نیمه عمر اورانیوم 235 چند سال است. سلاح های اتمی

(β −)
235 Np()
239Pu()

برخلاف دیگر، رایج‌ترین ایزوتوپ اورانیوم 238 U، یک واکنش زنجیره‌ای هسته‌ای خودپایدار در 235 U امکان‌پذیر است. بنابراین، این ایزوتوپ به عنوان سوخت در راکتورهای هسته ای و همچنین در سلاح های هسته ای استفاده می شود.

شکل گیری و زوال

اورانیوم 235 در نتیجه تجزیه زیر تشکیل می شود:

تجزیه اورانیوم 235 در جهت های زیر رخ می دهد:

تقسیم اجباری

حدود 300 ایزوتوپ از عناصر مختلف در محصولات شکافت اورانیوم 235 کشف شد: از 30 = (روی) تا Z=64 (گادولینیم). منحنی بازده نسبی ایزوتوپ‌هایی که در طی تابش اورانیوم 235 با نوترون‌های آهسته روی عدد جرمی تشکیل می‌شوند، متقارن است و از نظر شکل شبیه حرف M است. دو ماکزیمم تلفظ شده این منحنی با اعداد جرمی 95 و 134 مطابقت دارد و حداقل آن در محدوده اعداد جرمی 110 تا 125 رخ می دهد. بنابراین، شکافت اورانیوم به قطعات هم جرم (با اعداد جرمی 115-119) با احتمال کمتری نسبت به شکافت نامتقارن وجود دارد. با این حال، عدم تقارن با افزایش انرژی برانگیختگی هسته شکافت پذیر کاهش می یابد و زمانی که انرژی نوترون بیش از 100 مگا ولت باشد، توزیع جرم قطعات شکافت دارای یک حداکثر است که مربوط به شکافت متقارن هسته است. قطعات تشکیل شده در طی شکافت هسته اورانیوم، به نوبه خود، رادیواکتیو هستند، و تحت زنجیره ای از فروپاشی β- قرار می گیرند، که طی آن انرژی اضافی به تدریج در مدت زمان طولانی آزاد می شود. متوسط ​​انرژی آزاد شده در طی فروپاشی یک هسته اورانیوم-235، با در نظر گرفتن فروپاشی قطعات، تقریباً 202.5 MeV = 3.244·10-11 J یا 19.54 TJ/mol = 83.14 TJ/kg است.

شکافت هسته ای تنها یکی از بسیاری از فرآیندهای ممکن در طول برهمکنش نوترون ها با هسته است.

واکنش زنجیره ای هسته ای

در طول فروپاشی یک هسته 235 U، 1 تا 8 (به طور متوسط ​​2.416) نوترون آزاد معمولا منتشر می شود. هر نوترون تولید شده در حین واپاشی هسته 235 U، در صورت برهمکنش با هسته 235 U دیگر، می تواند یک رویداد واپاشی جدید ایجاد کند، این پدیده نامیده می شود. واکنش زنجیره ای شکافت هسته ای.

به طور فرضی، تعداد نوترون های نسل دوم (پس از مرحله دوم فروپاشی هسته ای) می تواند از 32 = 9 تجاوز کند. با هر مرحله بعدی از واکنش شکافت، تعداد نوترون های تولید شده می تواند مانند بهمن افزایش یابد. در شرایط واقعی، نوترون های آزاد ممکن است یک رویداد شکافت جدید ایجاد نکنند، نمونه را قبل از گرفتن 235 U ترک کنند، یا توسط خود ایزوتوپ 235 U گرفته شوند، آن را به 236 U یا مواد دیگر تبدیل کنند (به عنوان مثال، 238 U، یا قطعات حاصل از شکافت هسته ای، مانند 149 Sm یا 135 Xe).

در شرایط واقعی، دستیابی به وضعیت بحرانی اورانیوم چندان آسان نیست، زیرا تعدادی از عوامل بر روند واکنش تأثیر می‌گذارند. به عنوان مثال، اورانیوم طبیعی تنها از 0.72٪ 235 U تشکیل شده است، 99.2745٪ 238 U است که نوترون های تولید شده در طول شکافت هسته های 235 U را جذب می کند. یک واکنش زنجیره ای شکافت پیوسته می تواند به چند روش اصلی انجام شود:

• افزایش حجم نمونه (برای اورانیوم جدا شده از سنگ معدن، دستیابی به جرم بحرانی با افزایش حجم امکان پذیر است).
• جداسازی ایزوتوپ را با افزایش غلظت U235 در نمونه انجام دهید.
• کاهش از دست دادن نوترون های آزاد از طریق سطح نمونه با استفاده از انواع مختلف بازتابنده.
• از یک ماده تعدیل کننده نوترون برای افزایش غلظت نوترون های حرارتی استفاده کنید.

ایزومرها

• جرم اضافی: 40920.6 (1.8) کو
• انرژی تحریک: 76.5 (4) eV
• نیمه عمر: 26 دقیقه
• اسپین هسته ای و برابری: 1/2 +

تجزیه حالت ایزومر از طریق انتقال ایزومر به حالت پایه رخ می دهد.

کاربرد

• اورانیوم 235 به عنوان سوخت راکتورهای هسته ای استفاده می شود که در آن کنترل می شودواکنش زنجیره ای شکافت هسته ای؛
• اورانیوم بسیار غنی شده برای تولید سلاح های هسته ای استفاده می شود. در این حالت، برای آزاد کردن مقدار زیادی انرژی (انفجار)، غیر قابل کنترلواکنش زنجیره ای هسته ای

همچنین ببینید

نظری در مورد مقاله اورانیوم 235 بنویسید

یادداشت

1. جی آئودی، ا.ح. Wapstra و C. Thibault (2003). "". فیزیک هسته ای الف 729 : 337-676. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. Bibcode:.
2. G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot and A. H. Wapstra (2003). "". فیزیک هسته ای الف 729 : 3-128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. Bibcode:.
3. هافمن ک.- ویرایش دوم پاک شد - ل.: شیمی، 1987. - ص 130. - 232 ص. - 50000 نسخه.
5. فیالکوف یو.کاربرد ایزوتوپ ها در شیمی و صنایع شیمیایی. - کیف: تکنیکیکا، 1975. - ص 87. - 240 ص. - 2000 نسخه.
6. . Kaye & Laby Online. .
7. Bartolomei G. G.، Baibakov V. D.، Alkhutov M. S.، Bat G. A.مبانی تئوری و روش های محاسبه راکتورهای انرژی هسته ای. - م.: Energoatomizdat، 1982. - ص 512.

گزیده ای از توصیف اورانیوم-235

در 12 و 13، کوتوزوف مستقیماً بابت اشتباهات مقصر شناخته شد. امپراتور از او ناراضی بود. و در تاریخ، که اخیراً به دستور بالاترین نوشته شده است، گفته می شود که کوتوزوف یک دروغگوی حیله گر درباری بود که از نام ناپلئون می ترسید و با اشتباهات خود در کراسنویه و نزدیک برزینا شکوه را از سربازان روسی سلب کرد - یک پیروزی کامل بر فرانسوی. [تاریخ بوگدانوویچ در سال 1812: ویژگی های کوتوزوف و استدلال در مورد نتایج نامطلوب نبردهای کراسننسکی. (یادداشت توسط L.N. Tolstoy.) ]
این سرنوشت افراد بزرگ نیست، نه پدر بزرگ، که ذهن روسی آنها را نمی شناسد، بلکه سرنوشت آن افراد نادر و همیشه تنها است که با درک اراده مشیت، اراده شخصی خود را تابع آن می کنند. نفرت و تحقیر جمعیت این افراد را به دلیل بینش آنها نسبت به قوانین بالاتر مجازات می کند.
برای مورخان روسی - عجیب و ترسناک است که بگوییم - ناپلئون بی‌اهمیت‌ترین ابزار تاریخ است - هرگز و در هیچ کجا، حتی در تبعید، که کرامت انسانی را نشان نداده است - ناپلئون مورد تحسین و لذت است. او بزرگ است کوتوزوف، مردی که از آغاز تا پایان فعالیت خود در سال 1812، از بورودین تا ویلنا، بدون تغییر یک عمل یا کلمه، نمونه ای خارق العاده در تاریخ از خودگذشتگی و آگاهی در زمان حال از اهمیت آینده نشان می دهد. از این رویداد، - کوتوزوف به نظر آنها چیزی مبهم و رقت انگیز است و وقتی در مورد کوتوزوف و سال دوازدهم صحبت می کنند، همیشه به نظر می رسد کمی شرمنده هستند.
در این میان، تصور یک شخصیت تاریخی که فعالیت‌هایش همواره و پیوسته در جهت یک هدف باشد، دشوار است. تصور هدفی شایسته تر و سازگارتر با اراده کل مردم دشوار است. پیدا کردن نمونه دیگری در تاریخ حتی دشوارتر است که در آن هدفی که یک شخصیت تاریخی برای خود تعیین کرده است به طور کامل به عنوان هدفی که تمام فعالیت های کوتوزوف در سال 1812 به سوی آن هدایت شده بود، محقق شود.
کوتوزوف هرگز در مورد چهل قرنی که از اهرام نگاه می کند، در مورد فداکاری هایی که برای میهن انجام می دهد، در مورد آنچه که قصد انجام یا انجام داده است صحبت نکرد: او اصلاً چیزی در مورد خود نگفت، هیچ نقشی ایفا نکرد. ، همیشه ساده ترین و معمولی ترین آدم به نظر می رسید و ساده ترین و معمولی ترین چیزها را می گفت. او به دخترانش و من استال نامه می نوشت، رمان می خواند، عاشق شرکت زنان زیبا بود، با ژنرال ها، افسران و سربازان شوخی می کرد و هرگز با افرادی که می خواستند چیزی را به او ثابت کنند مخالفت نمی کرد. هنگامی که کنت راستوپچین روی پل یاوزسکی با سرزنش های شخصی در مورد اینکه چه کسی مقصر مرگ مسکو بود به سمت کوتوزوف رفت و گفت: "چطور قول دادی که بدون جنگ مسکو را ترک نکنی؟" - کوتوزوف پاسخ داد: "من مسکو را بدون نبرد ترک نمی کنم" با وجود اینکه مسکو قبلاً رها شده بود. هنگامی که اراکچف که از طرف حاکم نزد او آمد، گفت که یرمولوف باید به عنوان رئیس توپخانه منصوب شود، کوتوزوف پاسخ داد: "بله، من فقط این را خودم گفتم"، اگرچه یک دقیقه بعد او چیز کاملاً متفاوتی گفت. چه اهمیتی به او داشت، تنها کسی که پس از آن معنای عظیم واقعه را در میان جمعیت احمقی که او را احاطه کرده بودند، فهمید، چه اهمیتی داشت که کنت روستوپچین فاجعه پایتخت را به خود نسبت دهد یا به او؟ او حتی کمتر می‌توانست به اینکه چه کسی به عنوان رئیس توپخانه منصوب می‌شود، علاقه‌مند باشد.
نه تنها در این موارد، بلکه دائماً، این پیرمرد که از طریق تجربه زندگی به این باور رسیده بود که افکار و کلماتی که بیانگر آنها هستند، نیروی محرکه افراد نیستند، کلمات کاملاً بی معنی را به زبان می آورد - اولین کلماتی که به آنها رسید. ذهن او
اما همین مرد که اینقدر از سخنانش غافل شده بود، در تمام فعالیت هایش حتی یک بار هم کلمه ای را بر زبان نیاورد که با هدف واحدی که در طول جنگ به آن می کوشید، همخوانی نداشت. بدیهی است که او ناخواسته، با اعتماد به نفس شدیدی که او را درک نمی کنند، بارها و بارها افکار خود را در شرایط مختلف بیان می کرد. با شروع از جنگ بورودینو که اختلافش با اطرافیانش از آنجا شروع شد، به تنهایی گفت که جنگ بورودینو یک پیروزی بود و این را شفاهی و در گزارش ها و گزارش ها تا زمان مرگش تکرار کرد. او به تنهایی گفت که از دست دادن مسکو از دست دادن روسیه نیست. در پاسخ به پیشنهاد لوریستون برای صلح، او پاسخ داد که صلح نمی تواند وجود داشته باشد، زیرا اراده مردم چنین بود. او به تنهایی در هنگام عقب نشینی فرانسوی ها گفت که به همه مانورهای ما نیازی نیست، همه چیز به خودی خود بهتر از آنچه می خواستیم پیش می رود، باید به دشمن پل طلایی داده شود، که نه تاروتینو، نه ویازمسکی و نه نبردهای کراسننسکیه لازم بود، چه روزی باید به مرز بیای تا او یک روسی را برای ده فرانسوی رها نکند.
و تنها او، این مرد درباری، همانطور که برای ما به تصویر کشیده می شود، مردی که به آراکچیف دروغ می گوید تا حاکمیت را خشنود کند - او به تنهایی، این مرد درباری، در ویلنا، که بدین وسیله نارضایتی حاکم را به دست می آورد، می گوید که جنگ بعدی. خارج از کشور مضر و بی فایده است.
اما کلمات به تنهایی نمی توانستند ثابت کنند که او اهمیت این رویداد را درک کرده است. اقدامات او - همه بدون کوچکترین عقب نشینی، همه به سمت یک هدف بود که در سه عمل بیان می شود: 1) فشار دادن تمام نیروهای خود برای درگیری با فرانسوی ها، 2) شکست دادن آنها و 3) بیرون راندن آنها از روسیه، که کار را آسان می کند. به عنوان بلایای احتمالی مردم و سربازان.
او، آن کوتوزوف کند حرکت، که شعارش صبر و زمان است، دشمن اقدام قاطع است، او نبرد بورودینو را می دهد و مقدمات آن را با وقار بی سابقه ای می پوشاند. او، آن کوتوزوف، که در نبرد آسترلیتز، قبل از شروع، گفت که شکست خواهد خورد، در بورودینو، علیرغم اطمینان ژنرال ها مبنی بر شکست نبرد، علیرغم مثال بی سابقه ای در تاریخ که پس از یک نبرد پیروز شده، ارتش باید عقب نشینی کند، او به تنهایی، برخلاف همه، تا زمان مرگش معتقد است که نبرد بورودینو یک پیروزی است. او به تنهایی، در تمام مدت عقب نشینی، اصرار دارد که نبردهایی را که اکنون بی فایده است، آغاز نکند و از مرزهای روسیه عبور نکند.
اکنون فهمیدن معنای یک رویداد آسان است، مگر اینکه ما به فعالیت های انبوه اهدافی که در ذهن ده ها نفر بود، اعمال کنیم، زیرا کل رویداد با پیامدهای آن در برابر ما قرار دارد.
اما پس چگونه این پیرمرد، به تنهایی، برخلاف نظر همه، می‌توانست معنای عامیانه واقعه را حدس بزند، و سپس آنقدر درست حدس بزند که در تمام فعالیت‌هایش به آن خیانت نکرده باشد؟
منشأ این قدرت بینش خارق‌العاده به معنای پدیده‌های رخ‌داده در احساس ملی بود که او با تمام خلوص و قدرتش در درون خود داشت.
فقط تشخیص این احساس در او باعث شد که مردم به شیوه های عجیب و غریب از رسوایی یک پیرمرد، او را برخلاف میل تزار به عنوان نمایندگان جنگ مردم انتخاب کنند. و تنها همین احساس او را به آن بلندترین قد انسانی رساند که از آنجا فرمانده کل قوا تمام توان خود را نه به کشتن و نابودی مردم، بلکه برای نجات و ترحم بر آنها معطوف کرد.

