რადიოაქტიური ურანი 235 92. ურანის ნახევარგამოყოფის პერიოდი: ძირითადი მახასიათებლები და გამოყენება

ურანი-235(ინგლისური Uranium-235), ისტორიული სახელწოდება აქტინურანიუმი(ლათ. Actin Uranium, აღინიშნება სიმბოლო AcU) არის ქიმიური ელემენტის ურანის რადიოაქტიური ნუკლიდი ატომური ნომრით 92 და მასის ნომრით 235. ურანი-235-ის იზოტოპური სიმრავლე ბუნებაში არის 0,7200(51)%. ის არის რადიოაქტიური 4n+3 ოჯახის დამფუძნებელი, რომელსაც აქტინიუმის სერია ეწოდება. აღმოაჩინა 1935 წელს არტურ ჯეფრი დემპსტერმა.

ურანის 238U სხვა, ყველაზე გავრცელებული იზოტოპისგან განსხვავებით, თვითშენარჩუნებული ბირთვული ჯაჭვური რეაქცია შესაძლებელია 235U-ში. ამიტომ, ეს იზოტოპი გამოიყენება როგორც საწვავი ბირთვულ რეაქტორებში, ასევე ბირთვულ იარაღში.

ამ ნუკლიდის ერთი გრამი აქტივობა არის დაახლოებით 80 კბკ.

• 1 ფორმირება და კოლაფსი
• 2 იძულებითი გაყოფა

• 2.1 ბირთვული ჯაჭვური რეაქცია

ფორმირება და დაშლა

ურანი-235 წარმოიქმნება შემდეგი დაშლის შედეგად:

• β− 235Pa ნუკლიდის დაშლა (ნახევარგამოყოფის პერიოდი 24,44(11) წთ):

• K-დაჭერა განხორციელებული ნუკლიდის 235Np-ით (ნახევარგამოყოფის პერიოდია 396,1(12) დღე):

• ნუკლიდის 239Pu α-დაშლა (ნახევარგამოყოფის პერიოდია 2,411(3)·104 წელი):

ურანი-235-ის დაშლა ხდება შემდეგი მიმართულებით:

• α-დაშლა 231 Th-ში (ალბათობა 100%, დაშლის ენერგია 4678.3 (7) კევ):

• სპონტანური გაყოფა (ალბათობა 7(2)·10−9%);
• კასეტური დაშლა 20Ne, 25Ne და 28Mg ნუკლიდების წარმოქმნით (ალბათობა არის 8(4)·10−10%, 8·10−10%, 8·10−10%, შესაბამისად):

იძულებითი გაყოფა

მთავარი სტატია: ბირთვული დაშლაურანი-235 დაშლის პროდუქტის მოსავლიანობის მრუდი სხვადასხვა დაშლის ნეიტრონული ენერგიისთვის.

1930-იანი წლების დასაწყისში. ენრიკო ფერმი ტრანსურანის ელემენტების მისაღებად ურანს ასხივებდა ნეიტრონებით. მაგრამ 1939 წელს ო. ჰანმა და ფ. სტრასმანმა შეძლეს აჩვენონ, რომ როდესაც ნეიტრონი შეიწოვება ურანის ბირთვით, ხდება იძულებითი დაშლის რეაქცია. როგორც წესი, ბირთვი ორ ნაწილად იყოფა და 2-3 ნეიტრონი გამოიყოფა (იხ. დიაგრამა).

ურანი-235-ის დაშლის პროდუქტებში აღმოაჩინეს სხვადასხვა ელემენტის 300-მდე იზოტოპი: Z=30 (თუთია) Z=64-მდე (გადოლინიუმი). იზოტოპების ფარდობითი გამოსავლიანობის მრუდი, რომელიც წარმოიქმნება ურანი-235-ის დასხივებისას ნელი ნეიტრონებით მასის რიცხვზე, სიმეტრიულია და ფორმაში წააგავს ასო „M“-ს. ამ მრუდის ორი გამოხატული მაქსიმუმი შეესაბამება მასის რიცხვებს 95 და 134, ხოლო მინიმალური ხდება მასის რიცხვების დიაპაზონში 110-დან 125-მდე. ამრიგად, ხდება ურანის დაშლა თანაბარი მასის ფრაგმენტებად (მასური რიცხვებით 115-119). ნაკლები ალბათობით, ვიდრე ასიმეტრიული დაშლა, ეს ტენდენცია შეინიშნება ყველა ფისილურ იზოტოპში და არ არის დაკავშირებული ბირთვების ან ნაწილაკების რაიმე ცალკეულ თვისებებთან, მაგრამ თანდაყოლილია თავად ბირთვული დაშლის მექანიზმში. ამასთან, ასიმეტრია მცირდება დაშლის ბირთვის აგზნების ენერგიის მატებასთან ერთად და როდესაც ნეიტრონის ენერგია 100 მევ-ზე მეტია, დაშლის ფრაგმენტების მასის განაწილებას აქვს ერთი მაქსიმუმი, რაც შეესაბამება ბირთვის სიმეტრიულ დაშლას.

ურანის 235-ის იძულებითი დაშლის ერთ-ერთი ვარიანტი ნეიტრონის შთანთქმის შემდეგ (დიაგრამა)

ურანის ბირთვის დაშლის დროს წარმოქმნილი ფრაგმენტები, თავის მხრივ, რადიოაქტიურია და განიცდის β− დაშლის ჯაჭვს, რომლის დროსაც თანდათან გამოიყოფა დამატებითი ენერგია ხანგრძლივი დროის განმავლობაში. ერთი ურანი-235 ბირთვის დაშლისას გამოთავისუფლებული საშუალო ენერგია, ფრაგმენტების დაშლის გათვალისწინებით, არის დაახლოებით 202,5 ​​მევ = 3,244·10−11 ჯ, ანუ 19,54 ტჯ/მოლი = 83,14 ტჯ/კგ.

