Uran (kemijski element) Uran (kemijski element)
URAN (lat. Uranium), U (čitaj "uran"), radioaktivni kemijski element s atomskim brojem 92, atomska masa 238,0289. Aktinoid. Prirodni uran se sastoji od mješavine tri izotopa: 238 U, 99,2739%, s vremenom poluraspada T 1/2 = 4,51 10 9 godina, 235 U, 0,7024%, poluživot T 1/2 = 7,13 10 8 godina, 234 U, 0,0057%, poluživot T 1/2 = 2,45 10 5 godina. 238 U (uran-I, UI) i 235 U (aktinuran, AcU) su preci radioaktivnog niza. Od 11 umjetno dobivenih radionuklida s masenim brojem 227-240, dugovječnih 233 U ( T 1/2 = 1,62 10 5 godina), dobiva se neutronskim zračenjem torija (cm. TORIJA).
Konfiguracija tri vanjska elektronska sloja 5 s 2
str 6
d 10 f 3 6s 2
str 6
d 1 7 s 2
, uran pripada f-elementi. Nalazi se u IIIB skupini u 7. razdoblju periodnog sustava elemenata. U spojevima pokazuje oksidacijska stanja +2, +3, +4, +5 i +6, valencije II, III, IV, V i VI.
Polumjer neutralnog atoma urana je 0,156 nm, polumjer iona je: U 3 + - 0,1024 nm, U 4 + - 0,089 nm, U 5 + - 0,088 nm i U 6+ - 0,083 nm. Energije uzastopne ionizacije atoma su 6,19, 11,6, 19,8, 36,7 eV. Paulingova elektronegativnost (cm. POLING Linus) 1,22.
Povijest otkrića
Uran je 1789. otkrio njemački kemičar M.G. Klaproth (cm. KLAPROT Martin Heinrich) u proučavanju minerala "resin blende". Ime je dobio po planetu Uranu, koji je otkrio W. Herschel (cm. GERSHEL) 1781. Uran je u metalnom stanju 1841. dobio francuski kemičar E. Peligot. (cm. PELIGO Eugene Melkjor) u redukciji UCl 4 metalnim kalijem. Radioaktivna svojstva urana otkrio je 1896. godine Francuz A. Becquerel (cm. BECQUEREL Antoine Henri).
U početku se atomska masa 116 pripisivala uranu, ali 1871. D.I. Mendelejev (cm. MENDELEEV Dmitrij Ivanovič) došao do zaključka da ga treba udvostručiti. Nakon otkrića elemenata s atomskim brojevima od 90 do 103, američki kemičar G. Seaborg (cm. SEABORG Glenn Theodore) došao do zaključka da ovi elementi (aktinidi) (cm. AKTINOIDI) ispravnije ga je smjestiti u periodni sustav u istu ćeliju s elementom broj 89 aktinij. Ovakav raspored je zbog činjenice da su aktinidi završeni 5 f-elektorski podnivo.
Biti u prirodi
Uran je karakterističan element za granitni sloj i sedimentnu ljusku zemljine kore. Sadržaj u zemljinoj kori iznosi 2,5 · 10 -4% težinski. U morskoj vodi koncentracija urana je manja od 10 -9 g / l; ukupno morska voda sadrži od 10 9 do 10 10 tona urana. Slobodni uran se ne nalazi u zemljinoj kori. Poznato je oko 100 minerala urana, od kojih su najvažniji smola U 3 O 8, uraninit (cm. URANINIT)(U, Th) O 2, ruda uranove smole (sadrži uranove okside promjenjivog sastava) i tyuyamunit Ca [(UO 2) 2 (VO 4) 2] · 8H 2 O.
Primanje
Uran se dobiva iz uranovih ruda koje sadrže 0,05-0,5% U. Ekstrakcija urana počinje dobivanjem koncentrata. Rude se izlužuju otopinama sumporne, dušične kiseline ili lužine. Dobivena otopina uvijek sadrži nečistoće drugih metala. Prilikom odvajanja urana od njih koriste se razlike u njihovim redoks svojstvima. Redox procesi kombiniraju se s procesima ionske izmjene i ekstrakcije.
Iz dobivene otopine ekstrahira se uran u obliku oksida ili tetrafluorida UF 4 metodom metalotermije:
UF 4 + 2Mg = 2MgF 2 + U
Rezultirajući uran sadrži nečistoće bora u tragovima. (cm. bor (kemijski element)),
kadmij (cm. KADMIJ) i neki drugi elementi, tzv. reaktorski otrovi. Apsorbirajući neutrone nastale tijekom rada nuklearnog reaktora, oni čine uran neprikladnim za korištenje kao nuklearno gorivo.
Kako bi se riješili nečistoća, metalni uran se otapa u dušičnoj kiselini kako bi se dobio uranil nitrat UO 2 (NO 3) 2. Uranil nitrat se ekstrahira iz vodene otopine s tributil fosfatom. Produkt pročišćavanja iz ekstrakta ponovno se pretvara u uranijev oksid ili tetrafluorid iz kojeg se ponovno dobiva metal.
Dio urana dobiva se regeneracijom istrošenog nuklearnog goriva u reaktoru. Sve operacije regeneracije urana izvode se na daljinu.
Fizička i kemijska svojstva
Uran je srebrno bijeli sjajni metal. Metalni uran postoji u tri alotropna (cm. ALOTROPIJA) modifikacije. Do 669 °C stabilna a-modifikacija s ortorombičnom rešetkom, parametri a= 0,2854 nm, v= 0,5869 nm i s= 0,4956 nm, gustoća 19,12 kg / dm 3. Od 669 °C do 776 °C stabilna b-modifikacija s tetragonalnom rešetkom (parametri a= 1,0758 nm, s= 0,5656 nm). Do točke taljenja od 1135 ° C, g-modifikacija s kubičnom rešetkom centriranom na tijelo ( a= 0,3525 nm). Temperatura isparavanja 4200°C.
Kemijska aktivnost metalnog urana je visoka. Na zraku se prekriva oksidnim filmom. Uran u prahu je piroforan; tijekom izgaranja urana i toplinske razgradnje mnogih njegovih spojeva u zraku nastaje uranijev oksid U 3 O 8. Ako se ovaj oksid zagrije u atmosferi vodika (cm. VODIK) na temperaturama iznad 500 °C nastaje uranijev dioksid UO 2:
U 3 O 8 + H 2 = 3UO 2 + 2H 2 O
Ako se uranil nitrat UO 2 (NO 3) 2 zagrijava na 500 ° C, tada, razgrađujući, tvori uranov trioksid UO 3. Osim uranovih oksida stehiometrijskog sastava UO 2, UO 3 i U 3 O 8, poznati su uranijev oksid sastava U 4 O 9 te nekoliko metastabilnih oksida i oksida promjenjivog sastava.
Kada se oksidi urana spoje s oksidima drugih metala, nastaju uranati: K 2 UO 4 (kalijev uranat), CaUO 4 (kalcijev uranat), Na 2 U 2 O 7 (natrijev diuranat).
Interakcija s halogenima (cm. HALOGENI), uran daje uranove halogenide. Među njima, heksafluorid UF 6 je žuta kristalna tvar koja lako sublimira čak i pri niskom zagrijavanju (40-60 °C) i jednako se lako hidrolizira s vodom. Uran heksafluorid UF 6 od najveće je praktične važnosti. Dobiva se interakcijom metalnog urana, oksida urana ili UF 4 s fluorom ili fluoriranim sredstvima BrF 3, CCl 3 F (freon-11) ili CCl 2 F 2 (freon-12):
U 3 O 8 + 6CCl 2 F 2 = UF 4 + 3COCl 2 + CCl 4 + Cl 2
UF 4 + F 2 = UF 6
ili
U 3 O 8 + 9F 2 = 3UF 6 + 4O 2
Poznati su fluoridi i kloridi koji odgovaraju oksidacijskim stanjima urana +3, +4, +5 i +6. Dobiveni su uranijevi bromidi UBr 3, UBr 4 i UBr 5, kao i uranijevi jodidi UI 3 i UI 4. Sintetizirani su uranijevi oksihalidi poput UO 2 Cl 2 UOCl 2 i drugi.
Kada uran interagira s vodikom, nastaje uranijev hidrid UH 3, koji ima visoku kemijsku aktivnost. Kada se zagrije, hidrid se razgrađuje u vodik i uran u prahu. Tijekom sinteriranja urana s borom nastaju boridi UB 2, UB 4 i UB 12, ovisno o molarnom omjeru reaktanata i uvjetima procesa.
S ugljikom (cm. Ugljik) uran tvori tri karbida UC, U2C3 i UC2.
Interakcija urana sa silicijem (cm. SILICION) Dobiveni su silicidi U 3 Si, U 3 Si 2, USi, U 3 Si 5, USi 2 i U 3 Si 2.
Dobiveni su uranovi nitridi (UN, UN 2, U 2 N 3) i uranijevi fosfidi (UP, U 3 P 4, UP 2). Sa sivim (cm. SUMPOR) uran tvori niz sulfida: U 3 S 5, US, US 2, US 3 i U 2 S 3.
Metalni uran se otapa u HCl i HNO 3, polako reagira s H 2 SO 4 i H 3 PO 4 . Postoje soli koje sadrže uranilni kation UO 2 2+.
U vodenim otopinama spojevi urana postoje u oksidacijskim stanjima od +3 do +6. Standardni oksidacijski potencijal para U (IV) / U (III) je 0,52 V, para U (V) / U (IV) 0,38 V, para U (VI) / U (V) 0,17 V, para U (VI) / U (IV) 0,27. Ion U 3+ je nestabilan u otopini, ion U 4+ je stabilan u nedostatku zraka. Kation UO 2 + je nestabilan i u otopini nesrazmjeran U 4+ i UO 2 2+. Ioni U 3+ imaju karakterističnu crvenu boju, U 4+ ioni - zelenu, ioni UO 2 2+ - žutu.
U otopinama su spojevi urana najstabilniji u oksidacijskom stanju +6. Svi spojevi urana u otopinama skloni su hidrolizi i kompleksiranju, a najjače - kationi U 4+ i UO 2 2+.
Primjena
Metalni uran i njegovi spojevi koriste se uglavnom kao nuklearno gorivo u nuklearnim reaktorima. Nisko obogaćena mješavina izotopa urana koristi se u stacionarnim reaktorima nuklearnih elektrana. Visoko obogaćeni proizvod - u nuklearnim reaktorima koji rade na brzim neutronima. 235 U je izvor nuklearne energije u nuklearnom oružju. 238 U služi kao izvor sekundarnog nuklearnog goriva - plutonija.
Fiziološko djelovanje
U mikro količinama (10 -5 -10 -8%) nalazi se u tkivima biljaka, životinja i ljudi. Uglavnom nakupljaju neke gljive i alge. Spojevi urana apsorbiraju se u gastrointestinalnom traktu (oko 1%), u plućima - 50%. Glavni depoi u tijelu: slezena, bubrezi, kostur, jetra, pluća i bronho-plućni limfni čvorovi. Sadržaj u organima i tkivima ljudi i životinja ne prelazi 10 -7 godina.
