Waktu paruh uranium 235 adalah berapa tahun. Senjata atom

(β −)
235 Np()
239Pu()

Berbeda dengan isotop uranium 238 U yang paling umum, reaksi berantai nuklir mandiri dimungkinkan pada 235 U. Oleh karena itu, isotop ini digunakan sebagai bahan bakar reaktor nuklir, serta senjata nuklir.

Pembentukan dan pembusukan

Uranium-235 terbentuk sebagai hasil peluruhan berikut:

Pembusukan uranium-235 terjadi pada arah berikut:

Pembagian paksa

Sekitar 300 isotop berbagai unsur ditemukan dalam produk fisi uranium-235: dari =30 (seng) hingga Z=64 (gadolinium). Kurva hasil relatif isotop yang terbentuk selama iradiasi uranium-235 dengan neutron lambat pada nomor massa adalah simetris dan bentuknya menyerupai huruf “M”. Dua maksimum yang diucapkan dari kurva ini sesuai dengan nomor massa 95 dan 134, dan minimum terjadi pada kisaran nomor massa dari 110 hingga 125. Jadi, fisi uranium menjadi pecahan-pecahan bermassa sama (dengan nomor massa 115-119) terjadi dengan kemungkinan yang lebih kecil dibandingkan fisi asimetris.Kecenderungan ini diamati pada semua isotop fisil dan tidak terkait dengan sifat individu inti atau partikel apa pun, tetapi melekat dalam mekanisme fisi nuklir itu sendiri. Namun, asimetri berkurang dengan meningkatnya energi eksitasi inti fisi dan ketika energi neutron lebih dari 100 MeV, distribusi massa fragmen fisi memiliki satu maksimum, sesuai dengan fisi simetris inti. Fragmen yang terbentuk selama fisi inti uranium, pada gilirannya, bersifat radioaktif, dan mengalami rantai peluruhan β −, di mana energi tambahan dilepaskan secara bertahap dalam waktu yang lama. Energi rata-rata yang dilepaskan selama peluruhan satu inti uranium-235, dengan memperhitungkan peluruhan fragmennya, adalah sekitar 202,5 ​​MeV = 3,244·10 −11 J, atau 19,54 TJ/mol = 83,14 TJ/kg.

Fisi nuklir hanyalah salah satu dari banyak proses yang mungkin terjadi selama interaksi neutron dengan inti; ini adalah salah satu yang mendasari pengoperasian reaktor nuklir mana pun.

Reaksi berantai nuklir

Selama peluruhan satu inti 235 U, biasanya 1 hingga 8 (rata-rata 2,416) neutron bebas dilepaskan. Setiap neutron yang dihasilkan selama peluruhan inti 235 U, jika berinteraksi dengan inti 235 U lainnya, dapat menimbulkan peristiwa peluruhan baru, fenomena ini disebut reaksi berantai fisi nuklir.

Secara hipotetis, jumlah neutron generasi kedua (setelah peluruhan nuklir tahap kedua) bisa melebihi 3² = 9. Dengan setiap tahap reaksi fisi berikutnya, jumlah neutron yang dihasilkan bisa meningkat seperti longsoran salju. Dalam kondisi nyata, neutron bebas tidak boleh menghasilkan peristiwa fisi baru, meninggalkan sampel sebelum menangkap 235 U, atau ditangkap oleh isotop 235 U itu sendiri, mengubahnya menjadi 236 U, atau oleh bahan lain (misalnya, 238 U, atau pecahan hasil fisi nuklir, seperti 149 Sm atau 135 Xe).

Dalam kondisi nyata, mencapai keadaan kritis uranium tidaklah mudah, karena sejumlah faktor mempengaruhi jalannya reaksi. Misalnya, uranium alam hanya terdiri dari 0,72% 235 U, 99,2745% adalah 238 U, yang menyerap neutron yang dihasilkan selama fisi inti 235 U. Hal ini mengarah pada fakta bahwa pada uranium alam, reaksi berantai fisi saat ini sangat cepat memudar. Reaksi berantai fisi berkelanjutan dapat dilakukan dengan beberapa cara utama:

• Meningkatkan volume sampel (untuk uranium yang diisolasi dari bijih, massa kritis dapat dicapai dengan meningkatkan volume);
• Melakukan pemisahan isotop dengan meningkatkan konsentrasi 235 U dalam sampel;
• Mengurangi hilangnya neutron bebas melalui permukaan sampel dengan menggunakan berbagai jenis reflektor;
• Gunakan zat moderator neutron untuk meningkatkan konsentrasi neutron termal.

Isomer

• Massa berlebih: 40.920,6(1,8) keV
• Energi eksitasi: 76,5(4) eV
• Waktu paruh: 26 menit
• Putaran dan paritas nuklir: 1/2 +

Penguraian keadaan isomer terjadi melalui transisi isomer ke keadaan dasar.

Aplikasi

• Uranium-235 digunakan sebagai bahan bakar reaktor nuklir di mana dikelola reaksi berantai fisi nuklir;
• Uranium yang sangat diperkaya digunakan untuk membuat senjata nuklir. Dalam hal ini, untuk melepaskan energi dalam jumlah besar (ledakan), tidak terkendali reaksi berantai nuklir.

Lihat juga

Tulis ulasan tentang artikel "Uranium-235"

Catatan

1. G.Audi, A.H. Wapstra, dan C. Thibault (2003). "". Fisika Nuklir A 729 : 337-676. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. Kode Bib:.
2. G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot dan AH Wapstra (2003). "". Fisika Nuklir A 729 : 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. Kode Bib:.
3. Hoffman K.- edisi ke-2. dihapus - L.: Kimia, 1987. - Hal. 130. - 232 hal. - 50.000 eksemplar.
5. Fialkov Yu.Ya. Penerapan isotop dalam kimia dan industri kimia. - Kyiv: Tekhnika, 1975. - Hal. 87. - 240 hal. - 2.000 eksemplar.
6. . Kaye & Laby Online. .
7. Bartolomey G.G., Baibakov V.D., Alkhutov M.S., Bat G.A. Dasar-dasar teori dan metode perhitungan reaktor tenaga nuklir. - M.: Energoatomizdat, 1982. - Hal.512.