ბირთვული დაშლა მხოლოდ ერთ-ერთია იმ მრავალი პროცესიდან, რომელიც შესაძლებელია ბირთვებთან ნეიტრონების ურთიერთქმედების დროს.

ბირთვული ჯაჭვური რეაქცია

მთავარი სტატია: ბირთვული ჯაჭვური რეაქცია

ერთი 235U ბირთვის დაშლის დროს ჩვეულებრივ გამოიყოფა 1-დან 8-მდე (საშუალოდ 2,5) თავისუფალი ნეიტრონი. ყოველი ნეიტრონი, რომელიც წარმოიქმნება 235U ბირთვის დაშლის დროს, რომელიც ექვემდებარება ურთიერთქმედებას სხვა 235U ბირთვთან, შეიძლება გამოიწვიოს დაშლის ახალი აქტი ამ ფენომენს ეწოდება ბირთვული დაშლის ჯაჭვური რეაქცია.

ჰიპოთეტურად, მეორე თაობის ნეიტრონების რაოდენობა (ბირთვული დაშლის მეორე ეტაპის შემდეგ) შეიძლება აღემატებოდეს 3² = 9-ს. დაშლის რეაქციის ყოველი მომდევნო ეტაპის დროს წარმოქმნილი ნეიტრონების რაოდენობა შეიძლება გაიზარდოს ზვავის მსგავსად. რეალურ პირობებში, თავისუფალმა ნეიტრონებმა შეიძლება არ წარმოქმნას ახალი დაშლის მოვლენა, დატოვონ ნიმუში 235U-ის აღებამდე, ან დაიჭირონ ან თავად 235U იზოტოპმა, გარდაქმნას იგი 236U-ად, ან სხვა მასალებით (მაგალითად, 238U, ან შედეგად მიღებული ფრაგმენტები. ბირთვული დაშლის, როგორიცაა 149Sm ან 135Xe).

თუ, საშუალოდ, დაშლის ყოველი აქტი წარმოშობს დაშლის სხვა ახალ აქტს, მაშინ რეაქცია ხდება თვითშენარჩუნებული; ამ მდგომარეობას კრიტიკული ეწოდება. (იხილეთ აგრეთვე ნეიტრონის გამრავლების ფაქტორი)

რეალურ პირობებში ურანის კრიტიკული მდგომარეობის მიღწევა არც ისე ადვილია, ვინაიდან რეაქციის მიმდინარეობაზე გავლენას ახდენს რიგი ფაქტორები. მაგალითად, ბუნებრივი ურანი შედგება მხოლოდ 0,72% 235U, 99,2745% არის 238U, რომელიც შთანთქავს 235U ბირთვების დაშლის დროს წარმოქმნილ ნეიტრონებს. ეს იწვევს იმ ფაქტს, რომ ბუნებრივ ურანში დაშლის ჯაჭვური რეაქცია ამჟამად ძალიან სწრაფად იშლება. უწყვეტი დაშლის ჯაჭვური რეაქცია შეიძლება განხორციელდეს რამდენიმე ძირითადი გზით:

• ნიმუშის მოცულობის გაზრდა (მადნიდან გამოყოფილი ურანისთვის შესაძლებელია მოცულობის გაზრდით კრიტიკული მასის მიღწევა);
• განახორციელოს იზოტოპური გამოყოფა ნიმუშში 235U კონცენტრაციის გაზრდით;
• შეამცირეთ თავისუფალი ნეიტრონების დანაკარგი ნიმუშის ზედაპირზე სხვადასხვა ტიპის რეფლექტორების გამოყენებით;
• გამოიყენეთ ნეიტრონის მოდერატორი ნივთიერება თერმული ნეიტრონების კონცენტრაციის გასაზრდელად.

იზომერები

ერთადერთი ცნობილი იზომერი არის 235 Um შემდეგი მახასიათებლებით:

• ჭარბი მასა: 40920.6(1.8) კევ
• აგზნების ენერგია: 76,5(4) eV
• ნახევარგამოყოფის პერიოდი: 26 წთ
• ბირთვული სპინი და პარიტეტი: 1/2+

იზომერული მდგომარეობის დაშლა ხდება იზომერულ მდგომარეობაზე გადასვლის გზით.

განაცხადი

• ურანი-235 გამოიყენება როგორც საწვავი ბირთვული რეაქტორებისთვის, რომლებიც ახორციელებენ კონტროლირებად ბირთვული დაშლის ჯაჭვურ რეაქციას;
• ძლიერ გამდიდრებული ურანი გამოიყენება ბირთვული იარაღის შესაქმნელად. ამ შემთხვევაში, უკონტროლო ბირთვული ჯაჭვური რეაქცია გამოიყენება დიდი რაოდენობით ენერგიის გასათავისუფლებლად (აფეთქება).

აგრეთვე იხილეთ

• ურანის იზოტოპები
• იზოტოპური გამოყოფა

შენიშვნები

1. 12345 G. Audi, A.H. Wapstra და C. Thibault (2003). AME2003 ატომური მასის შეფასება (II). ცხრილები, გრაფიკები და ცნობები." ბირთვული ფიზიკა ა 729 : 337-676. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. ბიბკოდი: 2003NuPhA.729..337A.
2. 123456789101112 G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot and A. H. Wapstra (2003). "ბირთვული და დაშლის თვისებების NUBASE შეფასება." ბირთვული ფიზიკა ა 729 : 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. ბიბკოდი: 2003NuPhA.729….3A.
3. Hoffman K. შესაძლებელია თუ არა ოქროს დამზადება? - მე-2 გამოცემა. წაშლილია - ლ.: ქიმია, 1987. - გვ. 130. - 232 გვ. - 50000 ეგზემპლარი.
4. დღეს მეცნიერების ისტორიაში
5. 123 ფიალკოვი ია. იზოტოპების გამოყენება ქიმიასა და ქიმიურ მრეწველობაში. - კიევი: ტექნიკა, 1975. - გვ. 87. - 240 გვ. - 2000 ეგზემპლარი.
6. ფიზიკურ და ქიმიურ მუდმივთა ცხრილი, სექ 4.7.1: ბირთვული დაშლა. Kaye & Laby ონლაინ. დაარქივებულია ორიგინალიდან 2012 წლის 8 აპრილს.
7. Bartolomei G. G., Baibakov V. D., Alkhutov M. S., Bat G. A. ბირთვული ენერგიის რეაქტორების გამოთვლის თეორიისა და მეთოდების საფუძვლები. - M.: Energoatomizdat, 1982. - გვ. 512.