Uran i njegovi spojevi su vrlo otrovni. Posebno su opasni aerosoli urana i njegovih spojeva. Za aerosole u vodi topljivih spojeva urana, MPC u zraku je 0,015 mg/m 3, za netopive oblike urana MPC je 0,075 mg/m 3. Kada uđe u tijelo, uran djeluje na sve organe, kao opći stanični otrov. Molekularni mehanizam djelovanja urana povezan je s njegovom sposobnošću da potisne aktivnost enzima. Prije svega, zahvaćeni su bubrezi (u mokraći se pojavljuju proteini i šećer, oligurija). Kod kronične intoksikacije mogući su poremećaji hematopoeze i živčanog sustava.
enciklopedijski rječnik. 2009 .
U (Uran, uran; kod O = 16 atomske težine U = 240) element s najvećom atomskom težinom; svi elementi, prema atomskoj težini, smješteni su između vodika i urana. Ovo je najtvrđi član metalne podskupine VI grupe periodnog sustava (vidi krom, ... ... Enciklopedijski rječnik F.A. Brockhaus i I.A. Efron
Uran (U) Atomski broj 92 Izgled jednostavne tvari Svojstva atoma Atomska masa (molarna masa) 238.0289 a. e. m. (g / mol) ... Wikipedia
Uran (lat. Uranium), U, radioaktivni kemijski element III skupine Mendeljejevljevog periodnog sustava, pripada obitelji aktinida, atomski broj 92, atomska masa 238,029; metal. Prirodna urea sastoji se od mješavine tri izotopa: 238U √ 99,2739% ... ... Velika sovjetska enciklopedija
Uran (kemijski element)- Uran (Uran), U, radioaktivni kemijski element III skupine periodnog sustava, atomski broj 92, atomska masa 238,0289; odnosi se na aktinide; metal, tp 1135 °C. Uran je glavni element nuklearne energije (nuklearno gorivo), koristi se u ... ... Ilustrirani enciklopedijski rječnik Wikipedia
- (grčki uranos nebo). 1) bog neba, otac Saturna, najstariji od bogova, na grčkom. mitol. 2) rijedak metal, koji u svom čistom stanju ima izgled srebrnih listova. 3) veliki planet koji je otkrio Herschel 1781. Rječnik stranih riječi uključen u ... ... Rječnik stranih riječi ruskog jezika
Uran: * Uran (mitologija) je starogrčki bog. Sin Gaje * Uran (planet) planet Sunčevog sustava * Uran (glazbeni instrument) drevni turski i kazahstanski glazbeni puhački instrument * Uran (element) kemijski element * Operacija ... ... Wikipedia
- (Uran), U, radioaktivni kemijski element III skupine periodnog sustava, atomski broj 92, atomska masa 238,0289; odnosi se na aktinide; metal, tp 1135shC. Uran je glavni element nuklearne energije (nuklearno gorivo), koristi se u ... ... Moderna enciklopedija
| U | 92 |
| 238,0289 | |
| 5f 3 6d 1 7s 2 | |
| Uran | |
Uran(stari naziv Uran) - kemijski element s atomskim brojem 92 u periodnom sustavu, atomska masa 238,029; označeno simbolom U ( Uran) pripada obitelji aktinida.
Još u antičko doba (1. st. pr. Kr.) prirodni uranijev oksid koristio se za izradu žute glazure za keramiku. Istraživanje urana evoluiralo je poput lančane reakcije koju stvara. U početku su informacije o njegovim svojstvima, poput prvih impulsa lančane reakcije, dolazile s dugim prekidima, od slučaja do slučaja. Prvi važan datum u povijesti urana je 1789., kada je njemački prirodni filozof i kemičar Martin Heinrich Klaproth reducirao zlatno-žutu "zemlju" izvađenu iz saksonske smolne rude u tvar nalik crnom metalu. U čast tada najudaljenijeg planeta (koji je Herschel otkrio osam godina ranije), Klaproth, smatrajući novu tvar elementom, nazvao ju je uran.
Pedeset godina se Klaprothov uran smatrao metalom. Tek 1841. godine, Eugene Melchior Peligot - francuski kemičar (1811.-1890.)] dokazao je da, unatoč svom karakterističnom metalnom sjaju, Klaprothov uran nije element, već oksid UO 2... Godine 1840. Peligo je uspio dobiti pravi uran, teški metal čeličnosive boje, i odrediti njegovu atomsku težinu. Sljedeći važan korak u proučavanju urana napravio je 1874. DI Mendeljejev. Na temelju periodičnog sustava koji je razvio, smjestio je uran u najudaljeniju ćeliju svog stola. Prije se smatralo da je atomska težina urana jednaka 120. Veliki kemičar je udvostručio ovu vrijednost. Nakon 12 godina, Mendeljejevljevu predviđanje potvrdili su pokusi njemačkog kemičara Zimmermanna.
Proučavanje urana počelo je 1896.: francuski kemičar Antoine Henri Becquerel slučajno je otkrio Becquerelove zrake, koje je Marie Curie kasnije preimenovala u radioaktivnost. U isto vrijeme, francuski kemičar Henri Moissant uspio je razviti metodu za dobivanje čistog metalnog urana. 1899. Rutherford je otkrio da je zračenje preparata urana nehomogeno, da postoje dvije vrste zračenja – alfa i beta zrake. Nose različite električne naboje; njihov raspon materije i ionizirajuća sposobnost daleko su od istog. Nešto kasnije, u svibnju 1900., Paul Villard je otkrio treću vrstu zračenja - gama zrake.
Ernest Rutherford izveo je 1907. prve pokuse za određivanje starosti minerala u proučavanju radioaktivnog urana i torija na temelju teorije radioaktivnosti koju je stvorio zajedno s Frederickom Soddyjem (Soddy, Frederick, 1877.-1956.; Nobelova nagrada u Kemija, 1921). Godine 1913. F. Soddy je uveo koncept izotopi(od grčkog ισος - "jednak", "isti" i τόπος - "mjesto"), a 1920. predvidio je da se izotopi mogu koristiti za određivanje geološke starosti stijena. Godine 1928. Niggot je implementirao, a 1939. A.O.K. Nier (Nier, Alfred Otto Carl, 1911. - 1994.) stvorio je prve jednadžbe za izračunavanje starosti i koristio maseni spektrometar za odvajanje izotopa.
Godine 1939. Frederic Joliot-Curie i njemački fizičari Otto Frisch i Lisa Meitner otkrili su nepoznati fenomen koji se događa s jezgrom urana kada je ozračena neutronima. Došlo je do eksplozivnog uništenja ove jezgre s stvaranjem novih elemenata mnogo lakših od urana. Ovo uništenje bilo je eksplozivne prirode, fragmenti proizvoda razbacani su u različitim smjerovima ogromnim brzinama. Tako je otkriven fenomen nazvan nuklearna reakcija.
Godine 1939-1940. Yu. B. Khariton i Ya. B. Zel'dovich prvi su teoretski pokazali da se uz malo obogaćivanje prirodnog urana uranijem-235 mogu stvoriti uvjeti za kontinuiranu fisiju atomskih jezgri, odnosno da se dobije obraditi lančani lik.
Uraninit ruda
Uran je rasprostranjen u prirodi. Klarka urana je 1 · 10 -3 % (tež.). Količina urana u 20 km debelom sloju litosfere procjenjuje se na 1,3 · 10 14 tona.
Najveći dio urana nalazi se u kiselim stijenama s visokim silicij... Značajna masa urana koncentrirana je u sedimentnim stijenama, posebice onima obogaćenim organskom tvari. Uran je u velikim količinama prisutan kao nečistoća u toriju i mineralima rijetkih zemalja (ortit, sfen CaTiO 3, monazit (La, Ce) PO 4, cirkon ZrSiO 4, ksenotim YPO4 itd.). Najvažnije rude urana su pitchblende (uranova smola), uraninit i karnotit. Glavni minerali - sateliti urana su molibdenit MoS 2, galena PbS, kvarc SiO 2, kalcit CaCO 3, hidromuskovit itd.
| Mineral | Glavni sastav minerala | Sadržaj urana,% |
|---|---|---|
| Uraninit | UO 2, UO 3 + ThO 2, CeO 2 | 65-74 |
| karnotit | K 2 (UO 2) 2 (VO 4) 2 2H 2 O | ~50 |
| Casolite | PbO 2 UO 3 SiO 2 H 2 O | ~40 |
| Samarskite | (Y, Er, Ce, U, Ca, Fe, Pb, Th) (Nb, Ta, Ti, Sn) 2 O 6 | 3.15-14 |
| Brannerit | (U, Ca, Fe, Y, Th) 3 Ti 5 O 15 | 40 |
| Tuyamunit | CaO 2UO 3 V 2 O 5 nH 2 O | 50-60 |
| Zeinerit | Cu (UO 2) 2 (AsO 4) 2 nH 2 O | 50-53 |
| Otenit | Ca (UO 2) 2 (PO 4) 2 nH 2 O | ~50 |
| Schreckingerit | Ca 3 NaUO 2 (CO 3) 3 SO 4 (OH) 9H 2 O | 25 |
| Uranofan | CaO UO 2 2SiO 2 6H 2 O | ~57 |
| Fergusonit | (Y, Ce) (Fe, U) (Nb, Ta) O 4 | 0.2-8 |
| Thorburnite | Cu (UO 2) 2 (PO 4) 2 nH 2 O | ~50 |
| Coffinite | U (SiO 4) 1-x (OH) 4x | ~50 |
Glavni oblici pojave urana u prirodi su uraninit, smola (uranova smola) i uranova crna. Razlikuju se samo po oblicima nalaza; postoji ovisnost o dobi: uraninit je prisutan uglavnom u drevnim (prekambrijske stijene), pitchblende - vulkanogene i hidrotermalne - uglavnom u paleozoičkim i mlađim visoko- i srednjetemperaturnim formacijama; crni uran - uglavnom u mladim - kenozojskim i mlađim formacijama - uglavnom u niskotemperaturnim sedimentnim stijenama.
Sadržaj urana u zemljinoj kori iznosi 0,003%, a nalazi se u površinskom sloju zemlje u obliku četiri vrste naslaga. Prvo, to su žile uraninita, odnosno uranove smole (uranijev dioksid UO2), vrlo bogate uranom, ali rijetko pronađene. Prate ih naslage radija, budući da radij je izravan proizvod izotopskog raspada urana. Takve vene nalaze se u Zairu, Kanada (Big Bear Lake), Češka Republika i Francuska... Drugi izvor urana su konglomerati torija i uranove rude, zajedno s rudama drugih važnih minerala. Konglomerati obično sadrže dovoljne količine zlato i srebro, a uran i torij postaju popratni elementi. Velika nalazišta ovih ruda nalaze se u Kanadi, Južnoj Africi, Rusiji i Australija. Treći izvor urana su sedimentne stijene i pješčenici bogati mineralom karnotitom (kalijev uranil vanadat), koji osim urana sadrži i značajnu količinu vanadij i drugi elementi. Takve rude nalaze se u zapadnim državama. SAD... Željezni uranovi škriljevci i fosfatne rude predstavljaju četvrti izvor sedimenta. Bogate naslage pronađene u škriljcima Švedska... Neke fosfatne rude u Maroku i Sjedinjenim Državama sadrže značajne količine urana, a nalazišta fosfata u Angola i Srednjoafrička Republika još su bogatiji uranom. Većina lignita i neki ugljen obično sadrže nečistoće urana. Nalazišta lignita bogata uranom pronađena u Sjevernoj i Južnoj Dakoti (SAD) i bitumenski ugljen Španjolska i Češka Republika
Prirodni uran sastoji se od mješavine tri izotopi: 238 U - 99,2739% (poluvijek T 1/2 = 4,468 × 10 9 godina), 235 U - 0,7024% ( T 1/2 = 7,038 × 10 8 godina) i 234 U - 0,0057% ( T 1/2 = 2,455 × 10 5 godina). Potonji izotop nije primarni, već radiogeni; dio je radioaktivne serije 238 U.
