Az urán 235 felezési ideje hány év. Atomfegyverek

(β −)
235 Np()
239Pu()

Az urán másik, legelterjedtebb 238 U izotópjától eltérően a 235 U uránban önfenntartó nukleáris láncreakció lehetséges. Ezért ezt az izotópot nukleáris reaktorokban, valamint nukleáris fegyverekben használják üzemanyagként.

Képződés és bomlás

Az urán-235 a következő bomlások eredményeként képződik:

Az urán-235 bomlása a következő irányokban megy végbe:

Kényszerhadosztály

Az urán-235 hasadási termékeiben különféle elemek mintegy 300 izotópját fedezték fel: =30-tól (cink) Z=64-ig (gadolínium). Az urán-235 lassú neutronokkal történő besugárzása során keletkező izotópok relatív hozamának görbéje a tömegszámon szimmetrikus, és alakjában az „M” betűhöz hasonlít. Ennek a görbének a két kifejezett maximuma a 95 és 134 tömegszámoknak felel meg, a minimum pedig a 110 és 125 közötti tömegszámok tartományában fordul elő. Így az urán hasadása azonos tömegű (115-119 tömegszámú) töredékekre kisebb valószínűséggel, mint az aszimmetrikus hasadás Ez a tendencia minden hasadó izotópnál megfigyelhető, és nem kapcsolódik az atommagok vagy részecskék egyedi tulajdonságaihoz, hanem magában a maghasadás mechanizmusában rejlik. Az aszimmetria azonban csökken a hasadómag gerjesztési energiájának növekedésével, és ha a neutron energiája meghaladja a 100 MeV-ot, a hasadási fragmentumok tömegeloszlása ​​egy maximummal rendelkezik, ami megfelel az atommag szimmetrikus hasadásának. Az uránmag hasadása során keletkező töredékek viszont radioaktívak, és β - bomlási láncon mennek keresztül, amely során hosszú időn keresztül fokozatosan további energia szabadul fel. Egy urán-235 atommag bomlása során felszabaduló átlagos energia a töredékek bomlását is figyelembe véve körülbelül 202,5 ​​MeV = 3,244·10 −11 J, vagyis 19,54 TJ/mol = 83,14 TJ/kg.

Az atommaghasadás csak egy a neutronok és az atommagok kölcsönhatása során lehetséges folyamatok közül, ez az, amely minden atomreaktor működésének hátterében áll.

Nukleáris láncreakció

Egy 235 U méretű atommag bomlása során általában 1-8 (átlagosan 2,416) szabad neutron bocsát ki. A 235 U atommag bomlása során keletkező neutronok, amelyek kölcsönhatásba lépnek egy másik 235 U atommaggal, új bomlási eseményt okozhatnak, ezt a jelenséget ún. maghasadási láncreakció.

Hipotetikusan a második generációs neutronok száma (a nukleáris bomlás második szakasza után) meghaladhatja a 3² = 9-et. A hasadási reakció minden további szakaszával a keletkező neutronok száma lavinaszerűen növekedhet. Valós körülmények között előfordulhat, hogy a szabad neutronok nem generálnak új hasadási eseményt, mivel a mintát a 235 U befogása előtt hagyják el, vagy akár maga a 235 U izotóp fogja be őket 236 U-vé átalakulva, vagy más anyagok (például 238 U, vagy a keletkező maghasadás töredékei, például 149 Sm vagy 135 Xe).

Valós körülmények között az urán kritikus állapotának elérése nem olyan egyszerű, mivel számos tényező befolyásolja a reakció lefolyását. Például a természetes urán mindössze 0,72% 235 U-ból, 99,2745% pedig 238 U-ból áll, ami elnyeli a 235 U méretű atommagok hasadása során keletkező neutronokat, ami ahhoz vezet, hogy a természetes uránban jelenleg nagyon gyorsan lelassul a hasadási láncreakció. A folyamatos hasadási láncreakció több fő módon is végrehajtható:

• Növelje a minta térfogatát (ércből izolált urán esetében a térfogat növelésével lehet elérni a kritikus tömeget);
• Végezze el az izotóp-szétválasztást a minta 235 U koncentrációjának növelésével;
• Csökkentse a szabad neutronok veszteségét a minta felületén különböző típusú reflektorok használatával;
• Használjon neutronmoderátor anyagot a termikus neutronok koncentrációjának növelésére.

Izomerek

• Tömegfelesleg: 40 920,6(1,8) keV
• Gerjesztési energia: 76,5(4) eV
• Felezési idő: 26 perc
• Atommag spin és paritás: 1/2 +

Az izomer állapot bomlása az alapállapotba való izomer átmeneten keresztül megy végbe.

Alkalmazás

• Az urán-235-öt olyan atomreaktorok üzemanyagaként használják, amelyekben ellenőrzött maghasadási láncreakció;
• Az erősen dúsított uránt nukleáris fegyverek előállítására használják. Ebben az esetben nagy mennyiségű energia felszabadításához (robbanás), ellenőrizhetetlen nukleáris láncreakció.

Lásd még

Írjon véleményt az "Urán-235" cikkről

Megjegyzések

1. G. Audi, A.H. Wapstra és C. Thibault (2003). "". Nukleáris fizika A 729 : 337-676. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. Bibcode:.
2. G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot és A. H. Wapstra (2003). "". Nukleáris fizika A 729 : 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. Bibcode:.
3. Hoffman K.- 2. kiadás törölve - L.: Kémia, 1987. - P. 130. - 232 p. - 50.000 példány.
5. Fialkov Yu. Ya. Izotópok alkalmazása a kémiában és a vegyiparban. - Kijev: Technika, 1975. - P. 87. - 240 p. - 2000 példányban.
6. . Kaye & Laby Online. .
7. Bartolomey G. G., Baibakov V. D., Alkhutov M. S., Bat G. A. Az atomerőművi reaktorok elméletének és számítási módszereinek alapjai. - M.: Energoatomizdat, 1982. - 512. o.