Uran-235 ინფორმაცია

ურანი-235
ურანი-235

Uran-235 საინფორმაციო ვიდეო

ურანი-235თემის ნახვა.
ურანი-235 რა, ურანი-235 ვინ, ურანი-235 ახსნა

ამ სტატიასა და ვიდეოზე არის ნაწყვეტები ვიკიპედიიდან

ურანი არის რადიოაქტიური ლითონი. ბუნებაში, ურანი შედგება სამი იზოტოპისგან: ურანი-238, ურანი-235 და ურანი-234. სტაბილურობის ყველაზე მაღალი დონე ურანი-238-შია დაფიქსირებული.

ურანის რადიოაქტიური დაშლა

რადიოაქტიური დაშლა არის ატომური ბირთვების შემადგენლობის ან შინაგანი სტრუქტურის უეცარი ცვლილების პროცესი, რომელიც ხასიათდება არასტაბილურობით. ამ შემთხვევაში გამოიყოფა ელემენტარული ნაწილაკები, გამა სხივები და/ან ბირთვული ფრაგმენტები. რადიოაქტიური ნივთიერებები შეიცავს რადიოაქტიურ ბირთვს. რადიოაქტიური დაშლის შედეგად წარმოქმნილი შვილობილი ბირთვი ასევე შეიძლება გახდეს რადიოაქტიური და გარკვეული დროის შემდეგ განიცდის დაშლას. ეს პროცესი გრძელდება მანამ, სანამ არ წარმოიქმნება რადიოაქტიურობის გარეშე სტაბილური ბირთვი. ე. რეზერფორდმა 1899 წელს ექსპერიმენტულად დაამტკიცა, რომ ურანის მარილები ასხივებენ სამი სახის სხივებს:

• α-სხივები - დადებითად დამუხტული ნაწილაკების ნაკადი
• β-სხივები - უარყოფითად დამუხტული ნაწილაკების ნაკადი
• γ-სხივები - არ ქმნიან გადახრებს მაგნიტურ ველში.

ურანის რადიოაქტიურობა

ბუნებრივი რადიოაქტიურობა არის ის, რაც განასხვავებს რადიოაქტიურ ურანს სხვა ელემენტებისაგან. ურანის ატომები, მიუხედავად ნებისმიერი ფაქტორისა და პირობებისა, თანდათან იცვლება.

ურანი (ელემენტი)

ამ შემთხვევაში უხილავი სხივები გამოიყოფა. გარდაქმნების შემდეგ, რომლებიც ხდება ურანის ატომებთან, მიიღება განსხვავებული რადიოაქტიური ელემენტი და პროცესი მეორდება. ის გაიმეორებს იმდენჯერ, რამდენჯერაც საჭიროა არარადიოაქტიური ელემენტის მისაღებად. მაგალითად, ტრანსფორმაციის ზოგიერთ ჯაჭვს აქვს 14-მდე ეტაპი. ამ შემთხვევაში, შუალედური ელემენტია რადიუმი, ხოლო ბოლო ეტაპი არის ტყვიის ფორმირება. ეს ლითონი არ არის რადიოაქტიური ელემენტი, ამიტომ გარდაქმნების სერია წყდება. თუმცა, ურანის მთლიანად ტყვიად გარდაქმნას რამდენიმე მილიარდი წელი სჭირდება.
რადიოაქტიური ურანის საბადო ხშირად იწვევს მოწამვლას საწარმოებში, რომლებიც მონაწილეობენ ურანის ნედლეულის მოპოვებასა და გადამუშავებაში. ადამიანის ორგანიზმში ურანი არის ზოგადი უჯრედული შხამი. ის უპირველეს ყოვლისა თირკმელებს აზიანებს, მაგრამ ასევე მოქმედებს ღვიძლზე და კუჭ-ნაწლავის ტრაქტზე.
ურანს არ აქვს სრულიად სტაბილური იზოტოპები. ყველაზე გრძელი სიცოცხლის პერიოდი შეინიშნება ურანი-238-ზე. ურანი-238-ის ნახევრად დაშლა ხდება 4,4 მილიარდი წლის განმავლობაში. მილიარდ წელზე ცოტა ნაკლები, ურანი-235-ის ნახევრად დაშლა ხდება - 0,7 მილიარდი წელი. ურანი-238 იკავებს ბუნებრივი ურანის მთლიანი მოცულობის 99%-ზე მეტს. მისი კოლოსალური ნახევარგამოყოფის გამო, ამ ლითონის რადიოაქტიურობა არ არის მაღალი, მაგალითად, ალფა ნაწილაკები ვერ შეაღწევენ ადამიანის კანის რქოვანას. მთელი რიგი კვლევების შემდეგ, მეცნიერებმა დაადგინეს, რომ რადიაციის მთავარი წყარო თავად ურანი კი არ არის, არამედ მის მიერ წარმოქმნილი რადონის გაზი, ისევე როგორც მისი დაშლის პროდუქტები, რომლებიც ადამიანის სხეულში სუნთქვის დროს ხვდება.