Radioaktivnost prirodnog urana uglavnom je posljedica izotopa 238 U i 234 U, u ravnoteži su njihove specifične aktivnosti jednake. Specifična aktivnost izotopa 235 U u prirodnom uranu je 21 puta manja od aktivnosti 238 U.
Poznato je 11 umjetnih radioaktivnih izotopa urana s masenim brojevima od 227 do 240. Najdugovječniji od njih je 233 U ( T 1/2 = 1,62 × 10 5 godina) dobiva se zračenjem torija neutronima i sposoban je za spontanu fisiju toplinskim neutronima.
Izotopi urana 238 U i 235 U preci su dvije radioaktivne serije. Konačni elementi ovih nizova su izotopi voditi 206 Pb i 207 Pb.
U prirodnim uvjetima prevladavaju uglavnom izotopi 234 U: 235 U : 238 U= 0,0054:0,711:99,283. Polovica radioaktivnosti prirodnog urana je posljedica izotopa 234 U... Izotop 234 U nastala propadanjem 238 U... Za posljednja dva, za razliku od ostalih parova izotopa i bez obzira na visoku migratornu sposobnost urana, karakteristična je geografska postojanost omjera. Veličina ovog omjera ovisi o starosti urana. Brojna terenska mjerenja pokazala su beznačajne fluktuacije. Dakle, u kolutima, vrijednost ovog omjera u odnosu na standard varira u rasponu od 0,9959 -1,0042, u solima - 0,996 - 1,005. U mineralima koji sadržavaju uran (smola, uranova crna, cirtolit, rude rijetkih zemalja) vrijednost ovog omjera kreće se od 137,30 do 138,51; štoviše, nije utvrđena razlika između oblika U IV i U VI; u sfeni - 138,4. U nekim meteoritima otkriven je nedostatak izotopa 235 U... Njegovu najnižu koncentraciju u kopnenim uvjetima pronašao je 1972. godine francuski istraživač Boujigues u gradu Oklo u Africi (nalazište u Gabonu). Tako normalni uran sadrži 0,7025% urana 235 U, dok se u Oklu smanjuje na 0,557%. To je potvrdilo hipotezu o prisutnosti prirodnog nuklearnog reaktora koji vodi do izgaranja izotopa koju su predvidjeli George W. Wetherill sa Sveučilišta Kalifornije u Los Angelesu i Mark G. Inghram sa Sveučilišta u Chicagu i Paul K. Kuroda), kemičar u sa Sveučilišta Arkansas, koji je proces opisao još 1956. godine. Osim toga, prirodni nuklearni reaktori pronađeni su u istim okruzima: Okelobondo, Bangombe itd. Trenutno je poznato oko 17 prirodnih nuklearnih reaktora.
Prva faza proizvodnje urana je koncentracija. Stijena se drobi i miješa s vodom. Teške komponente ovjesa se brže slažu. Ako stijena sadrži primarne minerale urana, oni se brzo talože: to su teški minerali. Sekundarni minerali urana su lakši; u ovom slučaju teška otpadna stijena se taloži ranije. (Međutim, daleko od toga da je uvijek stvarno prazan; može sadržavati mnogo korisnih elemenata, uključujući uran).
Sljedeća faza je ispiranje koncentrata, prevođenje urana u otopinu. Koristi se kiselo i alkalno ispiranje. Prvi je jeftiniji, budući da se sumporna kiselina koristi za ekstrakciju urana. Ali ako u sirovini, kao, na primjer, u uranu katran, uran je u tetravalentnom stanju, onda je ova metoda neprimjenjiva: četverovalentni uran se praktički ne otapa u sumpornoj kiselini. U tom slučaju, potrebno je ili posegnuti za lužnatim ispiranjem, ili prethodno oksidirati uran u heksavalentno stanje.
Ispiranje kiselinom također se ne koristi ako koncentrat urana sadrži dolomit ili magnezit koji reagiraju sa sumpornom kiselinom. U tim slučajevima koristite kaustičnu sodu (hidroksid natrij).
Ispiranje kisikom rješava problem ispiranja urana iz ruda. Struja kisika se dovodi u smjesu uranove rude sa sulfidnim mineralima zagrijanom na 150 °C. U tom slučaju iz sumpornih minerala nastaje sumporna kiselina koja ispire uran.
U sljedećoj fazi, uran se mora selektivno odvojiti od dobivene otopine. Suvremene metode - ekstrakcija i ionska izmjena - rješavaju ovaj problem.
Otopina ne sadrži samo uran, već i druge katione. Neki od njih pod određenim uvjetima ponašaju se na isti način kao uran: ekstrahiraju se istim organskim otapalima, talože se na istim smolama za ionsku izmjenu i talože pod istim uvjetima. Stoga je za selektivno odvajanje urana potrebno koristiti mnoge redoks reakcije kako bi se u svakoj fazi riješio jednog ili drugog nepoželjnog suputnika. Na modernim smolama za ionsku izmjenu uran se oslobađa vrlo selektivno.
Metode ionska izmjena i ekstrakcija Dobre su i po tome što omogućuju dovoljno da se uran u potpunosti izvuče iz loših otopina (sadržaj urana je desetinke grama po litri).
Nakon ovih operacija, uran se pretvara u čvrsto stanje - u jedan od oksida ili u UF 4 tetrafluorid. Ali ovaj uran još uvijek treba očistiti od nečistoća s velikim presjekom hvatanja toplinskih neutrona - bura, kadmij, hafnij. Njihov sadržaj u konačnom proizvodu ne smije prelaziti sto tisućinki i milijunti dio postotka. Kako bi se uklonile te nečistoće, komercijalno čisti spoj urana otapa se u dušičnoj kiselini. U tom slučaju nastaje uranil nitrat UO 2 (NO 3) 2, koji se ekstrakcijom s tributil fosfatom i nekim drugim tvarima dodatno pročišćava do potrebnih uvjeta. Zatim se ova tvar kristalizira (ili se istaloži peroksid UO 4 · 2H 2 O) i oprezno zapali. Kao rezultat ove operacije nastaje uranijev trioksid UO 3 koji se reducira vodikom u UO 2.
Uranov dioksid UO 2 na temperaturi od 430 do 600 ° C izlaže se suhom fluorovodiku kako bi se dobio tetrafluorid UF 4. Metalni uran se reducira iz ovog spoja upotrebom kalcija ili magnezij.
Uran je vrlo težak, srebrnobijeli, sjajni metal. U svom čistom obliku, nešto je mekši od čelika, savitljiv, savitljiv i ima neznatna paramagnetska svojstva. Uran ima tri alotropska oblika: alfa (prizmatičan, stabilan do 667,7 °C), beta (četverokutni, stabilan od 667,7 °C do 774,8 °C), gama (s kubičnom strukturom usmjerenom na tijelo koja postoji od 774, 8 °C do točka taljenja).
Radioaktivna svojstva nekih izotopa urana (identificirani su prirodni izotopi):
Uran može pokazivati oksidacijska stanja od + III do + VI. Spojevi urana (III) tvore nestabilne crvene otopine i jaki su redukcijski agensi:
4UCl 3 + 2H 2 O → 3UCl 4 + UO 2 + H 2
Spojevi urana (IV) su najstabilniji i tvore zelene vodene otopine.
Spojevi urana (V) su nestabilni i lako nesrazmjerni u vodenoj otopini:
2UO 2 Cl → UO 2 Cl 2 + UO 2
Kemijski, uran je vrlo aktivan metal. Brzo oksidira na zraku i prekriva se preljevnim oksidnim filmom. Fini prah urana se spontano pali na zraku, pali se na temperaturi od 150-175 ° C, tvoreći U 3 O 8. Na 1000 °C, uran se spaja s dušikom i tvori žuti uranijev nitrid. Voda je sposobna korodirati metal, polako na niskim temperaturama, a brzo na visokim temperaturama, kao i kada je fino mljeveni prah urana. Uran se otapa u klorovodičnoj, dušičnoj i drugim kiselinama, stvarajući tetravalentne soli, ali ne stupa u interakciju s lužinama. Uran pomiče vodik iz anorganskih kiselina i slanih otopina metala kao npr Merkur, srebro, bakar, kositar, platinaizlato... Kada se snažno protresu, čestice metalnog urana počinju svijetliti. Uran ima četiri oksidacijska stanja - III-VI. Heksavalentni spojevi uključuju uranov trioksid (uranil oksid) UO 3 i uranil uran klorid UO 2 Cl 2. Uran tetraklorid UCl 4 i uranijev dioksid UO 2 primjeri su četverovalentnog urana. Tvari koje sadrže četverovalentni uran obično su nestabilne i postaju heksavalentne nakon duljeg izlaganja zraku. Uranilne soli kao što je uranil klorid razgrađuju se u prisutnosti jakog svjetla ili organskih tvari.
Najveća primjena je izotop uran 235 U, u kojem je moguća samoodrživa nuklearna lančana reakcija. Stoga se ovaj izotop koristi kao gorivo u nuklearnim reaktorima, kao i u nuklearnom oružju. Odvajanje izotopa U 235 od prirodnog urana složen je tehnološki problem (vidi odvajanje izotopa).
Izotop U 238 je sposoban za fisiju pod utjecajem bombardiranja neutronima visoke energije, ova značajka se koristi za povećanje snage termonuklearnog oružja (koriste se neutroni nastali termonuklearnom reakcijom).
Kao rezultat hvatanja neutrona s naknadnim β-raspadom, 238 U može se pretvoriti u 239 Pu, koji se zatim koristi kao nuklearno gorivo.
Uran-233, umjetno dobiven u reaktorima iz torija (torij-232 hvata neutron i pretvara se u torij-233, koji se raspada u protaktinij-233, a zatim u uran-233), mogao bi u budućnosti postati široko rasprostranjeno nuklearno gorivo za nuklearnu energiju postrojenja (već sada postoje reaktori koji koriste ovaj nuklid kao gorivo, na primjer KAMINI u Indiji) i proizvodnju atomskih bombi (kritična masa oko 16 kg).
Uran-233 je također najperspektivnije gorivo za nuklearne raketne motore u plinskoj fazi.
Glavna industrija upotrebe urana je određivanje starosti minerala i stijena kako bi se odredio slijed tijeka geoloških procesa. To rade Geokronologija i Teorijska geokronologija. Rješenje problema miješanja i izvora tvari također je od velike važnosti.
Rješenje problema temelji se na jednadžbama radioaktivnog raspada opisanih jednadžbama.
gdje 238 U o, 235 U o- suvremene koncentracije izotopa urana; ; - konstante raspada atoma odnosno urana 238 U i 235 U.
Njihova kombinacija je vrlo važna:
.Zbog činjenice da stijene sadrže različite koncentracije urana, one imaju različitu radioaktivnost. Ovo svojstvo koristi se pri odabiru stijena geofizičkim metodama. Ova metoda se najviše koristi u naftnoj geologiji za geofizička istraživanja bušotina, ovaj kompleks uključuje, posebno, γ-karotažu ili neutronsku gama-karotu, gama-gama-karotu itd. Uz njihovu pomoć identificiraju se ležišta i brtve.
