakütust kui tarbivad, on katsed näidanud, et neid on raske kontrollida. Nüüd on maailmas alles vaid üks selline reaktor - Belojarski tuumaelektrijaama neljandas energiaplokis.
Kuidas tuumaenergiat kritiseeritakse? Kui õnnetustest mitte rääkida, siis tuumaenergeetika vastaste tänaste argumentide põhipunktiks oli ettepanek lisada selle efektiivsuse arvutusse keskkonnakaitse kulud pärast jaama dekomisjoneerimist ja kütusega töötamisel. Mõlemal juhul tekib radioaktiivsete jäätmete usaldusväärse kõrvaldamise ülesanne ja need on kulud, mida riik kannab. Arvatakse, et kui need nihutada energiakuludele, siis selle majanduslik atraktiivsus kaob.
Vastuseis on ka tuumaenergia pooldajate seas. Selle esindajad viitavad uraan-235 ainulaadsusele, millel pole asendust, kuna termiliste neutronitega lõhustuvad alternatiivsed isotoobid - plutoonium-239 ja uraan-233 - puuduvad looduses tuhandete aastate pikkuse poolestusaja tõttu. Ja need saadakse just uraan-235 lõhustumise tulemusena. Kui see lõpeb, kaob suurepärane looduslik neutronite allikas tuuma ahelreaktsiooni jaoks. Sellise ekstravagantsuse tulemusena kaotab inimkond tulevikus võimaluse kaasata energiaringesse toorium-232, mille varud on kordades suuremad kui uraanil.
Teoreetiliselt saab osakeste kiirendajaid kasutada megaelektronvoldi energiaga kiirete neutronite voo saamiseks. Kui aga räägime näiteks planeetidevahelistest lendudest aatomimootoril, siis on mahuka kiirendiga skeemi rakendamine väga keeruline. Uraan-235 ammendumine teeb sellistele projektidele lõpu.
Mis on relvakvaliteediga uraan? See on kõrgelt rikastatud uraan-235. Selle kriitiline mass – see vastab ainetüki suurusele, milles toimub spontaanselt ahelreaktsioon – on laskemoona valmistamiseks piisavalt väike. Sellisest uraanist saab valmistada aatomipommi, aga ka termotuumapommi süütenööri.
Millised katastroofid on seotud uraani kasutamisega? Lõhustuvate elementide tuumadesse salvestatud energia on tohutu. Kui see energia on möödalaskmise või kavatsuse tõttu kontrolli alt pääsenud, võib see palju probleeme teha. Kaks kõige hullemat tuumakatastroofi toimusid 6. ja 8. augustil 1945, kui USA õhujõud viskasid Hiroshimale ja Nagasakile aatomipommid, tappes ja vigastades sadu tuhandeid tsiviilisikuid. Väiksema ulatusega katastroofe seostatakse õnnetustega tuumaelektrijaamades ja tuumatsükli ettevõtetes. Esimene suurem õnnetus juhtus 1949. aastal NSV Liidus Tšeljabinski lähedal asuvas Majaki tehases, kus toodeti plutooniumi; vedelad radioaktiivsed jäätmed sattusid Techa jõkke. Septembris 1957 toimus sellel plahvatus, mille käigus paiskus välja suur hulk radioaktiivset materjali. Üksteist päeva hiljem põles Briti plutooniumireaktor Windscale'is maha ja plahvatusproduktide pilv hajus üle Lääne-Euroopa. 1979. aastal põles Pennsylvanias Trimaili saare tuumaelektrijaama reaktor. Tšernobõli tuumaelektrijaamas (1986) ja Fukushima tuumaelektrijaamas (2011) toimunud õnnetused tõid kaasa kõige levinumad tagajärjed, mil miljonid inimesed puutusid kiirgusega kokku. Esimesed risustasid tohutuid maid, paiskades plahvatuse tagajärjel välja 8 tonni uraanikütust koos lagunemissaadustega, mis levisid üle kogu Euroopa. Teine reostunud ja kolm aastat pärast õnnetust saastab jätkuvalt Vaikse ookeani kalanduspiirkondades. Nende õnnetuste tagajärgede likvideerimine oli väga kulukas ja kui need kulud elektrikuluks lagundada, kasvaks see oluliselt.