Kutipan yang mencirikan Uranium-235

Pada 12 dan 13, Kutuzov langsung disalahkan atas kesalahannya. Kaisar tidak puas dengannya. Dan dalam sejarah, yang ditulis baru-baru ini atas perintah tertinggi, dikatakan bahwa Kutuzov adalah pembohong pengadilan yang licik yang takut akan nama Napoleon dan dengan kesalahannya di Krasnoye dan dekat Berezina merampas kejayaan pasukan Rusia - kemenangan penuh atas Perancis. [Sejarah Bogdanovich pada tahun 1812: karakteristik Kutuzov dan alasan tentang hasil pertempuran Krasnensky yang tidak memuaskan. (Catatan oleh L.N. Tolstoy.)]
Ini bukanlah nasib orang-orang hebat, bukan grand homme, yang tidak dikenali oleh pikiran orang Rusia, tetapi nasib orang-orang langka dan selalu kesepian yang, memahami kehendak Tuhan, menundukkan keinginan pribadi mereka padanya. Kebencian dan penghinaan dari orang banyak menghukum orang-orang ini karena pemahaman mereka terhadap hukum yang lebih tinggi.
Bagi sejarawan Rusia - aneh dan menakutkan untuk dikatakan - Napoleon adalah instrumen sejarah yang paling tidak penting - tidak pernah dan di mana pun, bahkan di pengasingan, yang tidak menunjukkan martabat manusia - Napoleon adalah objek kekaguman dan kegembiraan; dia hebat. Kutuzov, orang yang, dari awal hingga akhir aktivitasnya pada tahun 1812, dari Borodin hingga Vilna, tanpa pernah mengubah satu tindakan atau kata pun, menunjukkan contoh luar biasa dalam sejarah pengorbanan diri dan kesadaran di masa kini akan signifikansi masa depan. dari peristiwa tersebut, – Kutuzov bagi mereka tampak seperti sesuatu yang samar dan menyedihkan, dan ketika berbicara tentang Kutuzov dan tahun ke-12, mereka selalu tampak sedikit malu.
Sementara itu, sulit membayangkan seorang tokoh sejarah yang aktivitasnya selalu dan terus-menerus diarahkan pada tujuan yang sama. Sulit membayangkan tujuan yang lebih berharga dan lebih sesuai dengan keinginan seluruh rakyat. Bahkan lebih sulit lagi untuk menemukan contoh lain dalam sejarah di mana tujuan yang ditetapkan oleh seorang tokoh sejarah untuk dirinya sendiri akan tercapai sepenuhnya seperti tujuan yang menjadi tujuan semua aktivitas Kutuzov pada tahun 1812.
Kutuzov tidak pernah berbicara tentang empat puluh abad yang terlihat dari piramida, tentang pengorbanan yang dia lakukan untuk tanah air, tentang apa yang ingin dia lakukan atau telah lakukan: dia tidak mengatakan apa pun tentang dirinya sama sekali, tidak memainkan peran apa pun. , sepertinya selalu menjadi orang yang paling sederhana dan paling biasa serta mengatakan hal-hal yang paling sederhana dan paling biasa. Dia menulis surat kepada putri-putrinya dan saya Stael, membaca novel, menyukai kebersamaan dengan wanita cantik, bercanda dengan para jenderal, perwira dan tentara dan tidak pernah menentang orang-orang yang ingin membuktikan sesuatu kepadanya. Ketika Pangeran Rastopchin di Jembatan Yauzsky berkendara ke Kutuzov dengan celaan pribadi tentang siapa yang harus disalahkan atas kematian Moskow, dan berkata: "Bagaimana Anda berjanji untuk tidak meninggalkan Moskow tanpa berperang?" - Kutuzov menjawab: "Saya tidak akan meninggalkan Moskow tanpa pertempuran," meskipun faktanya Moskow telah ditinggalkan. Ketika Arakcheev, yang datang kepadanya dari penguasa, mengatakan bahwa Yermolov harus diangkat menjadi kepala artileri, Kutuzov menjawab: "Ya, saya sendiri yang mengatakannya," meskipun semenit kemudian dia mengatakan sesuatu yang sama sekali berbeda. Apa pedulinya dia, satu-satunya yang kemudian memahami arti besar dari peristiwa tersebut, di antara kerumunan bodoh yang mengelilinginya, apa pedulinya apakah Pangeran Rostopchin mengaitkan bencana ibu kota itu dengan dirinya sendiri atau dia? Dia bahkan mungkin kurang tertarik pada siapa yang akan ditunjuk sebagai kepala artileri.
Tidak hanya dalam kasus-kasus ini, tetapi terus-menerus, lelaki tua ini, yang melalui pengalaman hidup telah mencapai keyakinan bahwa pikiran dan kata-kata yang menjadi ekspresi mereka bukanlah kekuatan motif manusia, mengucapkan kata-kata yang sama sekali tidak berarti - kata-kata pertama yang muncul. pikirannya.
Tetapi orang yang sama, yang begitu mengabaikan kata-katanya, tidak pernah sekalipun dalam seluruh aktivitasnya mengucapkan satu kata pun yang tidak sesuai dengan satu tujuan yang ia perjuangkan selama perang berlangsung. Jelas, tanpa sadar, dengan keyakinan besar bahwa mereka tidak akan memahaminya, dia berulang kali mengungkapkan pemikirannya dalam berbagai keadaan. Dimulai dari Pertempuran Borodino, yang menjadi awal perselisihannya dengan orang-orang di sekitarnya, dia sendiri yang mengatakan bahwa Pertempuran Borodino adalah sebuah kemenangan, dan mengulanginya secara lisan, dan dalam laporan, dan laporan sampai kematiannya. Dia sendiri yang mengatakan bahwa hilangnya Moskow bukanlah hilangnya Rusia. Menanggapi usulan perdamaian Lauriston, dia menjawab bahwa tidak mungkin ada perdamaian, karena itulah keinginan rakyat; dia sendiri, selama mundurnya Prancis, mengatakan bahwa semua manuver kita tidak diperlukan, bahwa segala sesuatunya akan menjadi lebih baik dengan sendirinya daripada yang kita inginkan, bahwa musuh harus diberikan jembatan emas, bahwa baik Tarutino, Vyazemsky, maupun Pertempuran Krasnenskoe diperlukan, dan suatu hari nanti Anda harus datang ke perbatasan, sehingga dia tidak akan menyerahkan satu orang Rusia untuk sepuluh orang Prancis.
Dan dia sendiri, petugas istana ini, seperti yang digambarkan kepada kita, orang yang berbohong kepada Arakcheev untuk menyenangkan penguasa - dia sendiri, petugas istana ini, di Vilna, sehingga membuat penguasa tidak disukai, mengatakan bahwa perang lebih lanjut luar negeri berbahaya dan tidak berguna.
Namun kata-kata saja tidak akan membuktikan bahwa dia kemudian memahami pentingnya peristiwa tersebut. Tindakannya - semuanya tanpa kemunduran sedikit pun, semuanya diarahkan pada tujuan yang sama, dinyatakan dalam tiga tindakan: 1) mengerahkan seluruh kekuatannya untuk bentrok dengan Prancis, 2) mengalahkan mereka dan 3) mengusir mereka dari Rusia, menjadikannya semudah mungkin. kemungkinan bencana terhadap rakyat dan pasukan.
Dia, Kutuzov yang lamban, yang motonya adalah kesabaran dan waktu, adalah musuh dari tindakan tegas, dia memberikan Pertempuran Borodino, mempersiapkan persiapannya dengan kekhidmatan yang belum pernah terjadi sebelumnya. Dia, bahwa Kutuzov, yang dalam Pertempuran Austerlitz, sebelum dimulainya, mengatakan bahwa pertempuran itu akan hilang, di Borodino, meskipun ada jaminan dari para jenderal bahwa pertempuran itu kalah, meskipun ada contoh yang belum pernah terjadi sebelumnya dalam sejarah bahwa setelah pertempuran dimenangkan, tentara harus mundur, dia sendiri, bertentangan dengan semua orang, yang mempertahankan sampai kematiannya bahwa Pertempuran Borodino adalah sebuah kemenangan. Dia sendiri, selama retret, bersikeras untuk tidak melakukan pertempuran yang sekarang tidak ada gunanya, tidak memulai perang baru dan tidak melintasi perbatasan Rusia.
Sekarang mudah untuk memahami makna suatu peristiwa, kecuali kita menerapkan aktivitas sekumpulan tujuan yang ada di benak belasan orang, karena seluruh peristiwa beserta konsekuensinya ada di hadapan kita.
Tetapi bagaimana orang tua ini, sendirian, bertentangan dengan pendapat semua orang, dapat menebak, dan kemudian dengan tepat menebak arti dari makna populer dari peristiwa tersebut, sehingga dia tidak pernah mengkhianatinya dalam semua aktivitasnya?
Sumber daya wawasan yang luar biasa terhadap makna fenomena yang terjadi terletak pada rasa kebangsaan yang dibawanya dalam diri dengan segala kemurnian dan kekuatannya.
Hanya pengakuan akan perasaan ini dalam dirinya yang membuat rakyat, dengan cara yang aneh, dari aib seorang lelaki tua, memilih dia bertentangan dengan keinginan tsar sebagai wakil perang rakyat. Dan hanya perasaan ini yang membawanya ke ketinggian kemanusiaan tertinggi di mana dia, sebagai panglima tertinggi, mengarahkan seluruh kekuatannya bukan untuk membunuh dan memusnahkan orang, tetapi untuk menyelamatkan dan mengasihani mereka.

Dari mana asal uranium? Kemungkinan besar, itu muncul saat ledakan supernova. Faktanya adalah bahwa untuk nukleosintesis unsur-unsur yang lebih berat dari besi, harus ada aliran neutron yang kuat, yang justru terjadi selama ledakan supernova. Tampaknya, selama kondensasi dari awan sistem bintang baru yang dibentuk olehnya, uranium, yang terkumpul di awan protoplanet dan menjadi sangat berat, akan tenggelam jauh ke dalam planet. Tapi itu tidak benar. Uranium adalah unsur radioaktif dan ketika membusuk ia melepaskan panas. Perhitungan menunjukkan bahwa jika uranium didistribusikan secara merata ke seluruh ketebalan planet, setidaknya dengan konsentrasi yang sama seperti di permukaan, maka uranium akan mengeluarkan terlalu banyak panas. Selain itu, alirannya akan melemah seiring dengan konsumsi uranium. Karena hal seperti ini belum pernah diamati, para ahli geologi percaya bahwa setidaknya sepertiga uranium, dan mungkin seluruhnya, terkonsentrasi di kerak bumi, yang kandungannya 2,5∙10 –4%. Mengapa hal ini terjadi tidak dibahas.

Di mana uranium ditambang? Jumlah uranium di Bumi tidak sedikit - uranium berada di peringkat ke-38 dalam hal kelimpahan. Dan sebagian besar elemen ini ditemukan di batuan sedimen - serpih karbon dan fosfor: masing-masing hingga 8∙10 –3 dan 2,5∙10 –2%. Secara total, kerak bumi mengandung 10 14 ton uranium, namun masalah utamanya adalah uranium sangat tersebar dan tidak membentuk endapan yang kuat. Sekitar 15 mineral uranium memiliki kepentingan industri. Ini adalah tar uranium - dasarnya adalah uranium oksida tetravalen, uranium mika - berbagai silikat, fosfat, dan senyawa yang lebih kompleks dengan vanadium atau titanium berdasarkan uranium heksavalen.

Apa itu sinar Becquerel? Setelah penemuan sinar-X oleh Wolfgang Roentgen, fisikawan Perancis Antoine-Henri Becquerel menjadi tertarik pada pancaran garam uranium, yang terjadi di bawah pengaruh sinar matahari. Dia ingin memahami apakah ada sinar-X di sini juga. Memang benar, mereka hadir - garam menyinari pelat fotografi melalui kertas hitam. Namun, dalam salah satu percobaan, garam tidak disinari, namun pelat fotografi tetap digelapkan. Ketika benda logam ditempatkan di antara garam dan pelat fotografi, penggelapan di bawahnya berkurang. Oleh karena itu, sinar baru tidak muncul akibat eksitasi uranium oleh cahaya dan tidak melewati sebagian logam. Mereka awalnya disebut “sinar Becquerel.” Belakangan diketahui bahwa ini sebagian besar adalah sinar alfa dengan sedikit tambahan sinar beta: faktanya adalah isotop utama uranium memancarkan partikel alfa selama peluruhan, dan produk turunannya juga mengalami peluruhan beta.

Seberapa radioaktif uranium? Uranium tidak memiliki isotop stabil; semuanya radioaktif. Yang paling lama berumur adalah uranium-238 dengan waktu paruh 4,4 miliar tahun. Berikutnya adalah uranium-235 - 0,7 miliar tahun. Keduanya mengalami peluruhan alfa dan menjadi isotop torium yang sesuai. Uranium-238 membentuk lebih dari 99% dari seluruh uranium alami. Karena waktu paruhnya yang besar, radioaktivitas unsur ini rendah, dan selain itu, partikel alfa tidak mampu menembus stratum korneum pada permukaan tubuh manusia. Mereka mengatakan bahwa setelah bekerja dengan uranium, I.V. Kurchatov hanya menyeka tangannya dengan saputangan dan tidak menderita penyakit apa pun yang berhubungan dengan radioaktivitas.

Para peneliti telah berulang kali beralih ke statistik penyakit para pekerja di tambang uranium dan pabrik pengolahan. Sebagai contoh, berikut adalah artikel terbaru yang ditulis oleh para spesialis Kanada dan Amerika yang menganalisis data kesehatan lebih dari 17 ribu pekerja di tambang Eldorado di provinsi Saskatchewan, Kanada, selama tahun 1950–1999 ( Penelitian Lingkungan, 2014, 130, 43–50, DOI:10.1016/j.envres.2014.01.002). Mereka berangkat dari fakta bahwa radiasi memiliki efek paling kuat pada sel darah yang berkembang biak dengan cepat, yang menyebabkan jenis kanker yang sesuai. Statistik menunjukkan bahwa pekerja tambang mempunyai insiden lebih rendah terkena berbagai jenis kanker darah dibandingkan rata-rata penduduk Kanada. Dalam hal ini, sumber utama radiasi bukanlah uranium itu sendiri, melainkan gas radon yang dihasilkannya dan produk peluruhannya, yang dapat masuk ke dalam tubuh melalui paru-paru.