Mala količina urana daje staklu prekrasnu žuto-zelenu fluorescenciju (uranovo staklo).
Kao žuti pigment u slikarstvu je korišten natrijev uranat Na 2 U 2 O 7.
Spojevi urana korišteni su kao boje za slikanje na porculanu te za keramičke glazure i emajle (bojaju se u boje: žutu, smeđu, zelenu i crnu, ovisno o oksidacijskom stanju).
Neki spojevi urana su fotoosjetljivi.
Početkom 20. stoljeća uranil nitrat Bio je naširoko korišten za poboljšanje negativa i bojanje (toniranje) pozitiva (fotografskih otisaka) u smeđu.
Uran-235 karbid u leguri s niobij karbidom i cirkonijevim karbidom koristi se kao gorivo za nuklearne mlazne motore (radna tekućina je vodik + heksan).
Legure željeza i osiromašenog urana (uran-238) koriste se kao snažni magnetostriktivni materijali.
Osiromašeni uran
Nakon ekstrakcije 235 U i 234 U iz prirodnog urana, preostali materijal (uran-238) naziva se "osiromašeni uran", budući da je osiromašen 235. izotopom. Prema nekim izvješćima, oko 560.000 tona osiromašenog urana heksafluorida (UF 6) pohranjeno je u Sjedinjenim Državama.
Osiromašeni uran je dva puta manje radioaktivan od prirodnog urana, uglavnom zbog uklanjanja iz njega 234 U. Zbog činjenice da je glavna upotreba urana proizvodnja energije, osiromašeni uran je proizvod male uporabe i niske ekonomske vrijednosti.
U osnovi, njegova je upotreba povezana s visokom gustoćom urana i relativno niskom cijenom. Osiromašeni uran se koristi za zaštitu od zračenja (čudno) i kao balastnu masu u zrakoplovnim aplikacijama kao što su upravljačke površine zrakoplova. Svaki Boeing 747 sadrži 1500 kg osiromašenog urana za tu svrhu. Ovaj materijal se također koristi u brzohodnim žiro rotorima, velikim zamašnjacima, kao balast u svemirskim vozilima za spuštanje i trkaćim jahtama, pri bušenju naftnih bušotina.
Vrh (uložak) projektila kalibra 30 mm (top GAU-8 zrakoplova A-10) promjera oko 20 mm izrađen od osiromašenog urana.
Najpoznatija upotreba osiromašenog urana je kao jezgre za oklopne projektile. Kada se legira s 2% Mo ili 0,75% Ti i toplinskom obradom (brzo gašenje metala zagrijanog na 850 °C u vodi ili ulju, daljnje držanje na 450 °C tijekom 5 sati), metalni uran postaje tvrđi i jači od čelika (vlačna čvrstoća je veći od 1600 MPa, unatoč činjenici da je za čisti uran jednak 450 MPa). U kombinaciji s njegovom visokom gustoćom, to čini ingot očvrslog urana iznimno učinkovitim alatom za prodiranje oklopa, sličnim po učinkovitosti skupljem volframu. Teški uranski vrh također mijenja raspodjelu mase projektila, poboljšavajući njegovu aerodinamičku stabilnost.
Slične legure tipa "Stabil" koriste se u strijelastim, pernatim školjkama tenkovskih i protutenkovskih topničkih topova.
Proces uništavanja oklopa je popraćen mljevenjem uranovog blanka u prašinu i paljenjem u zraku s druge strane oklopa (vidi Pirofornost). Oko 300 tona osiromašenog urana ostavljeno je na bojištu tijekom operacije Pustinjska oluja (uglavnom ostaci granata iz 30 mm topa GAU-8 jurišnog zrakoplova A-10, a svaka granata sadržavala je 272 g legure urana).
Takve su granate NATO trupe koristile u neprijateljstvima na tlu Jugoslavije. Nakon njihove primjene, raspravljalo se o ekološkom problemu radijacijskog onečišćenja teritorija zemlje.
Po prvi put, uran je korišten kao jezgra za projektile u Trećem Reichu.
Osiromašeni uran se koristi u modernim tenkovskim oklopima kao što je tenk M-1 Abrams.
Nalazi se u tragovima (10 -5 -10 -8%) u tkivima biljaka, životinja i ljudi. Uglavnom nakupljaju neke gljive i alge. Spojevi urana apsorbiraju se u gastrointestinalnom traktu (oko 1%), u plućima - 50%. Glavni depoi u tijelu: slezena, bubrezi, kostur, jetra, pluća i bronho-plućni limfni čvorovi. Sadržaj u organima i tkivima ljudi i životinja ne prelazi 10 -7 g.
Uran i njegovi spojevi otrovan... Posebno su opasni aerosoli urana i njegovih spojeva. Za aerosole u vodi topljivih spojeva urana najveća dopuštena koncentracija u zraku je 0,015 mg/m³, za netopive oblike urana najveća dopuštena koncentracija je 0,075 mg/m³. Kada uđe u tijelo, uran djeluje na sve organe, kao opći stanični otrov. Molekularni mehanizam djelovanja urana povezan je s njegovom sposobnošću da potisne aktivnost enzima. Prije svega, zahvaćeni su bubrezi (u mokraći se pojavljuju proteini i šećer, oligurija). Kod kronične intoksikacije mogući su poremećaji hematopoeze i živčanog sustava.
Proizvodnja po zemljama u tonama sadržaja U za 2005.-2006.
Proizvodnja po tvrtki u 2006. godini:
Cameco - 8,1 tisuća tona
Rio Tinto - 7 tisuća tona
AREVA - 5 tisuća tona
Kazatomprom - 3,8 tisuća tona
TVEL OJSC - 3,5 tisuća tona
BHP Billiton - 3 tisuće tona
Navoi MMC - 2,1 tisuća tona ( Uzbekistan, Navoi)
Uran 1 - 1000 tona
Heathgate - 0,8 tisuća tona
Denison Mines - 0,5 tisuća tona
U SSSR-u, glavne regije rude urana bile su Ukrajina (Zheltorechenskoye, Pervomayskoye, itd.), Kazahstan (Sjeverno - Balkashinskoe rudno polje, itd.; Južno - Kyzylsai rudno polje, itd.; Istok; svi pripadaju uglavnom vulkanogenim -hidrotermalni tip); Transbaikalija (Antey, Streltsovskoe, itd.); Srednja Azija, uglavnom Uzbekistan s mineralizacijom u crnom škriljevcu sa središtem u gradu Uchkuduk. Postoji puno malih rudnih pojava i manifestacija. Transbaikalija ostaje glavna regija rude urana u Rusiji. U ležištu u regiji Čita (u blizini grada Krasnokamenska) proizvodi se oko 93% ruskog urana. Proizvodnja se odvija rudarskom metodom Priargunskoye industrijskog rudarsko-kemijskog udruženja (PIMCU), koje je dio JSC Atomredmetzoloto (Uranium Holding).
Preostalih 7% dobiva se ispiranjem na licu mjesta ZAO Dalur (regija Kurgan) i OAO Khiagda (Buryatia).
Dobivene rude i koncentrat urana prerađuju se u mehaničarskoj tvornici Chepetsk.
Oko petine svjetskih rezervi urana (21% i 2. mjesto u svijetu) koncentrirano je u Kazahstanu. Ukupni resursi urana iznose oko 1,5 milijuna tona, od čega se oko 1,1 milijun tona može iskopati ispiranjem na licu mjesta.
Kazahstan je 2009. godine došao na prvo mjesto u svijetu u iskopavanju urana.
Glavno poduzeće je Eastern Mining and Processing Plant u gradu Zheltye Vody.
Unatoč legendama o desecima tisuća dolara po kilogramu ili čak gramskim količinama urana, njegova stvarna cijena na tržištu nije baš visoka – neobogaćeni uranijev oksid U 3 O 8 košta manje od 100 američkih dolara po kilogramu. To je zbog činjenice da su za pokretanje nuklearnog reaktora na neobogaćeni uran potrebne desetke ili čak stotine tona goriva, a za proizvodnju nuklearnog oružja mora se obogatiti velika količina urana kako bi se dobile koncentracije pogodne za stvaranje bomba.
Odakle je došao uran? Najvjerojatnije se pojavljuje u eksplozijama supernove. Činjenica je da za nukleosintezu elemenata težih od željeza mora postojati snažan tok neutrona, koji se događa upravo tijekom eksplozije supernove. Činilo bi se da bi tada, kada se kondenzira iz oblaka novih zvjezdanih sustava formiranih njime, uran, koji se skupio u protoplanetarni oblak i vrlo težak, trebao potonuti u dubinama planeta. Ali to nije slučaj. Uran je radioaktivni element i pri raspadu oslobađa toplinu. Proračuni pokazuju da kada bi uran bio ravnomjerno raspoređen po cijeloj debljini planeta, barem s istom koncentracijom kao na površini, tada bi emitirao previše topline. Štoviše, njegov protok bi trebao oslabiti kako se uran troši. Budući da se ništa slično ne opaža, geolozi vjeruju da je najmanje trećina urana, a možda i cijeli, koncentrirana u zemljinoj kori, gdje je njegov sadržaj 2,5 ∙ 10 –4%. Zašto se to dogodilo ne raspravlja se.
Gdje se kopa uran? Na Zemlji nema tako malo urana – po obilju je na 38. mjestu. Najveći dio ovog elementa nalazi se u sedimentnim stijenama - ugljičnim škriljcima i fosforitima: do 8 ∙ 10 –3 i 2,5 ∙ 10 –2%, respektivno. Ukupno, zemljina kora sadrži 10 14 tona urana, ali glavni je problem što je jako raspršen i ne stvara moćne naslage. Oko 15 minerala urana su od industrijskog značaja. Ovo je uranova smola - njegova osnova je četverovalentni uranov oksid, uran liskun - razni silikati, fosfati i složeniji spojevi s vanadijem ili titanom na bazi heksavalentnog urana.
Što su Becquerelove zrake? Nakon što je Wolfgang Roentgen otkrio X-zrake, francuski fizičar Antoine-Henri Becquerel zainteresirao se za sjaj uranovih soli, koji nastaje pod utjecajem sunčeve svjetlosti. Htio je znati ima li i ovdje rendgenskih zraka. Doista, bili su prisutni - sol je osvjetljavala fotografsku ploču kroz crni papir. U jednom od pokusa, međutim, sol nije bila osvijetljena, a fotografska je ploča i dalje potamnila. Kada se metalni predmet stavi između soli i fotografske ploče, ispod njega je bilo manje zamračenja. Posljedično, nove zrake uopće nisu nastale zbog pobuđivanja urana svjetlošću i nisu djelomično prošle kroz metal. U početku su se zvali "Becquerelovim zrakama". Naknadno je otkriveno da su to uglavnom alfa zrake s malim dodatkom beta zraka: činjenica je da glavni izotopi urana tijekom raspadanja emitiraju alfa česticu, a produkti kćeri također doživljavaju beta raspad.
Kolika je radioaktivnost urana? Uran nema stabilne izotope, svi su radioaktivni. Najdugovječniji je uran-238 s vremenom poluraspada od 4,4 milijarde godina. Slijedi uran-235 - 0,7 milijardi godina. Oboje prolaze kroz alfa raspad i postaju odgovarajući izotopi torija. Uran-238 čini preko 99% cjelokupnog prirodnog urana. Zbog ogromnog poluraspada, radioaktivnost ovog elementa je niska, a osim toga alfa čestice nisu u stanju prevladati stratum corneum na površini ljudskog tijela. Kažu da je IV Kurchatov, nakon rada s uranom, jednostavno obrisao ruke rupčićem i nije patio od bolesti povezanih s radioaktivnošću.