Omaette teema on tagajärjed inimeste tervisele. Ametliku statistika järgi said kokkupuutest kasu paljud pommiplahvatuse üle elanud või saastunud aladel elanud inimesed – esimestel on pikem eluiga, teistel vähem vähkkasvajaid ning eksperdid peavad teatud suremuse tõusu sotsiaalse stressi arvele. Just õnnetuste tagajärgedesse või nende likvideerimise tagajärjel hukkunute arvu hinnatakse sadadele inimestele. Tuumajaamade vastased juhivad tähelepanu, et õnnetused on toonud Euroopa mandril kaasa mitu miljonit enneaegset surma, need on statistika taustal lihtsalt nähtamatud.
Maade eemaldamine inimkasutusest õnnetustsoonides annab huvitava tulemuse: neist saavad omamoodi kaitsealad, kus kasvab elurikkus. Tõsi, mõned loomad kannatavad kiirgusega seotud haiguste all. Küsimus, kui kiiresti nad suurenenud taustaga kohanevad, jääb lahtiseks. Samuti on levinud arvamus, et kroonilise kiiritamise tagajärjeks on “lolli valik” (vt Chemistry and Life, 2010, nr 5): primitiivsemad organismid jäävad ellu ka embrüonaalses staadiumis. Eelkõige inimeste puhul peaks see kaasa tooma vahetult pärast õnnetust saastunud aladel sündinud põlvkonna vaimsete võimete vähenemise.
Mis on vaesestatud uraan? See on uraan-238, mis on üle jäänud uraan-235 kaevandamisest. Relvakvaliteediga uraani ja kütuseelementide tootmisel tekkivate jäätmete mahud on suured – ainuüksi USA-s on sellist uraanheksafluoriidi kogunenud 600 tuhat tonni (sellega seotud probleemide kohta vt Chemistry and Life, 2008, nr 5) . Uraan-235 sisaldus selles on 0,2%. Neid jäätmeid tuleb kas hoida kuni paremate aegadeni, mil luuakse kiired neutronreaktorid ja uraan-238 on võimalik töödelda plutooniumiks, või kuidagi ära kasutada.
Nad leidsid sellele kasutuse. Uraani, nagu ka teisi üleminekuelemente, kasutatakse katalüsaatorina. Näiteks artikli autorid aastal ACS Nano 30. juunil 2014, kirjutavad nad, et grafeeniga uraani- või tooriumikatalüsaatoril hapniku ja vesinikperoksiidi redutseerimiseks "on suur potentsiaal energiarakenduste jaoks". Suure tiheduse tõttu on uraan laevade ballastiks ja lennukite vastukaaluks. See metall sobib ka kiirguskaitseks kiirgusallikatega meditsiiniseadmetes.
Milliseid relvi saab valmistada vaesestatud uraanist? Kuulid ja südamikud soomust läbistavate mürskude jaoks. Siin on arvutus. Mida raskem on mürsk, seda suurem on selle kineetiline energia. Kuid mida suurem on mürsk, seda vähem kontsentreeritud on selle löök. See tähendab, et vaja on suure tihedusega raskmetalle. Kuulid on valmistatud pliist (Uurali jahimehed kasutasid omal ajal looduslikku plaatinat, kuni mõistsid, et see on väärismetall), kestade südamikud aga volframisulamist. Looduskaitsjad juhivad tähelepanu, et plii saastab pinnast sõja- või jahipaikades ning parem oleks asendada see millegi vähemkahjulikuga, näiteks sellesama volframiga. Kuid volfram ei ole odav ja uraan, mille tihedus on sarnane, on kahjulik jäätmed. Samal ajal on pinnase ja vee lubatud saastatus uraaniga ligikaudu kaks korda kõrgem kui plii puhul. See juhtub seetõttu, et vaesestatud uraani nõrk radioaktiivsus (ja see on ka 40% väiksem loodusliku uraani omast) jäetakse tähelepanuta ja võetakse arvesse tõeliselt ohtlikku keemilist tegurit: uraan, nagu mäletame, on mürgine. Samal ajal on selle tihedus 1,7 korda suurem kui plii oma, mis tähendab, et uraani kuulide suurust saab poole võrra vähendada; uraan on palju tulekindlam ja kõvem kui plii – põletamisel aurustub see vähem ning sihtmärki tabades tekitab see vähem mikroosakesi. Üldiselt saastab uraani kuul keskkonda vähem kui plii, kuid see uraani kasutamine pole kindlalt teada.