Az urán-235-öt jellemző részlet

A 12-ben és a 13-ban Kutuzovot egyenesen hibáztatták. A császár elégedetlen volt vele. És a történelemben, amelyet nemrég írt a legmagasabb rendű parancs, azt mondják, hogy Kutuzov ravasz udvari hazudozó volt, aki félt Napóleon nevétől, és Krasznoje és Berezina közelében elkövetett hibáival megfosztotta az orosz csapatokat a dicsőségtől - teljes győzelmet aratott. a francia. [Bogdanovics története 1812-ben: Kutuzov jellemzői és érvelése a Krasznyenszkij-csaták nem kielégítő eredményeiről. (L. N. Tolsztoj jegyzete.)]
Ez nem a nagy emberek sorsa, nem a grand homme, akiket az orosz elme nem ismer fel, hanem azoknak a ritka, mindig magányos embereknek a sorsa, akik a Gondviselés akaratát felfogva személyes akaratukat ennek rendelik alá. A tömeg gyűlölete és megvetése megbünteti ezeket az embereket a magasabb törvényekbe való belátásukért.
Az orosz történészek számára - furcsa és ijesztő kimondani - Napóleon a történelem legjelentéktelenebb eszköze - soha és sehol, még a száműzetésben sem, aki nem tanúsított emberi méltóságot - Napóleon a csodálat és az öröm tárgya; ő nagyszerű. Kutuzov, az az ember, aki tevékenységének kezdetétől 1812-ben, Borodintól Vilnáig, anélkül, hogy egyetlen tettét vagy szót is megváltoztatott volna, rendkívüli példát mutat a történelemben az önfeláldozásról és a jövő jelentőségének jelenében való tudatosságról. az eseményről – Kutuzov valami homályosnak és szánalmasnak tűnik számukra, és amikor Kutuzovról és a 12. évről beszélnek, mindig mintha szégyellnék magukat.
Eközben nehéz elképzelni olyan történelmi személyt, akinek tevékenysége ilyen változatlanul és állandóan ugyanarra a célra irányulna. Nehéz olyan célt elképzelni, amely méltóbb és jobban megfelelne az egész nép akaratának. Még nehezebb olyan példát találni a történelemben, ahol az a cél, amelyet egy történelmi személyiség kitűzött magának, olyan teljes mértékben elérje, mint az a cél, amelyre Kutuzov minden tevékenysége irányult 1812-ben.
Kutuzov soha nem beszélt a piramisokból kitekintő negyven évszázadról, a hazáért hozott áldozatokról, arról, amit tenni szándékozik vagy tett: egyáltalán nem mondott semmit magáról, nem játszott szerepet. , mindig a legegyszerűbb és leghétköznapibb embernek tűnt, és a legegyszerűbb és leghétköznapibb dolgokat mondott. Leveleket írt lányainak és Staelnek, regényeket olvasott, szerette a gyönyörű nők társaságát, viccelődött tábornokokkal, tisztekkel és katonákkal, és soha nem mondott ellent azoknak, akik bizonyítani akartak neki valamit. Amikor Rasztopcsin gróf a Jauzszkij hídon fellovagolt Kutuzovhoz személyes szemrehányással, hogy ki a felelős Moszkva haláláért, és így szólt: „Hogy ígérted meg, hogy nem hagyod el Moszkvát harc nélkül?” - Kutuzov azt válaszolta: „Nem hagyom el Moszkvát csata nélkül”, annak ellenére, hogy Moszkvát már elhagyták. Amikor Arakcsejev, aki az uralkodótól érkezett hozzá, azt mondta, hogy Jermolovot ki kell nevezni a tüzérség főnökévé, Kutuzov így válaszolt: „Igen, ezt csak magam mondtam”, bár egy perccel később egészen mást mondott. Mit érdekelt ő, az egyetlen, aki ekkor az őt körülvevő ostoba tömeg között megértette az esemény egész hatalmas értelmét, mit érdekelt, hogy Rosztopcsin gróf magának vagy neki tulajdonítja-e a főváros katasztrófáját? Még kevésbé érdekelhette, kit neveznek ki tüzérségi főnöknek.
Nemcsak ezekben az esetekben, hanem folyamatosan teljesen értelmetlen szavakat beszélt ez az idős ember, aki élettapasztalatai révén arra a meggyőződésre jutott, hogy a kifejezésükre szolgáló gondolatok és szavak nem az emberek mozgatórugói, teljesen értelmetlen szavakat beszélt - először az elméjét.
De ugyanez az ember, aki annyira figyelmen kívül hagyta szavait, soha egyetlen olyan szót sem ejtett ki tevékenysége során, amely ne lett volna összhangban azzal az egyetlen céllal, amelyre az egész háború alatt törekedett. Nyilvánvalóan önkéntelenül, erős bizalommal, hogy nem fogják megérteni, többször is kifejtette gondolatait a legkülönfélébb körülmények között. A borodinói csatából kiindulva, amelyből a körülötte lévőkkel való viszálya is kiindult, egyedül ő mondta, hogy a borodinói csata győzelem volt, és ezt megismételte szóban, jelentésekben, jelentésekben haláláig. Egyedül ő mondta, hogy Moszkva elvesztése nem Oroszország elvesztése. Lauriston békejavaslatára azt válaszolta, hogy nem lehet béke, mert ilyen a nép akarata; egyedül ő mondta a franciák visszavonulása közben, hogy nincs szükség minden manőverünkre, hogy magától minden jobban alakul, mint szeretnénk, aranyhidat kell adni az ellenségnek, sem a Tarutino, sem a Vjazemszkij, sem a Krasznyenszkoje csatákra volt szükség, amivel egyszer a határhoz kell jönni, hogy ne adjon fel egy oroszt tíz franciáért.
És egyedül ő, ez az udvari ember, ahogyan nekünk ábrázolják, az az ember, aki hazudik Arakcsejevnek, hogy az uralkodó kedvében járjon - egyedül ő, ez az udvari ember Vilnában, és ezzel kivívja a szuverén kegyét, mondja, hogy a további háború külföld káros és haszontalan.
De a szavak önmagukban nem bizonyították volna, hogy akkor megértette az esemény jelentőségét. Cselekedetei – mind a legkisebb visszavonulás nélkül – mind ugyanarra a célra irányultak, három akcióban kifejezve: 1) minden erejét megfeszíti, hogy összecsapjon a franciákkal, 2) legyőzze őket és 3) kiutasítsa őket Oroszországból, így ez ugyanolyan egyszerű mint az emberek és a csapatok lehetséges katasztrófái.
Ő, az a lassú mozgású Kutuzov, akinek türelem és idő mottója, a határozott fellépés ellensége, ő adja a borodinói csatát, példátlan ünnepélyességbe öltöztetve az előkészületeket. Ő, az a Kutuzov, aki az austerlitzi csatában, annak kezdete előtt, azt mondta, hogy elveszik Borodinóban, annak ellenére, hogy a tábornokok biztosították, hogy a csata elveszett, annak ellenére, hogy a történelemben példátlan példa volt, hogy egy megnyert csata után hadseregnek vissza kell vonulnia, egyedül ő, mindenkivel ellentétben, haláláig fenntartja, hogy a borodinói csata győzelem. Egyedül ő ragaszkodik az egész visszavonulás alatt, hogy ne vívjon olyan csatákat, amelyek mára haszontalanok, ne kezdjenek új háborút, és ne lépjék át Oroszország határait.
Ma már könnyű megérteni egy esemény jelentését, hacsak nem olyan célok tömegének tevékenységére vonatkoztatjuk, amelyek egy tucat ember fejében voltak, hiszen az egész esemény a következményeivel előttünk van.
De hát hogyan találhatta ki ez az öregember egyedül, mindenki véleményével ellentétben, majd olyan helyesen sejtette meg az esemény népi értelmét, hogy ezt minden tevékenységében soha nem árulta el?
A bekövetkező jelenségek értelmébe való rálátás e rendkívüli erejének forrása a nemzeti érzésben rejlett, amelyet teljes tisztaságában és erejében hordozott magában.
Csak ennek az érzésnek a felismerése késztette a népet oly furcsa módokon, egy öregember szégyenéből, hogy a cár akarata ellenére őt válassza a népháború képviselőinek. És csak ez az érzés hozta őt arra a legmagasabb emberi magasságra, ahonnan ő, a főparancsnok minden erejét nem az emberek megölésére és kiirtására fordította, hanem arra, hogy megmentse és megsajnálja őket.

Honnan származott az urán? Valószínűleg szupernóva-robbanások során jelenik meg. A helyzet az, hogy a vasnál nehezebb elemek nukleoszintéziséhez erőteljes neutronáramlásnak kell lennie, ami pontosan egy szupernóva-robbanás során következik be. Úgy tűnik, hogy az általa alkotott új csillagrendszerek felhőjéből való kondenzáció során a protoplanetáris felhőben összegyűlt és nagyon nehéz uránnak a bolygók mélyére kell süllyednie. De ez nem igaz. Az urán radioaktív elem, és ha bomlik, hőt bocsát ki. A számítások azt mutatják, hogy ha az urán egyenletesen oszlik el a bolygó teljes vastagságában, legalább olyan koncentrációban, mint a felszínen, akkor túl sok hőt bocsátana ki. Ezen túlmenően, áramlásának gyengülnie kell az urán fogyasztásával. Mivel semmi ilyesmit nem figyeltek meg, a geológusok úgy vélik, hogy az uránnak legalább egyharmada, és talán az egésze a földkéregben koncentrálódik, ahol a tartalma 2,5∙10-4%. Hogy ez miért történt, arról nem esik szó.

Hol bányásznak uránt? Nem is olyan kevés az urán a Földön – bőségét tekintve a 38. helyen áll. És ennek az elemnek a nagy része üledékes kőzetekben található - széntartalmú palákban és foszforitokban: 8∙10 –3 és 2,5∙10 –2%-ig. Összességében a földkéreg 10 14 tonna uránt tartalmaz, de a fő probléma az, hogy nagyon szétszórt és nem képez erőteljes lerakódásokat. Körülbelül 15 urán ásványnak van ipari jelentősége. Ez az uránkátrány - alapja négy vegyértékű urán-oxid, uráncsillám - különféle szilikátok, foszfátok és összetettebb vegyületek vanádiummal vagy titánnal hat vegyértékű urán alapú.

Mik a Becquerel-sugarak? Miután Wolfgang Roentgen felfedezte a röntgensugárzást, Antoine-Henri Becquerel francia fizikus érdeklődni kezdett az uránsók izzása iránt, amely a napfény hatására jön létre. Meg akarta érteni, hogy itt is vannak-e röntgensugarak. Valóban jelen voltak – a só megvilágította a fényképezőlapot a fekete papíron keresztül. Az egyik kísérletben azonban a sót nem világították meg, de a fényképezőlap így is elsötétült. Amikor egy fémtárgyat helyeztek a só és a fényképezőlap közé, kisebb volt alatta a sötétedés. Ezért az urán fény általi gerjesztése miatt nem keletkeztek új sugarak, és részben nem haladtak át a fémen. Eredetileg Becquerel sugarainak hívták őket. Később kiderült, hogy ezek főként alfa-sugarak, kis mennyiségű béta-sugarak hozzáadásával: tény, hogy az urán fő izotópjai a bomlás során alfa-részecskét bocsátanak ki, és a leánytermékek is béta-bomlást tapasztalnak.

Mennyire radioaktív az urán? Az uránnak nincsenek stabil izotópjai, mindegyik radioaktív. A leghosszabb életű az urán-238, felezési ideje 4,4 milliárd év. Ezután következik az urán-235 - 0,7 milliárd év. Mindketten alfa-bomláson mennek keresztül, és a tórium megfelelő izotópjává válnak. Az urán-238 az összes természetes urán több mint 99%-át teszi ki. Hatalmas felezési ideje miatt ennek az elemnek a radioaktivitása alacsony, ráadásul az alfa-részecskék nem képesek áthatolni az emberi test felszínén lévő stratum corneum-on. Azt mondják, hogy miután uránnal dolgozott, I. V. Kurchatov egyszerűen megtörölte a kezét egy zsebkendővel, és nem szenvedett semmilyen radioaktivitással kapcsolatos betegségben.

A kutatók többször fordultak az uránbányákban és -feldolgozó üzemekben dolgozók betegségeinek statisztikájához. Itt van például egy nemrégiben megjelent kanadai és amerikai szakemberek cikke, akik több mint 17 ezer dolgozó egészségügyi adatait elemezték a kanadai Saskatchewan tartományban található Eldorado bányában az 1950–1999. Környezetkutatás, 2014, 130, 43–50, DOI:10.1016/j.envres.2014.01.002). Abból indultak ki, hogy a sugárzásnak van a legerősebb hatása a gyorsan szaporodó vérsejtekre, ami a megfelelő típusú rák kialakulásához vezet. A statisztikák azt mutatják, hogy a bányamunkásoknál ritkábban fordulnak elő különböző típusú vérrákok, mint az átlagos kanadai lakosság körében. Ebben az esetben a fő sugárforrásnak nem magát az uránt tekintjük, hanem az általa generált gáznemű radont és annak bomlástermékeit, amelyek a tüdőn keresztül juthatnak a szervezetbe.