Mengapa uranium berbahaya?? Seperti logam berat lainnya, sangat beracun dan dapat menyebabkan gagal ginjal dan hati. Di sisi lain, uranium, sebagai unsur yang tersebar, pasti ada di air, tanah dan, jika terkonsentrasi dalam rantai makanan, masuk ke dalam tubuh manusia. Masuk akal untuk berasumsi bahwa dalam proses evolusi, makhluk hidup telah belajar menetralkan uranium dalam konsentrasi alami. Uranium adalah yang paling berbahaya di dalam air, sehingga WHO menetapkan batasan: awalnya 15 µg/l, namun pada tahun 2011 standar tersebut ditingkatkan menjadi 30 µg/g. Biasanya, kandungan uranium di dalam air jauh lebih sedikit: di AS rata-rata 6,7 ​​µg/l, di Tiongkok dan Prancis - 2,2 µg/l. Namun ada juga penyimpangan yang kuat. Jadi di beberapa wilayah California jumlahnya seratus kali lebih banyak dari standar - 2,5 mg/l, dan di Finlandia Selatan mencapai 7,8 mg/l. Para peneliti mencoba memahami apakah standar WHO terlalu ketat dengan mempelajari pengaruh uranium pada hewan. Ini adalah pekerjaan khas ( Penelitian BioMed Internasional, 2014, nomor telepon 181989; DOI:10.1155/2014/181989). Ilmuwan Perancis memberi makan tikus air selama sembilan bulan dengan bahan tambahan uranium, dan dalam konsentrasi yang relatif tinggi - dari 0,2 hingga 120 mg/l. Nilai yang lebih rendah adalah air di dekat tambang, sedangkan nilai tertinggi tidak ditemukan di mana pun - konsentrasi maksimum uranium, yang diukur di Finlandia, adalah 20 mg/l. Yang mengejutkan para penulis - artikel tersebut berjudul: "Tidak adanya efek nyata uranium pada sistem fisiologis ..." - uranium praktis tidak berpengaruh pada kesehatan tikus. Hewan-hewan tersebut makan dengan baik, menambah berat badan dengan baik, tidak mengeluh sakit dan tidak mati karena kanker. Uranium, sebagaimana mestinya, disimpan terutama di ginjal dan tulang dan dalam jumlah seratus kali lebih kecil di hati, dan akumulasinya diperkirakan bergantung pada kandungan di dalam air. Namun, hal ini tidak menyebabkan gagal ginjal atau bahkan munculnya penanda molekuler peradangan. Para penulis menyarankan agar peninjauan kembali pedoman ketat WHO harus dimulai. Namun, ada satu peringatan: efeknya pada otak. Jumlah uranium di otak tikus lebih sedikit dibandingkan di hati, namun kandungannya tidak bergantung pada jumlah di dalam air. Namun uranium mempengaruhi fungsi sistem antioksidan otak: aktivitas katalase meningkat sebesar 20%, glutathione peroksidase sebesar 68–90%, dan aktivitas superoksida dismutase menurun sebesar 50%, berapapun dosisnya. Artinya uranium jelas menyebabkan stres oksidatif di otak dan tubuh meresponsnya. Efek ini - efek kuat uranium pada otak tanpa adanya akumulasi di dalamnya, serta di alat kelamin - telah diketahui sebelumnya. Selain itu, air dengan uranium dalam konsentrasi 75–150 mg/l, yang diberikan peneliti dari Universitas Nebraska kepada tikus selama enam bulan ( Neurotoksikologi dan Teratologi, 2005, 27, 1, 135–144; DOI:10.1016/j.ntt.2004.09.001), mempengaruhi perilaku hewan, terutama jantan, yang dilepasliarkan ke lapangan: mereka melintasi garis, berdiri dengan kaki belakang dan merapikan bulunya dengan cara yang berbeda dari hewan kontrol. Ada bukti bahwa uranium juga menyebabkan gangguan memori pada hewan. Perubahan perilaku berkorelasi dengan tingkat oksidasi lipid di otak. Ternyata air uranium membuat tikus-tikus itu sehat, tapi agak bodoh. Data ini akan berguna bagi kita dalam menganalisis apa yang disebut Sindrom Perang Teluk.

Apakah uranium mencemari lokasi pengembangan gas serpih? Itu tergantung pada berapa banyak uranium yang ada di batuan yang mengandung gas dan bagaimana kaitannya dengan batuan tersebut. Misalnya, Associate Professor Tracy Bank dari Universitas Buffalo mempelajari Marcellus Shale, yang membentang dari bagian barat New York melalui Pennsylvania dan Ohio hingga West Virginia. Ternyata uranium secara kimiawi berkaitan erat dengan sumber hidrokarbon (ingat bahwa serpih karbon terkait memiliki kandungan uranium tertinggi). Eksperimen telah menunjukkan bahwa larutan yang digunakan selama rekahan melarutkan uranium dengan sempurna. “Jika uranium yang ada di perairan tersebut sampai ke permukaan dapat menyebabkan pencemaran terhadap wilayah sekitarnya. Ini tidak menimbulkan risiko radiasi, namun uranium adalah unsur beracun,” catat Tracy Bank dalam siaran pers universitas tertanggal 25 Oktober 2010. Belum ada artikel rinci yang disiapkan mengenai risiko kontaminasi lingkungan dengan uranium atau thorium selama produksi shale gas.

Mengapa uranium dibutuhkan? Sebelumnya digunakan sebagai pigmen pada pembuatan keramik dan kaca berwarna. Sekarang uranium menjadi dasar energi nuklir dan senjata atom. Dalam hal ini, properti uniknya digunakan - kemampuan inti untuk membelah.

Apa itu fisi nuklir? Peluruhan inti menjadi dua bagian besar yang tidak sama. Karena sifat inilah selama nukleosintesis akibat iradiasi neutron, inti yang lebih berat dari uranium terbentuk dengan susah payah. Inti dari fenomena tersebut adalah sebagai berikut. Jika perbandingan jumlah neutron dan proton dalam inti tidak optimal maka inti menjadi tidak stabil. Biasanya, inti seperti itu memancarkan partikel alfa - dua proton dan dua neutron, atau partikel beta - sebuah positron, yang disertai dengan transformasi salah satu neutron menjadi proton. Dalam kasus pertama, elemen tabel periodik diperoleh, diberi jarak dua sel ke belakang, dalam kasus kedua - satu sel ke depan. Namun, selain memancarkan partikel alfa dan beta, inti uranium juga mampu melakukan fisi - meluruh menjadi inti dua unsur di tengah tabel periodik, misalnya barium dan kripton, yang terjadi setelah menerima neutron baru. Fenomena ini ditemukan tak lama setelah penemuan radioaktivitas, ketika fisikawan memaparkan radiasi yang baru ditemukan itu semaksimal mungkin. Beginilah cara Otto Frisch, salah satu peserta acara tersebut, menulis tentang hal ini (“Advances in Physical Sciences,” 1968, 96, 4). Setelah penemuan sinar berilium - neutron - Enrico Fermi menyinari uranium dengan sinar tersebut, khususnya, untuk menyebabkan peluruhan beta - ia berharap dapat menggunakannya untuk memperoleh unsur ke-93 berikutnya, yang sekarang disebut neptunium. Dialah yang menemukan jenis radioaktivitas baru dalam uranium yang diiradiasi, yang dia kaitkan dengan kemunculan unsur transuranium. Pada saat yang sama, memperlambat neutron, yang sumber beriliumnya ditutupi lapisan parafin, meningkatkan radioaktivitas terinduksi ini. Ahli radiokimia Amerika Aristide von Grosse menyatakan bahwa salah satu unsur ini adalah protaktinium, tetapi dia salah. Namun Otto Hahn, yang saat itu bekerja di Universitas Wina dan menganggap protaktinium yang ditemukan pada tahun 1917 sebagai gagasannya, memutuskan bahwa ia wajib mencari tahu unsur apa saja yang diperoleh. Bersama Lise Meitner, pada awal tahun 1938, Hahn mengemukakan, berdasarkan hasil eksperimen, bahwa seluruh rantai unsur radioaktif terbentuk karena peluruhan beta berulang dari inti penyerap neutron uranium-238 dan unsur turunannya. Segera Lise Meitner terpaksa melarikan diri ke Swedia, takut akan kemungkinan pembalasan dari Nazi setelah Anschluss di Austria. Hahn, setelah melanjutkan eksperimennya dengan Fritz Strassmann, menemukan bahwa di antara produknya juga terdapat barium, unsur nomor 56, yang sama sekali tidak dapat diperoleh dari uranium: semua rantai peluruhan alfa uranium berakhir dengan timbal yang jauh lebih berat. Para peneliti sangat terkejut dengan hasil tersebut sehingga mereka tidak mempublikasikannya; mereka hanya menulis surat kepada teman-temannya, khususnya kepada Lise Meitner di Gothenburg. Di sana, pada Natal 1938, keponakannya, Otto Frisch, mengunjunginya, dan, berjalan di sekitar kota musim dingin - dia bermain ski, bibinya berjalan kaki - mereka mendiskusikan kemungkinan munculnya barium selama iradiasi uranium sebagai hasil fisi nuklir (untuk informasi lebih lanjut tentang Lise Meitner, lihat “Kimia dan Kehidupan ", 2013, No. 4). Kembali ke Kopenhagen, Frisch benar-benar menangkap Niels Bohr di gang kapal yang berangkat ke Amerika Serikat dan memberitahunya tentang gagasan fisi. Bohr, sambil menampar keningnya sendiri, berkata: “Oh, betapa bodohnya kami! Kita seharusnya menyadari hal ini lebih awal." Pada bulan Januari 1939, Frisch dan Meitner menerbitkan artikel tentang fisi inti uranium di bawah pengaruh neutron. Pada saat itu, Otto Frisch telah melakukan eksperimen kontrol, serta banyak kelompok Amerika yang menerima pesan dari Bohr. Mereka mengatakan bahwa fisikawan mulai menyebar ke laboratorium mereka tepat pada saat laporannya pada tanggal 26 Januari 1939 di Washington pada konferensi tahunan fisika teoretis, ketika mereka memahami inti dari gagasan tersebut. Setelah penemuan fisi, Hahn dan Strassmann merevisi eksperimen mereka dan menemukan, seperti rekan mereka, bahwa radioaktivitas uranium yang diiradiasi tidak terkait dengan transuranium, tetapi dengan peluruhan unsur radioaktif yang terbentuk selama fisi dari tengah tabel periodik.

Bagaimana reaksi berantai terjadi pada uranium? Segera setelah kemungkinan fisi inti uranium dan thorium dibuktikan secara eksperimental (dan tidak ada unsur fisil lain di Bumi dalam jumlah yang signifikan), Niels Bohr dan John Wheeler, yang bekerja di Princeton, serta, secara independen dari mereka, the Fisikawan teoretis Soviet Ya.I.Frenkel dan Siegfried Flügge dan Gottfried von Droste dari Jerman menciptakan teori fisi nuklir. Dua mekanisme mengikuti darinya. Salah satunya terkait dengan ambang batas serapan neutron cepat. Menurutnya, untuk memulai fisi, sebuah neutron harus memiliki energi yang cukup tinggi, lebih dari 1 MeV untuk inti isotop utama - uranium-238 dan thorium-232. Pada energi yang lebih rendah, serapan neutron oleh uranium-238 bersifat resonansi. Jadi, neutron dengan energi 25 eV memiliki luas penampang tangkapan ribuan kali lebih besar dibandingkan energi lainnya. Dalam hal ini, tidak akan terjadi fisi: uranium-238 akan menjadi uranium-239, yang dengan waktu paruh 23,54 menit akan berubah menjadi neptunium-239, yang dengan waktu paruh 2,33 hari akan berubah menjadi berumur panjang. plutonium-239. Thorium-232 akan menjadi uranium-233.