Kuid on teada, et vaesestatud uraaniplaate kasutatakse Ameerika tankide soomuse tugevdamiseks (sellele aitavad kaasa selle kõrge tihedus ja sulamistemperatuur) ning soomust läbistavate mürskude südamike jaoks ka volframisulami asemel. Uraani tuum on hea ka seetõttu, et uraan on pürofooriline: selle kuumad väikesed osakesed, mis tekivad soomust tabades, süttivad ja süttivad kõik ümberringi. Mõlemat rakendust peetakse kiirgusohutuks. Seega näitas arvutus, et isegi pärast aasta möödumist ilma uraanilaskemoonaga laetud uraanisoomusega tankist väljumata saaks meeskond vaid veerandi lubatud doosist. Ja aastase lubatud doosi saamiseks tuleb sellist laskemoona 250 tunniks nahapinnale kruvida.
Ameeriklased kasutasid viimastes sõdades uraanisüdamikuga mürske – 30-mm lennukikahuritele või suurtükiväe alamkaliibritele – alates 1991. aasta Iraagi kampaaniast. Sel aastal valasid nad Kuveidis Iraagi soomusüksustele 300 tonni vaesestatud uraani ning nende taganemise ajal langes lennukirelvadele 250 tonni ehk 780 000 padrunit. Bosnias ja Hertsegoviinas kasutati tunnustamata Serblaste Vabariigi armee pommitamisel 2,75 tonni uraani ning Jugoslaavia armee pommitamisel Kosovo ja Metohija provintsis - 8,5 tonni ehk 31 000 padrunit. Kuna WHO oli selleks ajaks hoolitsenud uraani kasutamise tagajärgede eest, viidi läbi seiret. Ta näitas, et üks löök koosnes ligikaudu 300 padrunist, millest 80% sisaldas vaesestatud uraani. 10% tabas sihtmärke ja 82% kukkus neist 100 meetri kaugusele. Ülejäänud hajusid 1,85 km kaugusele. Tanki tabanud kest põles maha ja muutus aerosooliks, kerged sihtmärgid nagu soomustransportöörid tungisid läbi uraani kestaga. Seega võib Iraagis uraanitolmuks muutuda maksimaalselt poolteist tonni kestasid. Ameerika strateegilise uurimiskeskuse RAND Corporation ekspertide sõnul on enam kui 10–35% kasutatud uraanist muutunud aerosooliks. Horvaatia uraanimoona hävitaja Asaf Durakovich, kes on töötanud erinevates organisatsioonides alates Riyadhis asuvast King Faisali haiglast kuni Washingtoni Uraani meditsiiniuuringute keskuseni, usub, et ainuüksi Lõuna-Iraagis moodustus 1991. aastal 3-6 tonni submikronilisi uraaniosakesi, mis on laiali laiali laiali, st uraanireostus on võrreldav Tšernobõliga.
Uraan on päikesesüsteemi seitsmes planeet ja kolmas gaasihiiglane. Planeet on suuruselt kolmas ja suuruselt neljas ning sai oma nime Rooma jumala Saturni isa auks.
Täpselt nii Uraan au olla esimene uusaja ajaloos avastatud planeet. Kuid tegelikkuses tema algset avastamist planeedist tegelikult ei juhtunud. Aastal 1781 astronoom William Herschel jälgides tähti Kaksikute tähtkujus, märkas ta mingit kettakujulist objekti, mille ta esmakordselt salvestas komeetide kategooriasse, millest ta teatas Inglismaa Kuninglikule Teaduslikule Seltsile. Hiljem hämmastas aga Herscheli ennast asjaolu, et objekti orbiit osutus praktiliselt ringikujuliseks, mitte elliptiliseks, nagu komeetide puhul. Ja alles siis, kui seda tähelepanekut kinnitasid ka teised astronoomid, jõudis Herschel järeldusele, et ta oli tegelikult avastanud planeedi, mitte komeedi, ja avastus pälvis lõpuks laialdase tunnustuse.