اورانیوم از کجا آمد؟به احتمال زیاد، در هنگام انفجار ابرنواختر ظاهر می شود. واقعیت این است که برای سنتز هسته‌ای عناصر سنگین‌تر از آهن، باید جریان قدرتمندی از نوترون‌ها وجود داشته باشد که دقیقاً در طی یک انفجار ابرنواختری رخ می‌دهد. به نظر می رسد که پس از آن، در هنگام تراکم از ابر منظومه های ستاره ای جدید تشکیل شده توسط آن، اورانیوم که در یک ابر پیش سیاره ای جمع شده و بسیار سنگین است، باید در اعماق سیارات غرق شود. اما این درست نیست. اورانیوم یک عنصر رادیواکتیو است و هنگامی که تجزیه می شود گرما آزاد می کند. محاسبات نشان می دهد که اگر اورانیوم به طور مساوی در کل ضخامت سیاره توزیع شود، حداقل با همان غلظتی که در سطح آن وجود دارد، گرمای زیادی منتشر می کند. علاوه بر این، جریان آن باید با مصرف اورانیوم ضعیف شود. از آنجایی که چنین چیزی مشاهده نشده است، زمین شناسان بر این باورند که حداقل یک سوم اورانیوم، و شاید تمام آن، در پوسته زمین متمرکز شده است، جایی که محتوای آن 2.5∙10-4٪ است. اینکه چرا این اتفاق افتاده بحثی نیست.

اورانیوم از کجا استخراج می شود؟اورانیوم روی زمین خیلی کم نیست - از نظر فراوانی در جایگاه 38 قرار دارد. و بیشتر این عنصر در سنگ های رسوبی - شیل های کربنی و فسفریت ها یافت می شود: به ترتیب تا 8∙10-3 و 2.5∙10-2٪. در مجموع، پوسته زمین حاوی 1014 تن اورانیوم است، اما مشکل اصلی این است که بسیار پراکنده است و رسوبات قدرتمندی تشکیل نمی دهد. تقریباً 15 ماده معدنی اورانیوم دارای اهمیت صنعتی هستند. این قطران اورانیوم است - اساس آن اکسید اورانیوم چهار ظرفیتی، میکا اورانیوم - سیلیکات های مختلف، فسفات ها و ترکیبات پیچیده تر با وانادیوم یا تیتانیوم بر اساس اورانیوم شش ظرفیتی است.

پرتوهای بکرل چیست؟پس از کشف اشعه ایکس توسط ولفگانگ رونتگن، فیزیکدان فرانسوی آنتوان هانری بکرل به درخشش نمک های اورانیوم که تحت تأثیر نور خورشید رخ می دهد علاقه مند شد. او می خواست بفهمد آیا اینجا هم اشعه ایکس وجود دارد یا خیر. در واقع، آنها حضور داشتند - نمک صفحه عکاسی را از طریق کاغذ سیاه روشن کرد. با این حال، در یکی از آزمایش‌ها، نمک روشن نشد، اما صفحه عکاسی همچنان تاریک بود. هنگامی که یک جسم فلزی بین نمک و صفحه عکاسی قرار می گرفت، تیرگی زیر آن کمتر بود. بنابراین، پرتوهای جدید به دلیل تحریک اورانیوم توسط نور پدید نیامدند و تا حدی از فلز عبور نکردند. آنها در ابتدا "پرتوهای بکرل" نامیده می شدند. متعاقباً کشف شد که اینها عمدتاً پرتوهای آلفا با مقدار کمی پرتوهای بتا هستند: واقعیت این است که ایزوتوپ‌های اصلی اورانیوم یک ذره آلفا را در طول واپاشی منتشر می‌کنند و محصولات دختر نیز تجزیه بتا را تجربه می‌کنند.

اورانیوم چقدر رادیواکتیو است؟اورانیوم هیچ ایزوتوپ پایداری ندارد. طولانی ترین اورانیوم 238 با نیمه عمر 4.4 میلیارد سال است. بعدی اورانیوم 235 - 0.7 میلیارد سال است. آنها هر دو دچار واپاشی آلفا می شوند و به ایزوتوپ های مربوط به توریم تبدیل می شوند. اورانیوم 238 بیش از 99 درصد کل اورانیوم طبیعی را تشکیل می دهد. به دلیل نیمه عمر بسیار زیاد، رادیواکتیویته این عنصر کم است و علاوه بر این، ذرات آلفا قادر به نفوذ به لایه شاخی در سطح بدن انسان نیستند. آنها می گویند که پس از کار با اورانیوم، I.V Kurchatov به سادگی دستان خود را با یک دستمال پاک کرد و از هیچ بیماری مرتبط با رادیواکتیویته رنج نبرد.

محققان بارها به آمار بیماری های کارگران در معادن و کارخانه های فرآوری اورانیوم روی آورده اند. به عنوان مثال، در اینجا مقاله اخیر متخصصان کانادایی و آمریکایی است که داده های بهداشتی بیش از 17 هزار کارگر معدن الدورادو در استان ساسکاچوان کانادا را برای سال های 1950-1999 تجزیه و تحلیل کردند. تحقیقات محیطی، 2014، 130، 43-50، DOI:10.1016/j.envres.2014.01.002). آنها از این واقعیت نتیجه گرفتند که تابش قوی ترین اثر را بر تکثیر سریع سلول های خونی دارد که منجر به انواع سرطان های مربوطه می شود. آمارها نشان داده است که کارگران معدن در مقایسه با میانگین کانادایی‌ها کمتر از انواع سرطان خون رنج می‌برند. در این حالت، منبع اصلی تشعشعات، خود اورانیوم در نظر گرفته نمی شود، بلکه رادون گازی تولید شده و فرآورده های پوسیده آن است که می تواند از طریق ریه ها وارد بدن شود.