Mekanisme kedua adalah penyerapan neutron tanpa ambang batas, diikuti oleh isotop fisil ketiga yang kurang lebih umum - uranium-235 (serta plutonium-239 dan uranium-233, yang tidak ditemukan di alam): oleh menyerap neutron apa pun, bahkan yang lambat, yang disebut termal, dengan energi untuk molekul yang berpartisipasi dalam gerakan termal - 0,025 eV, inti tersebut akan terbelah. Dan ini sangat bagus: neutron termal memiliki luas penampang tangkapan empat kali lebih tinggi daripada neutron megaelektronvolt cepat. Inilah pentingnya uranium-235 bagi seluruh sejarah energi nuklir selanjutnya: inilah yang menjamin penggandaan neutron dalam uranium alam. Setelah terkena neutron, inti uranium-235 menjadi tidak stabil dan cepat terbelah menjadi dua bagian yang tidak sama. Dalam perjalanannya, beberapa (rata-rata 2,75) neutron baru dipancarkan. Jika mereka mengenai inti uranium yang sama, mereka akan menyebabkan neutron berlipat ganda secara eksponensial - reaksi berantai akan terjadi, yang akan menyebabkan ledakan karena pelepasan panas dalam jumlah besar dengan cepat. Baik uranium-238 maupun thorium-232 tidak dapat bekerja seperti itu: lagipula, selama fisi, neutron dipancarkan dengan energi rata-rata 1–3 MeV, yaitu, jika ada ambang batas energi 1 MeV, maka ini merupakan bagian penting dari neutron tentu tidak akan mampu menimbulkan reaksi, dan tidak akan terjadi reproduksi. Artinya, isotop-isotop ini harus dilupakan dan neutron harus diperlambat menjadi energi panas agar berinteraksi seefisien mungkin dengan inti uranium-235. Pada saat yang sama, penyerapan resonansinya oleh uranium-238 tidak boleh dibiarkan: lagi pula, dalam uranium alami, isotop ini sedikit kurang dari 99,3% dan neutron lebih sering bertabrakan dengannya, dan bukan dengan target uranium-235. Dan dengan bertindak sebagai moderator, dimungkinkan untuk mempertahankan penggandaan neutron pada tingkat yang konstan dan mencegah ledakan - mengendalikan reaksi berantai.

Perhitungan yang dilakukan oleh Ya.B.Zeldovich dan Yu.B.Khariton pada tahun naas yang sama yaitu tahun 1939 menunjukkan bahwa untuk itu perlu menggunakan moderator neutron berupa air berat atau grafit dan memperkaya uranium alam dengan uranium- 235 setidaknya 1,83 kali. Kemudian gagasan ini bagi mereka tampak murni khayalan: “Perlu dicatat bahwa kira-kira dua kali lipat pengayaan uranium dalam jumlah yang cukup signifikan yang diperlukan untuk melakukan ledakan berantai,<...>adalah tugas yang sangat rumit dan hampir mustahil dilakukan.” Sekarang masalah ini telah terpecahkan, dan industri nuklir memproduksi secara massal uranium yang diperkaya dengan uranium-235 hingga 3,5% untuk pembangkit listrik.

Apa itu fisi nuklir spontan? Pada tahun 1940, G. N. Flerov dan K. A. Petrzhak menemukan bahwa fisi uranium dapat terjadi secara spontan, tanpa pengaruh eksternal, meskipun waktu paruhnya jauh lebih lama dibandingkan dengan peluruhan alfa biasa. Karena fisi tersebut juga menghasilkan neutron, jika tidak dibiarkan keluar dari zona reaksi, maka neutron akan berperan sebagai pemrakarsa reaksi berantai. Fenomena inilah yang digunakan dalam pembuatan reaktor nuklir.

Mengapa energi nuklir dibutuhkan? Zeldovich dan Khariton termasuk orang pertama yang menghitung dampak ekonomi dari energi nuklir (Uspekhi Fizicheskikh Nauk, 1940, 23, 4). “...Saat ini, masih mustahil untuk membuat kesimpulan akhir tentang kemungkinan atau ketidakmungkinan melakukan reaksi fisi nuklir dengan rantai percabangan tak terhingga pada uranium. Jika reaksi seperti itu dapat dilakukan, maka laju reaksi akan disesuaikan secara otomatis untuk memastikan kelancaran reaksi, meskipun terdapat banyak sekali energi yang dimiliki oleh pelaku eksperimen. Keadaan ini sangat menguntungkan bagi penggunaan energi reaksi. Oleh karena itu, marilah kita sajikan - meskipun ini adalah pembagian kulit beruang yang tidak dibunuh - beberapa angka yang mencirikan kemungkinan penggunaan energi uranium. Jika proses fisi berlangsung dengan neutron cepat, maka reaksinya menangkap isotop utama uranium (U238), maka<исходя из соотношения теплотворных способностей и цен на уголь и уран>biaya kalori dari isotop utama uranium ternyata sekitar 4000 kali lebih murah dibandingkan dengan batu bara (kecuali, tentu saja, proses “pembakaran” dan pembuangan panas ternyata jauh lebih mahal dalam kasus uranium daripada dalam kasus batubara). Dalam kasus neutron lambat, biaya kalori “uranium” (berdasarkan gambar di atas), dengan mempertimbangkan kelimpahan isotop U235 adalah 0,007, hanya 30 kali lebih murah daripada kalori “batubara”, semua hal lainnya dianggap sama.”

Reaksi berantai terkontrol pertama dilakukan pada tahun 1942 oleh Enrico Fermi di Universitas Chicago, dan reaktor dikontrol secara manual - mendorong batang grafit masuk dan keluar seiring perubahan fluks neutron. Pembangkit listrik pertama dibangun di Obninsk pada tahun 1954. Selain menghasilkan energi, reaktor pertama juga berfungsi untuk memproduksi plutonium tingkat senjata.

Bagaimana cara kerja pembangkit listrik tenaga nuklir? Saat ini, sebagian besar reaktor beroperasi dengan neutron lambat. Uranium yang diperkaya dalam bentuk logam, paduan seperti aluminium, atau oksida ditempatkan dalam silinder panjang yang disebut elemen bahan bakar. Mereka dipasang dengan cara tertentu di dalam reaktor, dan batang moderator dimasukkan di antara mereka, yang mengontrol reaksi berantai. Seiring waktu, racun reaktor terakumulasi dalam elemen bahan bakar - produk fisi uranium, yang juga mampu menyerap neutron. Ketika konsentrasi uranium-235 turun di bawah tingkat kritis, unsur tersebut tidak dapat digunakan lagi. Namun, ia mengandung banyak fragmen fisi dengan radioaktivitas yang kuat, yang menurun selama bertahun-tahun, menyebabkan unsur-unsur tersebut mengeluarkan sejumlah besar panas dalam waktu yang lama. Mereka disimpan di kolam pendingin, dan kemudian dikubur atau dicoba diproses - untuk mengekstraksi uranium-235 yang tidak terbakar, menghasilkan plutonium (digunakan untuk membuat bom atom) dan isotop lain yang dapat digunakan. Bagian yang tidak terpakai dikirim ke kuburan.

Dalam apa yang disebut reaktor cepat, atau reaktor pemulia, reflektor yang terbuat dari uranium-238 atau thorium-232 dipasang di sekitar elemen. Mereka melambat dan mengirim kembali neutron ke zona reaksi yang terlalu cepat. Neutron melambat hingga kecepatan resonansinya menyerap isotop-isotop ini, masing-masing berubah menjadi plutonium-239 atau uranium-233, yang dapat berfungsi sebagai bahan bakar untuk pembangkit listrik tenaga nuklir. Karena neutron cepat bereaksi buruk dengan uranium-235, konsentrasinya harus ditingkatkan secara signifikan, tetapi hal ini terbayar dengan fluks neutron yang lebih kuat. Terlepas dari kenyataan bahwa reaktor pembiak dianggap sebagai masa depan energi nuklir, karena reaktor ini menghasilkan lebih banyak bahan bakar nuklir daripada yang dikonsumsi, percobaan menunjukkan bahwa reaktor tersebut sulit untuk dikelola. Sekarang hanya ada satu reaktor yang tersisa di dunia - di unit daya keempat PLTN Beloyarsk.

Bagaimana energi nuklir dikritik? Jika kita tidak berbicara tentang kecelakaan, maka poin utama dalam argumen penentang energi nuklir saat ini adalah usulan untuk menambah perhitungan efisiensi biaya perlindungan lingkungan setelah penghentian stasiun dan ketika bekerja dengan bahan bakar. Dalam kedua kasus tersebut, terdapat tantangan dalam pembuangan limbah radioaktif yang dapat diandalkan, dan hal ini merupakan biaya yang ditanggung oleh negara. Ada pendapat bahwa jika kita mentransfernya ke biaya energi, maka daya tarik ekonominya akan hilang.

Ada juga pertentangan di kalangan pendukung energi nuklir. Perwakilannya menunjukkan keunikan uranium-235, yang tidak ada penggantinya, karena isotop alternatif yang dapat dipecah oleh neutron termal - plutonium-239 dan uranium-233 - karena waktu paruhnya ribuan tahun, tidak ditemukan di alam. Dan mereka diperoleh justru sebagai hasil fisi uranium-235. Jika habis, sumber neutron alami yang menakjubkan untuk reaksi berantai nuklir akan hilang. Akibat pemborosan tersebut, umat manusia akan kehilangan kesempatan di masa depan untuk melibatkan thorium-232, yang cadangannya beberapa kali lebih besar dari uranium, ke dalam siklus energi.

Secara teoritis, akselerator partikel dapat digunakan untuk menghasilkan fluks neutron cepat dengan energi megaelektronvolt. Namun, jika kita berbicara, misalnya, tentang penerbangan antarplanet dengan mesin nuklir, maka penerapan skema dengan akselerator besar akan sangat sulit. Menipisnya uranium-235 mengakhiri proyek-proyek tersebut.