Istraživači su se više puta obraćali statistici bolesti radnika u rudnicima i pogonima za preradu urana. Na primjer, evo nedavnog članka kanadskih i američkih stručnjaka koji su analizirali podatke o zdravlju više od 17 tisuća radnika u rudniku Eldorado u kanadskoj pokrajini Saskatchewan za 1950.-1999. Istraživanje okoliša, 2014, 130, 43–50, DOI: 10.1016 / j.envres.2014.01.002). Polazili su od činjenice da zračenje najjače djeluje na krvne stanice koje se brzo množe, što dovodi do odgovarajućih vrsta raka. Statistike su pokazale da je učestalost raznih vrsta raka krvi među radnicima rudnika niža od prosjeka među Kanađanima. Pritom se glavnim izvorom zračenja ne smatra sam uran, već plinoviti radon koji on stvara i njegovi produkti raspadanja, koji mogu ući u tijelo kroz pluća.
Zašto je uran štetan?? Kao i drugi teški metali, vrlo je otrovan i može uzrokovati zatajenje bubrega i jetre. S druge strane, uran, kao raspršeni element, neizbježno je prisutan u vodi, tlu i, koncentrirajući se u lancu ishrane, ulazi u ljudsko tijelo. Razumno je pretpostaviti da su tijekom evolucije živa bića naučila neutralizirati uran u prirodnim koncentracijama. Uran je najopasniji u vodi, pa je SZO postavila granicu: isprva je bila 15 μg / l, ali je 2011. standard povećan na 30 μg / g. U pravilu u vodi ima mnogo manje urana: u SAD-u u prosjeku 6,7 μg / L, u Kini i Francuskoj - 2,2 μg / L. Ali ima i jakih odstupanja. Tako je u nekim područjima Kalifornije sto puta više od standarda - 2,5 mg / l, au južnoj Finskoj doseže 7,8 mg / l. Istraživači pokušavaju shvatiti je li standard SZO prestrog kada proučavaju učinak urana na životinje. Evo tipičnog posla ( BioMed Research International, 2014., ID 181989; DOI: 10.1155 / 2014/181989). Francuski znanstvenici su devet mjeseci zalijevali štakore vodom s dodacima osiromašenog urana, i to u relativno visokoj koncentraciji - od 0,2 do 120 mg / l. Donja vrijednost je voda u blizini rudnika, gornja se nigdje ne nalazi - maksimalna koncentracija urana, izmjerena u Finskoj, iznosi 20 mg / l. Na iznenađenje autora - članak se zove: "Neočekivani izostanak primjetnog učinka urana na fiziološke sustave..." - uran praktički nije imao utjecaja na zdravlje štakora. Životinje su dobro jele, pravilno se udebljale, nisu se žalile na bolest i nisu umrle od raka. Uran se, kako i priliči, taložio prvenstveno u bubrezima i kostima te u stostruko manjoj količini u jetri, a njegovo je nakupljanje, očekivano, ovisilo o sadržaju u vodi. Međutim, to nije dovelo do zatajenja bubrega, pa čak ni do uočljive pojave bilo kakvih molekularnih biljega upale. Autori su predložili početak revizije strogih smjernica SZO-a. Međutim, postoji jedno upozorenje: učinak na mozak. U mozgu štakora urana je bilo manje nego u jetri, ali njegov sadržaj nije ovisio o količini u vodi. Ali uran je utjecao na rad antioksidativnog sustava mozga: aktivnost katalaze porasla je za 20%, glutation peroksidaze za 68-90%, aktivnost superoksid dismutaze pala je za 50% bez obzira na dozu. To znači da je uran očito izazivao oksidativni stres u mozgu i da je tijelo reagiralo na njega. Takav učinak - snažan učinak urana na mozak u nedostatku njegovog nakupljanja u njemu, usput, kao i na genitalijama - primijećen je i prije. Štoviše, voda s uranom u koncentraciji od 75-150 mg/L, kojom su istraživači sa Sveučilišta Nebraska hranili štakore šest mjeseci ( Neurotoksikologija i teratologija, 2005, 27, 1, 135-144; DOI: 10.1016 / j.ntt.2004.09.001), utjecao je na ponašanje životinja, uglavnom mužjaka, puštenih u polje: nisu prelazile linije kao kontrolni, ustajale su na stražnje noge i čistile svoje krzno. Postoje dokazi da uran također dovodi do oštećenja pamćenja kod životinja. Promjena ponašanja bila je u korelaciji s razinom oksidacije lipida u mozgu. Ispostavilo se da je uranova voda štakore učinila zdravim, ali glupim. Ti će nam podaci i dalje biti korisni u analizi takozvanog sindroma Zaljevskog rata.
Kontaminira li uran nalazišta plina iz škriljevca? Ovisi o tome koliko je urana u stijenama koje sadrže plin i kako je s njima povezan. Na primjer, docentica Tracy Bank sa Sveučilišta Buffalo istraživala je škriljevce ležišta Marcellus, koje se proteže od zapadnog New Yorka preko Pennsylvanije i Ohija do Zapadne Virginije. Pokazalo se da je uran kemijski vezan upravo s izvorom ugljikovodika (sjetite se da srodni ugljeni škriljevci imaju najveći sadržaj urana). Eksperimenti su pokazali da otopina korištena za lomljenje formacije savršeno otapa uran u sebi. “Kada uran u tim vodama ispliva na površinu, može uzrokovati onečišćenje okolnog područja. Ne predstavlja opasnost od zračenja, ali uran je otrovan element”, napominje Tracy Bank u sveučilišnom priopćenju od 25. listopada 2010. Detaljni članci o opasnosti od onečišćenja okoliša uranom ili torijom pri vađenju plina iz škriljevca još nisu pripremljeni.
Zašto je potreban uran? Ranije se koristio kao pigment za izradu keramike i stakla u boji. Sada je uran temelj atomske energije i nuklearnog oružja. Istodobno se koristi njegovo jedinstveno svojstvo - sposobnost dijeljenja jezgre.
Što je nuklearna fisija? Raspad jezgre na dva nejednaka velika dijela. Upravo zbog tog svojstva tijekom nukleosinteze uslijed zračenja neutrona s velikim poteškoćama nastaju jezgre teže od urana. Bit fenomena je sljedeća. Ako omjer broja neutrona i protona u jezgri nije optimalan, ona postaje nestabilna. Obično takva jezgra iz sebe izbacuje ili alfa česticu - dva protona i dva neutrona, ili beta česticu - pozitron, što je popraćeno transformacijom jednog od neutrona u proton. U prvom slučaju dobiva se element periodnog sustava, razmaknut dvije ćelije natrag, u drugom - jedna ćelija naprijed. No, osim emisije alfa i beta čestica, jezgra urana može se fisirati – raspadati se na jezgre dvaju elemenata u sredini periodnog sustava, na primjer barija i kriptona, što čini nakon što primi novi neutron. . Ovaj fenomen otkriven je ubrzo nakon otkrića radioaktivnosti, kada su fizičari novootkriveno zračenje izložili svemu što su morali. Ovako o tome piše Otto Frisch, sudionik događaja ("Uspekhi fizicheskikh nauk", 1968, 96, 4). Nakon otkrića berilijskih zraka - neutrona - Enrico Fermi ih je ozračio, posebice uran kako bi izazvao beta raspad - nadao se da će na njegov račun dobiti sljedeći, 93. element, koji se sada zove neptunij. Upravo je on otkrio novu vrstu radioaktivnosti u ozračenom uranu, koju je povezao s pojavom transuranskih elemenata. Istodobno, usporavanje neutrona, zbog čega je izvor berilija bio prekriven slojem parafina, povećalo je tu induciranu radioaktivnost. Američki radiokemičar Aristide von Grosse sugerirao je da je jedan od tih elemenata protaktinij, ali se prevario. No, Otto Hahn, koji je tada radio na Sveučilištu u Beču i smatrao je protaktinijem otkriven 1917. svojom zamisli, odlučio je da je dužan otkriti koji su elementi dobiveni u ovom slučaju. Zajedno s Lisom Meitner, početkom 1938. Hahn je na temelju rezultata eksperimenata sugerirao da nastaju cijeli lanci radioaktivnih elemenata koji nastaju višestrukim beta raspadom jezgri urana-238 i njegovih elemenata kćeri koji su apsorbirali neutron. Ubrzo je Lisa Meitner bila prisiljena pobjeći u Švedsku, bojeći se moguće odmazde od nacista nakon austrijskog anšlusa. Hahn je, nastavljajući svoje eksperimente s Fritzom Strassmannom, otkrio da se među proizvodima nalazi i barij, element s brojem 56, koji se nikako ne može dobiti iz urana: svi alfa raspadni lanci urana završavaju mnogo težim olovom. Istraživači su bili toliko iznenađeni rezultatom da ga nisu objavili, već su samo pisali pisma prijateljima, posebice Lisi Meitner u Göteborgu. Tamo ju je na Božić 1938. posjetio njezin nećak Otto Frisch, koji su šetajući okolicom zimskog grada - bio na skijama, a teta pješice - razgovarali o mogućnosti pojave barija u zračenju urana zbog nuklearne fisije (za više informacija o Lisi Meitner vidi “Kemija i život”, 2013., br. 4). Vrativši se u Kopenhagen, Frisch je doslovno na ljestvama parobroda koji je krenuo u Sjedinjene Države uhvatio Nielsa Bohra i obavijestio ga o ideji fisije. Bohr se pljesnuo po čelu i rekao: “O, kakve smo mi budale bili! Trebali smo to primijetiti ranije." U siječnju 1939. objavljen je članak Frischa i Meitnera o fisiji jezgri urana neutronima. U to vrijeme Otto Frisch je već postavio probni eksperiment, kao i mnoge američke skupine koje su primile poruku od Bohra. Kažu da su se fizičari počeli razilaziti u svoje laboratorije upravo za vrijeme njegovog izvješća 26. siječnja 1939. u Washingtonu na godišnjoj konferenciji o teorijskoj fizici, kada su shvatili bit ideje. Nakon otkrića fisije, Hahn i Strassmann revidirali su svoje eksperimente i otkrili, baš kao i njihovi kolege, da radioaktivnost ozračenog urana nije povezana s transuranima, već s raspadom radioaktivnih elemenata koji nastaju tijekom fisije iz sredine periodnog sustava.
Kako je lančana reakcija u uranu? Ubrzo nakon što je eksperimentalno dokazana mogućnost fisije jezgri urana i torija (a na Zemlji nema drugih fisionih elemenata u značajnijoj količini), Niels Bohr i John Wheeler, koji su radili na Princetonu, a također neovisno o njima sovjetski teorijski fizičar J. I. Frenkel i Nijemci Siegfried Flügge i Gottfried von Droste stvorili su teoriju nuklearne fisije. Iz toga su slijedila dva mehanizma. Jedan je povezan s pragom apsorpcije brzih neutrona. Prema njemu, da bi pokrenuo fisiju, neutron mora imati prilično visoku energiju, više od 1 MeV za jezgre glavnih izotopa - urana-238 i torija-232. Pri nižim energijama, apsorpcija neutrona uranijem-238 ima rezonantni karakter. Na primjer, neutron s energijom od 25 eV ima područje hvatanja tisuće puta veće nego kod drugih energija. Istovremeno, neće doći do fisije: uran-238 će postati uran-239, koji će se s vremenom poluraspada od 23,54 minute pretvoriti u neptunij-239, onaj s poluživotom od 2,33 dana - u dugo- živio plutonij-239. Torij-232 će postati uran-233.