چرا اورانیوم مضر است؟? این فلز مانند سایر فلزات سنگین بسیار سمی است و می تواند باعث نارسایی کلیه و کبد شود. از سوی دیگر، اورانیوم به عنوان عنصری پراکنده، ناگزیر در آب، خاک وجود دارد و با تمرکز در زنجیره غذایی وارد بدن انسان می شود. منطقی است که فرض کنیم در فرآیند تکامل، موجودات زنده یاد گرفته اند اورانیوم را در غلظت های طبیعی خنثی کنند. اورانیوم خطرناک ترین در آب است، بنابراین سازمان جهانی بهداشت حدی را تعیین کرد: در ابتدا 15 میکروگرم در لیتر بود، اما در سال 2011 این استاندارد به 30 میکروگرم در گرم افزایش یافت. به عنوان یک قاعده، اورانیوم بسیار کمتری در آب وجود دارد: در ایالات متحده به طور متوسط ​​6.7 میکروگرم در لیتر، در چین و فرانسه - 2.2 میکروگرم در لیتر. اما انحرافات شدیدی نیز وجود دارد. بنابراین در برخی مناطق کالیفرنیا صد برابر بیشتر از استاندارد است - 2.5 میلی گرم در لیتر، و در جنوب فنلاند به 7.8 میلی گرم در لیتر می رسد. محققان با مطالعه تأثیر اورانیوم بر حیوانات در تلاشند تا بفهمند که آیا استاندارد WHO بسیار سخت‌گیرانه است یا خیر. اینجا یک کار معمولی است ( BioMed Research International, 2014, ID 181989; DOI: 10.1155/2014/181989). دانشمندان فرانسوی به مدت 9 ماه موش ها را با مواد افزودنی اورانیوم ضعیف شده و در غلظت های نسبتاً بالا - از 0.2 تا 120 میلی گرم در لیتر، تغذیه کردند. مقدار پایین تر، آب نزدیک معدن است، در حالی که مقدار بالاتر در هیچ کجا یافت نمی شود - حداکثر غلظت اورانیوم، اندازه گیری شده در فنلاند، 20 میلی گرم در لیتر است. در کمال تعجب نویسندگان - نام مقاله: "فقدان غیرمنتظره اثر قابل توجه اورانیوم بر سیستم های فیزیولوژیکی ..." - اورانیوم عملاً هیچ تأثیری بر سلامت موش ها نداشت. حیوانات خوب غذا می‌خوردند، به‌درستی وزن اضافه می‌کردند، از بیماری شکایت نمی‌کردند و از سرطان نمی‌مردند. اورانیوم، همانطور که باید باشد، عمدتاً در کلیه ها و استخوان ها و در مقادیر صد برابر کمتر در کبد رسوب می کرد و انتظار می رفت انباشت آن به محتوای موجود در آب بستگی داشت. با این حال، این منجر به نارسایی کلیوی یا حتی ظاهر قابل توجه نشانگرهای مولکولی التهاب نشد. نویسندگان پیشنهاد کردند که بازبینی دستورالعمل های سختگیرانه WHO باید آغاز شود. با این حال، یک هشدار وجود دارد: تأثیر آن بر مغز. اورانیوم کمتری در مغز موش‌ها نسبت به کبد وجود داشت، اما محتوای آن به مقدار موجود در آب بستگی نداشت. اما اورانیوم بر عملکرد سیستم آنتی اکسیدانی مغز تأثیر گذاشت: فعالیت کاتالاز 20٪، گلوتاتیون پراکسیداز 68-90٪ افزایش یافت و فعالیت سوپراکسید دیسموتاز 50٪ بدون توجه به دوز کاهش یافت. این بدان معنی است که اورانیوم به وضوح باعث ایجاد استرس اکسیداتیو در مغز می شود و بدن به آن پاسخ می دهد. این اثر - تأثیر قوی اورانیوم بر مغز در غیاب انباشته شدن آن در آن، اتفاقاً و همچنین در اندام تناسلی - قبلاً مشاهده شده بود. علاوه بر این، آب با اورانیوم در غلظت 75 تا 150 میلی‌گرم در لیتر، که محققان دانشگاه نبراسکا به مدت شش ماه به موش‌ها تغذیه کردند. نوروتوکسیکولوژی و تراتولوژی، 2005، 27، 1، 135-144; DOI:10.1016/j.ntt.2004.09.001)، بر رفتار حیوانات، عمدتاً نر، که در مزرعه رها می‌شوند، تأثیر می‌گذارد: آنها از خطوط عبور می‌کنند، روی پاهای عقب خود می‌ایستند و خز خود را متفاوت از حیوانات کنترل می‌کنند. شواهدی وجود دارد که نشان می دهد اورانیوم همچنین منجر به اختلال حافظه در حیوانات می شود. تغییرات رفتاری با سطوح اکسیداسیون لیپید در مغز مرتبط بود. معلوم شد که آب اورانیوم موش ها را سالم، اما احمق کرده است. این داده ها در تحلیل به اصطلاح سندرم جنگ خلیج فارس برای ما مفید خواهد بود.

آیا اورانیوم سایت های توسعه گاز شیل را آلوده می کند؟بستگی به این دارد که چه مقدار اورانیوم در سنگ های حاوی گاز وجود دارد و چگونه با آنها مرتبط است. به عنوان مثال، دانشیار تریسی بانک از دانشگاه بوفالو، شیل مارسلوس را مطالعه کرد که از غرب نیویورک تا پنسیلوانیا و اوهایو تا ویرجینیای غربی امتداد دارد. مشخص شد که اورانیوم از نظر شیمیایی دقیقاً به منبع هیدروکربن‌ها مرتبط است (به یاد داشته باشید که شیل‌های کربنی مرتبط بالاترین محتوای اورانیوم را دارند). آزمایشات نشان داده است که محلول مورد استفاده در هنگام شکست اورانیوم را کاملاً حل می کند. زمانی که اورانیوم موجود در این آب ها به سطح زمین می رسد، می تواند باعث آلودگی مناطق اطراف شود. تریسی بانک در بیانیه مطبوعاتی دانشگاه مورخ 25 اکتبر 2010 خاطرنشان می کند که این یک خطر تشعشع نیست، اما اورانیوم یک عنصر سمی است. هنوز هیچ مقاله مفصلی در مورد خطر آلودگی محیط زیست با اورانیوم یا توریم در طول تولید گاز شیل تهیه نشده است.

چرا اورانیوم مورد نیاز است؟قبلا به عنوان رنگدانه برای ساخت سرامیک و شیشه های رنگی استفاده می شد. اکنون اورانیوم اساس انرژی هسته ای و سلاح های اتمی است. در این مورد، از ویژگی منحصر به فرد آن استفاده می شود - توانایی هسته برای تقسیم.

شکافت هسته ای چیست؟ تجزیه یک هسته به دو قطعه بزرگ نابرابر. به دلیل این خاصیت است که در طول سنتز هسته در اثر تابش نوترون، هسته‌های سنگین‌تر از اورانیوم به سختی تشکیل می‌شوند. ماهیت پدیده به شرح زیر است. اگر نسبت تعداد نوترون ها و پروتون ها در هسته بهینه نباشد، ناپایدار می شود. به طور معمول، چنین هسته ای یا یک ذره آلفا - دو پروتون و دو نوترون، یا یک ذره بتا - یک پوزیترون منتشر می کند که با تبدیل یکی از نوترون ها به پروتون همراه است. در مورد اول، یک عنصر از جدول تناوبی به دست می آید، با فاصله دو سلول به عقب، در دوم - یک سلول به جلو. با این حال، علاوه بر گسیل ذرات آلفا و بتا، هسته اورانیوم قادر به شکافت - تجزیه به هسته دو عنصر در وسط جدول تناوبی، به عنوان مثال باریم و کریپتون است، که با دریافت یک نوترون جدید انجام می دهد. این پدیده اندکی پس از کشف رادیواکتیویته کشف شد، زمانی که فیزیکدانان تشعشعات تازه کشف شده را در معرض هر چیزی که می توانستند قرار دادند. در اینجا این است که چگونه اتو فریش، یکی از شرکت کنندگان در رویدادها، در این مورد می نویسد ("پیشرفت در علوم فیزیکی"، 1968، 96، 4). پس از کشف پرتوهای بریلیوم - نوترون ها - انریکو فرمی با آنها اورانیوم را به ویژه برای ایجاد واپاشی بتا تحت تابش قرار داد - او امیدوار بود که از آن برای بدست آوردن عنصر بعدی، نود و سوم، که اکنون نپتونیم نامیده می شود، استفاده کند. او بود که نوع جدیدی از رادیواکتیویته را در اورانیوم تابیده شده کشف کرد که با ظاهر عناصر ترانس اورانیوم مرتبط بود. در همان زمان، کاهش سرعت نوترون ها، که منبع بریلیم با لایه ای از پارافین پوشانده شده بود، این رادیواکتیویته القایی را افزایش داد. رادیو شیمیدان آمریکایی آریستید فون گروس پیشنهاد کرد که یکی از این عناصر پروتاکتینیوم است، اما او در اشتباه بود. اما اتو هان که در آن زمان در دانشگاه وین کار می کرد و پروتاکتینیم کشف شده در سال 1917 را زاییده فکر خود می دانست، به این نتیجه رسید که موظف است بفهمد چه عناصری به دست آمده است. هان به همراه لیز مایتنر، در آغاز سال 1938، بر اساس نتایج تجربی، پیشنهاد کرد که کل زنجیره‌های عناصر رادیواکتیو به دلیل واپاشی‌های متعدد بتا هسته‌های جاذب نوترون اورانیوم 238 و عناصر دختر آن تشکیل شده‌اند. به زودی لیز مایتنر از ترس تلافی جویانه نازی ها پس از Anschluss اتریش مجبور به فرار به سوئد شد. هان، پس از ادامه آزمایشات خود با فریتز استراسمن، متوجه شد که در میان محصولات، عنصر شماره 56، باریم نیز وجود دارد که به هیچ وجه نمی توان آن را از اورانیوم به دست آورد: تمام زنجیره های آلفا واپاشی اورانیوم با سرب بسیار سنگین تر به پایان می رسد. محققان از نتیجه آن چنان شگفت زده شدند که آن را منتشر نکردند و فقط به دوستانشان نامه نوشتند، به ویژه به لیز مایتنر در گوتنبرگ. در آنجا، در کریسمس 1938، برادرزاده او، اتو فریش، او را ملاقات کرد، و با قدم زدن در مجاورت شهر زمستانی - او با اسکی، عمه پیاده - آنها در مورد احتمال ظهور باریم در هنگام تابش اورانیوم بحث کردند. نتیجه شکافت هسته ای (برای اطلاعات بیشتر در مورد لیز مایتنر، به «شیمی و زندگی»، 2013، شماره 4 مراجعه کنید). در بازگشت به کپنهاگ، فریش به معنای واقعی کلمه نیلز بور را در باند کشتی در حال عزیمت به ایالات متحده گرفتار کرد و به او درباره ایده شکافت گفت. بور در حالی که سیلی به پیشانی خود می زد، گفت: «اوه، ما چه احمقی بودیم! ما باید زودتر به این موضوع توجه می کردیم." در ژانویه 1939، فریش و مایتنر مقاله ای در مورد شکافت هسته های اورانیوم تحت تأثیر نوترون ها منتشر کردند. در آن زمان، اتو فریش قبلاً یک آزمایش کنترلی و همچنین بسیاری از گروه های آمریکایی که پیام بور را دریافت کرده بودند، انجام داده بود. آنها می گویند که فیزیکدانان درست در طول گزارش او در 26 ژانویه 1939 در واشنگتن در کنفرانس سالانه فیزیک نظری، زمانی که جوهر این ایده را درک کردند، شروع به پراکندگی در آزمایشگاه های خود کردند. پس از کشف شکافت، هان و استراسمن آزمایشات خود را تجدید نظر کردند و درست مانند همکارانشان دریافتند که رادیواکتیویته اورانیوم تابیده شده نه با ترانس اورانیوم، بلکه با تجزیه عناصر رادیواکتیو تشکیل شده در طول شکافت از وسط جدول تناوبی مرتبط است.

واکنش زنجیره ای در اورانیوم چگونه رخ می دهد؟اندکی پس از اینکه امکان شکافت هسته‌های اورانیوم و توریم به‌طور تجربی اثبات شد (و هیچ عنصر شکافت‌پذیر دیگری در زمین به مقدار قابل توجهی وجود ندارد)، نیلز بور و جان ویلر، که در پرینستون کار می‌کردند، و همچنین، مستقل از آنها، فیزیکدان نظری شوروی Ya I. Frenkel و آلمانی ها Siegfried Flügge و Gottfried von Droste نظریه شکافت هسته ای را ایجاد کردند. دو مکانیسم از آن پیروی کرد. یکی با آستانه جذب نوترون های سریع مرتبط است. بر اساس آن، برای شروع شکافت، یک نوترون باید انرژی نسبتاً بالایی داشته باشد، بیش از 1 مگا ولت برای هسته ایزوتوپ های اصلی - اورانیوم-238 و توریم-232. در انرژی های پایین تر، جذب نوترون توسط اورانیوم 238 دارای ویژگی تشدید کننده است. بنابراین، یک نوترون با انرژی 25 eV دارای سطح مقطعی است که هزاران بار بزرگتر از انرژی های دیگر است. در این صورت شکافتی وجود نخواهد داشت: اورانیوم 238 تبدیل به اورانیوم 239 می شود که با نیمه عمر 23.54 دقیقه به نپتونیوم 239 تبدیل می شود که با نیمه عمر 2.33 روز به عمر طولانی تبدیل می شود. پلوتونیوم-239. توریم 232 به اورانیوم 233 تبدیل می شود.