რადიოაქტიური ურანი, რადიოაქტიურობა, რადიოაქტიური დაშლა

იზოტოპები და ურანის წარმოება

ბუნებრივი ურანი შედგება სამი იზოტოპის ნარევისგან: 238U - 99,2739% (ნახევარგამოყოფის პერიოდი თ 1/2 = 4,468×109 წელი), 235U - 0,7024% ( თ 1/2 = 7,038×108 წელი) და 234U - 0,0057% ( თ 1/2 = 2,455×105 წელი). ეს უკანასკნელი იზოტოპი არ არის პირველადი, მაგრამ რადიოგენური ის არის რადიოაქტიური 238U სერიის ნაწილი.

ბუნებრივი ურანის რადიოაქტიურობა ძირითადად განპირობებულია წონასწორობაში მყოფი 238U და 234U იზოტოპებით, მათი სპეციფიკური აქტივობა თანაბარია. 235U იზოტოპის სპეციფიკური აქტივობა ბუნებრივ ურანში 21-ჯერ ნაკლებია 238U-ის აქტივობაზე.

ცნობილია ურანის 11 ხელოვნური რადიოაქტიური იზოტოპი, რომელთა მასობრივი რიცხვებია 227-დან 240-მდე. მათგან ყველაზე ხანგრძლივია 233U. თ 1/2 = 1,62×105 წელი) მიიღება თორიუმის ნეიტრონებით დასხივებით და შეუძლია თერმული ნეიტრონების მიერ სპონტანური დაშლა.

ურანის იზოტოპები 238U და 235U ორი რადიოაქტიური სერიის წინაპრები არიან. ამ სერიის საბოლოო ელემენტებია ტყვიის იზოტოპები 206Pb და 207Pb.

ბუნებრივ პირობებში, ყველაზე გავრცელებული იზოტოპებია 234U: 235U: 238U = 0.0054: 0.711: 99.283. ბუნებრივი ურანის რადიოაქტიურობის ნახევარი განპირობებულია იზოტოპით 234U. 234U იზოტოპი წარმოიქმნება 238U-ის დაშლის გამო. ბოლო ორი, იზოტოპების სხვა წყვილებისგან განსხვავებით და ურანის მაღალი მიგრაციის უნარის მიუხედავად, ხასიათდება U238/U235 = 137,88 თანაფარდობის გეოგრაფიული მუდმივობით. ამ თანაფარდობის სიდიდე დამოკიდებულია ურანის ასაკზე. მრავალრიცხოვანმა საველე გაზომვამ აჩვენა მისი უმნიშვნელო რყევები. ასე რომ, რულონებში ამ თანაფარდობის მნიშვნელობა სტანდარტთან შედარებით მერყეობს 0,9959 - 1,0042 დიაპაზონში, მარილებში - 0,996 - 1,005. ურანის შემცველ წიაღისეულებში (ქვედაპირი, ურანის შავი, ცირტოლიტი, იშვიათი მიწის მადნები) ამ თანაფარდობის ღირებულება მერყეობს 137,30-დან 138,51-მდე; უფრო მეტიც, განსხვავება UIV და UVI ფორმებს შორის არ არის დადგენილი; სფეროში - 138,4. ზოგიერთ მეტეორიტში გამოვლინდა 235U იზოტოპის დეფიციტი. ხმელეთის პირობებში მისი ყველაზე დაბალი კონცენტრაცია 1972 წელს აღმოაჩინა ფრანგმა მკვლევარმა ბუჟიგესმა აფრიკის ქალაქ ოკლოში (საბადო გაბონში). ამრიგად, ნორმალური ურანი შეიცავს 0,7025% ურანს 235U, ხოლო ოკლოში ის შემცირებულია 0,557%-მდე. ამან დაადასტურა ჰიპოთეზა ბუნებრივი ბირთვული რეაქტორის შესახებ, რომელიც იწვევს იზოტოპის დაწვას, რომელიც იწინასწარმეტყველეს ლოს-ანჯელესის კალიფორნიის უნივერსიტეტის ჯორჯ უეტერილმა და ჩიკაგოს უნივერსიტეტის მარკ გ. ინგრამმა და ქიმიკოსმა პოლ კ. კუროდამ არკანზასში, რომელმაც აღწერა ეს პროცესი ჯერ კიდევ 1956 წელს. გარდა ამისა, ბუნებრივი ბირთვული რეაქტორები იქნა ნაპოვნი იმავე რაიონებში: ოკელობანდო, ბანგომბე და ა.შ. ამჟამად ცნობილია დაახლოებით 17 ბუნებრივი ბირთვული რეაქტორი.

ქვითარი

ურანის წარმოების პირველი ეტაპი კონცენტრაციაა. კლდე დამსხვრეულია და წყალს ურევენ. საკიდის მძიმე კომპონენტები უფრო სწრაფად წყდება. თუ კლდე შეიცავს პირველადი ურანის მინერალებს, ისინი სწრაფად ილექება: ეს მძიმე მინერალებია. მეორადი ურანის მინერალები უფრო მსუბუქია, ამ შემთხვევაში მძიმე ნარჩენი ქანები ადრე იშლება. (თუმცა, ის ყოველთვის ნამდვილად არ არის ცარიელი; შეიძლება შეიცავდეს ბევრ სასარგებლო ელემენტს, მათ შორის ურანს).

შემდეგი ეტაპი არის კონცენტრატების გამორეცხვა, ურანის გადატანა ხსნარში. გამოიყენება მჟავა და ტუტე გამორეცხვა. პირველი უფრო იაფია, რადგან გოგირდის მჟავა გამოიყენება ურანის მოსაპოვებლად. მაგრამ თუ საკვებში, როგორიცაა ურანი tarურანი ოთხვალენტიან მდგომარეობაშია, მაშინ ეს მეთოდი არ გამოიყენება: ოთხვალენტიანი ურანი პრაქტიკულად უხსნადია გოგირდმჟავაში. ამ შემთხვევაში თქვენ ან უნდა მიმართოთ ტუტე გამორეცხვას ან წინასწარ დაჟანგოთ ურანი ექვსვალენტურ მდგომარეობაში.