Miért káros az urán?? Más nehézfémekhez hasonlóan erősen mérgező, vese- és májelégtelenséget okozhat. Másrészt az urán, mint diszpergált elem, elkerülhetetlenül jelen van a vízben, a talajban, és a táplálékláncban koncentrálódva bejut az emberi szervezetbe. Joggal feltételezhető, hogy az evolúció során az élőlények megtanulták semlegesíteni az uránt természetes koncentrációban. A vízben az urán a legveszélyesebb, ezért a WHO határt szabott: kezdetben 15 µg/l volt, de 2011-ben a normát 30 µg/g-ra emelték. Általában sokkal kevesebb urán van a vízben: az USA-ban átlagosan 6,7 µg/l, Kínában és Franciaországban 2,2 µg/l. De vannak erős eltérések is. Kalifornia egyes területein tehát százszorosa a szabványnak - 2,5 mg/l, Dél-Finnországban pedig eléri a 7,8 mg/l-t. A kutatók az urán állatokra gyakorolt ​​hatásának vizsgálatával próbálják megérteni, hogy a WHO-szabvány túl szigorú-e. Itt van egy tipikus munka ( BioMed Research International, 2014, ID 181989; DOI:10.1155/2014/181989). Francia tudósok a patkányokat kilenc hónapig szegényített urán adalékanyagokkal etették vízzel, és viszonylag magas koncentrációban - 0,2-120 mg/l. Az alsó érték a bánya közelében lévő víz, míg a felső érték sehol sem található - az urán maximális koncentrációja Finnországban mérve 20 mg/l. A szerzők meglepetésére - a cikk neve: "Az urán észrevehető hatásának váratlan hiánya a fiziológiai rendszerekre ..." - az uránnak gyakorlatilag nem volt hatása a patkányok egészségére. Az állatok jól ettek, rendesen híztak, nem panaszkodtak betegségekre és nem haltak meg rákban. Az urán – ahogy kell – elsősorban a vesében és a csontokban, százszor kisebb mennyiségben a májban rakódott le, felhalmozódása pedig várhatóan a víz tartalmától függött. Ez azonban nem vezetett veseelégtelenséghez, vagy még csak a gyulladás molekuláris markereinek észrevehető megjelenéséhez sem. A szerzők azt javasolták, hogy kezdjék meg a WHO szigorú irányelveinek felülvizsgálatát. Van azonban egy figyelmeztetés: az agyra gyakorolt ​​hatás. A patkányok agyában kevesebb urán volt, mint a májban, de tartalma nem függött a víz mennyiségétől. Az urán azonban befolyásolta az agy antioxidáns rendszerének működését: a kataláz aktivitása 20%-kal, a glutation-peroxidáz aktivitása 68-90%-kal, a szuperoxid-diszmutáz aktivitása pedig 50%-kal csökkent dózistól függetlenül. Ez azt jelenti, hogy az urán egyértelműen oxidatív stresszt okozott az agyban, és a szervezet reagált rá. Ezt a hatást - egyébként az urán erős hatását az agyra, annak felhalmozódása hiányában, valamint a nemi szervekben - korábban is észlelték. Sőt, 75-150 mg/l koncentrációjú urános víz, amellyel a Nebraska Egyetem kutatói hat hónapig etettek patkányokat ( Neurotoxikológia és teratológia, 2005, 27, 1, 135–144; DOI:10.1016/j.ntt.2004.09.001) hatással volt a pályára engedett állatok, főleg hímek viselkedésére: átlépték a vonalakat, felálltak a hátsó lábukra, és másképp ápolta a bundájukat, mint a kontroll állatok. Bizonyíték van arra, hogy az urán az állatok memóriazavarához is vezet. A viselkedésbeli változások összefüggést mutattak az agy lipidoxidációjának szintjével. Kiderült, hogy az uránvíz egészségessé tette a patkányokat, de inkább butává. Ezek az adatok hasznosak lesznek számunkra az úgynevezett Öbölháború-szindróma elemzésében.

Beszennyezi-e az urán a palagáz-fejlesztő helyeket? Ez attól függ, hogy mennyi urán van a gáztartalmú kőzetekben, és hogyan kapcsolódik hozzájuk. Például Tracy Bank, a Buffalo Egyetem docense tanulmányozta a Marcellus Shale-t, amely New York nyugati részétől Pennsylvanián és Ohión át Nyugat-Virginiáig terjed. Kiderült, hogy az urán kémiailag pontosan a szénhidrogén-forráshoz kapcsolódik (ne felejtsük el, hogy a rokon széntartalmú palák rendelkeznek a legmagasabb urántartalommal). Kísérletek kimutatták, hogy a repesztés során használt oldat tökéletesen oldja az uránt. „Amikor ezekben a vizekben az urán eléri a felszínt, szennyezheti a környező területet. Ez nem jelent sugárzási kockázatot, de az urán mérgező elem” – jegyzi meg Tracy Bank egy 2010. október 25-i egyetemi sajtóközleményben. A palagáz kitermelése során uránnal vagy tóriummal történő környezetszennyezés kockázatáról még nem készült részletes cikk.

Miért van szükség uránra? Korábban pigmentként használták kerámiák és színes üvegek készítéséhez. Ma az urán az atomenergia és az atomfegyverek alapja. Ebben az esetben annak egyedi tulajdonságát használják fel - az atommag osztódási képességét.

Mi az atommaghasadás? Az atommag bomlása két egyenlőtlen nagy darabra. Ennek a tulajdonságának köszönhető, hogy a neutronbesugárzás hatására a nukleoszintézis során nagy nehézségek árán keletkeznek az uránnál nehezebb atommagok. A jelenség lényege a következő. Ha az atommagban a neutronok és a protonok számának aránya nem optimális, az instabillá válik. Általában egy ilyen atommag egy alfa-részecskét - két protont és két neutront, vagy egy béta-részecskét - egy pozitront bocsát ki, amelyet az egyik neutron protonná történő átalakulása kísér. Az első esetben a periódusos rendszer egy elemét kapjuk, két cellával hátrafelé, a másodikban egy cellával előre. Az alfa- és béta-részecskék kibocsátása mellett azonban az uránmag hasadásra is képes - a periódusos rendszer közepén lévő két elem, például a bárium és a kripton magjaira bomlik, amit új neutron fogadása után meg is tesz. Ezt a jelenséget nem sokkal a radioaktivitás felfedezése után fedezték fel, amikor a fizikusok mindennek kitették az újonnan felfedezett sugárzást. Így ír erről Otto Frisch, az események egyik résztvevője („Advances in Physical Sciences”, 1968, 96, 4). A berillium sugarak - neutronok - felfedezése után Enrico Fermi uránt sugárzott be velük, különösen béta-bomlás előidézésére - remélte, hogy felhasználhatja a következő, 93. elemet, amelyet ma neptuniumnak hívnak. Ő volt az, aki felfedezett egy új típusú radioaktivitást a besugárzott uránban, amit a transzurán elemek megjelenésével társított. Ugyanakkor a neutronok lassítása, amelyeknél a berilliumforrást paraffinréteg borította, növelte ezt az indukált radioaktivitást. Aristide von Grosse amerikai rádiókémikus azt javasolta, hogy ezen elemek egyike a protactinium, de tévedett. Otto Hahn azonban, aki akkor a Bécsi Egyetemen dolgozott, és az 1917-ben felfedezett protactiniumot az ötletének tartotta, úgy döntött, hogy köteles kideríteni, milyen elemeket kaptak. Lise Meitnerrel együtt 1938 elején Hahn kísérleti eredmények alapján azt javasolta, hogy az urán-238 és leányelemei neutronelnyelő magjainak többszörös béta-bomlása következtében radioaktív elemek teljes láncai jönnek létre. Hamarosan Lise Meitner kénytelen volt Svédországba menekülni, félve a nácik esetleges megtorlásától az osztrák anschluss után. Hahn, folytatva Fritz Strassmann-nal végzett kísérleteit, felfedezte, hogy a termékek között van bárium, az 56-os elem is, amely uránból semmiképpen sem nyerhető: az urán alfa-bomlási láncai sokkal nehezebb ólommal végződnek. A kutatókat annyira meglepte az eredmény, hogy nem tették közzé, csak levelet írtak barátoknak, különösen Lise Meitnernek Göteborgba. Ott 1938 karácsonyán meglátogatta unokaöccse, Otto Frisch, és a téli város környékén sétálva - ő sílécen, a néni gyalogosan - megbeszélték a bárium megjelenésének lehetőségét az uránbesugárzás során. maghasadás eredménye (további információért Lise Meitnerről lásd: „Kémia és élet”, 2013, 4. szám). Visszatérve Koppenhágába, Frisch szó szerint elkapta Niels Bohrt az Egyesült Államokba induló hajó folyosóján, és elmondta neki a hasadás gondolatát. Bohr homlokon csapva azt mondta: „Ó, micsoda bolondok voltunk! Ezt korábban észre kellett volna vennünk." 1939 januárjában Frisch és Meitner cikket publikált az uránmagok neutronok hatására történő hasadásáról. Otto Frisch addigra már végzett egy kontrollkísérletet, valamint sok amerikai csoport, akik megkapták az üzenetet Bohrtól. Azt mondják, hogy a fizikusok rögtön az 1939. január 26-i washingtoni, az elméleti fizika éves konferenciáján tartott jelentése alatt kezdtek szétszóródni laboratóriumaikba, amikor felfogták az ötlet lényegét. A hasadás felfedezése után Hahn és Strassmann felülvizsgálták kísérleteiket, és kollégáikhoz hasonlóan megállapították, hogy a besugárzott urán radioaktivitása nem a transzuránokhoz, hanem a hasadás során keletkező radioaktív elemek bomlásához kapcsolódik a periódusos rendszer közepéről.

Hogyan megy végbe a láncreakció az uránban? Nem sokkal azután, hogy kísérletileg bebizonyosodott az urán- és tóriummagok hasadásának lehetősége (és nincs más hasadó elem a Földön jelentős mennyiségben), a Princetonban dolgozó Niels Bohr és John Wheeler, valamint tőlük függetlenül a Ya. I. Frenkel szovjet elméleti fizikus, valamint a németek Siegfried Flügge és Gottfried von Droste alkották meg az atommaghasadás elméletét. Ebből két mechanizmus következett. Az egyik a gyors neutronok abszorpciós küszöbértékével kapcsolatos. Eszerint a hasadás megindításához egy neutronnak meglehetősen nagy energiával kell rendelkeznie, több mint 1 MeV a fő izotópok - az urán-238 és a tórium-232 - magjaihoz. Kisebb energiáknál az urán-238 neutronabszorpciója rezonáns jellegű. Így egy 25 eV energiájú neutron befogási keresztmetszete több ezerszer nagyobb, mint más energiáké. Ebben az esetben nem lesz hasadás: az urán-238-ból urán-239 lesz, amely 23,54 perces felezési idejével neptunium-239-vé alakul, amely 2,33 napos felezési idejével hosszú élettartamúvá válik. plutónium-239. A tórium-232 urán-233 lesz.