مکانیسم دوم جذب غیر آستانه ای یک نوترون است، پس از آن سومین ایزوتوپ شکافت پذیر کم و بیش رایج - اورانیوم-235 (و همچنین پلوتونیوم-239 و اورانیوم-233 که در طبیعت یافت نمی شوند) دنبال می شود: با جذب هر نوترون، حتی آهسته، به اصطلاح حرارتی، با انرژی مانند مولکول های شرکت کننده در حرکت حرارتی - 0.025 eV، چنین هسته ای تقسیم می شود. و این بسیار خوب است: نوترون های حرارتی دارای سطح مقطع جذب چهار برابر بیشتر از نوترون های سریع و مگاالکترون ولت هستند. این اهمیت اورانیوم 235 برای کل تاریخ بعدی انرژی هسته ای است: این است که ضرب نوترون ها را در اورانیوم طبیعی تضمین می کند. هسته اورانیوم 235 پس از برخورد با نوترون ناپایدار می شود و به سرعت به دو قسمت نابرابر تقسیم می شود. در طول مسیر، چندین نوترون جدید (به طور متوسط ​​2.75) منتشر می شود. اگر آنها به هسته های همان اورانیوم برخورد کنند، باعث تکثیر نمایی نوترون ها می شوند - یک واکنش زنجیره ای رخ می دهد که به دلیل انتشار سریع مقدار زیادی گرما منجر به انفجار می شود. نه اورانیوم 238 و نه توریم 232 نمی توانند اینطور کار کنند: بالاخره در طول شکافت، نوترون ها با انرژی متوسط ​​1-3 مگا ولت ساطع می شوند، یعنی اگر آستانه انرژی 1 مگا ولت وجود داشته باشد، بخش قابل توجهی از نوترون ها قطعا قادر به ایجاد واکنش نخواهند بود و تولید مثلی نیز وجود نخواهد داشت. این بدان معناست که این ایزوتوپ‌ها باید فراموش شوند و نوترون‌ها باید به انرژی حرارتی کاهش یابند تا با هسته‌های اورانیوم 235 تا حد امکان تعامل داشته باشند. در عین حال، جذب رزونانس آنها توسط اورانیوم-238 مجاز نیست: از این گذشته، در اورانیوم طبیعی این ایزوتوپ کمی کمتر از 99.3٪ است و نوترون ها اغلب با آن برخورد می کنند و نه با اورانیوم-235 هدف. و با عمل به عنوان تعدیل کننده، می توان ضرب نوترون ها را در یک سطح ثابت نگه داشت و از انفجار جلوگیری کرد - واکنش زنجیره ای را کنترل کرد.

محاسباتی که توسط Ya B. Zeldovich و Yu B. Khariton در همان سال سرنوشت ساز 1939 انجام شد، نشان داد که برای این کار لازم است از یک تعدیل کننده نوترونی به شکل آب سنگین یا گرافیت استفاده شود و اورانیوم طبیعی با اورانیوم غنی شود. 235 حداقل 1.83 بار. سپس این ایده برای آنها خیالی محض به نظر می رسید: "باید توجه داشت که غنی سازی تقریباً دو برابر آن مقادیر نسبتاً قابل توجهی از اورانیوم که برای انجام یک انفجار زنجیره ای لازم است.<...>یک کار بسیار دشوار و تقریباً غیرممکن است.» اکنون این مشکل حل شده است و صنعت هسته ای در حال تولید انبوه اورانیوم غنی شده با اورانیوم 235 تا 3.5 درصد برای نیروگاه ها است.

شکافت هسته ای خود به خود چیست؟در سال 1940، G. N. Flerov و K. A. Petrzhak کشف کردند که شکافت اورانیوم می تواند خود به خود و بدون هیچ گونه تأثیر خارجی رخ دهد، اگرچه نیمه عمر بسیار طولانی تر از تجزیه آلفای معمولی است. از آنجایی که چنین شکافتی نوترون ها را نیز تولید می کند، اگر به آنها اجازه داده نشود از منطقه واکنش فرار کنند، به عنوان آغازگر واکنش زنجیره ای عمل خواهند کرد. این پدیده است که در ایجاد راکتورهای هسته ای استفاده می شود.

چرا انرژی هسته ای مورد نیاز است؟زلدویچ و خاریتون جزو اولین کسانی بودند که اثر اقتصادی انرژی هسته ای را محاسبه کردند (Uspekhi Fizicheskikh Nauk, 1940, 23, 4). «...در حال حاضر، هنوز نمی توان نتیجه گیری نهایی در مورد امکان یا عدم امکان انجام یک واکنش شکافت هسته ای در اورانیوم با زنجیره های بی نهایت انشعاب انجام داد. اگر چنین واکنشی امکان پذیر باشد، آنگاه سرعت واکنش به طور خودکار تنظیم می شود تا از پیشرفت هموار آن، علیرغم مقدار عظیم انرژی در اختیار آزمایشگر، اطمینان حاصل شود. این شرایط برای استفاده از انرژی واکنش بسیار مطلوب است. بنابراین اجازه دهید - اگرچه این تقسیم پوست یک خرس کشته نشده است - برخی از اعدادی که احتمال استفاده از انرژی از اورانیوم را مشخص می کند، ارائه کنیم. بنابراین، اگر فرآیند شکافت با نوترون‌های سریع پیش برود، واکنش ایزوتوپ اصلی اورانیوم (U238) را جذب می‌کند.<исходя из соотношения теплотворных способностей и цен на уголь и уран>هزینه یک کالری از ایزوتوپ اصلی اورانیوم تقریباً 4000 برابر ارزان تر از زغال سنگ است (مگر اینکه، البته، فرآیندهای "احتراق" و حذف گرما در مورد اورانیوم بسیار گران تر از در مورد زغال سنگ). در مورد نوترون های آهسته، هزینه یک کالری "اورانیوم" (براساس ارقام بالا) با در نظر گرفتن اینکه فراوانی ایزوتوپ U235 0.007 است، در حال حاضر فقط 30 برابر ارزان تر از کالری "زغال سنگ" است. همه چیزهای دیگر برابر باشند.»

اولین واکنش زنجیره ای کنترل شده در سال 1942 توسط انریکو فرمی در دانشگاه شیکاگو انجام شد و راکتور به صورت دستی کنترل شد - با فشار دادن میله های گرافیت به داخل و خارج با تغییر شار نوترون. اولین نیروگاه در اوبنینسک در سال 1954 ساخته شد. اولین راکتورها علاوه بر تولید انرژی، برای تولید پلوتونیوم با درجه تسلیحات نیز کار کردند.

نیروگاه هسته ای چگونه کار می کند؟امروزه بیشتر رآکتورها با نوترون های کند کار می کنند. اورانیوم غنی شده به شکل فلز، آلیاژی مانند آلومینیوم یا اکسید در سیلندرهای بلندی به نام عناصر سوختی قرار می گیرد. آنها به روش خاصی در راکتور نصب می شوند و میله های تعدیل کننده بین آنها قرار می گیرند که واکنش زنجیره ای را کنترل می کنند. با گذشت زمان، سموم راکتور در عنصر سوخت - محصولات شکافت اورانیوم، که همچنین قادر به جذب نوترون هستند، جمع می شوند. هنگامی که غلظت اورانیوم 235 به زیر سطح بحرانی می‌رسد، این عنصر از خدمت خارج می‌شود. با این حال، حاوی قطعات شکافت زیادی با رادیواکتیویته قوی است که در طول سال ها کاهش می یابد و باعث می شود که عناصر برای مدت طولانی مقدار قابل توجهی گرما از خود ساطع کنند. آنها در استخرهای خنک کننده نگهداری می شوند و سپس یا دفن می شوند یا سعی می شود فرآوری شوند - برای استخراج اورانیوم 235 نسوخته، پلوتونیوم تولید شده (از آن برای ساخت بمب اتمی استفاده می شد) و سایر ایزوتوپ هایی که می توان از آنها استفاده کرد. قسمت استفاده نشده به محل دفن فرستاده می شود.

در راکتورهای به اصطلاح سریع یا راکتورهای پرورش دهنده، بازتابنده هایی از اورانیوم 238 یا توریم 232 در اطراف عناصر نصب می شوند. آنها سرعت خود را کاهش می دهند و نوترون های خیلی سریع را به منطقه واکنش می فرستند. نوترون‌هایی که به سرعت رزونانس کاهش یافته‌اند، این ایزوتوپ‌ها را جذب می‌کنند و به ترتیب به پلوتونیوم 239 یا اورانیوم 233 تبدیل می‌شوند که می‌توانند به عنوان سوخت نیروگاه هسته‌ای عمل کنند. از آنجایی که نوترون های سریع با اورانیوم 235 واکنش ضعیفی نشان می دهند، غلظت آن باید به میزان قابل توجهی افزایش یابد، اما این با شار نوترونی قوی تر جواب می دهد. علیرغم این واقعیت که راکتورهای پرورش دهنده آینده انرژی هسته ای در نظر گرفته می شوند، زیرا آنها بیش از مصرف سوخت هسته ای تولید می کنند، آزمایش ها نشان داده اند که مدیریت آنها دشوار است. اکنون تنها یک رآکتور در جهان باقی مانده است - در چهارمین واحد نیروگاه بلویارسک NPP.

انرژی هسته ای چگونه نقد می شود؟اگر ما در مورد حوادث صحبت نکنیم، پس نکته اصلی در استدلال مخالفان انرژی هسته ای امروز پیشنهاد اضافه کردن هزینه های حفاظت از محیط زیست پس از از کار انداختن ایستگاه و هنگام کار با سوخت به محاسبه کارایی آن است. در هر دو مورد، وظیفه دفع مطمئن زباله های رادیواکتیو مطرح می شود و این هزینه هایی است که دولت متحمل می شود. این نظر وجود دارد که اگر آنها را به هزینه انرژی منتقل کنید، جذابیت اقتصادی آن از بین می رود.

در میان حامیان انرژی هسته ای نیز مخالفت هایی وجود دارد. نمایندگان آن به منحصر به فرد بودن اورانیوم-235 اشاره می کنند که جایگزینی ندارد، زیرا ایزوتوپ های جایگزین شکافته شده توسط نوترون های حرارتی - پلوتونیوم-239 و اورانیوم-233 - به دلیل نیمه عمر هزاران ساله خود، در طبیعت یافت نمی شوند. و دقیقاً در نتیجه شکافت اورانیوم 235 به دست می آیند. اگر تمام شود، یک منبع طبیعی شگفت انگیز از نوترون ها برای یک واکنش زنجیره ای هسته ای ناپدید می شود. در نتیجه چنین اتلاف‌هایی، بشریت در آینده این فرصت را از دست خواهد داد که توریم 232 را که ذخایر آن چندین برابر اورانیوم است در چرخه انرژی وارد کند.

از لحاظ نظری، شتاب دهنده های ذرات را می توان برای تولید شار نوترون های سریع با انرژی های مگاالکترون ولت استفاده کرد. با این حال، اگر به عنوان مثال، در مورد پروازهای بین سیاره ای با موتور هسته ای صحبت می کنیم، اجرای یک طرح با یک شتاب دهنده حجیم بسیار دشوار خواهد بود. کاهش اورانیوم 235 به چنین پروژه هایی پایان می دهد.

اورانیوم با درجه سلاح چیست؟این اورانیوم 235 بسیار غنی شده است. جرم بحرانی آن - به اندازه یک قطعه ماده که در آن یک واکنش زنجیره ای خود به خود رخ می دهد مطابقت دارد - به اندازه ای کوچک است که بتواند مهمات تولید کند. از چنین اورانیوم می توان برای ساخت بمب اتمی و همچنین به عنوان فیوز بمب گرما هسته ای استفاده کرد.