მჟავით გაჟონვა ასევე არ გამოიყენება იმ შემთხვევებში, როდესაც ურანის კონცენტრატი შეიცავს დოლომიტს ან მაგნეზიტს, რომლებიც რეაგირებენ გოგირდის მჟავასთან.

ამ შემთხვევებში გამოიყენეთ კაუსტიკური სოდა (ნატრიუმის ჰიდროქსიდი).

მადნებიდან ურანის გაჟონვის პრობლემა წყდება ჟანგბადის აფეთქებით. ჟანგბადის ნაკადი მიეწოდება ურანის მადნისა და სულფიდური მინერალების ნარევს, რომელიც გაცხელებულია 150 °C-მდე. ამ შემთხვევაში გოგირდის მჟავა წარმოიქმნება გოგირდის მინერალებისგან, რომელიც შლის ურანს.

შემდეგ ეტაპზე ურანი შერჩევით უნდა იყოს იზოლირებული მიღებული ხსნარიდან. თანამედროვე მეთოდებს - ექსტრაქციას და იონურ გაცვლას - შეუძლია ამ პრობლემის გადაჭრა.

ხსნარი შეიცავს არა მხოლოდ ურანს, არამედ სხვა კატიონებსაც. ზოგიერთი მათგანი, გარკვეულ პირობებში, ისევე იქცევა, როგორც ურანი: ისინი მოიპოვება იგივე ორგანული გამხსნელებით, დეპონირდება იმავე იონგამცვლელ ფისებზე და ნალექი ხდება იმავე პირობებში. ამიტომ, ურანის შერჩევითი იზოლაციისთვის აუცილებელია მრავალი რედოქსული რეაქციის გამოყენება, რათა თავი დააღწიოთ ამა თუ იმ არასასურველ კომპანიონს თითოეულ ეტაპზე. თანამედროვე იონგაცვლის ფისებზე ურანი ძალიან შერჩევით გამოიყოფა.

მეთოდები იონის გაცვლა და ექსტრაქციაისინი ასევე კარგია, რადგან ისინი საშუალებას აძლევს ურანს მთლიანად მოიპოვონ ცუდი ხსნარებიდან (ურანის შემცველობა არის მეათედი გრამი ლიტრზე).

ამ ოპერაციების შემდეგ ურანი გარდაიქმნება მყარ მდგომარეობაში - ერთ-ერთ ოქსიდად ან UF4 ტეტრაფტორადად. მაგრამ ეს ურანი მაინც უნდა გაიწმინდოს მინარევებისაგან დიდი თერმული ნეიტრონის დაჭერის კვეთით - ბორი, კადმიუმი, ჰაფნიუმი. მათი შემცველობა საბოლოო პროდუქტში არ უნდა აღემატებოდეს პროცენტის ას მეათასედს და მემილიონედს. ამ მინარევების მოსაშორებლად კომერციულად სუფთა ურანის ნაერთს ხსნიან აზოტის მჟავაში. ამ შემთხვევაში წარმოიქმნება ურანილის ნიტრატი UO2(NO3)2, რომელიც ტრიბუტილფოსფატით და ზოგიერთი სხვა ნივთიერებით მოპოვებისას შემდგომ იწმინდება საჭირო სტანდარტებით. შემდეგ ეს ნივთიერება კრისტალიზდება (ან იშლება პეროქსიდი UO4 2H2O) და ფრთხილად კალცინდება. ამ ოპერაციის შედეგად წარმოიქმნება ურანის ტრიოქსიდი UO3, რომელიც წყალბადით მცირდება UO2-მდე.

ურანის დიოქსიდი UO2 ექვემდებარება მშრალ წყალბადის ფტორს 430-დან 600 °C-მდე ტემპერატურაზე UF4 ტეტრაფტორიდის წარმოქმნის მიზნით. ურანის ლითონი ამ ნაერთისგან მცირდება კალციუმის ან მაგნიუმის გამოყენებით.

გაფუჭებული ურანი

მას შემდეგ, რაც ბუნებრივი ურანიდან 235U და 234U მოიპოვება, დარჩენილ მასალას (ურანი-238) ეწოდება "გაფუჭებული ურანი", რადგან ის ამოწურულია 235 იზოტოპში. ზოგიერთი შეფასებით, შეერთებული შტატები ინახავს დაახლოებით 560 000 ტონა დაქვეითებული ურანის ჰექსაფტორიდს (UF6).

გაფუჭებული ურანი ნახევრად რადიოაქტიურია, ვიდრე ბუნებრივი ურანი, ძირითადად მისგან 234 U-ის მოცილების გამო. იმის გამო, რომ ურანის პირველადი გამოყენება არის ენერგიის წარმოება, გაფუჭებული ურანი არის დაბალი გამოყენების პროდუქტი, დაბალი ეკონომიკური ღირებულებით.

მისი გამოყენება ძირითადად დაკავშირებულია ურანის მაღალ სიმკვრივესთან და მის შედარებით დაბალ ღირებულებასთან. გაფუჭებული ურანი გამოიყენება რადიაციის დასაცავად (ირონიულად) და ბალასტის სახით საჰაერო კოსმოსურ პროგრამებში, როგორიცაა თვითმფრინავების კონტროლის ზედაპირები. თითოეული Boeing 747 თვითმფრინავი შეიცავს 1500 კგ დაცლილ ურანს ამ მიზნებისათვის. ეს მასალა ასევე გამოიყენება მაღალსიჩქარიანი გიროსკოპის როტორებში, დიდ მფრინავებში, როგორც ბალასტი კოსმოსურ ლანდერებში და სარბოლო იახტებში და ნავთობის ჭაბურღილების ბურღვისას.