Apa itu uranium tingkat senjata? Ini adalah uranium-235 yang sangat diperkaya. Massa kritisnya - sesuai dengan ukuran zat di mana reaksi berantai terjadi secara spontan - cukup kecil untuk menghasilkan amunisi. Uranium tersebut dapat digunakan untuk membuat bom atom, dan juga sebagai bahan bakar untuk bom termonuklir.

Bencana apa yang terkait dengan penggunaan uranium? Energi yang tersimpan dalam inti unsur fisil sangat besar. Jika lepas kendali karena kelalaian atau disengaja, energi ini dapat menimbulkan banyak masalah. Dua bencana nuklir terburuk terjadi pada tanggal 6 dan 8 Agustus 1945, ketika Angkatan Udara AS menjatuhkan bom atom di Hiroshima dan Nagasaki, menewaskan dan melukai ratusan ribu warga sipil. Bencana berskala lebih kecil berhubungan dengan kecelakaan di pembangkit listrik tenaga nuklir dan perusahaan siklus nuklir. Kecelakaan besar pertama terjadi pada tahun 1949 di Uni Soviet di pabrik Mayak dekat Chelyabinsk, tempat plutonium diproduksi; Limbah radioaktif cair berakhir di Sungai Techa. Pada bulan September 1957, terjadi ledakan di sana, melepaskan sejumlah besar bahan radioaktif. Sebelas hari kemudian, reaktor produksi plutonium Inggris di Windscale terbakar, dan awan beserta produk ledakannya menyebar ke seluruh Eropa Barat. Pada tahun 1979, sebuah reaktor di Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir Three Mail Island di Pennsylvania terbakar. Akibat paling luas disebabkan oleh kecelakaan di pembangkit listrik tenaga nuklir Chernobyl (1986) dan pembangkit listrik tenaga nuklir Fukushima (2011), ketika jutaan orang terkena radiasi. Yang pertama mengotori wilayah yang luas, melepaskan 8 ton bahan bakar uranium dan produk pembusukan akibat ledakan tersebut, yang menyebar ke seluruh Eropa. Yang kedua mencemari dan, tiga tahun setelah kecelakaan itu, terus mencemari Samudera Pasifik di wilayah penangkapan ikan. Menghilangkan dampak kecelakaan ini sangatlah mahal, dan jika biaya ini dipecah menjadi biaya listrik, maka biaya tersebut akan meningkat secara signifikan.

Isu tersendiri adalah dampaknya terhadap kesehatan manusia. Menurut statistik resmi, banyak orang yang selamat dari pemboman atau tinggal di daerah yang terkontaminasi mendapat manfaat dari radiasi - yang pertama memiliki harapan hidup yang lebih tinggi, yang kedua memiliki lebih sedikit kanker, dan para ahli menghubungkan peningkatan angka kematian dengan tekanan sosial. Jumlah orang yang meninggal justru akibat kecelakaan atau akibat likuidasi berjumlah ratusan orang. Penentang pembangkit listrik tenaga nuklir menyatakan bahwa kecelakaan tersebut telah menyebabkan beberapa juta kematian dini di benua Eropa, namun hal ini tidak terlihat dalam konteks statistik.

Menghapus lahan dari penggunaan manusia di zona kecelakaan membawa hasil yang menarik: lahan tersebut menjadi semacam cagar alam tempat tumbuhnya keanekaragaman hayati. Memang benar, beberapa hewan menderita penyakit yang berhubungan dengan radiasi. Pertanyaan tentang seberapa cepat mereka beradaptasi dengan latar belakang yang meningkat masih belum terjawab. Ada juga pendapat bahwa konsekuensi dari iradiasi kronis adalah “seleksi untuk orang bodoh” (lihat “Kimia dan Kehidupan”, 2010, No. 5): bahkan pada tahap embrio, organisme yang lebih primitif bertahan hidup. Khususnya terhadap manusia, hal ini akan menyebabkan penurunan kemampuan mental pada generasi yang lahir di daerah terkontaminasi segera setelah kecelakaan.

Apa itu uranium yang habis? Ini adalah uranium-238, yang tersisa setelah pemisahan uranium-235 darinya. Volume limbah dari produksi uranium tingkat senjata dan elemen bahan bakar sangat besar - di Amerika Serikat saja, 600 ribu ton uranium heksafluorida telah terakumulasi (untuk permasalahannya, lihat Chemistry and Life, 2008, No. 5) . Kandungan uranium-235 di dalamnya adalah 0,2%. Limbah ini harus disimpan sampai waktu yang lebih baik, ketika reaktor neutron cepat akan dibuat dan uranium-238 dapat diolah menjadi plutonium, atau digunakan entah bagaimana caranya.

Mereka menemukan kegunaannya. Uranium, seperti unsur transisi lainnya, digunakan sebagai katalis. Misalnya, penulis artikel di ACS Nano tertanggal 30 Juni 2014, mereka menulis bahwa katalis yang terbuat dari uranium atau thorium dengan graphene untuk mereduksi oksigen dan hidrogen peroksida “memiliki potensi yang sangat besar untuk digunakan di sektor energi.” Karena uranium memiliki kepadatan yang tinggi, ia berfungsi sebagai pemberat kapal dan penyeimbang pesawat terbang. Logam ini juga cocok untuk proteksi radiasi pada alat kesehatan dengan sumber radiasi.

Senjata apa yang bisa dibuat dari uranium yang habis? Peluru dan inti untuk proyektil penusuk lapis baja. Perhitungannya disini adalah sebagai berikut. Semakin berat proyektil, semakin tinggi energi kinetiknya. Namun semakin besar proyektilnya, semakin sedikit konsentrasi dampaknya. Artinya diperlukan logam berat dengan kepadatan tinggi. Peluru terbuat dari timah (pemburu Ural pada suatu waktu juga menggunakan platina asli sampai mereka menyadari bahwa itu adalah logam mulia), sedangkan inti cangkangnya terbuat dari paduan tungsten. Para pemerhati lingkungan menunjukkan bahwa timbal mencemari tanah di tempat operasi militer atau perburuan dan akan lebih baik untuk menggantinya dengan sesuatu yang tidak terlalu berbahaya, misalnya tungsten. Namun tungsten tidak murah, dan uranium, yang memiliki kepadatan serupa, merupakan limbah berbahaya. Pada saat yang sama, kontaminasi tanah dan air yang diizinkan dengan uranium kira-kira dua kali lebih tinggi dibandingkan dengan timbal. Hal ini terjadi karena radioaktivitas lemah dari uranium yang terkuras (dan juga 40% lebih kecil dari uranium alam) diabaikan dan faktor kimia yang sangat berbahaya diperhitungkan: uranium, seperti yang kita ingat, beracun. Pada saat yang sama, kepadatannya 1,7 kali lebih besar dari kepadatan timbal, yang berarti ukuran peluru uranium dapat dikurangi setengahnya; uranium jauh lebih tahan api dan keras dibandingkan timbal - uranium lebih sedikit menguap saat ditembakkan, dan ketika mencapai target, ia menghasilkan lebih sedikit mikropartikel. Secara umum, peluru uranium tidak terlalu menimbulkan polusi dibandingkan peluru timah, meskipun penggunaan uranium tersebut tidak diketahui secara pasti.

Namun diketahui bahwa pelat yang terbuat dari depleted uranium digunakan untuk memperkuat lapis baja tank Amerika (ini difasilitasi oleh kepadatan dan titik lelehnya yang tinggi), dan juga sebagai pengganti paduan tungsten pada inti proyektil penusuk lapis baja. Inti uranium juga bagus karena uranium bersifat piroforik: partikel-partikel kecilnya yang panas terbentuk saat tumbukan dengan lapisan baja, menyala dan membakar segala sesuatu di sekitarnya. Kedua aplikasi tersebut dianggap aman terhadap radiasi. Dengan demikian, perhitungan menunjukkan bahwa bahkan setelah duduk selama satu tahun di dalam tangki dengan lapis baja uranium yang dilengkapi dengan amunisi uranium, awak kapal hanya akan menerima seperempat dari dosis yang diizinkan. Dan untuk mendapatkan dosis tahunan yang diizinkan, Anda perlu memasang amunisi tersebut ke permukaan kulit selama 250 jam.

Peluru dengan inti uranium - untuk meriam pesawat 30 mm atau sub-kaliber artileri - telah digunakan oleh Amerika dalam perang baru-baru ini, dimulai dengan kampanye Irak tahun 1991. Tahun itu mereka menghujani unit lapis baja Irak di Kuwait dan selama mundurnya mereka, 300 ton depleted uranium, dimana 250 ton, atau 780 ribu butir, ditembakkan ke senjata pesawat. Di Bosnia dan Herzegovina, selama pemboman tentara Republika Srpska yang tidak dikenal, 2,75 ton uranium dihabiskan, dan selama penembakan tentara Yugoslavia di wilayah Kosovo dan Metohija - 8,5 ton, atau 31 ribu butir peluru. Karena WHO saat itu prihatin dengan akibat penggunaan uranium, maka dilakukan pemantauan. Dia menunjukkan bahwa satu salvo terdiri dari sekitar 300 peluru, dimana 80% mengandung uranium yang sudah habis. 10% mencapai target, dan 82% jatuh dalam jarak 100 meter dari target. Sisanya tersebar dalam jarak 1,85 km. Sebuah cangkang yang mengenai tank terbakar dan berubah menjadi aerosol, cangkang uranium menembus sasaran ringan seperti pengangkut personel lapis baja. Jadi, paling banyak satu setengah ton cangkang bisa berubah menjadi debu uranium di Irak. Menurut para ahli dari pusat penelitian strategis Amerika RAND Corporation, lebih dari 10 hingga 35% uranium bekas berubah menjadi aerosol. Aktivis amunisi anti-uranium Kroasia Asaf Durakovic, yang telah bekerja di berbagai organisasi mulai dari Rumah Sakit King Faisal di Riyadh hingga Pusat Penelitian Medis Uranium Washington, memperkirakan bahwa di Irak selatan saja pada tahun 1991, 3-6 ton partikel uranium submikron terbentuk, yang tersebar di wilayah yang luas, yaitu kontaminasi uranium di sana sebanding dengan Chernobyl.

Berbeda dengan isotop uranium 238U yang paling umum lainnya, reaksi berantai nuklir mandiri dimungkinkan pada 235U. Oleh karena itu, isotop ini digunakan sebagai bahan bakar reaktor nuklir, serta senjata nuklir.

Aktivitas satu gram nuklida ini kira-kira 80 kBq.