A második mechanizmus egy neutron küszöbérték nélküli abszorpciója, ezt követi a harmadik többé-kevésbé elterjedt hasadó izotóp - az urán-235 (valamint a plutónium-239 és urán-233, amelyek nem találhatók meg a természetben): Bármilyen neutront, akár lassú, úgynevezett termikus neutront is elnyelünk olyan energiával, mint a hőmozgásban részt vevő molekuláké - 0,025 eV, egy ilyen atommag felhasad. És ez nagyon jó: a termikus neutronok befogási keresztmetszete négyszer nagyobb, mint a gyors, megaelektronvoltos neutronoké. Ez az urán-235 jelentősége az atomenergia egész későbbi történetében: ez biztosítja a neutronok szaporodását a természetes uránban. Miután egy neutron eltalálta, az urán-235 atommag instabillá válik, és gyorsan két egyenlőtlen részre szakad. Útközben több (átlagosan 2,75) új neutront bocsátanak ki. Ha ugyanannak az uránnak a magjaiba ütköznek, akkor a neutronok exponenciális szaporodását idézik elő - láncreakció lép fel, ami robbanáshoz vezet a hatalmas mennyiségű hő gyors felszabadulása miatt. Sem az urán-238, sem a tórium-232 nem tud így működni: a hasadás során ugyanis a neutronok átlagosan 1-3 MeV energiával bocsátódnak ki, vagyis ha van 1 MeV-os energiaküszöb, akkor a maghasadás jelentős része a neutronok biztosan nem tudnak reakciót kiváltani, és nem lesz szaporodás. Ez azt jelenti, hogy ezeket az izotópokat el kell felejteni, és a neutronokat hőenergiává kell lassítani, hogy a lehető leghatékonyabban kölcsönhatásba lépjenek az urán-235 atommagjaival. Ugyanakkor nem engedhető meg az urán-238 általi rezonáns abszorpciójuk: a természetes uránban ez az izotóp valamivel kevesebb, mint 99,3%, és a neutronok gyakrabban ütköznek vele, és nem a cél urán-235-tel. A moderátor szerepével pedig állandó szinten tartható a neutronszaporodás, és megelőzhető a robbanás – szabályozható a láncreakció.

Ya. B. Zeldovich és Yu. B. Khariton ugyanabban a végzetes 1939-es évben végzett számítása azt mutatta, hogy ehhez nehézvíz vagy grafit formájában neutronmoderátort kell használni, és a természetes uránt uránnal dúsítani kell. 235 legalább 1,83-szor. Aztán ez az ötlet tiszta fantáziának tűnt számukra: „Meg kell jegyezni, hogy a láncrobbanáshoz szükséges jelentős mennyiségű urán dúsítása körülbelül kétszerese,<...>rendkívül nehézkes feladat, közel a gyakorlati lehetetlenséghez.” Mára ez a probléma megoldódott, és a nukleáris ipar tömegesen állít elő urán-235-tel 3,5%-ra dúsított uránt erőművek számára.

Mi az a spontán maghasadás? 1940-ben G. N. Flerov és K. A. Petrzhak felfedezte, hogy az urán hasadása spontán módon, külső hatás nélkül is megtörténhet, bár a felezési idő sokkal hosszabb, mint a hagyományos alfa-bomlásnál. Mivel az ilyen hasadás során neutronok is keletkeznek, ha nem engedik kiszabadulni a reakciózónából, akkor a láncreakció elindítói lesznek. Ezt a jelenséget használják az atomreaktorok létrehozása során.

Miért van szükség atomenergiára? Zeldovich és Khariton az elsők között számította ki az atomenergia gazdasági hatását (Uspekhi Fizicheskikh Nauk, 1940, 23, 4). „...Jelenleg még lehetetlen végső következtetéseket levonni arról, hogy az uránban végtelenül elágazó láncokkal végtelenül elágazó láncú maghasadási reakciót lehet-e vagy lehetetlen. Ha egy ilyen reakció megvalósítható, akkor a reakciósebességet automatikusan beállítja, hogy biztosítsa annak zökkenőmentes lefolyását, annak ellenére, hogy a kísérletező hatalmas energiamennyiség áll rendelkezésére. Ez a körülmény rendkívül kedvező a reakció energiafelhasználása szempontjából. Mutassunk tehát be - bár ez egy el nem ejtett medve bőrének felosztása - néhány számot, amelyek az urán energiafelhasználásának lehetőségeit jellemzik. Ha a hasadási folyamat gyors neutronokkal megy végbe, ezért a reakció befogja az urán fő izotópját (U238), akkor<исходя из соотношения теплотворных способностей и цен на уголь и уран>az urán fő izotópjából származó kalória költsége hozzávetőleg 4000-szer olcsóbb, mint a széné (kivéve persze, ha az „égetés” és a hőelvonás folyamata az urán esetében sokkal drágábbnak bizonyul, mint szén esetében). A lassú neutronok esetében az „urán” kalória költsége (a fenti adatok alapján) az U235 izotóp mennyisége 0,007, már csak 30-szor olcsóbb, mint egy „szén” kalória, minden más egyenlőség mellett."

Az első szabályozott láncreakciót 1942-ben Enrico Fermi hajtotta végre a Chicagói Egyetemen, és a reaktort manuálisan vezérelték – grafitrudakat tolva ki és be, ahogy a neutronfluxus változott. Az első erőművet 1954-ben építették Obnyinszkban. Az energiatermelés mellett az első reaktorok fegyveres plutónium előállításán is dolgoztak.

Hogyan működik egy atomerőmű? Manapság a legtöbb reaktor lassú neutronon működik. A dúsított uránt fém, ötvözet, például alumínium vagy oxid formájában hosszú hengerekbe, úgynevezett fűtőelemekbe helyezik. A reaktorban meghatározott módon vannak beépítve, és közéjük moderátorrudakat helyeznek, amelyek szabályozzák a láncreakciót. Idővel a reaktormérgek felhalmozódnak a fűtőelemben - urán hasadási termékek, amelyek szintén képesek elnyelni a neutronokat. Amikor az urán-235 koncentrációja a kritikus szint alá csökken, az elemet kivonják a forgalomból. Ugyanakkor sok erős radioaktivitású hasadási töredéket tartalmaz, amely az évek során csökken, így az elemek hosszú ideig jelentős mennyiségű hőt bocsátanak ki. Hűtőmedencékben tartják őket, majd vagy elássák, vagy megpróbálják feldolgozni - kivonják az el nem égett urán-235-öt, plutóniumot (ezt használták atombombák gyártásához) és más felhasználható izotópokat. A fel nem használt részt a temetőkbe küldik.

Az úgynevezett gyorsreaktorokban vagy tenyészreaktorokban az elemek köré urán-238-ból vagy tórium-232-ből készült reflektorokat helyeznek el. Lelassulnak, és a túl gyors neutronokat visszaküldik a reakciózónába. A rezonanciasebességre lelassult neutronok elnyelik ezeket az izotópokat, plutónium-239-vé, illetve urán-233-má alakulnak, amelyek üzemanyagként szolgálhatnak egy atomerőműben. Mivel a gyors neutronok rosszul reagálnak az urán-235-tel, koncentrációját jelentősen növelni kell, de ez erősebb neutronfluxussal megtérül. Annak ellenére, hogy a nemesítő reaktorokat tekintik az atomenergia jövőjének, mivel több nukleáris üzemanyagot termelnek, mint amennyit elfogyasztanak, a kísérletek azt mutatták, hogy nehéz kezelni őket. Most már csak egy ilyen reaktor maradt a világon - a Belojarski Atomerőmű negyedik erőművében.

Hogyan kritizálják az atomenergiát? Ha nem beszélünk balesetekről, akkor az atomenergia ellenzőinek érvelésének fő pontja ma az a javaslat, hogy az atomenergia hatékonyságának kiszámításához adják hozzá a környezet védelmének költségeit az állomás leszerelése után és az üzemanyaggal való munka során. Mindkét esetben a radioaktív hulladékok megbízható elhelyezésének kihívásai merülnek fel, és ezek az államot terhelő költségek. Van egy vélemény, hogy ha átviszi őket az energiaköltségre, akkor a gazdasági vonzereje eltűnik.

Az atomenergia támogatói között is ellenkezés van. Képviselői az urán-235 egyediségére hívják fel a figyelmet, amelynek nincs pótlása, mert a termikus neutronokkal hasadó alternatív izotópok - plutónium-239 és urán-233 - több ezer éves felezési idejük miatt nem találhatók meg a természetben. És pontosan az urán-235 hasadása eredményeként nyerik őket. Ha elfogy, a nukleáris láncreakcióhoz szükséges csodálatos természetes neutronforrás eltűnik. Az ilyen pazarlás következtében az emberiség elveszíti a jövőben annak lehetőségét, hogy az uránnál többszörösen készletezett tórium-232-t bevonja az energiakörforgásba.

Elméletileg a részecskegyorsítók segítségével megaelektronvoltos energiájú gyors neutronok fluxusát lehet előállítani. Ha azonban például bolygóközi repülésekről beszélünk egy nukleáris hajtóművel, akkor egy terjedelmes gyorsítóval ellátott rendszer megvalósítása nagyon nehéz lesz. Az urán-235 kimerülése véget vet az ilyen projekteknek.

Mi az a fegyverminőségű urán? Ez erősen dúsított urán-235. Kritikus tömege – egy darab anyag méretének felel meg, amelyben spontán láncreakció megy végbe – elég kicsi ahhoz, hogy lőszert gyártson. Az ilyen uránból atombombát lehet készíteni, de termonukleáris bombák biztosítékaként is használható.