Pärast andmete kinnitamist, et avastatud objekt on planeet, sai Herschel ebahariliku privileegi – anda sellele oma nimi. Kõhklemata valis astronoom Inglismaa kuninga George III nimeks ja pani planeedile nimeks Georgium Sidus, mis tähendab "George'i tähte". Nimetus ei saanud aga kunagi teaduslikku tunnustust ja teadlased, enamasti jõudis järeldusele, et Päikesesüsteemi planeetide nimel on parem kinni pidada teatud traditsioonist, nimelt nimetada neid Vana-Rooma jumalate auks. Nii sai Uraan oma kaasaegse nime.
Praegu on ainus planeedi missioon, mis on suutnud Uraani kohta andmeid koguda, Voyager 2.
See 1986. aastal toimunud kohtumine võimaldas teadlastel saada planeedi kohta üsna suurel hulgal andmeid ja teha palju avastusi. Kosmoselaev edastas tuhandeid fotosid Uraanist, selle kuudest ja rõngastest. Kuigi paljudel planeedi fotodel oli näha vaid sinakasrohelist värvi, mida võis jälgida ka maapealsete teleskoopide abil, näitasid teised pildid kümne senitundmatu satelliidi ja kahe uue rõnga olemasolu. Uusi missioone Uraanile lähiajal plaanis ei ole.
Uraani tumesinise värvuse tõttu osutus planeedi atmosfäärimudeli koostamine palju keerulisemaks kui sama või ühtlase mudeli tegemine. Õnneks on Hubble'i kosmoseteleskoobi pildid andnud laiema pildi. Moodsamad teleskoobi pildistamise tehnoloogiad võimaldasid saada palju detailsemaid pilte kui Voyager 2 omad. Seega õnnestus tänu Hubble’i fotodele välja selgitada, et Uraanil on laiuskraadivööte nagu ka teistel gaasihiiglastel. Lisaks võib tuulte kiirus planeedil ulatuda üle 576 km/h.
Arvatakse, et monotoonse atmosfääri ilmnemise põhjuseks on selle ülemise kihi koostis. Nähtavad pilvekihid koosnevad peamiselt metaanist, mis neelab neid vaadeldud punaseid lainepikkusi. Seega on peegeldunud lained kujutatud sinise ja rohelisena.
Selle välise metaanikihi all on atmosfäär umbes 83% vesinikust (H2) ja 15% heeliumist, koos metaani ja atsetüleeniga. See koostis sarnaneb teiste päikesesüsteemi gaasihiiglastega. Uraani atmosfäär erineb aga järsult teisest aspektist. Kui Jupiteri ja Saturni atmosfäär on enamasti gaasiline, siis Uraani atmosfäär sisaldab palju rohkem jääd. Selle tõestuseks on äärmiselt madalad temperatuurid pinnal. Arvestades asjaolu, et Uraani atmosfääri temperatuur ulatub -224 ° C-ni, võib seda nimetada Päikesesüsteemi kõige külmemaks atmosfääriks. Lisaks näitavad olemasolevad andmed, et sellised äärmiselt madalad temperatuurid on peaaegu kogu Uraani pinna ümber, isegi sellel küljel, mida Päike ei valgusta.
Planeediteadlaste sõnul koosneb Uraan kahest kihist: südamikust ja vahevööst. Praegused mudelid näitavad, et tuum koosneb enamasti kivist ja jääst ning selle mass on umbes 55 korda suurem. Planeedi vahevöö kaalub 8,01 x 10 kuni 24 kg ehk umbes 13,4 Maa massi. Lisaks koosneb mantel veest, ammoniaagist ja muudest lenduvatest elementidest. Peamine erinevus Uraani ning Jupiteri ja Saturni vahevöö vahel on see, et see on jäine, ehkki mitte selle sõna traditsioonilises tähenduses. Fakt on see, et jää on väga kuum ja paks ning vahevöö paksus on 5,111 km.