Drugi mehanizam je apsorpcija neutrona bez praga, nakon čega slijedi treći manje ili više rašireni fisijski izotop - uran-235 (kao i plutonij-239 i uran-233, kojih nema u prirodi): apsorbirajući bilo koji neutron, čak i spora, tzv. toplinska, s energijom kao za molekule koje sudjeluju u toplinskom gibanju - 0,025 eV, takva će se jezgra podijeliti. I ovo je vrlo dobro: toplinski neutroni imaju presjek hvatanja četiri puta veći od brzih, megaelektronvoltnih. To je značaj urana-235 za cijelu kasniju povijest atomske energije: to je ono što osigurava umnožavanje neutrona u prirodnom uranu. Nakon udara neutrona, jezgra urana-235 postaje nestabilna i brzo se dijeli na dva nejednaka dijela. Usput se emitira nekoliko (u prosjeku 2,75) novih neutrona. Ako padnu u jezgre istog urana, prouzročit će umnožavanje neutrona u geometrijskoj progresiji – dogodit će se lančana reakcija koja će uslijed brzog oslobađanja ogromne količine topline dovesti do eksplozije. Ni uran-238 ni torij-232 ne mogu raditi na ovaj način: nakon fisije emitiraju se neutroni prosječne energije od 1-3 MeV, odnosno ako postoji energetski prag od 1 MeV, značajan dio neutrona sigurno neće moći izazvati reakciju i neće biti umnožavanja. To znači da te izotope treba zaboraviti i neutrone usporiti do toplinske energije kako bi što učinkovitije stupili u interakciju s jezgrama urana-235. Istodobno, ne bi se smjelo dopustiti njihova rezonantna apsorpcija urana-238: uostalom, u prirodnom uranu ovaj izotop je nešto manji od 99,3% i neutroni se češće sudaraju s njim, a ne s ciljnim uranom-235. A djelujući kao moderator, moguće je održavati umnožavanje neutrona na konstantnoj razini i spriječiti eksploziju – kontrolirati lančanu reakciju.
Proračun koji su izvršili Ya.B. Zeldovich i Yu.B. Khariton iste kobne 1939. godine pokazao je da je za to potrebno koristiti moderator neutrona u obliku teške vode ili grafita i obogatiti prirodni uran uranom-235 pomoću najmanje 1,83 puta. Tada im se ova ideja učinila čistom fantazijom: „Treba napomenuti da otprilike dvostruko obogaćivanje onih prilično značajnih količina urana, koje su potrebne za provedbu lančane eksplozije,<...>je izuzetno težak zadatak blizak praktičnoj neizvedivosti." Sada je taj problem riješen, a nuklearna industrija serijski proizvodi uran za elektrane, obogaćen uranom-235 do 3,5%.
Što je spontana nuklearna fisija? Godine 1940. G.N. Flerov i K.A. Budući da ova fisija također proizvodi neutrone, ako im se ne dopusti odletjeti iz reakcijske zone, poslužit će kao pokretači lančane reakcije. Upravo se ovaj fenomen koristi za stvaranje nuklearnih reaktora.
Zašto je potrebna nuklearna energija? Zeldovich i Khariton bili su među prvima koji su izračunali ekonomski učinak atomske energije ("Uspekhi fizicheskikh nauk", 1940, 23, 4). “... Trenutačno je još uvijek nemoguće donijeti konačne zaključke o mogućnosti ili nemogućnosti provođenja reakcije nuklearne fisije s beskonačno razgranatim lancima u uranu. Ako je takva reakcija izvediva, tada se brzina reakcije automatski prilagođava kako bi se osigurao njezin nesmetani tijek, unatoč ogromnoj količini energije kojom eksperimentator raspolaže. Ova je okolnost izuzetno povoljna za energetsko iskorištenje reakcije. Stoga, dajmo - iako je ovo podjela kože neubijenog medvjeda - neke brojke koje karakteriziraju mogućnosti energetske upotrebe urana. Ako se proces fisije odvija na brzim neutronima, dakle, reakcija zahvaća glavni izotop urana (U238), tada<исходя из соотношения теплотворных способностей и цен на уголь и уран>cijena kalorije iz glavnog izotopa urana ispada oko 4000 puta jeftinija nego iz ugljena (osim, naravno, ako su procesi "izgaranja" i odvođenja topline znatno skuplji u slučaju urana nego u slučaju ugljena). U slučaju sporih neutrona, trošak kalorije "uranija" (na temelju gornjih brojki) bit će, uzimajući u obzir da je količina izotopa U235 0,007, već samo 30 puta jeftinija od kalorije "uglja". , pod svim ostalim jednakim uvjetima”.
Prvu kontroliranu lančanu reakciju proveo je 1942. Enrico Fermi na Sveučilištu u Chicagu, a reaktorom se upravljalo ručno – guranjem i izvlačenjem grafitnih šipki prilikom promjene neutronskog toka. Prva elektrana izgrađena je u Obninsku 1954. godine. Osim za proizvodnju energije, prvi reaktori su također radili na proizvodnji plutonija za oružje.
Kako radi nuklearna elektrana? Većina reaktora sada radi na sporim neutronima. Obogaćeni uran u obliku metala, legure, na primjer s aluminijem, ili u obliku oksida gomila se u dugačke cilindre - gorive elemente. Ugrađuju se na određeni način u reaktor, a između njih se uvode šipke iz moderatora koje kontroliraju lančanu reakciju. Tijekom vremena, reaktorski otrovi, produkti fisije urana, također sposobni apsorbirati neutrone, nakupljaju se u gorivom elementu. Kada koncentracija urana-235 padne ispod kritične vrijednosti, element se stavlja iz pogona. Međutim, sadrži mnogo fisijskih fragmenata s jakom radioaktivnošću, koja se s godinama smanjuje, zbog čega elementi dugo oslobađaju značajnu količinu topline. Čuvaju se u spremnicima za hlađenje, a zatim ili zakopavaju ili ih pokušavaju ponovno obraditi - izvući neizgorjeli uran-235, nakupljeni plutonij (koristio se za izradu atomskih bombi) i druge izotope koji se mogu koristiti. Neiskorišteni dio šalje se na groblje.
U takozvanim brzim reaktorima, odnosno reaktorima za razmnožavanje, oko elemenata se ugrađuju reflektori od urana-238 ili torija-232. Oni usporavaju i šalju prebrze neutrone natrag u reakcijsku zonu. Neutroni usporeni do rezonantnih brzina apsorbiraju imenovane izotope, pretvarajući se u plutonij-239 ili uran-233, koji mogu poslužiti kao gorivo za nuklearnu elektranu. Budući da brzi neutroni slabo reagiraju s uranom-235, njegova koncentracija mora biti značajno povećana, ali to se isplati jačim neutronskim tokom. Unatoč činjenici da se reaktori za razmnožavanje smatraju budućnošću nuklearne energije, jer daju više nuklearnog goriva nego što ga troše, eksperimenti su pokazali da je njima teško upravljati. Sada u svijetu postoji samo jedan takav reaktor - na četvrtom bloku nuklearne elektrane Beloyarsk.
Kako se kritizira nuklearna energija? Osim nesreća, glavna točka u argumentaciji protivnika nuklearne energije danas je prijedlog da se u izračun njezine učinkovitosti dodaju troškovi zaštite okoliša nakon razgradnje elektrane i pri radu s gorivom. U oba slučaja postoje problemi pouzdanog odlaganja radioaktivnog otpada, a to su troškovi koje snosi država. Vjeruje se da će, ako ih prebacimo na cijenu energije, njegova ekonomska privlačnost nestati.
Protivljenje postoji i među pristašama nuklearne energije. Njegovi predstavnici ukazuju na jedinstvenost urana-235, za koji nema zamjene, jer alternativni izotopi cijepljivi na toplinske neutrone - plutonij-239 i uran-233 - odsutni u prirodi zbog poluraspada od tisuća godina. A dobivaju ih upravo kao rezultat fisije urana-235. Ako završi, nestat će izvrstan prirodni izvor neutrona za nuklearnu lančanu reakciju. Kao rezultat takve ekstravagancije, čovječanstvo će u budućnosti biti lišeno mogućnosti uključivanja torija-232 u energetski ciklus, čije su rezerve nekoliko puta veće od urana.
U teoriji, akceleratori čestica mogu se koristiti za generiranje toka brzih neutrona s megaelektronvoltnim energijama. Međutim, ako govorimo, na primjer, o međuplanetarnim letovima na atomskom motoru, tada će biti vrlo teško implementirati shemu s glomaznim akceleratorom. Osiromašenje urana-235 zaustavlja takve projekte.
Što je uran za oružje? To je visoko obogaćeni uran-235. Njegova kritična masa - odgovara veličini komada tvari u kojoj se spontano događa lančana reakcija - dovoljno je mala da napravi streljivo. Takav se uran može koristiti za izradu atomske bombe, kao i kao fitilj za termonuklearnu bombu.
Koje su katastrofe povezane s upotrebom urana? Energija pohranjena u jezgrama fisijskih elemenata je ogromna. Nakon što je pobjegla kontroli zbog previda ili zbog namjere, ova energija je sposobna napraviti mnogo nevolja. Dvije najgore nuklearne katastrofe dogodile su se 6. i 8. kolovoza 1945., kada je američko ratno zrakoplovstvo bacilo atomske bombe na Hirošimu i Nagasaki, usmrtivši i ranivši stotine tisuća civila. Katastrofe manjeg razmjera povezane su s nesrećama u nuklearnim elektranama i poduzećima nuklearnog ciklusa. Prva velika nesreća dogodila se 1949. u SSSR-u u tvornici Mayak u blizini Čeljabinska, gdje se proizvodio plutonij; tekući radioaktivni otpad dospio je u rijeku Techa. U rujnu 1957. na njemu se dogodila eksplozija s ispuštanjem velike količine radioaktivnog materijala. Jedanaest dana kasnije izgorio je britanski reaktor za proizvodnju plutonija u Windscaleu, oblak s produktima eksplozije raspršio se nad zapadnom Europom. Godine 1979. izgorio je reaktor u nuklearnoj elektrani Trimale Island u Pennsylvaniji. Najambicioznije posljedice bile su nesreće u nuklearnoj elektrani Černobil (1986.) i nuklearnoj elektrani u Fukushimi (2011.), kada su milijuni ljudi bili izloženi zračenju. Prvi je zasuo goleme zemlje, ispustivši 8 tona uranovog goriva s fisijskim produktima kao rezultat eksplozije, koja se proširila Europom. Drugi je zagađen i, tri godine nakon nesreće, nastavlja zagađivati vode Tihog oceana u ribolovnim područjima. Suočavanje s posljedicama ovih nesreća bilo je vrlo skupo, a kada bi se ti troškovi razložili na cijenu električne energije, znatno bi se povećali.