ფიზიოლოგიური მოქმედება

ის მიკრორაოდენობებში (10−5-10−8%) გვხვდება მცენარეთა, ცხოველთა და ადამიანის ქსოვილებში. ის ყველაზე მეტად გროვდება ზოგიერთი სოკოების და წყალმცენარეების მიერ. ურანის ნაერთები შეიწოვება კუჭ-ნაწლავის ტრაქტში (დაახლოებით 1%), ფილტვებში - 50%. ორგანიზმში ძირითადი საცობები: ელენთა, თირკმელები, ჩონჩხი, ღვიძლი, ფილტვები და ბრონქოფილტვის ლიმფური კვანძები. ადამიანისა და ცხოველების ორგანოებსა და ქსოვილებში შემცველობა არ აღემატება 10−7 გ.

ურანი და მისი ნაერთები ტოქსიკურია. განსაკუთრებით საშიშია ურანის აეროზოლები და მისი ნაერთები. წყალში ხსნადი ურანის ნაერთების აეროზოლებისთვის, MPC ჰაერში არის 0,015 მგ/მ³, ურანის უხსნადი ფორმებისთვის MPC არის 0,075 მგ/მ³. როდესაც ურანი შედის სხეულში, ის გავლენას ახდენს ყველა ორგანოზე, არის ზოგადი უჯრედული შხამი. ურანი, ისევე როგორც ბევრი სხვა მძიმე ლითონი, თითქმის შეუქცევადად აკავშირებს ცილებს, პირველ რიგში ამინომჟავების სულფიდურ ჯგუფებს, არღვევს მათ ფუნქციას. ურანის მოქმედების მოლეკულური მექანიზმი დაკავშირებულია ფერმენტის აქტივობის ჩახშობის უნართან. ძირითადად თირკმელები ზიანდება (შარდში ჩნდება ცილა და შაქარი, ოლიგურია). ქრონიკული ინტოქსიკაციით შესაძლებელია ჰემატოპოეზისა და ნერვული სისტემის დარღვევები.

ურანის მოპოვება მსოფლიოში

10 ქვეყანა პასუხისმგებელია ურანის მსოფლიო წარმოების 94%-ზე

OECD-ის ურანის წითელი წიგნის მიხედვით, 2005 წელს მოიპოვეს 41250 ტონა ურანი (2003 წელს 35492 ტონა). OECD-ის მონაცემებით, მსოფლიოში 440 კომერციული რეაქტორი მუშაობს, რომლებიც წელიწადში 67 ათას ტონა ურანს მოიხმარენ. ეს ნიშნავს, რომ მისი წარმოება უზრუნველყოფს მოხმარების მხოლოდ 60%-ს (დანარჩენი ამოღებულია ძველი ბირთვული ქობინიდან). წარმოება ქვეყნების მიხედვით ტონებში U შემცველობით 2005-2006 წლებში. (იხ. ცხრილი No13, დანართი A).

წარმოება რუსეთში

სსრკ-ში ურანის ძირითადი რეგიონები იყო უკრაინა (ჟელტორეჩენსკოე, პერვომაისკოეს საბადოები და სხვ.), ყაზახეთი (ჩრდილოეთი - ბალკაშინის საბადო და ა. ვულკანურ-ჰიდროთერმული ტიპი); ტრანსბაიკალია (ანტეი, სტრელცოვსკოე და სხვ.); ცენტრალური აზია, ძირითადად უზბეკეთი მინერალიზაციით შავი ფიქლებით, რომელიც ცენტრია ქალაქ უჩკუდუკში. ბევრია მცირე მადნის გაჩენა და შემთხვევა. რუსეთში ტრანსბაიკალია რჩება ურანის მთავარ რეგიონად. რუსული ურანის დაახლოებით 93% მოიპოვება ჩიტას რეგიონის საბადოზე (ქალაქ კრასნოკამენსკთან). მოპოვება ხორციელდება შახტის მეთოდით Priargunskoye წარმოების სამთო და ქიმიური ასოციაციის (PPMCU) მიერ, რომელიც არის OJSC Atomredmetzoloto (ურანის ჰოლდინგი) ნაწილი.

დარჩენილი 7% მიიღება მიწისქვეშა გარეცხვით სს დალურის (კურგანის რაიონი) და სს ხიაგდას (ბურიათია) მიერ.

შედეგად მიღებული მადნები და ურანის კონცენტრატი მუშავდება ჩეპეცკის მექანიკურ ქარხანაში.

წარმოება ყაზახეთში

მსოფლიოს ურანის მარაგების დაახლოებით მეხუთედი კონცენტრირებულია ყაზახეთში (21% და მე-2 ადგილი მსოფლიოში). ურანის მთლიანი რესურსები შეადგენს დაახლოებით 1,5 მილიონ ტონას, საიდანაც დაახლოებით 1,1 მილიონი ტონა შეიძლება მოიპოვოს ადგილზე გარეცხვით.

2009 წელს ყაზახეთმა ურანის წარმოებაში მსოფლიოში პირველი ადგილი დაიკავა (მოპოვებული იქნა 13500 ტონა).

წარმოება უკრაინაში

მთავარი საწარმოა აღმოსავლეთის სამთო და გადამამუშავებელი ქარხანა ქალაქ ჟოვტი ვოდში.

განაცხადი

მიუხედავად იმისა, რომ ურანი-238 არ შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც პირველადი დასაშლელი მასალა, მისი დაშლისთვის საჭირო მაღალი ენერგიის ნეიტრონების გამო, მას მნიშვნელოვანი ადგილი უკავია ბირთვულ ინდუსტრიაში.

მაღალი სიმკვრივისა და ატომური წონის მქონე U-238 შესაფერისია რეფლექტორული დამუხტვის ჭურვების დასამზადებლად შერწყმისა და დაშლის მოწყობილობებში. ის ფაქტი, რომ ის იშლება სწრაფი ნეიტრონების მიერ, ზრდის მუხტის ენერგიის გამომუშავებას: ირიბად, არეკლილი ნეიტრონების გამრავლებით; უშუალოდ ჭურვის ბირთვების დაშლის დროს სწრაფი ნეიტრონების მიერ (შერწყმის დროს). დაშლის შედეგად წარმოქმნილი ნეიტრონების დაახლოებით 40%-ს და ყველა შერწყმა ნეიტრონს აქვს საკმარისი ენერგია U-238 დაშლისათვის.