• 1 Formasi dan keruntuhan
• 2 Pembagian paksa
  • 2.1 Reaksi berantai nuklir
• 3 Isomer
• 4 Aplikasi
• 5 Lihat juga
• 6 Catatan

Pembentukan dan pembusukan

Uranium-235 terbentuk sebagai hasil peluruhan berikut:

• β− peluruhan nuklida 235Pa (waktu paruh 24,44(11) menit):

• Penangkapan K dilakukan oleh nuklida 235Np (waktu paruh 396,1(12) hari):

• peluruhan α nuklida 239Pu (waktu paruh 2,411(3)·104 tahun):

Pembusukan uranium-235 terjadi pada arah berikut:

• peluruhan α pada 231Th (probabilitas 100%, energi peluruhan 4,678.3(7) keV):

• Fisi spontan (probabilitas 7(2)·10−9%);
• Peluruhan cluster dengan pembentukan nuklida 20Ne, 25Ne dan 28Mg (probabilitasnya masing-masing adalah 8(4)·10−10%, 8·10−10%, 8·10−10%):

Pembagian paksa

Pada awal tahun 1930-an. Enrico Fermi menyinari uranium dengan neutron untuk memperoleh unsur transuranium. Namun pada tahun 1939, O. Hahn dan F. Strassmann mampu menunjukkan bahwa ketika sebuah neutron diserap oleh inti uranium, terjadi reaksi fisi paksa. Biasanya, inti atom terbelah menjadi dua fragmen, dan 2-3 neutron dilepaskan (lihat diagram).

Sekitar 300 isotop berbagai unsur ditemukan dalam produk fisi uranium-235: dari Z=30 (seng) hingga Z=64 (gadolinium). Kurva hasil relatif isotop yang terbentuk selama iradiasi uranium-235 dengan neutron lambat pada nomor massa adalah simetris dan bentuknya menyerupai huruf “M”. Dua maksimum yang diucapkan dari kurva ini sesuai dengan nomor massa 95 dan 134, dan minimum terjadi pada kisaran nomor massa dari 110 hingga 125. Dengan demikian, terjadi fisi uranium menjadi pecahan-pecahan bermassa sama (dengan nomor massa 115-119). dengan probabilitas yang lebih kecil dibandingkan fisi asimetris. Kecenderungan ini diamati pada semua isotop fisil dan tidak terkait dengan sifat individu inti atau partikel apa pun, namun melekat pada mekanisme fisi nuklir itu sendiri. Namun, asimetri berkurang dengan meningkatnya energi eksitasi inti fisi dan ketika energi neutron lebih dari 100 MeV, distribusi massa fragmen fisi memiliki satu maksimum, sesuai dengan fisi simetris inti.

Salah satu opsi untuk fisi paksa uranium-235 setelah penyerapan neutron (diagram)

Fragmen yang terbentuk selama fisi inti uranium, pada gilirannya, bersifat radioaktif, dan mengalami rantai peluruhan β−, di mana energi tambahan dilepaskan secara bertahap dalam jangka waktu yang lama. Energi rata-rata yang dilepaskan selama peluruhan satu inti uranium-235, dengan memperhitungkan peluruhan fragmennya, adalah sekitar 202,5 ​​MeV = 3,244·10−11 J, atau 19,54 TJ/mol = 83,14 TJ/kg.

Fisi nuklir hanyalah salah satu dari banyak proses yang mungkin terjadi selama interaksi neutron dengan inti; ini adalah salah satu yang mendasari pengoperasian reaktor nuklir mana pun.

Reaksi berantai nuklir

Selama peluruhan satu inti 235U, biasanya 1 hingga 8 (rata-rata 2,5) neutron bebas dilepaskan. Setiap neutron yang dihasilkan selama peluruhan inti 235U, yang berinteraksi dengan inti 235U lainnya, dapat menyebabkan tindakan peluruhan baru; fenomena ini disebut reaksi berantai fisi nuklir.

Secara hipotetis, jumlah neutron generasi kedua (setelah peluruhan nuklir tahap kedua) bisa melebihi 3² = 9. Dengan setiap tahap reaksi fisi berikutnya, jumlah neutron yang dihasilkan bisa meningkat seperti longsoran salju. Dalam kondisi nyata, neutron bebas tidak boleh menghasilkan peristiwa fisi baru, meninggalkan sampel sebelum menangkap 235U, atau ditangkap oleh isotop 235U itu sendiri, mengubahnya menjadi 236U, atau oleh bahan lain (misalnya, 238U, atau bahan nuklir yang dihasilkan). fragmen fisi, seperti 149Sm atau 135Xe ).

Jika, rata-rata, setiap aksi fisi menghasilkan aksi fisi baru lainnya, maka reaksi tersebut akan bertahan dengan sendirinya; kondisi ini disebut kritis. (lihat juga faktor perkalian neutron)

Dalam kondisi nyata, mencapai keadaan kritis uranium tidaklah mudah, karena sejumlah faktor mempengaruhi jalannya reaksi. Misalnya, uranium alam hanya terdiri dari 0,72% 235U, 99,2745% adalah 238U, yang menyerap neutron yang dihasilkan selama fisi inti 235U. Hal ini mengarah pada fakta bahwa reaksi berantai fisi pada uranium alam saat ini meluruh dengan sangat cepat. Reaksi berantai fisi berkelanjutan dapat dilakukan dengan beberapa cara utama:

• Meningkatkan volume sampel (untuk uranium yang diisolasi dari bijih, massa kritis dapat dicapai dengan meningkatkan volume);
• Melakukan pemisahan isotop dengan meningkatkan konsentrasi 235U dalam sampel;
• Mengurangi hilangnya neutron bebas melalui permukaan sampel dengan menggunakan berbagai jenis reflektor;
• Gunakan zat moderator neutron untuk meningkatkan konsentrasi neutron termal.

Isomer

Satu-satunya isomer yang diketahui adalah 235Um dengan karakteristik sebagai berikut:

• Massa berlebih: 40.920,6(1,8) keV
• Energi eksitasi: 76,5(4) eV
• Waktu paruh: 26 menit
• Putaran dan paritas nuklir: 1/2+

Penguraian keadaan isomer terjadi melalui transisi isomer ke keadaan dasar.

Aplikasi

• Uranium-235 digunakan sebagai bahan bakar reaktor nuklir, yang melakukan reaksi berantai fisi nuklir terkendali;
• Uranium yang sangat diperkaya digunakan untuk membuat senjata nuklir. Dalam hal ini, reaksi berantai nuklir yang tidak terkendali digunakan untuk melepaskan sejumlah besar energi (ledakan).

Lihat juga

• Isotop uranium
• Pemisahan isotop

Catatan

1. 1 2 3 4 5 G.Audi, A.H. Wapstra, dan C. Thibault (2003). “Evaluasi massa atom AME2003 (II). Tabel, grafik, dan referensi.” Fisika Nuklir A 729 : 337-676. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. Kode Bib: 2003NuPhA.729..337A.
2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot dan AH Wapstra (2003). "Evaluasi NUBASE terhadap sifat nuklir dan peluruhan." Fisika Nuklir A 729 : 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. Kode Bib: 2003NuPhA.729....3A.
3. Hoffman K. Apakah mungkin membuat emas? - edisi ke-2. dihapus - L.: Kimia, 1987. - Hal. 130. - 232 hal. - 50.000 eksemplar.
4. Hari ini dalam sejarah sains
5. 1 2 3 Fialkov Yu.Ya.Penerapan isotop dalam kimia dan industri kimia. - Kyiv: Tekhnika, 1975. - Hal. 87. - 240 hal. - 2.000 eksemplar.
6. Tabel Konstanta Fisika dan Kimia, Bagian 4.7.1: Fisi Nuklir. Kaye & Laby Online. Diarsipkan dari versi asli tanggal 8 April 2012.
7. Bartolomei G.G., Baibakov V.D., Alkhutov M.S., Bat G. A. Dasar-dasar teori dan metode penghitungan reaktor tenaga nuklir. - M.: Energoatomizdat, 1982. - Hal.512.

uranium 235 50, uranium 235 75, wilayah uranium 235, uranium 235/75r15

Uranium adalah unsur kimia dari keluarga aktinida dengan nomor atom 92. Uranium adalah bahan bakar nuklir terpenting. Konsentrasinya di kerak bumi sekitar 2 bagian per juta. Mineral uranium penting termasuk uranium oksida (U 3 O 8), uraninit (UO 2), karnotit (kalium uranil vanadat), otenit (kalium uranil fosfat), dan torbernit (tembaga hidrat uranil fosfat). Bijih-bijih ini dan bijih uranium lainnya merupakan sumber bahan bakar nuklir dan mengandung energi berkali-kali lipat lebih banyak daripada seluruh simpanan bahan bakar fosil yang diketahui. 1 kg uranium 92 U menyediakan energi yang sama dengan 3 juta kg batubara.

Sejarah penemuan

Unsur kimia uranium merupakan logam padat padat dengan warna putih keperakan. Ini ulet, mudah dibentuk, dan dapat dipoles. Di udara, logam teroksidasi dan, ketika dihancurkan, terbakar. Menghantarkan listrik dengan relatif buruk. Rumus elektronik uranium adalah 7s2 6d1 5f3.

Meskipun unsur ini ditemukan pada tahun 1789 oleh ahli kimia Jerman Martin Heinrich Klaproth, yang menamainya setelah planet Uranus yang baru ditemukan, logam itu sendiri diisolasi pada tahun 1841 oleh ahli kimia Perancis Eugene-Melchior Peligot melalui reduksi dari uranium tetraklorida (UCl 4) dengan kalium.

Radioaktivitas

Pembuatan tabel periodik oleh ahli kimia Rusia Dmitri Mendeleev pada tahun 1869 memusatkan perhatian pada uranium sebagai unsur terberat yang diketahui, hingga ditemukannya neptunium pada tahun 1940. Pada tahun 1896, fisikawan Perancis Henri Becquerel menemukan fenomena radioaktivitas di dalamnya. Properti ini kemudian ditemukan di banyak zat lainnya. Sekarang diketahui bahwa uranium, radioaktif di semua isotopnya, terdiri dari campuran 238 U (99,27%, waktu paruh - 4.510.000.000 tahun), 235 U (0,72%, waktu paruh - 713.000.000 tahun) dan 234 U (0,006 %, waktu paruh - 247.000 tahun). Hal ini memungkinkan, misalnya, untuk menentukan umur batuan dan mineral untuk mempelajari proses geologi dan umur Bumi. Untuk melakukan ini, mereka mengukur jumlah timbal, yang merupakan produk akhir peluruhan radioaktif uranium. Dalam hal ini, 238 U adalah elemen awal, dan 234 U adalah salah satu produknya. 235 U menimbulkan rangkaian peluruhan aktinium.

