Urán, chemický prvok: história objavovania a reakcia jadrového štiepenia

Tento článok hovorí o tom, kedy bol objavený takýto chemický prvok ako urán a v akých odvetviach sa dnes táto látka používa.

Urán je chemickým prvkom energetického a vojenského priemyslu

Vždy sa ľudia pokúšali nájsť vysoko účinné zdroje energie av ideálnom prípade - vytvoriť takzvaný stroj na trvalý pohyb. Bohužiaľ, nemožnosť jej existencie bola teoreticky preukázaná a opodstatnená v 19. storočí, ale vedci stále nestratili nádej na realizáciu snu o akomkoľvek zariadení, ktoré by dokázalo vydať veľké množstvo "čistej" energie na veľmi dlhú dobu.

Čiastočne to bolo možné realizovať s objavením sa látky, ako je urán. Chemický prvok s týmto názvom tvoril základ pre vývoj jadrových reaktorov, ktoré dnes dodávajú energiu pre celé mestá, ponorky, polárne lode a podobne. Je pravda, že ich energia sa nedá nazvať "čistá", ale v posledných rokoch mnohé spoločnosti vyvíjajú kompaktné "atómové batérie" založené na tríciu pre široký predaj - nemajú pohyblivé časti a sú bezpečné pre zdravie.

V tomto článku sa však podrobne budeme zaoberať históriou objavenia sa chemického prvku nazývaného urán a štiepnej reakcie jeho jadier.

definícia

Urán je chemický prvok, ktorý má atómové číslo 92 v periodickej tabuľke Mendelejeva. Jej atómová hmotnosť je 238 029. Označuje sa symbolom U. Za normálnych podmienok je to hustý, ťažký kov so striebornou farbou. Ak hovoríme o jeho rádioaktivite, samotný urán je prvkom so slabou rádioaktivitou. Rovnako nemá úplne stabilné izotopy. A najstabilnejším existujúcim izotopom je urán-338.

S tým, čo tento prvok predstavuje, sme na to prišli a teraz zoberieme do úvahy históriu jeho objavu.

príbeh

Takáto látka ako prírodný oxid uránu je od staroveku známa a jeho starí majstri zvykli robiť glazúru, ktorá pokrýva rôzne keramické materiály pre vodotesnosť nádob a iných výrobkov, ako aj ich dekoráciu.

Dôležitým dátumom v histórii objavenia tohto chemického prvku bol 1789. Práve potom chemik a nemecký pôvodca Martin Klaproth dokázali získať prvý kovový urán. A nový prvok dostal meno na počesť otvorenej planéty o osem rokov skôr.

Takmer 50 rokov sa získaný urán považoval za čistý kov, avšak v roku 1840 dokázal chemik z Francúzska Eugene Melquior Peligo dokázať, že materiál získaný spoločnosťou Klaproth napriek vhodným vonkajším znakom nie je kov, ale oxid uránu. O niečo neskôr získal ten istý Peligo skutočný urán - veľmi ťažký kov šedej farby. Potom sa najprv určila atómová hmotnosť látky, ako je urán. Chemický prvok v roku 1874 umiestnil Dmitri Mendeleev v jeho slávnom periodickom systéme prvkov a Mendeleje zdvojnásobil atómovú hmotnosť látky na polovicu. A len o 12 rokov neskôr sa preukázalo, že veľký chemik sa vo svojich výpočtoch nesprávne nezmýlil.

rádioaktivita

Ale naozaj široký záujem o tento prvok vo vedeckej komunite začal v roku 1896, keď Becquerel objavil fakt, že urán vydáva lúče, ktoré boli pomenované podľa výskumníka - lúčmi Becquerela. Neskôr jeden z najznámejších vedcov v tejto oblasti - Maria Curie, nazval túto jav rádioaktivity.

Ďalším dôležitým dátumom v štúdiu uránu je rok 1899: potom Rutherford zistil, že žiarenie uránu je nehomogénne a je rozdelené na dva typy - alfa a beta žiarenie. O rok neskôr objavil Paul Villar (Viillard) tretí, posledný typ rádioaktívneho žiarenia, ktoré sme doteraz známe, tzv. Gama lúče.

O sedem rokov neskôr, v roku 1906, Rutherford na základe svojej teórie rádioaktivity vykonal prvé experimenty, ktorých účelom bolo určiť vek rôznych minerálov. Tieto štúdie sa začali vrátane tvorby teórie a praxe rádiokarbonovej analýzy.

Štiepenie uránových jadier

Ale možno najdôležitejším objavom, vďaka ktorému sa široká ťažba a obohacovanie uránu začala na mierové aj vojenské účely, je proces štiepenia uránových jadier . To sa stalo v roku 1938, objav vykonali sily nemeckých fyzikov Otto Ghana a Fritz Strassmann. Neskôr táto teória získala vedecké potvrdenie v dielach niekoľkých nemeckých fyzikov.