چه بلاهایی با استفاده از اورانیوم مرتبط است؟انرژی ذخیره شده در هسته عناصر شکافت پذیر بسیار زیاد است. اگر به دلیل نظارت یا عمد از کنترل خارج شود، این انرژی می تواند دردسرهای زیادی ایجاد کند. بدترین فاجعه هسته ای در 6 و 8 آگوست 1945 رخ داد، زمانی که نیروی هوایی ایالات متحده بمب های اتمی را بر روی هیروشیما و ناکازاکی انداخت و صدها هزار غیرنظامی را کشت و زخمی کرد. بلایای مقیاس کوچکتر با حوادث در نیروگاه های هسته ای و شرکت های چرخه هسته ای همراه است. اولین حادثه بزرگ در سال 1949 در اتحاد جماهیر شوروی در کارخانه مایاک در نزدیکی چلیابینسک رخ داد، جایی که پلوتونیوم تولید شد. زباله های رادیواکتیو مایع به رودخانه تکا ختم شد. در سپتامبر 1957، انفجاری در آن رخ داد و مقدار زیادی مواد رادیواکتیو آزاد شد. یازده روز بعد، راکتور تولید پلوتونیوم بریتانیا در Windscale سوخت و ابر با محصولات انفجار در اروپای غربی پراکنده شد. در سال 1979، یک راکتور در نیروگاه هسته ای جزیره تری میل در پنسیلوانیا سوخت. گسترده ترین عواقب ناشی از حوادث در نیروگاه هسته ای چرنوبیل (1986) و نیروگاه هسته ای فوکوشیما (2011) بود که میلیون ها نفر در معرض تشعشعات قرار گرفتند. اولین مناطق وسیعی را پر از زباله کرد و 8 تن سوخت اورانیوم و فرآورده های پوسیده را در نتیجه انفجاری که در سراسر اروپا پخش شد، آزاد کرد. دومین مورد آلوده و سه سال پس از حادثه، همچنان اقیانوس آرام را در مناطق ماهیگیری آلوده می کند. رفع عواقب این حوادث بسیار پرهزینه بود و اگر این هزینه ها به هزینه برق تقسیم می شد، افزایش چشمگیری داشت.

موضوع جداگانه عواقب آن برای سلامتی انسان است. بر اساس آمارهای رسمی، بسیاری از افرادی که از بمباران جان سالم به در بردند یا در مناطق آلوده زندگی می کردند از تشعشعات بهره بردند - اولی امید به زندگی بالاتری دارند، دومی سرطان کمتری دارند و کارشناسان مقداری افزایش مرگ و میر را به استرس اجتماعی نسبت می دهند. تعداد افرادی که دقیقاً بر اثر حوادث و یا در نتیجه انحلال آنها جان خود را از دست داده اند به صدها نفر می رسد. مخالفان نیروگاه های هسته ای اشاره می کنند که این حوادث منجر به مرگ زودرس چندین میلیون نفر در قاره اروپا شده است، اما در زمینه آماری به سادگی قابل مشاهده نیستند.

حذف اراضی از استفاده انسان در مناطق حادثه خیز به یک نتیجه جالب می انجامد: آنها به نوعی ذخیره گاه طبیعی تبدیل می شوند که در آن تنوع زیستی رشد می کند. درست است، برخی از حیوانات از بیماری های مربوط به تشعشع رنج می برند. این سؤال که آنها چقدر سریع با پس‌زمینه افزایش‌یافته سازگار خواهند شد، همچنان باز است. همچنین عقیده ای وجود دارد که پیامد تابش مزمن "انتخاب برای احمق ها" است (نگاه کنید به "شیمی و زندگی"، 2010، شماره 5): حتی در مرحله جنینی، موجودات اولیه بیشتری زنده می مانند. به ویژه در رابطه با مردم، این امر باید منجر به کاهش توانایی های ذهنی در نسل متولد شده در مناطق آلوده در مدت کوتاهی پس از حادثه شود.

اورانیوم ضعیف شده چیست؟این اورانیوم 238 است که پس از جدا شدن اورانیوم 235 از آن باقی مانده است. حجم ضایعات حاصل از تولید اورانیوم و عناصر سوخت با درجه تسلیحات زیاد است - تنها در ایالات متحده، 600 هزار تن هگزا فلوراید اورانیوم انباشته شده است (برای مشکلات مربوط به آن، به Chemistry and Life، 2008، شماره 5 مراجعه کنید). . محتوای اورانیوم 235 در آن 0.2 درصد است. این ضایعات یا باید تا زمان های بهتر ذخیره شوند، یعنی زمانی که راکتورهای نوترونی سریع ایجاد می شوند و امکان پردازش اورانیوم 238 به پلوتونیوم وجود خواهد داشت، یا به نحوی استفاده می شود.

برای آن کاربرد پیدا کردند. اورانیوم مانند سایر عناصر انتقالی به عنوان کاتالیزور استفاده می شود. به عنوان مثال، نویسندگان مقاله در نانو ACSدر تاریخ 30 ژوئن 2014، آنها نوشتند که کاتالیزوری ساخته شده از اورانیوم یا توریم با گرافن برای کاهش اکسیژن و پراکسید هیدروژن "پتانسیل بسیار زیادی برای استفاده در بخش انرژی دارد." از آنجایی که اورانیوم چگالی بالایی دارد، به عنوان بالاست برای کشتی ها و وزنه تعادل برای هواپیماها عمل می کند. این فلز همچنین برای حفاظت در برابر تشعشع در دستگاه های پزشکی دارای منابع تشعشع مناسب است.

از اورانیوم ضعیف شده چه سلاح هایی می توان ساخت؟گلوله ها و هسته های پرتابه های زره ​​پوش. محاسبه در اینجا به شرح زیر است. هرچه پرتابه سنگین‌تر باشد، انرژی جنبشی آن بیشتر است. اما هرچه پرتابه بزرگتر باشد، تأثیر آن کمتر متمرکز می شود. این بدان معناست که فلزات سنگین با چگالی بالا مورد نیاز است. گلوله ها از سرب ساخته شده اند (شکارچیان اورال در یک زمان از پلاتین بومی نیز استفاده می کردند تا اینکه متوجه شدند این فلز گرانبها است)، در حالی که هسته های پوسته از آلیاژ تنگستن ساخته شده است. محیط بانان خاطرنشان می کنند که سرب خاک را در مکان های عملیات نظامی یا شکار آلوده می کند و بهتر است آن را با چیزی کم ضررتر به عنوان مثال تنگستن جایگزین کرد. اما تنگستن ارزان نیست و اورانیوم با چگالی مشابه، زباله مضری است. در عین حال، آلودگی خاک و آب مجاز به اورانیوم تقریباً دو برابر سرب است. این به این دلیل اتفاق می افتد که رادیواکتیویته ضعیف اورانیوم ضعیف شده (و همچنین 40٪ کمتر از اورانیوم طبیعی است) نادیده گرفته می شود و یک عامل شیمیایی واقعا خطرناک در نظر گرفته می شود: اورانیوم، همانطور که به یاد داریم، سمی است. در عین حال، چگالی آن 1.7 برابر بیشتر از چگالی سرب است، به این معنی که اندازه گلوله های اورانیوم را می توان به نصف کاهش داد. اورانیوم بسیار نسوز و سخت‌تر از سرب است - هنگام شلیک کمتر تبخیر می‌شود و وقتی به هدف برخورد می‌کند ریزذرات کمتری تولید می‌کند. به طور کلی، گلوله اورانیوم آلودگی کمتری نسبت به گلوله سربی دارد، اگرچه چنین استفاده ای از اورانیوم به طور قطع شناخته شده نیست.

اما مشخص است که صفحات ساخته شده از اورانیوم ضعیف شده برای تقویت زره تانک های آمریکایی (این امر با چگالی و نقطه ذوب بالای آن تسهیل می شود) و همچنین به جای آلیاژ تنگستن در هسته ها برای پرتابه های زره ​​پوش استفاده می شود. هسته اورانیوم نیز خوب است زیرا اورانیوم پیروفوریک است: ذرات ریز داغ آن در اثر برخورد با زره شعله ور می شوند و همه چیز را در اطراف آتش می زنند. هر دو کاربرد در برابر تشعشع ایمن در نظر گرفته می شوند. بنابراین، محاسبه نشان داد که حتی پس از یک سال نشستن در یک تانک با زره اورانیوم پر از مهمات اورانیوم، خدمه تنها یک چهارم دوز مجاز را دریافت می کنند. و برای دریافت دوز مجاز سالانه، باید چنین مهمات را به مدت 250 ساعت به سطح پوست بچسبانید.

گلوله‌های هسته‌های اورانیوم - برای توپ‌های هواپیمای 30 میلی‌متری یا زیر کالیبرهای توپخانه - توسط آمریکایی‌ها در جنگ‌های اخیر مورد استفاده قرار گرفته‌اند که با شروع عملیات عراق در سال 1991 شروع شد. در آن سال بر یگان‌های زرهی عراق در کویت باریدند و در هنگام عقب‌نشینی، 300 تن اورانیوم ضعیف‌شده که 250 تن یا 780 هزار گلوله آن به سمت هواپیما شلیک شد. در بوسنی و هرزگوین، در هنگام بمباران ارتش جمهوری صربستان به رسمیت شناخته نشده، 2.75 تن اورانیوم و در هنگام گلوله باران ارتش یوگسلاوی در منطقه کوزوو و متوهیا - 8.5 تن یا 31 هزار گلوله مصرف شد. از آنجایی که WHO در آن زمان نگران عواقب استفاده از اورانیوم بود، نظارت انجام شد. او نشان داد که یک گلوله شامل تقریباً 300 گلوله است که 80 درصد آن حاوی اورانیوم ضعیف شده است. 10 درصد اهداف را مورد اصابت قرار دادند و 82 درصد در فاصله 100 متری آنها سقوط کردند. بقیه در 1.85 کیلومتری پراکنده شدند. گلوله‌ای که به یک تانک اصابت کرد، سوخت و به یک آئروسل تبدیل شد. بنابراین، حداکثر یک و نیم تن گلوله می تواند به غبار اورانیوم در عراق تبدیل شود. به گفته کارشناسان مرکز تحقیقات استراتژیک آمریکا RAND Corporation، بیش از 10 تا 35 درصد اورانیوم مورد استفاده به آئروسل تبدیل شده است. آصاف دوراکوویچ، فعال کروات ضد مهمات اورانیوم، که در سازمان های مختلفی از بیمارستان ملک فیصل ریاض تا مرکز تحقیقات پزشکی اورانیوم واشنگتن کار کرده است، تخمین می زند که تنها در جنوب عراق در سال 1991، 3 تا 6 تن ذرات اورانیوم زیر میکرون تشکیل شده است. که در منطقه وسیعی پراکنده شده اند، یعنی آلودگی اورانیوم در آنجا قابل مقایسه با چرنوبیل است.

برخلاف دیگر، رایج‌ترین ایزوتوپ اورانیوم 238U، یک واکنش زنجیره‌ای هسته‌ای خودپایدار در 235U امکان‌پذیر است. بنابراین، این ایزوتوپ به عنوان سوخت در راکتورهای هسته ای و همچنین در سلاح های هسته ای استفاده می شود.

فعالیت یک گرم از این نوکلید تقریباً 80 کیلوبایت است.