Penemuan reaksi berantai

Unsur kimia uranium menjadi subjek yang menarik perhatian luas dan studi intensif setelah ahli kimia Jerman Otto Hahn dan Fritz Strassmann menemukan fisi nuklir di dalamnya pada akhir tahun 1938 ketika dibombardir dengan neutron lambat. Pada awal tahun 1939, fisikawan Italia-Amerika Enrico Fermi menyatakan bahwa di antara produk fisi atom mungkin terdapat partikel elementer yang mampu menghasilkan reaksi berantai. Pada tahun 1939, fisikawan Amerika Leo Szilard dan Herbert Anderson, serta ahli kimia Perancis Frederic Joliot-Curie dan rekan mereka membenarkan prediksi ini. Penelitian selanjutnya menunjukkan bahwa, rata-rata, 2,5 neutron dilepaskan ketika sebuah atom membelah. Penemuan-penemuan ini mengarah pada reaksi berantai nuklir mandiri yang pertama (12/02/1942), bom atom pertama (16/07/1945), penggunaan pertamanya dalam peperangan (08/06/1945), kapal selam nuklir pertama ( 1955) dan pembangkit listrik tenaga nuklir skala penuh pertama (1957).

Keadaan oksidasi

Unsur kimia uranium, sebagai logam elektropositif kuat, bereaksi dengan air. Ini larut dalam asam, tetapi tidak dalam basa. Bilangan oksidasi yang penting adalah +4 (seperti pada oksida UO 2, tetrahalida seperti UCl 4 , dan ion air hijau U 4+ ) dan +6 (seperti pada oksida UO 3, UF 6 heksafluorida, dan ion uranil UO 2 2+ ). Dalam larutan air, uranium paling stabil pada komposisi ion uranil, yang memiliki struktur linier [O = U = O] 2+. Elemen juga mempunyai status +3 dan +5, tetapi tidak stabil. U 3+ merah teroksidasi perlahan dalam air yang tidak mengandung oksigen. Warna ion UO 2+ tidak diketahui karena mengalami disproporsionasi (UO 2+ tereduksi menjadi U 4+ dan teroksidasi menjadi UO 2 2+) bahkan dalam larutan yang sangat encer.

Bahan bakar nuklir

Ketika terkena neutron lambat, fisi atom uranium terjadi pada isotop 235 U yang relatif jarang. Ini adalah satu-satunya bahan fisil yang terjadi secara alami, dan harus dipisahkan dari isotop 238 U. Namun, setelah penyerapan dan peluruhan beta negatif, uranium -238 berubah menjadi unsur plutonium sintetik, yang terpecah di bawah pengaruh neutron lambat. Oleh karena itu, uranium alam dapat digunakan dalam reaktor konverter dan pemulia, di mana fisi didukung oleh 235 U yang langka dan plutonium diproduksi secara bersamaan dengan transmutasi 238 U. Fisil 233 U dapat disintesis dari isotop thorium-232 alami yang tersebar luas untuk digunakan sebagai bahan bakar nuklir. Uranium juga penting sebagai bahan utama untuk memperoleh unsur transuranium sintetik.

Kegunaan lain dari uranium

Senyawa unsur kimia tersebut sebelumnya digunakan sebagai pewarna keramik. Heksafluorida (UF 6) adalah padatan dengan tekanan uap yang luar biasa tinggi (0,15 atm = 15.300 Pa) pada 25 °C. UF 6 secara kimia sangat reaktif, namun meskipun bersifat korosif dalam bentuk uap, UF 6 banyak digunakan dalam metode difusi gas dan sentrifugal gas untuk memproduksi uranium yang diperkaya.

Senyawa organologam merupakan kelompok senyawa yang menarik dan penting dimana ikatan logam-karbon menghubungkan logam dengan gugus organik. Uranosen adalah senyawa organouran U(C 8 H 8) 2 yang atom uraniumnya terjepit di antara dua lapisan cincin organik yang berasosiasi dengan siklooctatetraene C 8 H 8. Penemuannya pada tahun 1968 membuka bidang baru kimia organologam.

Uranium alami yang terkuras digunakan sebagai proteksi radiasi, pemberat, cangkang penusuk lapis baja, dan pelindung tank.

Mendaur ulang

Unsur kimianya, meskipun sangat padat (19,1 g/cm3), merupakan zat yang relatif lemah dan tidak mudah terbakar. Memang benar, sifat logam uranium tampaknya menempatkannya di antara perak dan logam serta non-logam sejati lainnya, sehingga tidak digunakan sebagai bahan struktural. Nilai utama uranium terletak pada sifat radioaktif isotopnya dan kemampuannya untuk melakukan fisi. Di alam, hampir seluruhnya (99,27%) logam terdiri dari 238 U. Sisanya 235 U (0,72%) dan 234 U (0,006%). Dari isotop alami ini, hanya 235 U yang mengalami fisi langsung melalui iradiasi neutron. Namun, ketika diserap, 238 U membentuk 239 U, yang akhirnya terurai menjadi 239 Pu, bahan fisil yang sangat penting untuk tenaga nuklir dan senjata nuklir. Isotop fisil lainnya, 233 U, dapat dibentuk dengan iradiasi neutron 232 Th.

Bentuk kristal

Karakteristik uranium menyebabkannya bereaksi dengan oksigen dan nitrogen bahkan dalam kondisi normal. Pada suhu yang lebih tinggi ia bereaksi dengan berbagai logam paduan membentuk senyawa intermetalik. Pembentukan larutan padat dengan logam lain jarang terjadi karena struktur kristal khusus yang dibentuk oleh atom-atom unsur tersebut. Antara suhu kamar dan titik leleh 1132 °C, logam uranium terdapat dalam 3 bentuk kristal yang dikenal sebagai alfa (α), beta (β), dan gamma (γ). Transformasi dari keadaan α- ke β terjadi pada 668 °C dan dari β ke γ ​​pada 775 °C. γ-uranium memiliki struktur kristal kubik berpusat pada tubuh, sedangkan β memiliki struktur kristal tetragonal. Fase α terdiri dari lapisan atom dalam struktur ortorombik yang sangat simetris. Struktur terdistorsi anisotropik ini mencegah atom logam paduan menggantikan atom uranium atau menempati ruang di antara keduanya dalam kisi kristal. Ditemukan bahwa hanya molibdenum dan niobium yang membentuk larutan padat.

Bijih

Kerak bumi mengandung sekitar 2 bagian per juta uranium, yang menunjukkan bahwa uranium tersebar luas di alam. Lautan diperkirakan mengandung 4,5 × 10 9 ton unsur kimia ini. Uranium merupakan konstituen penting dari lebih dari 150 mineral berbeda dan merupakan komponen kecil dari 50 mineral lainnya. Mineral primer yang ditemukan dalam urat hidrotermal magmatik dan pegmatit termasuk uraninit dan varian bijih-bijihnya. Dalam bijih ini unsurnya terdapat dalam bentuk dioksida, yang akibat oksidasi dapat berkisar dari UO 2 hingga UO 2,67. Produk lain yang signifikan secara ekonomi dari tambang uranium adalah autunite (kalsium uranil fosfat terhidrasi), tobernite (tembaga uranil fosfat terhidrasi), peti mati (uranium silikat terhidrasi hitam) dan karnotit (kalium uranil vanadat terhidrasi).

Diperkirakan lebih dari 90% cadangan uranium berbiaya rendah yang diketahui berlokasi di Australia, Kazakhstan, Kanada, Rusia, Afrika Selatan, Niger, Namibia, Brasil, Tiongkok, Mongolia, dan Uzbekistan. Deposit besar ditemukan di formasi batuan konglomerat Danau Elliot, terletak di utara Danau Huron di Ontario, Kanada, dan di tambang emas Witwatersrand Afrika Selatan. Formasi pasir di Dataran Tinggi Colorado dan Cekungan Wyoming di Amerika Serikat bagian barat juga mengandung cadangan uranium yang signifikan.

Produksi

Bijih uranium ditemukan di endapan dekat permukaan dan dalam (300-1200 m). Di bawah tanah, ketebalan lapisannya mencapai 30 m Seperti halnya bijih logam lainnya, uranium ditambang di permukaan menggunakan peralatan pemindah tanah yang besar, dan pengembangan endapan dalam dilakukan dengan menggunakan metode tradisional vertikal dan miring. tambang. Produksi konsentrat uranium dunia pada tahun 2013 sebesar 70 ribu ton.Tambang uranium paling produktif berlokasi di Kazakhstan (32% dari seluruh produksi), Kanada, Australia, Niger, Namibia, Uzbekistan dan Rusia.

Bijih uranium biasanya hanya mengandung sejumlah kecil mineral yang mengandung uranium dan tidak dapat dilebur dengan metode pirometalurgi langsung. Sebaliknya, prosedur hidrometalurgi harus digunakan untuk mengekstraksi dan memurnikan uranium. Meningkatkan konsentrasi secara signifikan mengurangi beban pada sirkuit pemrosesan, namun tidak ada metode benefisiasi konvensional yang biasa digunakan untuk pemrosesan mineral, seperti gravitasi, flotasi, elektrostatis, dan bahkan penyortiran manual, yang dapat diterapkan. Dengan sedikit pengecualian, metode ini mengakibatkan hilangnya uranium secara signifikan.

Pembakaran

Pengolahan hidrometalurgi bijih uranium seringkali didahului dengan tahap kalsinasi suhu tinggi. Penembakan akan mengeringkan tanah liat, menghilangkan bahan-bahan berkarbon, mengoksidasi senyawa belerang menjadi sulfat yang tidak berbahaya, dan mengoksidasi zat pereduksi lainnya yang dapat mengganggu pemrosesan selanjutnya.

Pencucian

Uranium diekstraksi dari bijih panggang dengan larutan air asam dan basa. Agar semua sistem pelindian dapat berfungsi dengan sukses, unsur kimia harus berada dalam bentuk heksavalen yang lebih stabil atau teroksidasi menjadi bentuk ini selama pemrosesan.

Pencucian asam biasanya dilakukan dengan mengaduk campuran bijih dan lixiviant selama 4-48 jam pada suhu kamar. Kecuali dalam keadaan khusus, asam sulfat digunakan. Ini disediakan dalam jumlah yang cukup untuk memperoleh cairan akhir pada pH 1,5. Skema pencucian asam sulfat biasanya menggunakan mangan dioksida atau klorat untuk mengoksidasi U4+ tetravalen menjadi uranil heksavalen (UO22+). Biasanya, sekitar 5 kg mangan dioksida atau 1,5 kg natrium klorat per ton cukup untuk oksidasi U4+. Dalam kedua kasus tersebut, uranium teroksidasi bereaksi dengan asam sulfat untuk membentuk anion kompleks uranil sulfat 4-.