Milyen katasztrófák kapcsolódnak az urán használatához? A hasadó elemek magjaiban tárolt energia óriási. Ha figyelmen kívül hagyásból vagy szándékosan kikerül az irányítás alól, ez az energia sok bajt okozhat. A két legrosszabb nukleáris katasztrófa 1945. augusztus 6-án és 8-án történt, amikor az Egyesült Államok légiereje atombombákat dobott Hirosimára és Nagaszakira, civilek százezrei meghaltak és megsérültek. A kisebb léptékű katasztrófák az atomerőművekben és az atomciklussal foglalkozó vállalkozásokban bekövetkezett balesetekhez kapcsolódnak. Az első nagyobb baleset 1949-ben történt a Szovjetunióban a Cseljabinszk melletti Majak üzemben, ahol plutóniumot gyártottak; Folyékony radioaktív hulladék került a Techa folyóba. 1957 szeptemberében robbanás történt rajta, nagy mennyiségű radioaktív anyag szabadult ki. Tizenegy nappal később a Windscale brit plutóniumtermelő reaktora leégett, és a felhő a robbanástermékekkel szétszóródott Nyugat-Európa felett. 1979-ben a Pennsylvania állambeli Three Mail Island atomerőmű reaktora leégett. A legelterjedtebb következményeket a csernobili atomerőműben (1986) és a fukusimai atomerőműben (2011) bekövetkezett balesetek okozták, amikor emberek milliói voltak kitéve sugárzásnak. Az első hatalmas területeket szemetezett, a robbanás következtében 8 tonna urán üzemanyag és bomlástermékek szabadultak fel, amelyek Európa-szerte elterjedtek. A második szennyezett, és három évvel a baleset után továbbra is szennyezi a Csendes-óceánt a halászati ​​területeken. Ezeknek a baleseteknek a következményeinek felszámolása nagyon költséges volt, és ha ezeket a költségeket lebontanák az áram költségére, az jelentősen megnőne.

Külön kérdés az emberi egészségre gyakorolt ​​következmények. A hivatalos statisztikák szerint a bombázást túlélő vagy szennyezett területeken élők közül sokan részesültek a sugárzásban – előbbieknél magasabb a várható élettartam, utóbbiaknál kevesebb a rákos megbetegedés, a mortalitás némi növekedését pedig a szakértők a társadalmi stressznek tulajdonítják. Több száz főre tehető azoknak a száma, akik éppen a balesetek következményeiben vagy azok felszámolása következtében haltak meg. Az atomerőművek ellenzői felhívják a figyelmet arra, hogy a balesetek több millió korai halálesethez vezettek az európai kontinensen, de a statisztikai összefüggésben egyszerűen láthatatlanok.

A baleseti övezetekben a földterületek emberi használatból való kivonása érdekes eredményhez vezet: egyfajta természetvédelmi területté válnak, ahol nő a biodiverzitás. Igaz, egyes állatok sugárzással összefüggő betegségekben szenvednek. Nyitott marad a kérdés, hogy milyen gyorsan alkalmazkodnak a megnövekedett háttérhez. Van olyan vélemény is, hogy a krónikus besugárzás következménye a „bolondok szelekciója” (lásd „Kémia és Élet”, 2010, 5. sz.): még az embrionális stádiumban is primitívebb élőlények maradnak életben. Ez különösen az emberek vonatkozásában a mentális képességek csökkenéséhez kell, hogy vezessen abban a generációban, amely szennyezett területeken született röviddel a baleset után.

Mi az a szegényített urán? Ez az urán-238, amely az urán-235 leválasztása után marad meg. A fegyveres minőségű urán és fűtőelemek gyártásából származó hulladék mennyisége nagy - csak az Egyesült Államokban 600 ezer tonna ilyen urán-hexafluorid halmozódott fel (a vele kapcsolatos problémákat lásd Chemistry and Life, 2008, 5. szám) . Az urán-235 tartalma 0,2%. Ezt a hulladékot vagy tárolni kell jobb időkig, amikor is gyorsneutronreaktorokat hoznak létre, és lehetővé válik az urán-238 plutóniummá való feldolgozása, vagy valamilyen módon felhasználni kell.

Találtak rá hasznot. Az uránt más átmeneti elemekhez hasonlóan katalizátorként használják. Például a cikk szerzői a ACS Nano 2014. június 30-án azt írják, hogy az oxigén és hidrogén-peroxid redukciójára szolgáló uránból vagy tóriumból és grafénből készült katalizátor „hatalmas potenciállal rendelkezik az energiaszektorban való felhasználásra”. Mivel az urán sűrűsége nagy, ballasztként szolgál a hajók számára és ellensúlyként a repülőgépeken. Ez a fém sugárforrással rendelkező orvostechnikai eszközök sugárvédelmére is alkalmas.

Milyen fegyverek készíthetők szegényített uránból? Golyók és magok páncéltörő lövedékekhez. Itt a számítás a következő. Minél nehezebb a lövedék, annál nagyobb a mozgási energiája. De minél nagyobb a lövedék, annál kevésbé koncentrált a lövedéke. Ez azt jelenti, hogy nagy sűrűségű nehézfémekre van szükség. A golyók ólomból készülnek (az uráli vadászok egy időben őshonos platinát is használtak, amíg rá nem jöttek, hogy nemesfém), míg a héjmagok volfrámötvözetből készültek. A környezetvédők felhívják a figyelmet arra, hogy az ólom szennyezi a talajt katonai műveletek vagy vadászat helyszínein, ezért érdemesebb valami kevésbé ártalmassal, például volfrámmal helyettesíteni. De a wolfram nem olcsó, a hasonló sűrűségű urán pedig káros hulladék. Ugyanakkor a talaj és a víz megengedett uránszennyezettsége megközelítőleg kétszerese az ólomnak. Ez azért történik, mert a szegényített urán gyenge radioaktivitását (és ez is 40%-kal kisebb, mint a természetes uráné) figyelmen kívül hagyják, és egy igazán veszélyes kémiai tényezőt vesznek figyelembe: az urán, mint emlékszünk, mérgező. Ugyanakkor a sűrűsége 1,7-szer nagyobb, mint az ólomé, ami azt jelenti, hogy az urángolyók mérete felére csökkenthető; Az urán sokkal tűzállóbb és keményebb, mint az ólom – kevésbé párolog el, amikor kilövik, és amikor célba ér, kevesebb mikrorészecskét termel. Általánosságban elmondható, hogy az urángolyó kevésbé szennyező, mint az ólomgolyó, bár az urán ilyen felhasználása nem ismert.

De köztudott, hogy szegényített uránból készült lemezeket használnak az amerikai tankok páncélzatának megerősítésére (ezt nagy sűrűsége és olvadáspontja is elősegíti), valamint volfrámötvözet helyett a páncéltörő lövedékek magjában. Az uránmag azért is jó, mert az urán piroforos: a páncéllal való ütközéskor keletkező forró apró részecskék fellángolnak, és mindent meggyújtanak körülötte. Mindkét alkalmazás sugárzásbiztosnak minősül. Így a számítás azt mutatta, hogy a legénység még egy év urán lőszerrel megrakott uránpáncélos harckocsiban ülve is csak a megengedett dózis negyedét kapná meg. És az éves megengedett adag eléréséhez az ilyen lőszert 250 órán keresztül a bőr felszínére kell csavarni.

Az uránmaggal ellátott lövedékeket - 30 mm-es repülőgépágyúkhoz vagy tüzérségi alkaliberekhez - az amerikaiak használtak a közelmúlt háborúiban, kezdve az 1991-es iraki hadjárattal. Abban az évben Kuvaitban záporoztak az iraki páncélos egységekre, és visszavonulásuk során 300 tonna szegényített uránt, ebből 250 tonnát, azaz 780 ezer töltényt lőttek ki repülőgépágyúkra. Bosznia-Hercegovinában az el nem ismert Boszniai Szerb Köztársaság hadseregének bombázása során 2,75 tonna uránt, a jugoszláv hadsereg Koszovó és Metóhia térségében végzett ágyúzása során pedig 8,5 tonnát, azaz 31 ezer lövést költöttek el. Mivel a WHO-t ekkorra aggasztották az urán használatának következményei, ellenőrzést végeztek. Megmutatta, hogy egy lövedék körülbelül 300 töltényből állt, amelyek 80%-a szegényített uránt tartalmazott. 10%-a talált el célokat, és 82%-uk esett 100 méteren belülre. A többi 1,85 km-en belül szétszóródott. Egy harckocsit eltaláló lövedék kiégett és aeroszollá változott; az uránhéj páncélozott szállítókocsikhoz hasonló könnyű célpontokon fúródott át. Így legfeljebb másfél tonna kagyló válhat uránporrá Irakban. A RAND Corporation amerikai stratégiai kutatóközpont szakértői szerint a felhasznált urán több, 10-35%-a vált aeroszollá. Asaf Durakovic horvát uránellenes lőszer aktivista, aki számos szervezetben dolgozott a rijádi Faisal király kórháztól a Washingtoni Uráni Orvosi Kutatóközpontig, becslései szerint 1991-ben csak Dél-Irakban 3-6 tonna szubmikron uránrészecskék keletkeztek. amelyek nagy területen voltak szétszórva, vagyis az ottani uránszennyezettség a csernobilihoz hasonlítható.

Az urán másik, legelterjedtebb 238U izotópjától eltérően a 235U-ban önfenntartó nukleáris láncreakció lehetséges. Ezért ezt az izotópot nukleáris reaktorokban, valamint nukleáris fegyverekben használják üzemanyagként.

Ennek a nuklidnak egy grammjának aktivitása körülbelül 80 kBq.