Uraani koostise juures on kõige hämmastavam ja see, mis eristab seda meie tähesüsteemi teistest gaasihiiglastest, on see, et see ei kiirga rohkem energiat, kui Päikeselt saab. Arvestades tõsiasja, et isegi Uraanile väga lähedase suurusega see toodab umbes 2,6 korda rohkem soojust, kui Päikeselt saab, huvitab tänapäeva teadlasi Uraani nii nõrk võimsus. Sellel nähtusel on praegu kaks seletust. Esimene näitab, et Uraani mõjutas minevikus suur kosmoseobjekt, mis tõi kaasa suurema osa planeedi sisemisest soojusest (tekkimisel saadud) kadu avakosmosesse. Teine teooria väidab, et planeedi sees on barjäär, mis ei lase planeedi sisemisel soojusel pinnale pääseda.
Uraani avastamine võimaldas teadlastel laiendada teadaoleva päikesesüsteemi raadiust peaaegu kaks korda. See tähendab, et Uraani keskmine orbiit on umbes 2,87 x 10 võimsusega 9 km. Sellise tohutu vahemaa põhjuseks on päikesekiirguse Päikeselt planeedile liikumise kestus. Päikesevalgusel kulub Uraanile jõudmiseks umbes kaks tundi ja nelikümmend minutit, mis on peaaegu kakskümmend korda pikem kui päikesevalgusel Maale jõudmiseks. Tohutu vahemaa mõjutab ka aasta pikkust Uraanil, see kestab ligi 84 maa-aastat.
Uraani orbiidi ekstsentrilisus on 0,0473, mis on vaid veidi väiksem kui Jupiteril - 0,0484. See tegur teeb Uraanist ringikujulise orbiidi poolest Päikesesüsteemi planeetidest neljanda koha. Uraani orbiidi nii väikese ekstsentrilisuse põhjuseks on erinevus selle periheeli 2,74 x 10 võimsusega 9 km ja afeeli 3,01 x 109 km vahel on vaid 2,71 x 10 võimsusega 8 km.
Kõige huvitavam hetk Uraani pöörlemisprotsessis on telje asend. Fakt on see, et kõigi planeetide, välja arvatud Uraani, pöörlemistelg on nende orbiidi tasapinnaga ligikaudu risti, kuid Uraani telg on peaaegu 98° kallutatud, mis tähendab, et Uraan pöörleb külili. Planeedi telje sellise asendi tulemuseks on see, et poole planeediaastast asub Uraani põhjapoolus Päikesel ja teine pool planeedi lõunapoolusele. Teisisõnu, päevane aeg Uraani ühel poolkeral kestab 42 Maa aastat ja ööaeg teisel poolkeral sama palju. Põhjust, miks Uraan "küljele pööras", nimetavad teadlased taas kokkupõrget tohutu kosmilise kehaga.
Arvestades asjaolu, et Saturni rõngad olid meie päikesesüsteemi rõngastest pikka aega populaarseimad, õnnestus Uraani rõngaid tuvastada alles 1977. aastal. Põhjus pole aga ainult selles, nii hilisel avastusel on veel kaks põhjust: planeedi kaugus Maast ja rõngaste endi madal peegeldusvõime. 1986. aastal suutis kosmoseaparaat Voyager 2 määrata planeedil lisaks tol ajal teadaolevatele veel kahe rõnga olemasolu. 2005. aastal märkas Hubble'i kosmoseteleskoop veel kahte. Praeguseks teavad planeediteadlased 13 Uraani rõngast, millest eredaim on Epsiloni rõngas.
Uraani rõngad erinevad Saturni omadest peaaegu kõige poolest – osakeste suurusest koostiseni. Esiteks on Saturni rõngaid moodustavad osakesed väikesed, nende läbimõõt on veidi üle paari meetri, samas kui Uraani rõngad sisaldavad palju kuni kahekümnemeetrise läbimõõduga kehasid. Teiseks on Saturni rõngaste osakesed enamasti jää. Uraani rõngad koosnevad aga nii jääst kui ka märkimisväärsest tolmust ja prahist.