Bijih yang mengandung sejumlah besar mineral penting seperti kalsit atau dolomit dilindih dengan larutan natrium karbonat 0,5-1 molar. Meskipun berbagai reagen telah dipelajari dan diuji, oksidator utama uranium adalah oksigen. Biasanya, bijih dilindih di udara pada tekanan atmosfer dan suhu 75-80 °C untuk jangka waktu yang bergantung pada komposisi kimia spesifik. Alkali bereaksi dengan uranium membentuk ion kompleks 4- yang mudah larut.

Larutan yang dihasilkan dari pelindian asam atau karbonat harus diklarifikasi sebelum diproses lebih lanjut. Pemisahan tanah liat dan bubur bijih lainnya dalam skala besar dicapai melalui penggunaan bahan flokulasi yang efektif, termasuk poliakrilamida, guar gum, dan lem hewan.

Ekstraksi

Ion kompleks 4 dan 4 dapat diserap dari larutan pelindian resin penukar ion masing-masing. Resin khusus ini, yang dicirikan oleh kinetika sorpsi dan elusi, ukuran partikel, stabilitas dan sifat hidroliknya, dapat digunakan dalam berbagai teknologi pemrosesan, seperti unggun tetap, unggun bergerak, resin keranjang, dan resin kontinu. Biasanya, larutan natrium klorida dan amonia atau nitrat digunakan untuk mengelusi uranium yang diserap.

Uranium dapat diisolasi dari cairan bijih asam dengan ekstraksi pelarut. Asam alkilfosfat, serta alkilamin sekunder dan tersier digunakan dalam industri. Umumnya, ekstraksi pelarut lebih disukai daripada metode pertukaran ion untuk filtrat asam yang mengandung lebih dari 1 g/L uranium. Namun, metode ini tidak berlaku untuk pencucian karbonat.

Uranium kemudian dimurnikan dengan cara dilarutkan dalam asam nitrat untuk membentuk uranil nitrat, diekstraksi, dikristalisasi dan dikalsinasi untuk membentuk UO 3 trioksida. Dioksida tereduksi UO2 bereaksi dengan hidrogen fluorida membentuk tetafluorida UF4, dari mana logam uranium direduksi oleh magnesium atau kalsium pada suhu 1300 °C.

Tetrafluorida dapat difluorinasi pada suhu 350 °C untuk membentuk UF 6 heksafluorida, yang digunakan untuk memisahkan uranium-235 yang diperkaya melalui difusi gas, sentrifugasi gas, atau difusi termal cair.

Uranus. Uranium alam terdiri dari campuran tiga isotop: uranium-234, uranium-235, uranium-238. Radioaktif buatan - dengan nomor massa 227-240. Waktu paruh uranium-235 adalah 7x108 tahun, uranium-238 adalah 4,5x109 tahun. Selama peluruhan uranium dan radionuklida turunannya, radiasi alfa dan beta, serta sinar gamma, dipancarkan. Uranium masuk ke dalam tubuh dengan berbagai cara, termasuk melalui kulit. Senyawa yang larut dengan cepat diserap ke dalam darah dan didistribusikan ke organ dan jaringan, terakumulasi di ginjal, tulang, hati, dan limpa. Waktu paruh biologis dari paru-paru adalah 118-150 hari, dari kerangka - 450 hari. Karena uranium dan produk peluruhannya, laju tahunannya adalah 1,34 mSv.

Torium. Thorium-232 adalah gas inert. Produk peluruhannya adalah zat radioaktif padat. Waktu paruhnya adalah 1,4x1010 tahun. Selama transformasi thorium dan produk peluruhannya, partikel alfa-beta, serta kuanta gamma, dilepaskan. Mineral thorianite mengandung hingga 45-88% thorium. Batang bahan bakar terbuat dari paduan thorium dengan uranium yang diperkaya. Ia memasuki tubuh melalui paru-paru, saluran pencernaan, dan kulit. Terakumulasi di sumsum tulang dan limpa. Waktu paruh biologis eliminasi dari sebagian besar organ adalah 700 hari, dari kerangka - 68 tahun.

Radium. Radium-226 adalah produk peluruhan radioaktif terpenting dari uranium-238. Waktu paruh 1622. Ini adalah logam berwarna putih keperakan. Banyak digunakan dalam pengobatan sebagai sumber partikel alfa untuk terapi radiasi. Masuk ke dalam tubuh melalui sistem pernafasan, saluran cerna dan kulit. Sebagian besar radium yang masuk disimpan di kerangka. Waktu paruh biologis dari tulang adalah sekitar 17 tahun, dari paru-paru - 180 hari, dari organ lain dieliminasi dalam dua hari pertama. Jika masuk ke dalam tubuh manusia menyebabkan kerusakan jaringan tulang dan sumsum tulang merah, sehingga menyebabkan terganggunya hematopoiesis, patah tulang, dan berkembangnya tumor. Selama satu hari, 1 gram radium menghasilkan 1 mm3 radon setelah peluruhan.

Radon. Radon-222 adalah gas yang tidak berwarna dan tidak berbau. Waktu paruh 3,83 hari. Produk peluruhan radium-226. Radon adalah pemancar alfa. Ini terbentuk di deposit uranium dalam bijih radioaktif, ditemukan di gas alam, air tanah, dll. Ia juga dapat keluar melalui celah-celah batu, di tambang dan tambang yang berventilasi buruk, konsentrasinya dapat mencapai nilai yang besar. Radon ditemukan di banyak bahan bangunan. Ia juga memasuki atmosfer selama aktivitas gunung berapi, selama produksi fosfat, dan selama pengoperasian pembangkit listrik tenaga panas bumi.

Untuk tujuan pengobatan, digunakan dalam bentuk mandi radon dalam pengobatan penyakit sendi, tulang, sistem saraf tepi, penyakit ginekologi kronis, dll. Juga digunakan dalam bentuk inhalasi, irigasi, dan konsumsi air. mengandung radon. Ia memasuki tubuh terutama melalui sistem pernapasan. Waktu paruh dari tubuh adalah dalam waktu 24 jam. Radon menyediakan ¾ dosis setara tahunan dari sumber radiasi terestrial, dan sekitar ½ dosis dari semua sumber radiasi alami.

Kalium. Kalium-40 adalah logam berwarna putih keperakan; tidak ditemukan dalam bentuk bebas, karena sangat aktif secara kimia. Setengah hidup
1,32 x 109 tahun. Saat membusuk, ia mengeluarkan partikel beta. Ini adalah elemen biologis yang khas. Kebutuhan kalium seseorang adalah 2-3 mg per kg berat badan per hari. Banyak potasium ditemukan pada kentang, bit, dan tomat. Tubuh menyerap 100% kalium yang masuk dan mendistribusikannya secara merata ke seluruh organ, dengan jumlah yang relatif lebih banyak di hati dan limpa. Waktu paruhnya sekitar 60 hari.

Yodium. Yodium-131 ​​terbentuk selama reaksi fisi uranium dan plutonium, serta ketika telurium disinari dengan neutron. Waktu paruh 8,05 hari. Masuk ke dalam tubuh melalui sistem pernapasan, saluran pencernaan (100% yodium yang masuk diserap), dan kulit. Ini terakumulasi terutama di kelenjar tiroid, konsentrasinya di kelenjar 200 kali lebih tinggi dibandingkan di jaringan lain. Saat yodium meluruh, ia melepaskan partikel beta dan 2 kuanta gamma. Waktu paruh dari kelenjar tiroid adalah 138 hari, dari organ lain 10-15 hari. Dari tubuh wanita hamil, yodium melewati plasenta menuju janin.

sesium. Cesium-137 memberikan kontribusi yang menentukan terhadap total dosis radiasi setara. Cesium adalah logam berwarna putih keperakan. Ini adalah sumber radiasi beta dan gamma. Waktu paruh sesium-137 -
30 tahun. Sebelum kecelakaan Chernobyl, sumber utama cesium yang masuk ke lingkungan adalah ledakan nuklir. Sebagian besar cesium yang diendapkan berada dalam bentuk yang mudah diserap. Pada tumbuhan, sebagian besar terakumulasi di jerami dan pucuk. 100% cesium yang tertelan diserap di usus. Ini terakumulasi terutama di jaringan otot. Waktu paruh dari otot adalah 140 hari.

Strontium. Strontium-90 - waktu paruh - 28,6 tahun (untuk strontium-89 - 50,5 hari). Strontium-90 adalah pemancar beta. Strontium mudah diserap oleh tumbuhan, hewan, dan manusia. Konsentrator strontium adalah jagung, kandungan strontium di dalamnya 5-20 kali lebih tinggi dibandingkan di dalam tanah. Dalam tubuh manusia, tergantung pada pola makannya, dari 5% hingga 100% strontium yang masuk diserap di saluran pencernaan (rata-rata 30%). Terakumulasi terutama di kerangka. Konsentrasi maksimum diamati pada anak di bawah usia 1 tahun. Waktu paruh strontium dari jaringan lunak hingga 10 hari, dari tulang - hingga 8-10 tahun.

Plutonium. Plutonium-239 adalah pemancar alfa. Waktu paruhnya adalah 24.360 tahun. Ini adalah logam berwarna putih keperakan. Sumber plutonium adalah ledakan nuklir, serta reaktor pembangkit listrik tenaga nuklir, khususnya pelepasan darurat. Di dalam tanah ditemukan di lapisan permukaan dan sedimen dasar badan air. Ia memasuki tubuh melalui paru-paru dan saluran pencernaan, dan diserap dari saluran pencernaan - secara signifikan kurang dari 1%. Terakumulasi di paru-paru, hati, jaringan tulang. Waktu paruh eliminasi dari kerangka adalah 100 tahun, dari hati - 40 tahun.

Amerika. Americium-241 adalah produk peluruhan plutonium-241 (waktu paruh 241Pu adalah 14,4 tahun). Waktu paruh americium-241 adalah 432,2 tahun, dan selama peluruhan ia melepaskan partikel alfa. Amerisium larut dalam air jauh lebih baik daripada plutonium, dan karenanya memiliki kemampuan migrasi yang lebih besar. Terakumulasi hingga 99% di lapisan permukaan tanah, 10% amerisium berbentuk terlarut dan mudah diserap tanaman. Terkonsentrasi pada manusia di kerangka, hati, ginjal. Waktu paruh di kerangka hingga 30 tahun, di hati - hingga 5 tahun.