• 1 Kialakulás és összeomlás
• 2 Kényszerhadosztály
  • 2.1 Nukleáris láncreakció
• 3 izomer
• 4 Alkalmazás
• 5 Lásd még
• 6 Megjegyzések

Képződés és bomlás

Az urán-235 a következő bomlások eredményeként képződik:

• A 235Pa nuklid β− bomlása (felezési ideje 24,44(11) perc):

• A 235Np nuklid által végrehajtott K-befogás (felezési idő 396,1(12) nap):

• A 239Pu nuklid α-bomlása (felezési ideje 2,411(3)·104 év):

Az urán-235 bomlása a következő irányokban megy végbe:

• α-bomlás 231-ben (valószínűsége 100%, bomlási energia 4678,3(7) keV):

• Spontán hasadás (valószínűség: 7(2)·10−9%);
• Klaszterbomlás 20Ne, 25Ne és 28Mg nuklidok képződésével (a valószínűségek rendre 8(4)·10−10%, 8·10−10%, 8·10−10%):

Kényszerhadosztály

Az 1930-as évek elején. Enrico Fermi neutronokkal sugározta be az uránt, hogy transzurán elemeket nyerjen. De 1939-ben O. Hahn és F. Strassmann be tudta mutatni, hogy amikor egy neutront elnyel az uránmag, kényszerhasadási reakció megy végbe. Az atommag általában két részre szakad, és 2-3 neutron szabadul fel (lásd az ábrát).

Az urán-235 hasadási termékeiben különböző elemek mintegy 300 izotópját fedezték fel: Z=30-tól (cink) Z=64-ig (gadolínium). Az urán-235 lassú neutronokkal történő besugárzása során keletkező izotópok relatív hozamának görbéje a tömegszámon szimmetrikus, és alakjában az „M” betűhöz hasonlít. Ennek a görbének a két kifejezett maximuma a 95-ös és a 134-es tömegszámoknak felel meg, a minimum pedig a 110 és 125 közötti tömegszámok tartományában fordul elő. Így az urán egyenlő tömegű (115-119 tömegszámú) töredékekre hasad. kisebb valószínűséggel, mint az aszimmetrikus hasadás. Ez a tendencia minden hasadó izotópnál megfigyelhető, és nem kapcsolódik az atommagok vagy részecskék egyedi tulajdonságaihoz, hanem magában a maghasadás mechanizmusában rejlik. Az aszimmetria azonban csökken a hasadómag gerjesztési energiájának növekedésével, és ha a neutron energiája meghaladja a 100 MeV-ot, a hasadási fragmentumok tömegeloszlása ​​egy maximummal rendelkezik, ami megfelel az atommag szimmetrikus hasadásának.

Az urán-235 kényszerhasadásának egyik lehetősége egy neutron abszorpciója után (diagram)

Az uránmag hasadása során keletkező töredékek viszont radioaktívak, és β− bomlási láncon mennek keresztül, amely során hosszú időn keresztül fokozatosan további energia szabadul fel. Egy urán-235 atommag bomlása során felszabaduló átlagos energia – a töredékek bomlását is figyelembe véve – hozzávetőlegesen 202,5 ​​MeV = 3,244·10−11 J, vagyis 19,54 TJ/mol = 83,14 TJ/kg.

Az atommaghasadás csak egy a neutronok és az atommagok kölcsönhatása során lehetséges folyamatok közül, ez az, amely minden atomreaktor működésének hátterében áll.

Nukleáris láncreakció

Egy 235 U atommag bomlása során általában 1-8 (átlagosan 2,5) szabad neutron bocsát ki. A 235 U atommag bomlása során keletkező neutronok, amelyek kölcsönhatásba lépnek egy másik 235 U atommaggal, új bomlási aktust idézhetnek elő; ezt a jelenséget maghasadási láncreakciónak nevezik.

Hipotetikusan a második generációs neutronok száma (a nukleáris bomlás második szakasza után) meghaladhatja a 3² = 9-et. A hasadási reakció minden további szakaszával a keletkező neutronok száma lavinaszerűen növekedhet. Valós körülmények között előfordulhat, hogy a szabad neutronok nem generálnak új hasadási eseményt, elhagyják a mintát a 235U befogása előtt, vagy akár maga a 235U izotóp fogja be őket, átalakítva azt 236U-vé, vagy más anyagok (például 238U vagy a keletkező nukleáris anyag) hasadási töredékek, például 149Sm vagy 135Xe).

Ha átlagosan minden hasadási aktus újabb új hasadási aktust generál, akkor a reakció önfenntartóvá válik; ezt az állapotot kritikusnak nevezik. (lásd még Neutron szorzótényező)

Valós körülmények között az urán kritikus állapotának elérése nem olyan egyszerű, mivel számos tényező befolyásolja a reakció lefolyását. Például a természetes urán mindössze 0,72% 235U-t tartalmaz, 99,2745% pedig 238U, amely elnyeli a 235U-s atommagok hasadása során keletkező neutronokat. Ez ahhoz a tényhez vezet, hogy a természetes uránban a hasadási láncreakció jelenleg nagyon gyorsan bomlik. A folyamatos hasadási láncreakció több fő módon is végrehajtható:

• Növelje a minta térfogatát (ércből izolált urán esetében a térfogat növelésével lehet elérni a kritikus tömeget);
• Végezzen izotópszétválasztást a minta 235U koncentrációjának növelésével;
• Csökkentse a szabad neutronok veszteségét a minta felületén különböző típusú reflektorok használatával;
• Használjon neutronmoderátor anyagot a termikus neutronok koncentrációjának növelésére.

Izomerek

Az egyetlen ismert izomer a 235 um, amely a következő jellemzőkkel rendelkezik:

• Tömegfelesleg: 40 920,6(1,8) keV
• Gerjesztési energia: 76,5(4) eV
• Felezési idő: 26 perc
• Atommag spin és paritás: 1/2+

Az izomer állapot bomlása az alapállapotba való izomer átmeneten keresztül megy végbe.

Alkalmazás

• Az urán-235-öt nukleáris reaktorok üzemanyagaként használják, amelyek szabályozott maghasadási láncreakciót hajtanak végre;
• Az erősen dúsított uránt nukleáris fegyverek előállítására használják. Ebben az esetben egy ellenőrizetlen nukleáris láncreakciót alkalmaznak nagy mennyiségű energia felszabadítására (robbanás).

Lásd még

• Az urán izotópjai
• Izotóp elválasztás

Megjegyzések

1. 1 2 3 4 5 G. Audi, A.H. Wapstra és C. Thibault (2003). „Az AME2003 atomtömeg-értékelés (II.). Táblázatok, grafikonok és hivatkozások." Nukleáris fizika A 729 : 337-676. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. Irodai kód: 2003NuPhA.729..337A.
2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot és A. H. Wapstra (2003). "A nukleáris és bomlási tulajdonságok NUBASE értékelése." Nukleáris fizika A 729 : 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. Irodai kód: 2003NuPhA.729....3A.
3. Hoffman K. Lehet aranyat csinálni? - 2. kiadás törölve - L.: Kémia, 1987. - P. 130. - 232 p. - 50.000 példány.
4. Ma a tudománytörténetben
5. 1 2 3 Fialkov Yu. Ya. Izotópok alkalmazása a kémiában és a vegyiparban. - Kijev: Technika, 1975. - P. 87. - 240 p. - 2000 példányban.
6. Fizikai és kémiai állandók táblázata, 4.7.1. szakasz: Atommaghasadás. Kaye & Laby Online. Archiválva az eredetiből 2012. április 8-án.
7. Bartolomei G. G., Baibakov V. D., Alkhutov M. S., Bat G. A. Az elmélet alapjai és a nukleáris reaktorok számítási módszerei. - M.: Energoatomizdat, 1982. - 512. o.

urán 235 50, urán 235 75, urán 235 terület, urán 235/75r15

Az urán az aktinidák családjába tartozó, 92-es rendszámú kémiai elem. A legfontosabb nukleáris üzemanyag. Koncentrációja a földkéregben körülbelül 2 ppm. A fontos uránásványok közé tartozik az urán-oxid (U 3 O 8), az uraninit (UO 2), a karnotit (kálium-uranil-vanadát), az otenit (kálium-uranil-foszfát) és a torbernit (vízmentes réz-uranil-foszfát). Ezek és más uránércek nukleáris üzemanyagforrások, és sokszor több energiát tartalmaznak, mint az összes ismert kinyerhető fosszilis tüzelőanyag-lelőhely. 1 kg 92 U urán ugyanolyan energiát biztosít, mint 3 millió kg szén.

A felfedezés története

Az urán kémiai elem egy sűrű, kemény fém, ezüstös-fehér színű. Képlékeny, alakítható és polírozható. A levegőben a fém oxidálódik, és ha összetörik, meggyullad. Viszonylag rosszul vezeti az áramot. Az urán elektronikus képlete: 7s2 6d1 5f3.

Bár az elemet 1789-ben fedezte fel Martin Heinrich Klaproth német kémikus, aki a nemrég felfedezett Uránusz bolygóról nevezte el, magát a fémet 1841-ben Eugene-Melchior Peligot francia kémikus izolálta urán-tetrakloridból (UCl 4) végzett redukcióval. kálium.

Radioaktivitás

Dmitrij Mengyelejev orosz kémikus által 1869-ben elkészített periódusos táblázat az uránra, mint a legnehezebb ismert elemre irányította a figyelmet, amely egészen a neptunium 1940-es felfedezéséig megmaradt. 1896-ban Henri Becquerel francia fizikus felfedezte benne a radioaktivitás jelenségét. Ezt a tulajdonságot később sok más anyagban is megtalálták. Ma már ismert, hogy az összes izotópjában radioaktív urán 238 U (99,27%, felezési idő - 4 510 000 000 év), 235 U (0,72%, felezési idő - 713 000 000 év) és 234 U (0,006 év) keverékéből áll. %, felezési idő - 247 000 év). Ez lehetővé teszi például a kőzetek és ásványok korának meghatározását a geológiai folyamatok és a Föld korának tanulmányozásához. Ehhez mérik az ólom mennyiségét, amely az urán radioaktív bomlásának végterméke. Ebben az esetben a 238 U a kezdeti elem, a 234 U pedig az egyik szorzat. 235 U az aktínium bomlási sorozatát hozza létre.