U-238-ს აქვს სპონტანური დაშლის სიჩქარე 35-ჯერ უფრო მაღალი ვიდრე U-235, 5,51 გაყოფა/წ*კგ. ეს შეუძლებელს ხდის მის გამოყენებას როგორც ჭურვი რეფლექტორული დამუხტვისთვის ქვემეხის ბომბებში, რადგან მისი შესაფერისი მასა (200-300 კგ) შექმნის ძალიან მაღალ ნეიტრონულ ფონს.

სუფთა U-238-ს აქვს სპეციფიკური რადიოაქტიურობა 0,333 მიკროკური/გ.

ამ ურანის იზოტოპის მნიშვნელოვანი გამოყენებაა პლუტონიუმ-239-ის წარმოება. პლუტონიუმი წარმოიქმნება რამდენიმე რეაქციის შედეგად, რომლებიც იწყება მას შემდეგ, რაც U-238 ატომმა დაიპყრო ნეიტრონი. ნებისმიერი რეაქტორის საწვავი, რომელიც შეიცავს ბუნებრივ ან ნაწილობრივ გამდიდრებულ ურანს 235-ე იზოტოპში, შეიცავს პლუტონიუმის გარკვეულ პროპორციას საწვავის ციკლის დასრულების შემდეგ.

ურანის დაშლის ჯაჭვი -238

ურანის იზოტოპი არის 238; ის გვხვდება ბუნებრივი ურანის 99%-ზე მეტში. ეს იზოტოპი ასევე ყველაზე სტაბილურია მისი ბირთვი თერმული ნეიტრონების მიერ. 238 U-ის გასაყოფად ნეიტრონს სჭირდება დამატებითი კინეტიკური ენერგია 1,4 მევ. სუფთა ურანი-238-ისგან დამზადებული ბირთვული რეაქტორი არავითარ შემთხვევაში არ იმუშავებს.

ურანი-238-ის ატომი, რომლის ბირთვში პროტონები და ნეიტრონები შეკრული ძალებით ძლივს იკავებენ ერთმანეთს. დროდადრო მისგან იფეთქებს ოთხი ნაწილაკისგან შემდგარი კომპაქტური ჯგუფი: ორი პროტონი და ორი ნეიტრონი (α-ნაწილაკი). ამრიგად, ურანი-238 იქცევა თორიუმ-234-ად, რომლის ბირთვი შეიცავს 90 პროტონს და 144 ნეიტრონს. მაგრამ თორიუმი-234 ასევე არასტაბილურია. თუმცა, მისი ტრანსფორმაცია განსხვავებულად ხდება, ვიდრე წინა შემთხვევაში: მისი ერთ-ერთი ნეიტრონი იქცევა პროტონად, ხოლო თორიუმი-234 გადაიქცევა პროტაქტინიუმ-234-ად, რომლის ბირთვი შეიცავს 91 პროტონს და 143 ნეიტრონს. ეს მეტამორფოზა, რომელიც მოხდა ბირთვში, ასევე გავლენას ახდენს მათ ორბიტაზე მოძრავ ელექტრონებს: ერთ-ერთი მათგანი ხდება დაუწყვილებელი და გაფრინდება ატომიდან. პროტაქტინიუმი ძალიან არასტაბილურია და გარდაქმნას ძალიან ცოტა დრო სჭირდება. ამას მოჰყვება სხვა გარდაქმნები, რასაც თან ახლავს რადიაცია და მთელი ეს ჯაჭვი საბოლოოდ მთავრდება ტყვიის სტაბილური ნუკლიდით (იხ. სურათი No7, დანართი B).

ბირთვული ენერგიის ყველაზე მნიშვნელოვანი გარემოება არის ის, რომ ურანის ყველაზე გავრცელებული იზოტოპი, 238U, ასევე არის ბირთვული საწვავის პოტენციური წყარო. ზილარდიც და ფერმიც მართალი იყვნენ იმ ვარაუდით, რომ ურანის მიერ ნეიტრონების შეწოვა გამოიწვევს ახალი ელემენტების წარმოქმნას.

ურანის იზოტოპები

მართლაც, თერმულ ნეიტრონს შეჯახებისას, ურანი-238 არ იშლება, ბირთვი შთანთქავს ნეიტრონს. საშუალოდ, 23,5 წუთში, ბირთვის ერთ-ერთი ნეიტრონი იქცევა პროტონად (ელექტრონის გამოსხივებით, β დაშლის რეაქცია), ხოლო ურანი-239-ის ბირთვი ხდება ნეპტუნი-239-ის ბირთვი (239Np). 2,4 დღის შემდეგ ხდება მეორე β - დაშლა და წარმოიქმნება პლუტონიუმი-239 (239Pu).

ბირთვულ რეაქტორში ნეიტრონების თანმიმდევრული შთანთქმის შედეგად შეიძლება წარმოიქმნას პლუტონიუმზე მძიმე ელემენტებიც კი.

მხოლოდ 239Pu, 244Pu და 237Np კვალი იყო ნაპოვნი ბუნებრივ მინერალებში და ურანის საბადოში, ამიტომ ტრანსურანის ელემენტები (ურანზე მძიმე) პრაქტიკულად არასოდეს გვხვდება ბუნებრივ გარემოში.

ურანის ბუნებრივად არსებული იზოტოპები არ არიან მთლიანად სტაბილური α დაშლისა და სპონტანური გახლეჩვის მიმართ, მაგრამ იშლება ძალიან ნელა: ნახევარი სიცოცხლეურანი-238 არის 4,5 მილიარდი წელი, ხოლო ურანი-235 არის 710 მილიონი წელი. ბირთვული რეაქციების დაბალი სიხშირის გამო, ასეთი ხანგრძლივი იზოტოპები არ არის რადიაციის საშიში წყარო. ბუნებრივი ურანის ინგოტი შეიძლება დაიჭიროთ ხელში ჯანმრთელობისთვის ზიანის მიყენების გარეშე. მისი კონკრეტული აქტივობაუდრის 0,67 mCi/კგ (Ci – Curie, აქტივობის ექსტრასისტემური ერთეული უდრის 3,7 * 1010 დაშლა წამში).