• 1 تشکیل و فروپاشی
• 2 تقسیم اجباری
  • 2.1 واکنش زنجیره ای هسته ای
• 3 ایزومر
• 4 کاربرد
• 5 همچنین ببینید
• 6 یادداشت

شکل گیری و زوال

اورانیوم 235 در نتیجه تجزیه زیر تشکیل می شود:

• β- فروپاشی نوکلید 235Pa (نیمه عمر 24.44 (11) دقیقه است):

• ضبط K توسط هسته 235Np (نیمه عمر 396.1 (12) روز است):

• α-واپاشی نوکلید 239Pu (نیمه عمر 2.411(3)·104 سال است):

تجزیه اورانیوم 235 در جهت های زیر رخ می دهد:

• α-واپاشی در 231th (احتمال 100٪، انرژی فروپاشی 4678.3 (7) کو):

• شکافت خود به خود (احتمال 7 (2) · 10-9٪.
• فروپاشی خوشه با تشکیل نوکلیدهای 20Ne، 25Ne و 28Mg (احتمالات به ترتیب 8(4)·10-10٪، 8·10-10٪، 8·10-10٪ است):

تقسیم اجباری

در اوایل دهه 1930. انریکو فرمی برای به دست آوردن عناصر ترانس اورانیوم، اورانیوم را با نوترون تابش کرد. اما در سال 1939، O. Hahn و F. Strassmann توانستند نشان دهند که وقتی یک نوترون توسط هسته اورانیوم جذب می شود، یک واکنش شکافت اجباری رخ می دهد. به عنوان یک قاعده، هسته به دو قطعه تقسیم می شود و 2-3 نوترون آزاد می شود (نمودار را ببینید).

حدود 300 ایزوتوپ از عناصر مختلف در محصولات شکافت اورانیوم 235 کشف شد: از Z=30 (روی) تا Z=64 (گادولینیم). منحنی بازده نسبی ایزوتوپ‌هایی که در طی تابش اورانیوم 235 با نوترون‌های آهسته روی عدد جرمی تشکیل می‌شوند، متقارن است و از نظر شکل شبیه حرف M است. دو ماکزیمم تلفظ شده این منحنی با اعداد جرمی 95 و 134 مطابقت دارد و حداقل در محدوده اعداد جرمی 110 تا 125 رخ می دهد. بنابراین شکافت اورانیوم به قطعات هم جرم (با اعداد جرمی 115-119) رخ می دهد. با احتمال کمتری نسبت به شکافت نامتقارن، این تمایل در همه ایزوتوپ‌های شکافت‌پذیر مشاهده می‌شود و با هیچ‌یک از ویژگی‌های منحصربه‌فرد هسته یا ذرات مرتبط نیست، اما در مکانیسم شکافت هسته‌ای ذاتی است. با این حال، عدم تقارن با افزایش انرژی برانگیختگی هسته شکافت پذیر کاهش می یابد و زمانی که انرژی نوترون بیش از 100 مگا ولت باشد، توزیع جرم قطعات شکافت دارای یک حداکثر است که مربوط به شکافت متقارن هسته است.

یکی از گزینه های شکافت اجباری اورانیوم 235 پس از جذب نوترون (نمودار)

قطعات تشکیل شده در طی شکافت هسته اورانیوم، به نوبه خود، رادیواکتیو هستند، و تحت زنجیره ای از واپاشی β- قرار می گیرند، که طی آن انرژی اضافی به تدریج در یک دوره زمانی طولانی آزاد می شود. متوسط ​​انرژی آزاد شده در طی فروپاشی یک هسته اورانیوم-235، با در نظر گرفتن فروپاشی قطعات، تقریباً 202.5 MeV = 3.244·10-11 J یا 19.54 TJ/mol = 83.14 TJ/kg است.

شکافت هسته ای تنها یکی از بسیاری از فرآیندهای ممکن در طول برهمکنش نوترون ها با هسته است.

واکنش زنجیره ای هسته ای

در طول فروپاشی یک هسته 235U، 1 تا 8 (به طور متوسط ​​2.5) نوترون آزاد معمولا ساطع می شود. هر نوترون تولید شده در حین فروپاشی یک هسته 235U، در معرض برهمکنش با هسته 235U دیگر، می تواند باعث عمل جدیدی از فروپاشی شود که این پدیده را واکنش زنجیره ای شکافت هسته ای می نامند.

به طور فرضی، تعداد نوترون های نسل دوم (پس از مرحله دوم فروپاشی هسته ای) می تواند از 32 = 9 تجاوز کند. با هر مرحله بعدی از واکنش شکافت، تعداد نوترون های تولید شده می تواند مانند بهمن افزایش یابد. در شرایط واقعی، نوترون‌های آزاد ممکن است یک رویداد شکافت جدید ایجاد نکنند، و نمونه را قبل از گرفتن 235U ترک کنند، یا توسط خود ایزوتوپ 235U گرفته شوند، آن را به 236U تبدیل کنند، یا توسط مواد دیگر (به عنوان مثال، 238U، یا هسته‌ای حاصله). قطعات شکافت، مانند 149Sm یا 135Xe).

اگر به طور متوسط، هر عمل شکافت، عمل جدیدی از شکافت ایجاد کند، آنگاه واکنش خودپایدار می شود. این وضعیت بحرانی نامیده می شود. (همچنین به عامل ضرب نوترون مراجعه کنید)

در شرایط واقعی، دستیابی به وضعیت بحرانی اورانیوم چندان آسان نیست، زیرا تعدادی از عوامل بر روند واکنش تأثیر می‌گذارند. به عنوان مثال، اورانیوم طبیعی تنها از 0.72٪ 235U تشکیل شده است، 99.2745٪ 238U است که نوترون های تولید شده در طول شکافت هسته های 235U را جذب می کند. این منجر به این واقعیت می شود که واکنش زنجیره ای شکافت در اورانیوم طبیعی در حال حاضر بسیار سریع تجزیه می شود. یک واکنش زنجیره ای شکافت پیوسته می تواند به چند روش اصلی انجام شود:

• افزایش حجم نمونه (برای اورانیوم جدا شده از سنگ معدن، دستیابی به جرم بحرانی با افزایش حجم امکان پذیر است).
• جداسازی ایزوتوپ را با افزایش غلظت 235U در نمونه انجام دهید.
• کاهش از دست دادن نوترون های آزاد از طریق سطح نمونه با استفاده از انواع مختلف بازتابنده.
• از یک ماده تعدیل کننده نوترون برای افزایش غلظت نوترون های حرارتی استفاده کنید.

ایزومرها

تنها ایزومر شناخته شده 235Um با مشخصات زیر است:

• جرم اضافی: 40920.6 (1.8) کو
• انرژی تحریک: 76.5 (4) eV
• نیمه عمر: 26 دقیقه
• اسپین هسته ای و برابری: 1/2+

تجزیه حالت ایزومر از طریق انتقال ایزومر به حالت پایه رخ می دهد.

کاربرد

• اورانیوم-235 به عنوان سوخت برای راکتورهای هسته ای استفاده می شود که یک واکنش زنجیره ای شکافت هسته ای کنترل شده را انجام می دهند.
• اورانیوم بسیار غنی شده برای تولید سلاح های هسته ای استفاده می شود. در این حالت از یک واکنش زنجیره ای هسته ای کنترل نشده برای آزادسازی مقدار زیادی انرژی (انفجار) استفاده می شود.

همچنین ببینید

• ایزوتوپ های اورانیوم
• جداسازی ایزوتوپی

یادداشت

1. 1 2 3 4 5 جی آئودی، ا.ح. Wapstra و C. Thibault (2003). ارزیابی جرم اتمی AME2003 (II). جداول، نمودارها و مراجع." فیزیک هسته ای الف 729 : 337-676. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. Bibcode: 2003NuPhA.729..337A.
2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot and A. H. Wapstra (2003). "ارزیابی NUBASE خواص هسته ای و واپاشی." فیزیک هسته ای الف 729 : 3-128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. Bibcode: 2003NuPhA.729....3A.
3. هافمن کی. آیا می توان طلا ساخت؟ - ویرایش دوم پاک شد - ل.: شیمی، 1987. - ص 130. - 232 ص. - 50000 نسخه.
4. امروز در تاریخ علم
5. 1 2 3 فیالکوف یو. کاربرد ایزوتوپ ها در شیمی و صنایع شیمیایی. - کیف: تکنیکیکا، 1975. - ص 87. - 240 ص. - 2000 نسخه.
6. جدول ثابت های فیزیکی و شیمیایی، بخش 4.7.1: شکافت هسته ای. Kaye & Laby Online. بایگانی شده از نسخه اصلی در ۸ آوریل ۲۰۱۲.
7. Bartolomei G. G.، Baibakov V. D.، Alkhutov M. S.، Bat G. A. مبانی نظریه و روش های محاسبه راکتورهای انرژی هسته ای. - م.: Energoatomizdat، 1982. - ص 512.

اورانیوم 235 50، اورانیوم 235 75، اورانیوم 235 منطقه، اورانیوم 235/75r15

اورانیوم یک عنصر شیمیایی از خانواده اکتینیدها با عدد اتمی 92 است که مهمترین سوخت هسته ای است. غلظت آن در پوسته زمین حدود 2 قسمت در میلیون است. مواد معدنی مهم اورانیوم شامل اکسید اورانیوم (U 3 O 8)، اورانینیت (UO 2)، کارنوتیت (اورانیل وانادات پتاسیم)، اوتنیت (اورانیل فسفات پتاسیم)، و توربرنیت (اورانیل فسفات مس آبدار) است. این سنگ‌ها و سایر سنگ‌های اورانیوم منابع سوخت هسته‌ای هستند و چندین برابر بیشتر از تمام ذخایر شناخته شده سوخت‌های فسیلی قابل بازیافت انرژی دارند. 1 کیلوگرم اورانیوم 92 U همان انرژی 3 میلیون کیلوگرم زغال سنگ را تأمین می کند.

تاریخچه کشف

عنصر شیمیایی اورانیوم فلزی متراکم و سخت با رنگ سفید مایل به نقره ای است. شکل پذیر، چکش خوار و جلا پذیر است. در هوا، فلز اکسید می شود و در صورت له شدن، مشتعل می شود. جریان الکتریکی نسبتا ضعیفی دارد. فرمول الکترونیکی اورانیوم 7s2 6d1 5f3 است.

اگرچه این عنصر در سال 1789 توسط شیمیدان آلمانی مارتین هاینریش کلاپروت کشف شد، که نام آن را به افتخار سیاره اخیراً کشف شده اورانوس نامگذاری کرد، اما خود این فلز در سال 1841 توسط شیمیدان فرانسوی یوجین-ملکیور پلیگوت با احیای تتراکلرید اورانیوم (UCl 4) جدا شد. پتاسیم

رادیواکتیویته

ایجاد جدول تناوبی توسط شیمیدان روسی دیمیتری مندلیف در سال 1869 توجه را بر اورانیوم به عنوان سنگین ترین عنصر شناخته شده متمرکز کرد که تا زمان کشف نپتونیوم در سال 1940 باقی ماند. در سال 1896، هانری بکرل، فیزیکدان فرانسوی، پدیده رادیواکتیویته را در آن کشف کرد. این خاصیت بعدها در بسیاری از مواد دیگر یافت شد. اکنون مشخص شده است که اورانیوم، رادیواکتیو در تمام ایزوتوپ هایش، از مخلوطی از 238 U (99.27٪، نیمه عمر - 4،510،000،000 سال)، 235 U (0.72٪، نیمه عمر - 713،000،000 سال) و 20306 U (0) تشکیل شده است. ٪، نیمه عمر - 247000 سال). این به عنوان مثال امکان تعیین سن سنگ ها و کانی ها را برای مطالعه فرآیندهای زمین شناسی و سن زمین فراهم می کند. برای این کار، مقدار سرب را که محصول نهایی تجزیه رادیواکتیو اورانیوم است، اندازه گیری می کنند. در این حالت 238 U عنصر اولیه و 234 U یکی از محصولات است. 235 U باعث ایجاد سری واپاشی اکتینیم می شود.