William Herschel avastas Uraani alles 1781. aastal, kuna planeet oli iidsete tsivilisatsioonide esindajate jaoks liiga hämar. Herschel ise uskus algul, et Uraan on komeet, kuid hiljem muutis oma arvamust ja teadus kinnitas objekti planeedi staatust. Nii sai Uraanist esimene tänapäeva ajaloos avastatud planeet. Herscheli pakutud esialgne nimi oli "George's Star" - kuningas George III auks, kuid teadusringkond ei võtnud seda vastu. Nime "Uraan" pakkus välja astronoom Johann Bode Vana-Rooma jumala Uraani auks.
Uraan pöörleb ümber oma telje kord 17 tunni ja 14 minuti järel. Samamoodi pöörleb planeet retrograadses suunas, vastupidiselt Maa ja ülejäänud kuue planeedi suunale.
Arvatakse, et Uraani telje ebatavaline kalle võib põhjustada suurejoonelise kokkupõrke mõne teise kosmilise kehaga. Teooria kohaselt põrkas väidetavalt Maa-suurune planeet järsult kokku Uraaniga, mis nihutas oma telge ligi 90 kraadi võrra.
Tuule kiirus Uraanil võib ulatuda kuni 900 km/h.
Uraani mass on umbes 14,5 korda suurem kui Maa mass, mis teeb sellest meie päikesesüsteemi neljast gaasihiiglasest kergeima.
Uraani nimetatakse sageli "jäähiiglaseks". Lisaks ülemises kihis olevale vesinikule ja heeliumile (nagu ka teistel gaasihiiglastel) on Uraanil ka jäine vahevöö, mis ümbritseb tema raudsüdamikku. Ülemine atmosfäärikiht koosneb ammoniaagist ja jäistest metaanikristallidest, mis annab Uraanile iseloomuliku kahvatusinise värvuse.
Uraan on Päikesesüsteemis Saturni järel teine väikseima tihedusega planeet.
Iraagi suursaadiku sõnumis ÜRO juures Mohammed Ali al-Hakim 9. juulil on kirjas, et äärmuslaste käsutuses on ISIS (Iraagi ja Levandi Islamiriik). IAEA (Rahvusvaheline Aatomienergiaagentuur) kiirustas teatama, et Iraagis varem kasutatud tuumaainetel on madalad toksilised omadused ja seega islamistide poolt vangistatud materjalid.
Olukorraga kursis olev USA valitsusallikas ütles Reutersile, et võitlejate varastatud uraan ei ole tõenäoliselt rikastatud ja seetõttu on ebatõenäoline, et seda kasutatakse tuumarelvade valmistamiseks. Iraagi võimud teavitasid sellest juhtumist ametlikult ÜRO-d ja kutsusid üles "vältima selle kasutamise ohtu", vahendab RIA Novosti.
Uraaniühendid on äärmiselt ohtlikud. Selle kohta, mida täpselt, samuti selle kohta, kes ja kuidas saab tuumakütust toota, ütleb AiF.ru.
Uraan on keemiline element aatomnumbriga 92, hõbevalge läikiv metall, perioodilisussüsteemi tähistab sümbol U. Puhtal kujul on see terasest veidi pehmem, tempermalmist, painduv, leidub maakoores (litosfääris). ) ja merevees ning selle puhtas ei esine. Tuumakütus on valmistatud uraani isotoopidest.
Uraan on raske, hõbevalge läikiv metall. Foto: Commons.wikimedia.org / Algne üleslaadija oli Zxctypo saidil en.wikipedia.
1938. aastal sakslane füüsikud Otto Hahn ja Fritz Strassmann kiiritas uraani tuuma neutronitega ja tegi avastuse: vaba neutroni kinnipüüdmisel uraani isotoobi tuum jaguneb ja eraldab fragmentide ja kiirguse kineetilise energia tõttu tohutult energiat. Aastatel 1939-1940 Julius Khariton ja Jakov Zeldovitš esimest korda teoreetiliselt selgitas, et loodusliku uraani vähesel rikastamisel uraan-235-ga on võimalik luua tingimused aatomituumade pidevaks lõhustumiseks ehk anda protsessile ahela iseloom.