Podstata mechanizmu, ktorý objavili, bola nasledovná: ak jeden ožaruje jadro izotopu uránu-235 s neutronom, potom zachytením voľného neutrónu sa začne deliť. A ako všetci teraz vieme, tento proces sprevádza pridelenie obrovského množstva energie. Dôvodom je najmä kinetická energia samotného žiarenia a fragmenty jadra. Takže teraz vieme, ako dôjde k štiepeniu uránových jadier.

Zistenie tohto mechanizmu a jeho výsledkov je východiskovým bodom použitia uránu na mierové i vojenské účely.

Ak hovoríme o jeho použití na vojenské účely, potom je po prvýkrát teória, že je možné vytvoriť podmienky pre takýto proces, ako je kontinuálna reakcia štiepenia jadra uránu (pretože je potrebná obrovská energia na podkopanie jadrovej bomby), potvrdili sovietski fyzici Zeldovič a Khariton. Avšak na vytvorenie takejto reakcie musí byť obohatený urán, pretože v jeho bežnom stave nemá potrebné vlastnosti.

Čítali sme históriu tohto prvku, teraz pochopíme, kde sa uplatňuje.

Aplikácia a druhy izotopov uránu

Po objavení takéhoto procesu, ako je reakcia štiepenia reťazca uránu, vznikla otázka pred fyzikmi, kde sa dá použiť?

V súčasnosti existujú dva hlavné smery, v ktorých sa používajú izotopy uránu. Jedná sa o mierový (alebo energetický) priemysel a vojenský priemysel. Ako prvé, tak druhé použitie štiepnej reakcie izotopových jadier uránu-235 je len výstupná sila odlišná. Jednoducho povedané, v atómovom reaktore nie je potrebné vytvárať a udržiavať tento proces s rovnakou kapacitou, akú je potrebná na výbuch jadrovej bomby.

Takže sú uvedené hlavné odvetvia, v ktorých sa používa štiepna reakcia uránu.

Získanie izotopu uránu-235 je mimoriadne zložitá a nákladná technologická úloha a nie každý štát si môže dovoliť stavať koncentrátory. Napríklad, aby sa vyrobilo 20 ton uránového paliva, v ktorom bude obsah izotopu 235 uránu od 3-5%, bude potrebné obohatiť viac ako 153 ton prírodného "surového" uránu.

Izotop izotopu uránu sa používa hlavne v konštrukčnej schéme jadrových zbraní na zvýšenie svojej sily. Taktiež, keď zachytí neutron s následným procesom beta-rozkladu, tento izotop sa môže nakoniec previesť na plutónium-239, bežné palivo pre väčšinu moderných jadrových reaktorov.

Napriek všetkým nedostatkom takýchto reaktorov (vysoké náklady, zložitosť služby, nebezpečenstvo poruchy) sa ich prevádzka veľmi rýchlo vypláca a vyrába neporovnateľne viac energie ako klasické tepelné alebo vodné elektrárne.

Aj reakcia štiepenia jadrového uránu umožnila vytvorenie jadrových zbraní hromadného ničenia. Rozlišuje obrovskú silu, relatívnu kompaktnosť a že je schopný robiť veľké plochy krajiny nevhodné na bývanie. Je pravda, že moderné jadrové zbrane používajú plutónium, nie urán.

Ochudobnený urán

Existuje aj druh uránu, ktorý je vyčerpaný. Má veľmi nízku úroveň rádioaktivity, čo znamená, že pre ľudí nie je nebezpečné. Opätovne sa používa vo vojenskej oblasti, napríklad sa pridáva do brnenia amerického tanku Abrams, aby mu dal dodatočnú pevnosť. Navyše, takmer vo všetkých špičkových armádach nájdete rôzne škrupiny s ochudobneným uránom. Okrem vysokej hmotnosti majú aj veľmi zaujímavú vlastnosť: po zničení projektilu sa jeho fragmenty a kovový prach samozapája. A mimochodom, po prvýkrát bola táto shell použitá počas druhej svetovej vojny. Ako vidíme, urán je prvok, ktorý sa používa v rôznych oblastiach ľudskej činnosti.

záver

Podľa prognóz vedcov približne v roku 2030 budú všetky veľké uránové ložiská úplne vyčerpané, po ktorých začne vývoj ťažko dostupných vrstiev a cena sa zvýši. Mimochodom, samotná uránová ruda je absolútne neškodná pre ľudí - niektorí baníci pracujú na ich ťažbe celým generáciami. Teraz sme pochopili históriu objavenia tohto chemického prvku a ako sa aplikuje štiepna reakcia jeho jadier.

Mimochodom je zaujímavá skutočnosť - zlúčeniny uránu sa dlho používali ako farby na porcelán a sklo (tzv. Uránové sklo) až do roku 1950.