Uran, kemijski element: povijest otkrića i reakcija nuklearne fisije

U članku se govori o tome kada je otkriven takav kemijski element kao i uranij, te u kojem industriji danas ova tvar se koristi.

Uran je kemijski element energije i vojne industrije

Uvijek su ljudi pokušali pronaći vrlo učinkovite izvore energije, i idealno - stvoriti tzv stalno kretanje stroja. Nažalost, zbog nemogućnosti svog postojanja teoretski dokazano i obrazloženi u XIX stoljeću, ali znanstvenici još uvijek ne izgubili nadu da ostvari san o nekakvom uređaja koji će moći izdavati veliki broj „čiste” energije za jako dugo vremena.

Djelomično je to uspješno provedeno otkrićem tvari kao što je uran. Kemijski element s tim imenom stvorio je osnovu za razvoj nuklearnih reaktora, koji danas pružaju energiju cijelim gradovima, podmornicama, polarnim brodovima i tako dalje. Istina, njihova energija ne može biti "čista", ali posljednjih godina mnoge tvrtke razvijaju kompaktne "atomske baterije" temeljene na tritiumu za široku prodaju - nemaju pokretnih dijelova i sigurni su za zdravlje.

Međutim, u ovom članku ćemo detaljno raspravljati o povijesti otkrića kemijskog elementa koji se zove uranija i fisija reakcije njegovih jezgri.

definicija

Uran je kemijski element koji ima atomski broj od 92 u Mendelejevevu periodičnom stolu. Atomska masa je 238.029. Označava se simbolom U. U normalnim uvjetima, to je gust, teški metal srebrnkaste boje. Ako govorimo o njegovoj radioaktivnosti, onda je sam uran element slabe radioaktivnosti. Također nema potpuno stabilne izotope. Najstabilniji od postojećih izotopa je uranij-338.

S tim što ovaj element predstavlja, shvatili smo, a sada ćemo razmotriti povijest svog otkrića.

priča

Takva tvar, kao što su prirodne oksid urana, poznat ljudima još od antičkih vremena, a koristila svoje drevne majstora za proizvodnju glazure, koja pokriva različite keramičkih posuda za otpornosti na vodu i druge proizvode, kao i njihov ukras.

Važan datum u povijesti otkrića ovog kemijskog elementa bio je 1789. Tada je kemičar i njemački po podrijetlu, Martin Klaproth, mogao dobiti prvi metalni uran. A novi element dobio je ime u čast otvorenog planeta osam godina ranije.

Skoro 50 godina dobiti a uran se smatralo čistog metala, međutim, u 1840. francuski kemičar Eugène-Peligot Melkor bio u mogućnosti dokazati da je materijal dobiven Klaproth, iako odgovarajućim vanjskim znacima, a ne metala i oksida urana. Malo kasnije, svejedno je istina Peligot uran - vrlo teški metal sive. Tada je utvrđena atomska težina tvari kao što je uran. Kemijski element je stavljen Dmitrij Ivanovič Mendeljejev je u svom poznatom periodnog sustava elemenata u 1874, s Mendeljejev udvostručio atomsku težinu tvari dva puta. I tek 12 godina kasnije to je dokazalo iskustvo veliki kemičar Nisam bio u zabludi u mojim izračunima.

radioaktivnost

No, pravi interes u ovom velikom dijelu znanstvene zajednice je započeo u 1896, kada je Becquerel otkrio da uran emitira zrake, koje su nazvane po istraživaču - Becquerel zrake. Kasnije, jedan od najpoznatijih znanstvenika na tom području - Maria Curie, nazvala je ovu pojavu radioaktivnošću.

Sljedeći važan datum u studiju urana smatra se 1899. godine: to je onda da je Rutherford otkrio da uran zračenje nije ujednačena i podijeljen je u dvije vrste - alfa i beta zrake. Godinu dana kasnije, Paul Villar (Viillard) otkrio je treći, posljednji tip radioaktivnog zračenja koji smo do sada poznavali, takozvane gama zrake.

Sedam godina kasnije, 1906. godine, Rutherford je na temelju njegove teorije radioaktivnosti proveo prve pokuse čija je svrha bila odrediti dob raznih minerala. Ove su studije počele, uključujući formiranje teorije i prakse radiokarbonska analiza.

Fisija jezgara urana

No, možda je najvažnije otkriće, zahvaljujući kojoj je počela s ekstenzijom i obogaćivanjem urana u mirne i vojne svrhe, proces je nuklearna fisija urana. Dogodilo se to 1938. godine, otkriće su provodile snage njemačkih fizičara Otta Gane i Fritza Strassmana. Kasnije je ova teorija dobila znanstvenu potvrdu u djelima nekoliko njemačkih fizičara.