Láncreakció felfedezése

Az urán kémiai elem azután vált széles körű érdeklődés és intenzív kutatás tárgyává, hogy Otto Hahn és Fritz Strassmann német kémikusok 1938 végén felfedezték benne az atommaghasadást, amikor lassú neutronokkal bombázták. 1939 elején Enrico Fermi olasz-amerikai fizikus felvetette, hogy az atomhasadás termékei között lehetnek olyan elemi részecskék, amelyek képesek láncreakciót előidézni. 1939-ben Leo Szilard és Herbert Anderson amerikai fizikusok, valamint Frederic Joliot-Curie francia kémikus és kollégáik megerősítették ezt a jóslatot. A későbbi vizsgálatok kimutatták, hogy átlagosan 2,5 neutron szabadul fel, amikor egy atom hasad. Ezek a felfedezések vezettek az első önfenntartó nukleáris láncreakcióhoz (1942.02.12.), az első atombombához (1945.07.16.), az első hadviseléshez (1945.08.06.), az első nukleáris tengeralattjáróhoz ( 1955) és az első teljes körű atomerőmű (1957).

Oxidációs állapotok

Az urán kémiai elem, mivel erős elektropozitív fém, reakcióba lép vízzel. Savakban oldódik, lúgokban nem. A fontos oxidációs állapotok a +4 (mint az UO 2 oxidban, a tetrahalogenidekben, mint az UCl 4 és a zöld vízion U4+) és a +6 (mint az UO 3 oxidban, az UF 6 hexafluoridban és az UO 2 2+ uranil ionban). Vizes oldatban az urán a legstabilabb az uranil ion összetételében, amely lineáris szerkezetű [O = U = O] 2+. Az elemnek van +3 és +5 állapota is, de ezek instabilok. A vörös U 3+ oxigént nem tartalmazó vízben lassan oxidálódik. Az UO 2+ ion színe ismeretlen, mert aránytalanságon megy keresztül (az UO 2+ U 4+-ra redukálódik és UO 2 2+ oxidálódik) még nagyon híg oldatokban is.

Nukleáris üzemanyag

Lassú neutronoknak kitéve az urán atom hasadása a viszonylag ritka 235 U izotópban megy végbe. Ez az egyetlen természetben előforduló hasadóanyag, amelyet el kell választani a 238 U izotóptól. Az abszorpció és a negatív béta-bomlás után azonban az urán A -238 szintetikus plutónium elemmé alakul, amely lassú neutronok hatására hasad. Ezért a természetes urán felhasználható konverter- és nemesítőreaktorokban, amelyekben a hasadást ritka 235 U támogatja, és 238 U transzmutációval egyidejűleg plutónium keletkezik. A hasadó 233 U a természetben széles körben előforduló tórium-232 izotópból szintetizálható nukleáris üzemanyagként való felhasználásra. Az urán is fontos elsődleges anyag, amelyből szintetikus transzurán elemeket nyernek.

Az urán egyéb felhasználásai

A kémiai elem vegyületeit korábban kerámiák színezékeként használták. A hexafluorid (UF 6) szilárd anyag, amelynek gőznyomása szokatlanul magas (0,15 atm = 15 300 Pa) 25 °C-on. Az UF 6 kémiailag nagyon reaktív, de gőzállapotában korrozív jellege ellenére az UF 6-ot széles körben használják gázdiffúziós és gázcentrifugás eljárásokban dúsított urán előállítására.

A fémorganikus vegyületek egy érdekes és fontos vegyületcsoport, amelyben fém-szén kötések kötik a fémet szerves csoportokhoz. Az uranocén egy U(C 8 H 8) 2 szerves uránvegyület, amelyben az uránatom két, a C 8 H 8 ciklooktatetraénhoz kapcsolódó szerves gyűrűréteg között helyezkedik el. 1968-as felfedezése a fémorganikus kémia új területét nyitotta meg.

A szegényített természetes uránt sugárvédelemként, ballasztként, páncéltörő lövedékekben és tankpáncélokban használják.

Újrafeldolgozás

A kémiai elem, bár nagyon sűrű (19,1 g/cm3), viszonylag gyenge, nem gyúlékony anyag. Valójában úgy tűnik, hogy az urán fémes tulajdonságai valahol az ezüst és a többi valódi fém és nemfém közé helyezik, ezért nem használják szerkezeti anyagként. Az urán fő értéke izotópjai radioaktív tulajdonságaiban és hasadási képességében rejlik. A természetben a fém szinte teljes mennyisége (99,27%) 238 U-ból áll. A többi 235 U (0,72%) és 234 U (0,006%). E természetes izotópok közül csak 235 U hasad közvetlenül neutronsugárzás hatására. Azonban, amikor felszívódik, a 238 U 239 U-t képez, amely végül 239 Pu-vá bomlik, amely az atomenergia és az atomfegyverek szempontjából nagy jelentőségű hasadóanyag. Egy másik hasadó izotóp, a 233 U 232 Th neutronbesugárzásával képződhet.

Kristály formák

Az urán jellemzői miatt még normál körülmények között is reakcióba lép oxigénnel és nitrogénnel. Magasabb hőmérsékleten az ötvöző fémek széles skálájával reagál, intermetallikus vegyületeket képezve. Más fémekkel szilárd oldatok képződése ritka az elem atomjai által kialakított speciális kristályszerkezetek miatt. Szobahőmérséklet és 1132 °C olvadáspont között az uránfém három kristályos formában létezik: alfa (α), béta (β) és gamma (γ). Az átalakulás α-állapotból β-állapotba 668 °C-on, β-ból γ-ba 775 °C-on megy végbe. A γ-urán testközpontú köbös kristályszerkezetű, míg a β tetragonális kristályszerkezetű. Az α fázis erősen szimmetrikus ortoromb szerkezetű atomrétegekből áll. Ez az anizotróp torz szerkezet megakadályozza, hogy az ötvöző fématomok uránatomokat helyettesítsenek, vagy elfoglalják a köztük lévő teret a kristályrácsban. Azt találták, hogy csak a molibdén és a nióbium képez szilárd oldatot.

Érc

A földkéreg körülbelül 2 ppm uránt tartalmaz, ami a természetben elterjedt előfordulására utal. Az óceánok a becslések szerint 4,5 × 10 9 tonnát tartalmaznak ebből a kémiai elemből. Az urán több mint 150 különböző ásvány fontos alkotórésze, további 50 ásványi anyagnak pedig kisebb része. A magmás hidrotermális erekben és pegmatitokban található elsődleges ásványok közé tartozik az uraninit és szurokkeveréke. Ezekben az ércekben az elem dioxid formájában fordul elő, amely oxidáció következtében UO 2 és UO 2,67 között változhat. Az uránbányák további gazdaságilag jelentős termékei az autunit (hidratált kalcium-uranil-foszfát), a tobernit (hidratált réz-uranil-foszfát), a koffinit (fekete hidratált urán-szilikát) és a karnotit (hidratált kálium-uranil-vanadát).

Becslések szerint az ismert olcsó uránkészletek több mint 90%-a Ausztráliában, Kazahsztánban, Kanadában, Oroszországban, Dél-Afrikában, Nigerben, Namíbiában, Brazíliában, Kínában, Mongóliában és Üzbegisztánban található. Nagy lerakódások találhatók a kanadai ontariói Huron-tótól északra található Elliot Lake konglomerátum sziklaképződményeiben és a dél-afrikai Witwatersrand aranybányában. Az Egyesült Államok nyugati részének Colorado-fennsíkon és Wyoming-medencében található homokképződmények is jelentős urántartalékot tartalmaznak.

Termelés

Az uránércek felszínközeli és mély (300-1200 m) lelőhelyekben egyaránt megtalálhatók. A föld alatt a varrat vastagsága eléri a 30 métert. Más fémek ércekhez hasonlóan a felszínen bányásznak uránt nagyméretű földmunkagépekkel, a mélylelőhelyek kialakítását pedig hagyományos függőleges és ferde módszerekkel végzik. bányák. A világ uránkoncentrátum termelése 2013-ban 70 ezer tonna volt.A legtermelékenyebb uránbányák Kazahsztánban (az össztermelés 32%-a), Kanadában, Ausztráliában, Nigerben, Namíbiában, Üzbegisztánban és Oroszországban találhatók.

Az uránércek jellemzően csak kis mennyiségben tartalmaznak urántartalmú ásványokat, és közvetlen pirometallurgiai módszerekkel nem olvaszthatók. Ehelyett hidrometallurgiai eljárásokat kell alkalmazni az urán kivonására és tisztítására. A koncentráció növelése jelentősen csökkenti a feldolgozó körök terhelését, de az ásványi feldolgozásnál általánosan használt hagyományos dúsítási módszerek, mint a gravitáció, a flotáció, az elektrosztatikus, sőt a kézi válogatás sem alkalmazhatók. Néhány kivételtől eltekintve ezek a módszerek jelentős uránveszteséget eredményeznek.

Égő

Az uránércek hidrometallurgiai feldolgozását gyakran magas hőmérsékletű kalcinálási szakasz előzi meg. Az égetés dehidratálja az agyagot, eltávolítja a széntartalmú anyagokat, a kénvegyületeket ártalmatlan szulfátokká oxidálja, és oxidál minden más redukálószert, amely megzavarhatja a későbbi feldolgozást.

Kimosódás

Az uránt a pörkölt ércekből savas és lúgos vizes oldatokkal vonják ki. Az összes kioldórendszer sikeres működéséhez a kémiai elemnek vagy kezdetben a stabilabb hat vegyértékű formában kell jelen lennie, vagy a feldolgozás során ebbe az állapotba kell oxidálódnia.

A savas kilúgozást általában úgy végezzük, hogy az érc és a hígítószer keverékét 4-48 órán át szobahőmérsékleten keverjük. Különleges körülmények kivételével kénsavat használnak. Olyan mennyiségben szállítják, amely elegendő ahhoz, hogy a végső lúgot 1,5 pH-értéken kapja meg. A kénsavas kilúgozási sémák jellemzően mangán-dioxidot vagy klorátot használnak a négy vegyértékű U4+ hat vegyértékű uranillá (UO22+) történő oxidálására. Általában körülbelül 5 kg mangán-dioxid vagy 1,5 kg nátrium-klorát elegendő tonnánként az U 4+ oxidációjához. Mindkét esetben az oxidált urán reakcióba lép kénsavval, és 4- uranil-szulfát komplex aniont képez.