Posebno pitanje su posljedice po ljudsko zdravlje. Prema službenim statistikama, mnoge osobe koje su preživjele bombardiranje ili žive u kontaminiranim područjima imale su koristi od zračenja – prvi imaju duži životni vijek, drugi imaju manje karcinoma, a blagi porast smrtnosti stručnjaci povezuju s društvenim stresom. Broj ljudi koji su umrli upravo od posljedica nesreća ili uslijed njihove eliminacije kreće se na stotine. Protivnici nuklearnih elektrana ističu da su nesreće dovele do nekoliko milijuna prijevremenih smrti na europskom kontinentu, jednostavno su nevidljive na statističkoj pozadini.
Povlačenje zemljišta iz ljudske upotrebe u zonama nezgoda dovodi do zanimljivog rezultata: one postaju svojevrsni rezervati prirode u kojima raste biološka raznolikost. Istina, neke životinje pate od bolesti povezanih s zračenjem. Pitanje koliko će se brzo prilagoditi povećanoj pozadini ostaje otvoreno. Također postoji mišljenje da je posljedica kroničnog zračenja "odabir za budalu" (vidi "Kemija i život", 2010., br. 5): čak i u embrionalnoj fazi opstaju primitivniji organizmi. Konkretno, u odnosu na ljude, to bi trebalo dovesti do smanjenja mentalnih sposobnosti u generaciji rođenoj na kontaminiranim područjima ubrzo nakon nesreće.
Što je osiromašeni uran? Ovo je uran-238, koji je ostao nakon odvajanja urana-235 od njega. Količine otpada od proizvodnje urana za oružje i gorivnih elemenata su velike - samo u Sjedinjenim Državama nakupilo se 600 tisuća tona heksafluorida takvog urana (za probleme s njim vidi "Kemija i život", 2008, br. . 5). Sadržaj urana-235 u njemu je 0,2%. Taj otpad se mora ili skladištiti do boljih vremena, kada će se stvoriti brzi reaktori i kada će se pojaviti mogućnost prerade urana-238 u plutonij, ili se nekako iskoristiti.
Našli su mu upotrebu. Uran se, kao i drugi prijelazni elementi, koristi kao katalizator. Na primjer, autori članka u ACS Nano od 30. lipnja 2014. pišu da katalizator izrađen od urana ili torija s grafenom za redukciju kisika i vodikovog peroksida "ima ogroman potencijal za energetske primjene". Budući da je uran gust, služi kao balast za brodove i kao protuteža za zrakoplove. Ovaj metal je također prikladan za zaštitu od zračenja u medicinskim uređajima s izvorima zračenja.
Koje se oružje može napraviti od osiromašenog urana? Meci i jezgre za oklopne granate. Izračun je sljedeći. Što je projektil teži, to je veća njegova kinetička energija. Ali što je veći projektil, to je manje koncentriran njegov utjecaj. To znači da su potrebni teški metali velike gustoće. Meci su napravljeni od olova (uralski lovci svojedobno su koristili i autohtonu platinu dok nisu shvatili da je to plemeniti metal), dok su jezgre čaura bile od legure volframa. Ekolozi ističu da olovo zagađuje tlo u mjestima neprijateljstava ili lova te bi ga bilo bolje zamijeniti nečim manje štetnim, na primjer, istim volframom. Ali volfram nije jeftin, a uran, slične gustoće, štetan je otpad. Istodobno, dopuštena kontaminacija tla i vode uranom je otprilike dva puta veća nego za olovo. To se događa zato što se zanemaruje slaba radioaktivnost osiromašenog urana (a ona je također 40% manja od prirodnog) i uzima se u obzir stvarno opasan kemijski faktor: uran je, kao što se sjećamo, otrovan. Istovremeno, njegova je gustoća 1,7 puta veća od olova, što znači da se veličina uranovih metaka može prepoloviti; uran je puno vatrostalniji i čvrstiji od olova – manje isparava kada se ispali, a kada pogodi metu, proizvodi manje mikročestica. Općenito, uranski metak manje zagađuje okoliš od olovnog, međutim, za takvu upotrebu urana nije pouzdano poznato.
No, poznato je da se ploče s osiromašenim uranom koriste za jačanje oklopa američkih tenkova (tomu doprinosi njegova visoka gustoća i točka taljenja), kao i umjesto legure volframa u jezgri za oklopne projektile. Uranova jezgra je također dobra jer je uran piroforan: njegove vruće male čestice nastale pri udaru o oklop buknu i sve zapale. Obje primjene smatraju se sigurnima od zračenja. Dakle, izračun je pokazao da će, čak i nakon godinu dana provedenih u tenku s uranskim oklopom napunjenim uranskim streljivom, posada dobiti samo četvrtinu dopuštene doze. A da bi se dobila godišnja dopuštena doza, potrebno je takvo streljivo pričvrstiti na površinu kože 250 sati.
Granate s uranovim jezgrama - za topove 30 mm zrakoplova ili za potkalibarsko topništvo - koristili su Amerikanci u nedavnim ratovima, počevši od iračke kampanje 1991. godine. Te su se godine izlile na iračke oklopne jedinice u Kuvajtu, a prilikom povlačenja 300 tona osiromašenog urana, od čega je 250 tona, odnosno 780 tisuća metaka, palo na topove zrakoplova. U Bosni i Hercegovini je tijekom bombardiranja vojske nepriznate Republike Srpske potrošeno 2,75 tona urana, a prilikom granatiranja Jugoslavenske vojske na Kosovu i Metohiji - 8,5 tona, odnosno 31 tisuću metaka. Budući da je SZO tada bio zabrinut za posljedice korištenja urana, provedeno je praćenje. Pokazalo se da se jedna salva sastojala od približno 300 metaka, od kojih je 80% sadržavalo osiromašeni uran. 10% je pogodilo mete, a 82% palo je u krugu od 100 metara od njih. Ostali su raštrkani u krugu od 1,85 km. Granata koja je pogodila tenk je izgorjela i pretvorila se u aerosol, a uranska granata probila je lake mete poput oklopnih transportera. Tako bi se jedna i pol tona granata u Iraku mogla pretvoriti u uranovu prašinu. Prema procjenama stručnjaka američkog strateškog istraživačkog centra "RAND Corporation", više se pretvorilo u aerosol, od 10 do 35% iskorištenog urana. Hrvat Asaf Duraković, hrvatski borac s uranskim streljivom, koji je radio u raznim organizacijama od bolnice King Faisal u Rijadu do Washingtonskog centra za medicinska istraživanja urana, smatra da je 1991. godine samo u južnom Iraku bilo 3-6 tona submikronskih čestica urana. nastala, koja se raspršila na širokom području, odnosno tamošnje zagađenje uranom usporedivo je s onim u Černobilu.
Uran je sedmi planet u Sunčevom sustavu i treći plinski div. Planet je treći po veličini i četvrti po masi, a ime je dobio u čast oca rimskog boga Saturna.
Točno Uran imao je čast biti prvi otkriven planet u modernoj povijesti. Međutim, u stvarnosti, njegovo početno otkriće kao planeta zapravo se nije dogodilo. Godine 1781. astronom William Herschel promatrajući zvijezde u zviježđu Blizanaca, primijetio je neki objekt u obliku diska, koji je u početku zabilježio kao komet, o čemu je prijavio Kraljevsko znanstveno društvo Engleske. Međutim, kasnije je i sam Herschel bio zbunjen činjenicom da se orbita objekta pokazala gotovo kružnom, a ne eliptičnom, kao što je slučaj s kometima. Tek kada su ovo zapažanje potvrdili drugi astronomi, Herschel je došao do zaključka da je zapravo otkrio planet, a ne komet, i otkriće je konačno dobilo opće prihvaćanje.
Nakon što je potvrdio podatak da je otkriveni objekt planet, Herschel je dobio iznimnu privilegiju – dati mu svoje ime. Astronom je bez oklijevanja odabrao ime engleskog kralja Georgea III i nazvao planet Georgium Sidus, što u prijevodu znači “Georgeova zvijezda”. Međutim, ime nikada nije dobilo znanstveno priznanje i znanstvenici, uglavnom, došao do zaključka da je bolje pridržavati se određene tradicije u nazivima planeta Sunčevog sustava, naime, imenovati ih po starorimskim bogovima. Tako je Uran dobio svoje moderno ime.
Trenutno jedina planetarna misija koja je uspjela prikupiti informacije o Uranu je Voyager 2.
Ovaj sastanak, koji se održao 1986. godine, omogućio je znanstvenicima da dobiju veliku količinu podataka o planetu i naprave mnoga otkrića. Letjelica je prenijela tisuće fotografija Urana, njegovih mjeseca i prstenova. Unatoč činjenici da mnoge fotografije planeta nisu pokazivale gotovo ništa osim plavo-zelene boje koja se mogla promatrati iz zemaljskih teleskopa, druge slike su pokazale prisutnost deset dosad nepoznatih satelita i dva nova prstena. U bliskoj budućnosti nisu planirane nove misije na Uran.
Zbog tamnoplave boje Urana, atmosferski model planeta pokazao se mnogo težim za sastavljanje od modela istog ili čak. Srećom, slike s Hubble svemirskog teleskopa omogućile su širi pogled. Modernije slikovne tehnologije teleskopa omogućile su dobivanje puno detaljnijih slika od onih na Voyageru 2. Tako je zahvaljujući Hubbleovim fotografijama bilo moguće saznati da na Uranu, kao i na drugim plinskim divovima, postoje pojasevi širine. Osim toga, brzina vjetrova na planetu može doseći preko 576 km / h.
Vjeruje se da je razlog za pojavu monotone atmosfere sastav njenog najgornjeg sloja. Vidljivi slojevi oblaka sastavljeni su prvenstveno od metana, koji apsorbira ove uočene crvene valne duljine. Dakle, reflektirani valovi su predstavljeni u obliku plave i zelene boje.
Ispod ovog vanjskog sloja metana, atmosfera se sastoji od približno 83% vodika (H2) i 15% helija, uz određenu količinu metana i acetilena. Ovaj sastav sličan je sastavu drugih plinskih divova u Sunčevom sustavu. Međutim, atmosfera Urana je dramatično drugačija u drugom pogledu. Dok su atmosfere Jupitera i Saturna pretežno plinovite, Uranove atmosfere sadrže mnogo više leda. Ekstremno niske površinske temperature su dokaz tome. S obzirom na činjenicu da temperatura atmosfere Urana doseže -224 ° C, može se nazvati najhladnijom atmosferom u Sunčevom sustavu. Osim toga, dostupni podaci pokazuju da je tako ekstremno niska temperatura prisutna praktički oko cijele površine Urana, čak i na strani koja nije osvijetljena Suncem.
Uran se, prema planetarnim znanstvenicima, sastoji od dva sloja: jezgre i plašta. Trenutni modeli sugeriraju da je jezgra uglavnom sastavljena od stijena i leda i da je oko 55 puta veća od mase. Plašt planeta teži 8,01 x 10 na snagu od 24 kg, odnosno oko 13,4 zemaljske mase. Osim toga, plašt se sastoji od vode, amonijaka i drugih hlapljivih elemenata. Glavna razlika između plašta Urana i Jupitera i Saturna je u tome što je leden, iako ne u tradicionalnom smislu riječi. Činjenica je da je led vrlo vruć i debeo, a plašt je debeo 5.111 km.