Mehanizam otkrio im je kako slijedi: ako je kernel ozračene urana-235 izotop neutron, onda hvatalo slobodan neutron, on počinje dijeliti. I, kako svi sada znamo, ovaj proces prati raspodjela goleme količine energije. To se događa uglavnom zbog kinetičke energije od zračenja, nucleus fragmenata. Sada znamo kako se fisija jezgara urana odvija.

Otkriće ovog mehanizma i njegovih rezultata je polazište za korištenje urana u mirnim i vojnim svrhama.

Ako govorimo o njegovoj upotrebi za vojne svrhe, za prvi put teoriju koja može stvoriti uvjete za takav postupak, kao stalni reakcije urana fisije (kao potkopati nuklearnu bombu zahtijeva ogromnu energiju), dokazuju sovjetskih fizičara Zeldovich i Khariton. Ali kako bi se stvorila takva reakcija, uran mora biti obogaćen, jer u svom uobičajenom stanju ne posjeduje potrebna svojstva.

Upoznali smo se s poviješću ovog elementa, sada ćemo razumjeti gdje se primjenjuje.

Primjena i vrste izotopa urana

Nakon otkrića takvog procesa kao reakcije lančane podjele urana, fizičari su počeli raspitivati ​​gdje ga koristiti.

Trenutno postoje dva glavna smjera, gdje se koriste uranijski izotopi. To je mala (ili energija) industrija i vojna. I prva i druga koriste fizijsku reakciju izotopnih jezgara urana 235, samo je izlazna snaga različita. Jednostavno rečeno, u atomskom reaktoru, nema potrebe stvoriti i održavati taj proces s istim kapacitetom koji je neophodan za eksploziju nuklearne bombe.

Tako su navedene glavne grane u kojima se koristi fisija reakcije urana.

No, uzimajući izotop urana-235 - izuzetno je teško i skupo tehnološki problem, a ne svaka zemlja može priuštiti za izgradnju pogona za preradu. Na primjer, za dvadeset tona urana goriva, pri čemu je sadržaj urana 235 izotopa će biti između 3-5%, to zahtijeva više od 153 tona obogaćenog prirodnim, „sirove” urana.

Izotop iz urana 238 uglavnom se koristi u konstruktivnoj shemi nuklearnog oružja kako bi se povećala njegova snaga. Isto tako, kada se snima neutronska slijedi proces beta raspada tog izotopa mogu na kraju biti pretvoren u plutonija-239 - zajednički gorivo za većinu današnjih nuklearnih reaktora.

Usprkos svim nedostatcima takvih reaktora (visoki troškovi, složenost usluge, opasnost od neuspjeha), njihova se radnja vrlo brzo isplati, a oni proizvode neusporedivo više energije od klasičnih termoelektrana ili hidroelektrana.

Također, reakcija fisije jezgre urana omogućila je stvaranje nuklearnog oružja za masovno uništenje. Ono se odlikuje golemom snagom, relativnom kompaktnošću i činjenicom da velike površine zemlje mogu neprikladnim za život. Istina, moderna atomska oružja koriste plutonij, a ne uran.

Ulja urana

Tu je i vrsta urana, kao iscrpljena. Ima vrlo nisku razinu radioaktivnosti, što znači da nije opasno za ljude. Ponovno se koristi u vojnoj sferi, na primjer, dodaje se oklopu američkog Abramsovog spremnika kako bi mu dodala dodatnu tvrđavu. Osim toga, u gotovo svim visokotehnološkim vojskama, možete pronaći različite ljuske s osiromašenim uranijem. Uz visoku masu, oni također imaju još jednu vrlo zanimljivu imovinu: nakon uništavanja projektila, njegovi ulomci i metalna prašina se zapaljuju. Usput, po prvi je put takva školjka bila korištena tijekom Drugog svjetskog rata. Kao što vidimo, uran je element koji je korišten u različitim područjima ljudske aktivnosti.

zaključak

Znanstvenici predviđaju da će oko 2030. svi glavni deponi urana biti potpuno iscrpljeni, nakon čega će se početi razvijati teško dostupni slojevi i cijena će se povećati. Usput, ona sama rude urana je apsolutno bezopasna za ljude - neki rudari rade na njegovom ekstrakciji čitavih generacija. Sada smo shvatili povijest otkrića tog kemijskog elementa i kako se primjenjuje reakcija fisije njegovih jezgri.

Usput, poznata je zanimljiva činjenica - spojevi uranija već se dugo koriste kao boje za porculan i staklo (tzv. uranijsko staklo) do pedesetih godina.