Rikastatud uraan on uraan, mida toodab tehnoloogiline protsess 235U isotoobi osakaalu suurendamiseks uraanis. Selle tulemusena jaguneb looduslik uraan rikastatud uraaniks ja vaesestatud uraaniks. Pärast 235U ja 234U looduslikust uraanist ekstraheerimist nimetatakse järelejäänud materjali (uraan-238) "vaesestatud uraaniks", kuna see on vaesestatud 235. isotoobis. Mõnede aruannete kohaselt hoitakse USA-s umbes 560 000 tonni vaesestatud uraanheksafluoriidi (UF6). Vaesestatud uraan on poole radioaktiivsem kui looduslik uraan, peamiselt tänu 234U eemaldamisele sellest. Kuna uraani peamine kasutusala on energia tootmine, on vaesestatud uraan vähekasutatav toode, mille majanduslik väärtus on madal.
Tuumaenergia kasutab ainult rikastatud uraani. Suurim rakendus on uraani isotoop 235U, mille puhul on võimalik isemajandav tuumaahelreaktsioon. Seetõttu kasutatakse seda isotoopi kütusena tuumareaktorites ja tuumarelvades. Isotoobi U235 eraldamine looduslikust uraanist on keeruline tehnoloogia, mida vähesed riigid suudavad rakendada. Uraani rikastamine võimaldab toota aatomituumarelvi - ühefaasilisi või üheastmelisi lõhkeseadmeid, milles põhienergia väljund saadakse raskete tuumade tuumalõhustumise reaktsioonist koos kergemate elementide moodustumisega.
Tooriumist reaktorites kunstlikult toodetud uraan-233 (toorium-232 püüab kinni neutroni ja muutub toorium-233-ks, mis laguneb protaktiinumiks-233 ja seejärel uraan-233-ks), võib tulevikus saada tavaliseks tuumaenergia tuumakütuseks. tehased (juba praegu on seda nukliidi kütusena kasutavad reaktorid, näiteks KAMINI Indias) ja aatomipommide tootmine (kriitiline mass umbes 16 kg).
30 mm kaliibriga mürsu (lennuki A-10 kahurid GAU-8) südamik, mille läbimõõt on umbes 20 mm vaesestatud uraanist. Foto: Commons.wikimedia.org / Algne üleslaadija oli Nrcprm2026 saidil en.wikipedia
10 riiki, mis annavad 94% maailma uraanitoodangust. Foto: Commons.wikimedia.org / KarteUrangewinnung
Uraan ja selle ühendid on mürgised. Eriti ohtlikud on uraani ja selle ühendite aerosoolid. Veeslahustuvate uraaniühendite aerosoolide puhul on maksimaalne lubatud kontsentratsioon (MPC) õhus 0,015 mg / m³, uraani lahustumatute vormide puhul on MAC 0,075 mg / m³. Uraan mõjutab kehasse sattudes kõiki elundeid, olles raku üldine mürk. Uraan, nagu paljud teised raskmetallid, seondub peaaegu pöördumatult valkudega, eelkõige aminohapete sulfiidrühmadega, häirides nende funktsiooni. Uraani molekulaarne toimemehhanism on seotud selle võimega pärssida ensüümide aktiivsust. Esiteks on mõjutatud neerud (uriinis ilmuvad valgud ja suhkur, oliguuria). Kroonilise mürgistuse korral on võimalikud hematopoeetilised ja närvisüsteemi häired.
Isotoop - keemilise elemendi aatomite sordid, millel on sama aatom- (järgarv), kuid erinevad massiarvud.
Perioodilise tabeli III rühma element, mis kuulub aktiniidide hulka; raske nõrgalt radioaktiivne metall. Tooriumil on mitmeid rakendusi, milles see mõnikord mängib asendamatut rolli. Selle metalli positsioon perioodilises elementide süsteemis ja tuuma struktuur määras selle kasutamise aatomienergia rahumeelse kasutamise valdkonnas.
*** Oliguuria (kreeka keelest oligos - väike ja ouron - uriin) - neerude kaudu eraldatud uriini koguse vähenemine.