Ono što je najnevjerojatnije u Uranovom sastavu i ono što ga izdvaja od ostalih plinskih divova u našem zvjezdanom sustavu je to što ne emitira više energije nego što prima od Sunca. Uzimajući u obzir činjenicu da čak i onaj koji je po veličini vrlo blizak Uranu proizvodi oko 2,6 puta više topline nego što prima od Sunca, danas su znanstvenici vrlo zaintrigirani tako slabom snagom koju stvara Uran. Trenutno postoje dva objašnjenja za ovaj fenomen. Prvi ukazuje da je Uran u prošlosti bio izložen volumetrijskom svemirskom objektu, što je dovelo do gubitka većine unutarnje topline planeta (primljene tijekom formiranja) u svemir. Druga teorija kaže da unutar planeta postoji određena barijera koja ne dopušta unutarnjoj toplini planeta da pobjegne na površinu.
Samo otkriće Urana omogućilo je znanstvenicima da prošire polumjer poznatog Sunčevog sustava gotovo dva puta. To znači da je prosječna orbita Urana oko 2,87 x 10 na snagu od 9 km. Razlog tako velike udaljenosti je trajanje prolaska sunčevog zračenja od Sunca do planeta. Sunčevoj svjetlosti potrebno je oko dva sata i četrdeset minuta da stigne do Urana, gotovo dvadeset puta duže nego što je sunčevoj svjetlosti potrebno da stigne do Zemlje. Ogromna udaljenost utječe i na duljinu godine na Uranu, ona traje gotovo 84 zemaljske godine.
Ekscentricitet Uranove orbite je 0,0473, što je tek nešto manje od Jupiterove - 0,0484. Ovaj faktor čini Uran četvrtim od svih planeta u Sunčevom sustavu u smislu kružne orbite. Razlog za tako mali ekscentricitet orbite Urana je razlika između njegovog perihela 2,74 x 10 na snagu od 9 km i afela od 3,01 x 109 km je samo 2,71 x 10 na snagu od 8 km.
Najzanimljiviji trenutak u rotaciji Urana je položaj osi. Činjenica je da je os rotacije za svaki planet, osim Urana, približno okomita na njihovu orbitalnu ravninu, međutim, os Urana je nagnuta za gotovo 98°, što zapravo znači da Uran rotira na svojoj strani. Rezultat ovakvog položaja osi planeta je da je sjeverni pol Urana pola planetarne godine na Suncu, a druga polovica pada na južni pol planeta. Drugim riječima, dan na jednoj hemisferi Urana traje 42 zemaljske godine, a noć, na drugoj hemisferi, isto toliko. Razlogom zašto se Uran "okrenuo na bok" znanstvenici ponovno nazivaju sudar s ogromnim kozmičkim tijelom.
S obzirom na činjenicu da su najpopularniji prstenovi u našem Sunčevom sustavu dugo vremena ostali Saturnovi prstenovi, Uranovi prstenovi nisu mogli biti otkriveni sve do 1977. godine. No, razlog nije samo to, postoje još dva razloga za tako kasno otkriće: udaljenost planeta od Zemlje i niska refleksivnost samih prstenova. Godine 1986. svemirska letjelica Voyager 2 uspjela je utvrditi prisutnost još dva prstena na planetu, pored onih poznatih u to vrijeme. Godine 2005. svemirski teleskop Hubble uočio je još dva. Danas planetarni znanstvenici poznaju 13 Uranovih prstenova, od kojih je najsjajniji Epsilon prsten.
Prstenovi Urana razlikuju se od saturnovskih gotovo po svemu – od veličine čestica do sastava. Prvo, čestice koje čine Saturnove prstenove male su, promjera nešto više od nekoliko metara, dok Uranovi prstenovi sadrže mnoga tijela promjera do dvadeset metara. Drugo, čestice u Saturnovim prstenovima uglavnom su napravljene od leda. Međutim, prstenovi Urana sastoje se od leda i velike prašine i krhotina.
William Herschel otkrio je Uran tek 1781. godine, budući da je planet bio previše mutan da bi ga mogli primijetiti predstavnici drevnih civilizacija. Sam Herschel je u početku vjerovao da je Uran komet, ali je kasnije revidirao svoje mišljenje i znanost je potvrdila planetarni status objekta. Tako je Uran postao prvi planet otkriven u modernoj povijesti. Originalni naziv koji je predložio Herschel bio je "George's Star" - u čast kralja Georgea III., ali znanstvena zajednica ga nije prihvatila. Naziv "Uran" predložio je astronom Johann Bode, u čast starorimskog boga Urana.
Uran napravi revoluciju oko svoje osi svakih 17 sati i 14 minuta. Isto tako, planet rotira u retrogradnom smjeru, suprotnom smjeru Zemlje i ostalih šest planeta.
Vjeruje se da bi neobičan nagib Uranove osi mogao uzrokovati veliki sudar s drugim kozmičkim tijelom. Teorija je da se planet, koji je navodno bio veličine Zemlje, oštro sudario s Uranom, koji je pomaknuo svoju os za gotovo 90 stupnjeva.
Brzina vjetra na Uranu može doseći i do 900 km na sat.
Uran je oko 14,5 puta veći od mase Zemlje, što ga čini najlakšim od četiri plinovita diva u našem Sunčevom sustavu.
Uran se često naziva "ledenim divom". Osim vodika i helija u gornjem sloju (kao i drugi plinoviti divovi), Uran također ima ledeni omotač koji okružuje njegovu željeznu jezgru. Gornja atmosfera, sastavljena od amonijaka i ledeno hladnih kristala metana, daje Uranu karakterističnu blijedoplavu boju.
Uran je drugi planet najmanje gustoće u Sunčevom sustavu, nakon Saturna.
U poruci iračkog veleposlanika pri UN-u Mohammed Ali al-Hakim od 9. srpnja, stoji da na raspolaganju ekstremistima ISIS (Islamska država Iraka i Levanta). IAEA (Međunarodna agencija za atomsku energiju) brzo je objavila da prethodno korištene nuklearne tvari u Iraku imaju niska toksična svojstva, a time i materijale koje su zaplijenili islamisti.
Izvor u američkoj vladi upoznat sa situacijom rekao je Reutersu da uran koji su ukrali militanti najvjerojatnije nije obogaćen, pa se teško može koristiti za izradu nuklearnog oružja. Iračke vlasti službeno su obavijestile Ujedinjene narode o ovom incidentu i pozvale "da spriječe prijetnju njegovom upotrebom", javljaju RIA Novosti.
Spojevi urana izuzetno su opasni. O tome što točno, kao i o tome tko i kako može proizvoditi nuklearno gorivo, govori AiF.ru.
Uran je kemijski element s atomskim brojem 92, srebrno-bijeli sjajni metal, u periodnom sustavu Mendeljejeva označen je simbolom U. U svom čistom obliku, nešto je mekši od čelika, savitljiv, fleksibilan, sadržan je u zemljinoj kori (litosferi) iu morskoj vodi, au svom čistom obliku se praktički ne pojavljuje. Nuklearno gorivo se proizvodi od izotopa urana.
Uran je teški, srebrnobijeli, sjajni metal. Foto: Commons.wikimedia.org / Izvorni prijenosnik bio je Zxctypo na en.wikipedia.
1938. Nijemac fizičari Otto Hahn i Fritz Strassmann ozračio jezgru urana neutronima i napravio otkriće: hvatajući slobodni neutron, jezgra izotopa urana se fisira i oslobađa ogromnu energiju zbog kinetičke energije fragmenata i zračenja. U godinama 1939-1940 Julius Khariton i Jakov Zeldovich prvi put su teoretski objasnili da je malim obogaćivanjem prirodnog urana uranom-235 moguće stvoriti uvjete za kontinuiranu fisiju atomskih jezgri, odnosno dati procesu lančani karakter.
Obogaćeni uran je uran koji se dobiva korištenjem tehnološki proces povećanja udjela izotopa 235U u uranu. Kao rezultat, prirodni uran se razdvaja na obogaćeni uran i osiromašeni uran. Nakon ekstrakcije 235U i 234U iz prirodnog urana, preostali materijal (uran-238) naziva se "osiromašeni uran" jer je osiromašen 235. izotopom. Prema nekim izvješćima, oko 560.000 tona osiromašenog urana heksafluorida (UF6) pohranjeno je u Sjedinjenim Državama. Osiromašeni uran je dva puta manje radioaktivan od prirodnog urana, uglavnom zbog uklanjanja 234U iz njega. Zbog činjenice da je glavna upotreba urana proizvodnja energije, osiromašeni uran je proizvod male uporabe s niskom ekonomskom vrijednošću.
U nuklearnoj energiji koristi se samo obogaćeni uran. Najveću primjenu ima izotop urana 235U, u kojem je moguća samoodrživa nuklearna lančana reakcija. Stoga se ovaj izotop koristi kao gorivo u nuklearnim reaktorima i nuklearnom oružju. Odvajanje izotopa U235 od prirodnog urana složena je tehnologija koju nekoliko zemalja može implementirati. Obogaćivanje urana omogućuje proizvodnju atomskog nuklearnog oružja - jednofaznih ili jednostupanjskih eksplozivnih naprava, u kojima glavna izlazna energija dolazi od reakcije nuklearne fisije teških jezgri s stvaranjem lakših elemenata.
Uran-233, umjetno dobiven u reaktorima iz torija (torij-232 hvata neutron i pretvara se u torij-233, koji se raspada u protaktinij-233, a zatim u uran-233), mogao bi u budućnosti postati široko rasprostranjeno nuklearno gorivo za nuklearnu energiju postrojenja (već sada postoje reaktori koji koriste ovaj nuklid kao gorivo, na primjer KAMINI u Indiji) i proizvodnju atomskih bombi (kritična masa oko 16 kg).
Jezgra projektila kalibra 30 mm (top GAU-8 zrakoplova A-10) promjera oko 20 mm od osiromašenog urana. Foto: Commons.wikimedia.org / Izvorni prijenosnik bio je Nrcprm2026 na en.wikipedia
10 zemalja osigurava 94% svjetske proizvodnje urana. Fotografija: Commons.wikimedia.org / KarteUrangewinnung
Uran i njegovi spojevi su otrovni. Posebno su opasni aerosoli urana i njegovih spojeva. Za aerosole u vodi topljivih spojeva urana, najveća dopuštena koncentracija (MPC) u zraku je 0,015 mg / m³, za netopive oblike urana, najveća dopuštena koncentracija (MPC) je 0,075 mg / m³. Kada uđe u tijelo, uran djeluje na sve organe, kao opći stanični otrov. Uran je praktički nepovratan, kao i mnogi drugi teški metali, veže se na proteine, prvenstveno na sulfidne skupine aminokiselina, remeteći njihovu funkciju. Molekularni mehanizam djelovanja urana povezan je s njegovom sposobnošću da potisne aktivnost enzima. Prije svega, zahvaćeni su bubrezi (u mokraći se pojavljuju proteini i šećer, oligurija). Kod kronične intoksikacije mogući su poremećaji hematopoeze i živčanog sustava.
Izotop - vrste atoma kemijskog elementa koji imaju isti atomski (redni) broj, ali različite masene brojeve.
Element III skupine periodnog sustava, koji pripada aktinidima; teški, slabo radioaktivni metal. Torij ima niz primjena u kojima ponekad igra nezamjenjivu ulogu. Položaj ovog metala u periodnom sustavu elemenata i struktura jezgre predodredili su njegovu upotrebu u području miroljubive upotrebe atomske energije.
*** Oligurija (od grčkog oligos - mali i ouron - urin) - smanjenje količine mokraće koju izlučuju bubrezi.