کشف یک واکنش زنجیره ای

عنصر شیمیایی اورانیوم پس از اینکه شیمیدانان آلمانی اتو هان و فریتز استراسمن در پایان سال 1938 شکافت هسته ای را در آن کشف کردند، موضوع مورد توجه گسترده و مطالعات فشرده قرار گرفت. در اوایل سال 1939، انریکو فرمی، فیزیکدان ایتالیایی-آمریکایی پیشنهاد کرد که در میان محصولات شکافت اتمی، ذرات بنیادی می توانند وجود داشته باشند که قادر به ایجاد یک واکنش زنجیره ای هستند. در سال 1939، فیزیکدانان آمریکایی لئو زیلارد و هربرت اندرسون، و همچنین فردریک ژولیوت کوری، شیمیدان فرانسوی و همکارانشان این پیش بینی را تأیید کردند. مطالعات بعدی نشان داد که به طور متوسط ​​2.5 نوترون هنگام شکافت اتم آزاد می شود. این اکتشافات منجر به اولین واکنش زنجیره ای هسته ای خودپایدار (12/02/1942)، اولین بمب اتمی (07/16/1945)، اولین استفاده از آن در جنگ (08/06/1945)، اولین زیردریایی هسته ای (1945/08/06) شد. 1955) و اولین نیروگاه هسته ای در مقیاس کامل (1957).

حالت های اکسیداسیون

عنصر شیمیایی اورانیوم که یک فلز الکترومثبت قوی است با آب واکنش می دهد. در اسیدها حل می شود، اما در قلیاها حل نمی شود. حالت های اکسیداسیون مهم عبارتند از 4+ (مانند اکسید UO 2، تتراهالیدها مانند UCl 4 و یون آب سبز U4+) و 6+ (مانند اکسید UO 3، هگزافلوورید UF 6 و یون اورانیل UO 2 2+). در یک محلول آبی، اورانیوم در ترکیب یون اورانیل که دارای ساختار خطی [O = U = O] 2+ است، پایدارترین است. این عنصر همچنین دارای حالت های +3 و +5 است، اما آنها ناپایدار هستند. قرمز U 3+ به آرامی در آب که حاوی اکسیژن نیست اکسید می شود. رنگ یون UO 2 + ناشناخته است زیرا تحت تناسب نامتناسب قرار می گیرد (UO 2 + هم به U 4 + کاهش می یابد و هم به UO 2 2 + اکسید می شود) حتی در محلول های بسیار رقیق.

سوخت هسته ای

هنگامی که در معرض نوترون های آهسته قرار می گیرد، شکافت اتم اورانیوم در ایزوتوپ نسبتا کمیاب 235 U رخ می دهد. این تنها ماده شکافت پذیر طبیعی است و باید از ایزوتوپ 238 U جدا شود. اما پس از جذب و فروپاشی بتا منفی، اورانیوم -238 به عنصر مصنوعی پلوتونیوم تبدیل می شود که تحت تأثیر نوترون های کند تقسیم می شود. بنابراین، اورانیوم طبیعی را می توان در راکتورهای مبدل و اصلاح کننده استفاده کرد که در آن شکافت توسط U235 کمیاب پشتیبانی می شود و پلوتونیوم همزمان با تبدیل U238 تولید می شود. شکافت 233 U را می توان از ایزوتوپ طبیعی توریم-232 که به طور گسترده وجود دارد برای استفاده به عنوان سوخت هسته ای سنتز کرد. اورانیوم همچنین به عنوان ماده اولیه ای که عناصر ترانس اورانیوم مصنوعی از آن به دست می آید، مهم است.

سایر کاربردهای اورانیوم

ترکیبات عنصر شیمیایی قبلاً به عنوان رنگ برای سرامیک استفاده می شد. هگزا فلوراید (UF 6) جامدی با فشار بخار غیرمعمول بالا (0.15 atm = 15300 Pa) در 25 درجه سانتی گراد است. UF 6 از نظر شیمیایی بسیار واکنش پذیر است، اما علیرغم ماهیت خورنده آن در حالت بخار، UF 6 به طور گسترده در روش های انتشار گازی و سانتریفیوژ گاز برای تولید اورانیوم غنی شده استفاده می شود.

ترکیبات آلی فلزی گروه جالب و مهمی از ترکیبات هستند که در آن پیوندهای فلز-کربن فلز را به گروه های آلی متصل می کند. اورانوسن یک ترکیب آلی اورانیک U(C 8 H 8) 2 است که در آن اتم اورانیوم بین دو لایه از حلقه های آلی مرتبط با سیکلواکتاتتران C 8 H 8 قرار می گیرد. کشف آن در سال 1968 زمینه جدیدی از شیمی آلی فلزی را باز کرد.

اورانیوم طبیعی ضعیف شده به عنوان محافظت در برابر تشعشع، بالاست، در پوسته های زره ​​پوش و زره پوش تانک استفاده می شود.

بازیافت

این عنصر شیمیایی، اگرچه بسیار متراکم است (19.1 گرم بر سانتی متر مکعب)، یک ماده نسبتا ضعیف و غیر قابل اشتعال است. در واقع، به نظر می رسد که خواص فلزی اورانیوم آن را در جایی بین نقره و سایر فلزات واقعی و غیر فلزات قرار می دهد، بنابراین از آن به عنوان یک ماده ساختاری استفاده نمی شود. ارزش اصلی اورانیوم در خواص رادیواکتیو ایزوتوپ های آن و توانایی آنها برای شکافت نهفته است. در طبیعت، تقریباً تمام (99.27٪) فلز از 238 U تشکیل شده است. بقیه U235 (0.72٪) و 234 U (0.006٪) است. از این ایزوتوپ های طبیعی، تنها 235 U مستقیماً توسط تابش نوترونی شکافته می شود. با این حال، هنگامی که جذب می شود، 238 U 239 U را تشکیل می دهد که در نهایت به 239 Pu تجزیه می شود، ماده ای شکافت پذیر که برای انرژی هسته ای و سلاح های هسته ای اهمیت زیادی دارد. ایزوتوپ شکافت پذیر دیگر، 233 U، می تواند با تابش نوترون 232 Th تشکیل شود.

کریستال شکل می گیرد

ویژگی های اورانیوم باعث می شود که حتی در شرایط عادی با اکسیژن و نیتروژن واکنش دهد. در دماهای بالاتر با طیف وسیعی از فلزات آلیاژی واکنش می دهد و ترکیبات بین فلزی را تشکیل می دهد. تشکیل محلول های جامد با فلزات دیگر به دلیل ساختارهای کریستالی خاصی که توسط اتم های عنصر تشکیل شده اند، نادر است. بین دمای اتاق و نقطه ذوب 1132 درجه سانتی گراد، فلز اورانیوم به 3 شکل کریستالی معروف به آلفا (α)، بتا (β) و گاما (γ) وجود دارد. تبدیل از α- به حالت β در دمای 668 درجه سانتیگراد و از β به γ در دمای 775 درجه سانتیگراد رخ می دهد. γ-اورانیوم دارای ساختار کریستالی مکعبی بدنه است، در حالی که β دارای ساختار بلوری چهارضلعی است. فاز α شامل لایه هایی از اتم ها در یک ساختار متقارن متقارن است. این ساختار تحریف شده ناهمسانگرد از اتم های فلزی آلیاژی از جایگزینی اتم های اورانیوم یا اشغال فضای بین آنها در شبکه کریستالی جلوگیری می کند. مشخص شد که تنها مولیبدن و نیوبیم محلول های جامد را تشکیل می دهند.

سنگ معدن

پوسته زمین حاوی حدود 2 قسمت در میلیون اورانیوم است که نشان دهنده وجود گسترده آن در طبیعت است. تخمین زده می شود که اقیانوس ها حاوی 4.5 × 109 تن از این عنصر شیمیایی هستند. اورانیوم یکی از اجزای مهم بیش از 150 کانی مختلف و جزء جزئی 50 کانی دیگر است. کانی‌های اولیه موجود در رگه‌های گرمابی ماگمایی و پگماتیت‌ها شامل اورانینیت و نوع pitchblende آن است. در این سنگ معدن عنصر به شکل دی اکسید وجود دارد که در اثر اکسیداسیون می تواند از UO 2 تا UO 2.67 متغیر باشد. سایر محصولات مهم اقتصادی از معادن اورانیوم عبارتند از: اوتونیت (کلسیم اورانیل فسفات هیدراته)، توبرنیت (اورانیل فسفات مس هیدراته)، کوفینیت (سیلیکات اورانیوم هیدراته سیاه) و کارنویت (اورانیل وانادات پتاسیم هیدراته).

تخمین زده می شود که بیش از 90 درصد از ذخایر اورانیوم کم هزینه شناخته شده در استرالیا، قزاقستان، کانادا، روسیه، آفریقای جنوبی، نیجر، نامیبیا، برزیل، چین، مغولستان و ازبکستان قرار دارد. ذخایر بزرگی در سازندهای سنگی کنگلومرای دریاچه الیوت، واقع در شمال دریاچه هورون در انتاریو، کانادا، و در معدن طلای Witwatersrand آفریقای جنوبی یافت می شود. تشکیلات شنی در فلات کلرادو و حوضه وایومینگ در غرب ایالات متحده نیز دارای ذخایر قابل توجهی اورانیوم هستند.

تولید

سنگ معدن اورانیوم هم در ذخایر نزدیک و هم در عمق (300-1200 متر) یافت می شود. در زیر زمین، ضخامت درز به 30 متر می رسد، همانطور که در مورد سنگ معدن سایر فلزات، اورانیوم در سطح با استفاده از تجهیزات بزرگ متحرک زمین استخراج می شود و توسعه رسوبات عمیق با استفاده از روش های سنتی عمودی و شیبدار انجام می شود. معادن تولید جهانی کنسانتره اورانیوم در سال 2013 بالغ بر 70 هزار تن بوده است.

سنگ معدن اورانیوم معمولاً حاوی مقادیر کمی از مواد معدنی حاوی اورانیوم است و با روش های مستقیم پیرومتالورژی قابل ذوب نیست. در عوض، روش های هیدرومتالورژی باید برای استخراج و خالص سازی اورانیوم استفاده شود. افزایش غلظت به طور قابل توجهی بار روی مدارهای پردازش را کاهش می دهد، اما هیچ یک از روش های متداول بهینه سازی که معمولاً برای فرآوری مواد معدنی استفاده می شود، مانند گرانش، شناورسازی، الکترواستاتیک و حتی مرتب سازی دستی، قابل اجرا نیستند. به استثنای چند مورد، این روش ها منجر به از دست دادن قابل توجه اورانیوم می شود.

سوزش

فرآوری هیدرومتالورژیکی سنگ معدن اورانیوم اغلب با مرحله کلسیناسیون در دمای بالا انجام می شود. پخت خاک رس را خشک می کند، مواد کربنی را حذف می کند، ترکیبات گوگردی را به سولفات های بی ضرر اکسید می کند و هر عامل کاهنده دیگری را که ممکن است در فرآیندهای بعدی تداخل ایجاد کند اکسید می کند.

لیچینگ

اورانیوم از سنگ معدن بو داده شده توسط محلول های آبی اسیدی و قلیایی استخراج می شود. برای اینکه همه سیستم‌های لیچینگ با موفقیت کار کنند، عنصر شیمیایی باید در ابتدا به شکل شش ظرفیتی پایدارتر وجود داشته باشد یا در طول پردازش به این حالت اکسید شود.

اسیدشویی معمولاً با هم زدن مخلوطی از سنگ معدن و مایع مایع به مدت 4-48 ساعت در دمای محیط انجام می شود. به جز در شرایط خاص از اسید سولفوریک استفاده می شود. این ماده به مقدار کافی برای بدست آوردن الکل نهایی در pH 1.5 عرضه می شود. طرح‌های لیچینگ اسید سولفوریک معمولاً از دی اکسید منگنز یا کلرات برای اکسید کردن U4+ چهار ظرفیتی به اورانیل شش ظرفیتی (UO22+) استفاده می‌کنند. به طور معمول، تقریباً 5 کیلوگرم دی اکسید منگنز یا 1.5 کیلوگرم کلرات سدیم در هر تن برای اکسیداسیون U 4+ کافی است. در هر صورت، اورانیوم اکسید شده با اسید سولفوریک واکنش داده و آنیون کمپلکس اورانیل سولفات 4- را تشکیل می دهد.