A jelentős mennyiségű esszenciális ásványi anyagot, például kalcitot vagy dolomitot tartalmazó ércet 0,5-1 mólos nátrium-karbonát-oldattal kilúgozzák. Bár különféle reagenseket tanulmányoztak és teszteltek, az urán fő oxidálószere az oxigén. Jellemzően az ércet légköri nyomáson és 75-80 °C hőmérsékleten, az adott kémiai összetételtől függő ideig levegőn kilúgozzák. A lúg reakcióba lép az uránnal, így könnyen oldódó komplexion 4- keletkezik.

A savas vagy karbonátos kilúgozásból származó oldatokat a további feldolgozás előtt deríteni kell. Az agyagok és más érczagyok nagy léptékű szétválasztását hatékony pelyhesítő szerek, köztük poliakrilamidok, guargumi és állati ragasztók alkalmazásával érik el.

Kitermelés

A 4- és 4-komplex ionok a megfelelő ioncserélő gyanta kilúgozó oldataiból szorbeálhatók. Ezek a speciális gyanták, amelyeket szorpciós és elúciós kinetikájuk, részecskeméretük, stabilitásuk és hidraulikus tulajdonságaik jellemeznek, számos feldolgozási technológiában használhatók, mint például rögzített ágyas, mozgóágyas, kosárgyanta és folyamatos gyanta. A szorbeált urán eluálására jellemzően nátrium-klorid és ammónia vagy nitrát oldatokat használnak.

Az urán savas ércelúgokból oldószeres extrakcióval izolálható. Az iparban az alkil-foszforsavakat, valamint a szekunder és tercier alkil-aminokat használják. Az 1 g/l-nél több uránt tartalmazó savas szűrleteknél általában az oldószeres extrakciót részesítik előnyben az ioncserélő módszerekkel szemben. Ez a módszer azonban nem alkalmazható karbonátos kilúgozásra.

Az uránt ezután salétromsavban való feloldással uranil-nitrátot képezve tisztítják, extrahálják, kristályosítják és kalcinálják UO 3 trioxiddá. A redukált UO2-dioxid hidrogén-fluoriddal reagálva tetafluorid UF4 keletkezik, amelyből a fémuránt magnéziummal vagy kalciummal redukálják 1300 °C hőmérsékleten.

A tetrafluoridot 350 °C-on fluorozhatjuk UF 6 hexafluorid előállítására, amelyet a dúsított urán-235 szétválasztására használnak gázdiffúzióval, gázcentrifugálással vagy folyékony termikus diffúzióval.

Uránusz. A természetes urán három izotóp keverékéből áll: urán-234, urán-235, urán-238. Mesterséges radioaktív - 227-240 tömegszámmal. Az urán-235 felezési ideje 7x108 év, az urán-238 4,5x109 év. Az urán és leány radionuklidjainak bomlása során alfa- és béta-sugárzás, valamint gamma-sugárzás bocsát ki. Az urán különböző módon behatol a szervezetbe, beleértve a bőrön keresztül is. Az oldható vegyületek gyorsan felszívódnak a vérben, és szétoszlanak a szervekben és szövetekben, felhalmozódnak a vesékben, a csontokban, a májban és a lépben. A biológiai felezési idő a tüdőből 118-150 nap, a csontvázból - 450 nap. Az urán és bomlástermékei miatt az éves mérték 1,34 mSv.

Tórium. A tórium-232 inert gáz. Bomlástermékei szilárd radioaktív anyagok. A felezési idő 1,4x1010 év. A tórium és bomlástermékei átalakulása során alfa-béta részecskék, valamint gamma-kvantumok szabadulnak fel. A torianit ásvány 45-88% tóriumot tartalmaz. Az üzemanyagrudak tórium és dúsított urán ötvözetből készülnek. A tüdőn, a gyomor-bélrendszeren és a bőrön keresztül jut be a szervezetbe. Felhalmozódik a csontvelőben és a lépben. A legtöbb szervből való elimináció biológiai felezési ideje 700 nap, a csontvázból - 68 év.

Rádium. A rádium-226 az urán-238 legfontosabb radioaktív bomlásterméke. Felezési ideje 1622. Ez egy ezüstös-fehér fém. Az orvostudományban széles körben használják alfa-részecskék forrásaként sugárterápiához. A légzőrendszeren, a gyomor-bélrendszeren és a bőrön keresztül jut be a szervezetbe. A bejövő rádium nagy része a csontvázban rakódik le. A csontokból származó biológiai felezési idő körülbelül 17 év, a tüdőből - 180 nap, más szervekből az első két napban eliminálódik. Az emberi szervezetbe kerülve károsítja a csontszövetet és a vörös csontvelőt, ami a vérképzés megzavarásához, törésekhez és daganatok kialakulásához vezet. Egy nap leforgása alatt 1 g rádium bomláskor 1 mm3 radon keletkezik.

Radon. A radon-222 színtelen, szagtalan gáz. Felezési idő 3,83 nap. A rádium-226 bomlási terméke. A radon egy alfa-sugárzó. Radioaktív ércekben található uránlerakódásokban keletkezik, földgázban, talajvízben stb. A kőzetrepedéseken keresztül is kijuthat, a rosszul szellőző bányákban, bányákban koncentrációja nagy értékeket is elérhet. A radon számos építőanyagban megtalálható. A légkörbe jut a vulkáni tevékenység, a foszfáttermelés, valamint a geotermikus erőművek működése során is.

Gyógyászati ​​célokra radonfürdő formájában ízületi, csontozati, perifériás idegrendszeri betegségek, krónikus nőgyógyászati ​​megbetegedések stb. kezelésére használják. Inhaláció, öntözés és víz lenyelése formájában is alkalmazzák. radon tartalmú. Főleg a légzőrendszeren keresztül jut be a szervezetbe. A felezési idő a szervezetből 24 órán belül van. A radon az éves egyenértékdózis ¾-ét földi sugárforrásból, a dózis körülbelül felét pedig minden természetes sugárforrásból biztosítja.

Kálium. A kálium-40 ezüstfehér fém, szabad formában nem található meg, mivel kémiailag nagyon aktív. Fél élet
1,32 x 109 év. Bomláskor béta részecskét bocsát ki. Ez egy tipikus biológiai elem. Egy személy káliumszükséglete naponta 2-3 mg testtömeg-kilogrammonként. Sok kálium található a burgonyában, a répában és a paradicsomban. A szervezet a beérkező kálium 100%-át felveszi, és egyenletesen elosztja az összes szervben, viszonylag több a májban és a lépben. A felezési idő körülbelül 60 nap.

Jód. A jód-131 az urán és a plutónium hasadási reakcióiban, valamint a tellúr neutronokkal történő besugárzása során keletkezik. Felezési idő 8,05 nap. A légzőrendszeren, a gyomor-bélrendszeren (a bejövő jód 100%-a felszívódik) és a bőrön keresztül jut be a szervezetbe. Főleg a pajzsmirigyben halmozódik fel, koncentrációja a mirigyben 200-szor magasabb, mint más szövetekben. A jód lebomlása során egy béta-részecske és 2 gamma-kvantum szabadul fel. A felezési idő a pajzsmirigyből 138 nap, a többi szervből 10-15 nap. A terhes nő testéből a jód a placentán keresztül jut el a magzathoz.

Cézium. A cézium-137 döntően hozzájárul a teljes egyenértékű sugárdózishoz. A cézium ezüstfehér fém. A béta- és gamma-sugárzás forrása. A cézium-137 felezési ideje -
30 év. A csernobili baleset előtt a cézium környezetbe kerülésének fő forrása az atomrobbanások voltak. A lerakódott cézium nagy része könnyen felszívódó formában van. A növényekben főleg a szalmában és a tetejében halmozódik fel. A bevitt cézium 100%-a felszívódik a belekben. Főleg az izomszövetben halmozódik fel. Az izmok felezési ideje 140 nap.

Stroncium. Stroncium-90 - felezési idő - 28,6 év (stroncium-89 esetében - 50,5 nap). A stroncium-90 egy béta-sugárzó. A stronciumot a növények, állatok és emberek könnyen felszívják. A stroncium koncentrátora a kukorica, a stroncium tartalma 5-20-szor nagyobb, mint a talajban. Az emberi szervezetben, étrendtől függően, a bejövő stroncium 5-100%-a szívódik fel a gyomor-bél traktusban (átlagosan 30%). Főleg a csontvázban halmozódik fel. A maximális koncentráció 1 év alatti gyermekeknél figyelhető meg. A stroncium felezési ideje a lágy szövetekből legfeljebb 10 nap, a csontokból - akár 8-10 év.

Plutónium. A Plutónium-239 egy alfa-sugárzó. Felezési ideje 24 360 év. Ez egy ezüstös-fehér fém. A plutónium forrása a nukleáris robbanások, valamint az atomerőművi reaktorok, különösen a vészhelyzeti kibocsátások. A talajban a víztestek felszíni rétegeiben és fenéküledékeiben található. A tüdőn és a gyomor-bélrendszeren keresztül jut be a szervezetbe, és a gyomor-bél traktusból szívódik fel - lényegesen kevesebb, mint 1%. Felhalmozódik a tüdőben, a májban, a csontszövetben. A csontvázból történő elimináció felezési ideje 100 év, a májból - 40 év.

Americium. Az americium-241 a plutónium-241 bomlásterméke (a 241Pu felezési ideje 14,4 év). Az americium-241 felezési ideje 432,2 év, és a bomlás során alfa-részecskét szabadít fel. Az americium sokkal jobban oldódik vízben, mint a plutónium, ezért nagyobb a migrációs képessége. Akár 99%-ban felhalmozódik a talaj felszíni rétegeiben, az americium 10%-a oldott formában van, és a növények könnyen felveszik. Emberben a csontvázban, a májban, a vesében koncentrálódik. A felezési idő a csontvázból legfeljebb 30 év, a májból - legfeljebb 5 év.