سنگ معدن حاوی مقادیر قابل توجهی از مواد معدنی ضروری مانند کلسیت یا دولومیت با محلول 0.5-1 مولی کربنات سدیم شسته می شود. اگرچه معرف های مختلفی مورد مطالعه و آزمایش قرار گرفته اند، اما عامل اصلی اکسید کننده اورانیوم، اکسیژن است. به طور معمول، سنگ معدن در هوا در فشار اتمسفر و در دمای 75-80 درجه سانتی گراد برای مدت زمانی که به ترکیب شیمیایی خاص بستگی دارد، شسته می شود. قلیایی با اورانیوم واکنش می دهد و یون پیچیده 4- را تشکیل می دهد.

محلول های حاصل از شستشوی اسید یا کربنات باید قبل از پردازش بیشتر شفاف شوند. جداسازی در مقیاس بزرگ خاک رس و سایر دوغاب های سنگ معدن از طریق استفاده از عوامل لخته ساز موثر از جمله پلی آکریل آمیدها، صمغ گوار و چسب حیوانی به دست می آید.

استخراج

یون های کمپلکس 4 و 4 را می توان از محلول های شستشوی رزین تبادل یونی مربوطه جذب کرد. این رزین‌های تخصصی که با سینتیک جذب و شستشو، اندازه ذرات، پایداری و خواص هیدرولیکی مشخص می‌شوند، می‌توانند در انواع فناوری‌های پردازش مانند بستر ثابت، بستر متحرک، رزین سبد و رزین پیوسته استفاده شوند. به طور معمول از محلول های کلرید سدیم و آمونیاک یا نیترات ها برای شستشوی اورانیوم جذب شده استفاده می شود.

اورانیوم را می توان با استخراج با حلال از مایعات سنگ معدن اسیدی جدا کرد. اسیدهای آلکیل فسفریک و همچنین آلکیل آمین های ثانویه و سوم در صنعت استفاده می شوند. به طور کلی، استخراج با حلال نسبت به روش های تبادل یونی برای فیلترهای اسیدی حاوی بیش از 1 گرم در لیتر اورانیوم ترجیح داده می شود. اما این روش برای لیچینگ کربناته قابل اجرا نیست.

سپس اورانیوم با حل شدن در اسید نیتریک برای تشکیل نیترات اورانیل خالص می شود، استخراج می شود، متبلور می شود و برای تشکیل تری اکسید UO 3 کلسینه می شود. دی اکسید احیا شده UO2 با هیدروژن فلوراید واکنش می دهد و تتافلوراید UF4 را تشکیل می دهد که از آن فلز اورانیوم توسط منیزیم یا کلسیم در دمای 1300 درجه سانتی گراد احیا می شود.

تترافلوراید را می توان در دمای 350 درجه سانتی گراد فلوئور کرد تا هگزا فلوراید UF 6 را تشکیل دهد که برای جداسازی اورانیوم 235 غنی شده توسط انتشار گازی، سانتریفیوژ گاز یا انتشار حرارتی مایع استفاده می شود.

اورانوساورانیوم طبیعی از مخلوطی از سه ایزوتوپ تشکیل شده است: اورانیوم-234، اورانیوم-235، اورانیوم-238. رادیواکتیو مصنوعی - با اعداد جرمی 227-240. نیمه عمر اورانیوم 235 7 در 108 سال و اورانیوم 238 4.5 در 109 سال است. در طی تجزیه اورانیوم و رادیونوکلئیدهای دختر آن، پرتوهای آلفا و بتا و همچنین پرتوهای گاما ساطع می‌شوند. اورانیوم به روش های مختلف از جمله از طریق پوست به بدن نفوذ می کند. ترکیبات محلول به سرعت جذب خون می شوند و در اندام ها و بافت ها توزیع می شوند و در کلیه ها، استخوان ها، کبد و طحال انباشته می شوند. نیمه عمر بیولوژیکی از ریه ها 118-150 روز، از اسکلت - 450 روز است. با توجه به اورانیوم و محصولات پوسیده آن، نرخ سالانه 1.34 mSv است.

توریم. توریم-232 یک گاز بی اثر است. محصولات فروپاشی آن مواد جامد رادیواکتیو هستند. نیمه عمر 1.4x1010 سال است. در طی دگرگونی های توریم و محصولات فروپاشی آن، ذرات آلفا-بتا و همچنین کوانتاهای گاما آزاد می شوند. کانی توریانیت حاوی 45 تا 88 درصد توریم است. میله های سوخت از آلیاژ توریم با اورانیوم غنی شده ساخته می شوند. از طریق ریه ها، دستگاه گوارش و پوست وارد بدن می شود. در مغز استخوان و طحال انباشته می شود. نیمه عمر بیولوژیکی حذف از اکثر اندام ها 700 روز است، از اسکلت - 68 سال.

رادیوم. رادیوم 226 مهمترین محصول تجزیه رادیواکتیو اورانیوم 238 است. نیمه عمر 1622. این فلز نقره ای سفید است. به طور گسترده در پزشکی به عنوان منبع ذرات آلفا برای پرتودرمانی استفاده می شود. از طریق دستگاه تنفسی، دستگاه گوارش و پوست وارد بدن می شود. بیشتر رادیوم ورودی در اسکلت رسوب می کند. نیمه عمر بیولوژیکی استخوان ها حدود 17 سال است، از ریه ها - 180 روز، از سایر اندام ها در دو روز اول حذف می شود. هنگام ورود به بدن انسان باعث آسیب به بافت استخوان و مغز استخوان قرمز می شود که منجر به اختلال در خون سازی، شکستگی و ایجاد تومور می شود. در طول یک روز، 1 گرم رادیوم، 1 میلی متر مکعب رادون را در هنگام تجزیه تولید می کند.

رادونرادون-222 گازی بی رنگ و بی بو است. نیمه عمر 3.83 روز. محصول فروپاشی رادیوم 226. رادون یک تابش آلفا است. این ماده در ذخایر اورانیوم در سنگ معدن های رادیواکتیو، موجود در گاز طبیعی، آب های زیرزمینی و غیره تشکیل می شود. همچنین می تواند از طریق شکاف های سنگ ها در معادن و معادن با تهویه ضعیف فرار کند، غلظت آن می تواند به مقادیر زیادی برسد. رادون در بسیاری از مصالح ساختمانی یافت می شود. همچنین در طی فعالیت های آتشفشانی، در حین تولید فسفات ها و در حین کار نیروگاه های زمین گرمایی وارد جو می شود.

برای مصارف دارویی به صورت حمام رادون در درمان بیماری های مفاصل، استخوان ها، سیستم عصبی محیطی، بیماری های مزمن زنان و غیره استفاده می شود و به صورت استنشاقی، آبیاری و بلع آب نیز استفاده می شود. حاوی رادون عمدتاً از طریق دستگاه تنفسی وارد بدن می شود. نیمه عمر از بدن در عرض 24 ساعت است. رادون ¾ دوز معادل دوز سالانه را از منابع پرتوهای زمینی و حدود ½ دوز را از همه منابع تابش طبیعی تأمین می کند.

پتاسیم.پتاسیم-40 یک فلز نقره ای-سفید است که به صورت آزاد یافت نمی شود، زیرا از نظر شیمیایی بسیار فعال است. نیمه عمر
1.32 x 109 سال. هنگام پوسیدگی یک ذره بتا ساطع می کند. این یک عنصر بیولوژیکی معمولی است. نیاز فرد به پتاسیم 3-2 میلی گرم به ازای هر کیلوگرم وزن بدن در روز است. مقدار زیادی پتاسیم در سیب زمینی، چغندر و گوجه فرنگی یافت می شود. بدن 100% از پتاسیم ورودی را جذب می کند و آن را به طور مساوی در تمام اندام ها توزیع می کند و مقدار نسبتاً بیشتری در کبد و طحال وجود دارد. نیمه عمر حدود 60 روز است.

ید.ید-131 در واکنش های شکافت اورانیوم و پلوتونیوم و همچنین در طی تابش تلوریم با نوترون ها تشکیل می شود. نیمه عمر 8.05 روز. از طریق سیستم تنفسی، دستگاه گوارش (100 درصد ید ورودی جذب می شود) و پوست وارد بدن می شود. به طور عمده در غده تیروئید تجمع می یابد، غلظت آن در غده 200 برابر بیشتر از سایر بافت ها است. با متلاشی شدن ید، یک ذره بتا و 2 اشعه گاما آزاد می کند. نیمه عمر غده تیروئید 138 روز و از سایر اندام ها 10-15 روز است. از بدن زن باردار، ید از جفت به جنین می رسد.

سزیمسزیم-137 سهم تعیین کننده ای در کل دوز تابش معادل دارد. سزیم فلزی به رنگ سفید مایل به نقره ای است. منبع پرتوهای بتا و گاما است. نیمه عمر سزیم 137 -
30 سال. قبل از حادثه چرنوبیل، منبع اصلی سزیم وارد شده به محیط زیست، انفجارهای هسته ای بود. بیشتر سزیم ته نشین شده به شکلی است که به راحتی جذب می شود. در گیاهان عمدتاً در نی و تاپ تجمع می یابد. 100 درصد سزیم خورده شده در روده ها جذب می شود. عمدتاً در بافت عضلانی تجمع می یابد. نیمه عمر ماهیچه ها 140 روز است.

استرانسیوم. استرانسیوم-90 - نیمه عمر - 28.6 سال (برای استرانسیوم-89 - 50.5 روز). استرانسیوم-90 یک انتشار دهنده بتا است. استرانسیوم به راحتی توسط گیاهان، حیوانات و انسان جذب می شود. غلظت دهنده استرانسیوم ذرت است. در بدن انسان، بسته به رژیم غذایی، از 5٪ تا 100٪ استرانسیم ورودی در دستگاه گوارش (به طور متوسط ​​30٪) جذب می شود. عمدتا در اسکلت تجمع می یابد. حداکثر غلظت در کودکان زیر 1 سال مشاهده می شود. نیمه عمر استرانسیوم از بافت نرم تا 10 روز، از استخوان - تا 8-10 سال است.

پلوتونیوم. پلوتونیوم 239 یک تابش آلفا است. نیمه عمر آن 24360 سال است. این فلز نقره ای سفید است. منبع پلوتونیوم انفجارهای هسته ای و همچنین راکتورهای نیروگاه های هسته ای به ویژه انتشار اضطراری است. در خاک در لایه های سطحی و رسوبات پایین بدنه های آبی یافت می شود. از طریق ریه ها و دستگاه گوارش وارد بدن می شود و از دستگاه گوارش جذب می شود - به طور قابل توجهی کمتر از 1٪. در ریه ها، کبد، بافت استخوانی تجمع می یابد. نیمه عمر از اسکلت 100 سال، از کبد - 40 سال است.

آمریکیوم. آمریکیوم-241 محصول فروپاشی پلوتونیوم-241 است (نیمه عمر 241Pu 14.4 سال است). نیمه عمر آمریکیوم 241 432.2 سال است و در هنگام فروپاشی یک ذره آلفا آزاد می کند. آمریکیوم در آب بسیار بهتر از پلوتونیوم حل می شود و بنابراین توانایی مهاجرت بیشتری دارد. تا 99 درصد در لایه های سطحی خاک تجمع می یابد، 10 درصد آمریکیوم به صورت محلول است و به راحتی توسط گیاهان جذب می شود. در انسان در اسکلت، کبد و کلیه متمرکز شده است. نیمه عمر از اسکلت تا 30 سال، از کبد - تا 5 سال است.