მიღება - ურანი

გვერდი 1

გაზეთი წერდა, რომ შიდა ნახშირის ფერფლიდან ურანის მოპოვება გადაწყვეტილ საკითხად შეიძლება ჩაითვალოს. ზოგიერთი ნახშირის 1 ტონა ნაცარი შეიცავს 6 ათას ტონა ნახშირის ექვივალენტურ ატომურ ენერგიას.  

ურანის, ოქროს მოპოვება; ურანის დაშლის პროდუქტების გამოყოფა; ფერადი ლითონებისა და იშვიათი მიწიერი ელემენტების მიღება.  

ურანისა და თორიუმის წარმოებას წინ უძღვის მადნის ნედლეულის რთული ინტეგრირებული გადამუშავება.  

ურანის წარმოებისთვის მყარი UF4 მცირდება კალციუმით ან მაგნიუმით.  

იგი გამოიყენება ურანის, თორიუმის და სხვა ლითონების წარმოებისთვის, აგრეთვე ორგანული სინთეზისთვის.  

ენერგიის მოხმარება რეაქციულ ნარევში იდეალურად ჩამქრალი ურანის წარმოებისთვის არის 71 ევ ლითონის ატომზე.  

ურანის ძირითადი წყაროა მინერალი ურანიტი და მისი ჯიშები - ფისოვანი ბლენდი, ურანის მიკასი, პიჩბლენდი, ურანის შავი. ურანისა და მისი ნაერთების წარმოებისთვის დიდი მნიშვნელობა აქვს ურანი-ვანადიუმის, ურანი-ფოსფორის, ურანი-დარიშხანის კალციუმის, სპილენძის, ბარიუმის მარილებს, რომელსაც უწოდებენ ურანის მიკას.  

ბოლო წლებში ურანის მისაღებად გამოიყენება მიწისქვეშა გამორეცხვა ხსნარების შემდგომი გაწმენდით. მიწისქვეშა გამორეცხვისთვის გამოიყენება გოგირდმჟავა და კარბონატული ხსნარები.

შეერთებულ შტატებში ურანის კიდევ ერთი მთავარი პოტენციური წყაროა ფიქალი, რომელიც მდებარეობს ტენესის, კენტუკის, ინდიანას, ილინოისისა და ოჰაიოს შტატებში.  

არსებობს ურანის ტეტრაფტორიდის წარმოქმნის მრავალი სხვა მეთოდი, მათ შორის წყალბადის ფტორიდის რეაქცია კომპაქტურ მეტალურ ურანთან წყალბადის ატმოსფეროში, დაწყებული 250 C-დან.  

პრაქტიკულად არ არსებობს ურანის წარმოებისთვის ჭურჭლის ღუმელების გამოთვლის მეთოდები. მათი დაპროექტებისას შეიძლება გავითვალისწინოთ მხოლოდ ისეთი ფაქტორები, როგორიცაა რეაქციის შედეგად გამოთავისუფლებული და მიმდებარე სივრცეში დაკარგული სითბოს რაოდენობა, ასევე (მაგნიუმ-თერმული შემცირების შემთხვევაში) სითბოს რაოდენობა, რომელიც უნდა იყოს მიწოდებული გამოყენებით. გარე გამათბობლები.  

იაპონიამ შეიმუშავა ურანის წარმოების ახალი ტექნოლოგია ფოსფორმჟავას ხსნარიდან, რომელიც გამოიყენება ფოსფატური სასუქების წარმოებისთვის. იაპონიის მიერ ყოველწლიურად შემოტანილი 3-4 მილიონი ტონა ფოსფატიდან ურანის მოპოვების ქარხნის მშენებლობამდე სასუქების წარმოების ნედლეულის სახით, იგეგმება საპილოტე ქარხნის აშენება.  

ხაზგასმით უნდა აღინიშნოს, რომ ურანის მოპოვების პროცესი არც ისე მარტივია, როგორც აქ არის აღწერილი. უნდა გვახსოვდეს, რომ ყველა პროცესი ხორციელდება სპეციალური მასალებისგან დამზადებულ კომპლექსურ აღჭურვილობაში. ამ შემთხვევაში რეაგენტების ძალიან ზუსტი დოზა უნდა იყოს დაცული და საჭირო ტემპერატურა უნდა შენარჩუნდეს. ურანის წარმოების პროცესი მოითხოვს დიდი რაოდენობით უკიდურესად სუფთა რეაგენტებს, რომლებიც უნდა იყოს უფრო სუფთა, ვიდრე ეგრეთ წოდებული ქიმიურად სუფთა ნივთიერებები.  

გვერდები:      1    2    3    4

ურანი, ელემენტი ნომერი 92, ყველაზე მძიმე ელემენტია ბუნებაში. იგი გამოიყენებოდა ჩვენი ეპოქის დასაწყისში კერამიკის ფრაგმენტები ყვითელი მინანქრით (1%-ზე მეტი ურანის ოქსიდის შემცველი) პომპეის და ჰერკულანეუმის ნანგრევებს შორის.

ურანი აღმოაჩინა 1789 წელს ურანის ტარში გერმანელმა ქიმიკოსმა მარტონ ჰაინრიხ კლაპროთმა, რომელმაც მას დაარქვა 1781 წელს აღმოჩენილი პლანეტის ურანი. ლითონის ურანი პირველად მიიღო ფრანგმა ქიმიკოსმა ევგენი პელიგომ 1841 წელს, უწყლო ურანის ტეტრაქლორიუმის შემცირებით. 1896 წელს ანტუან-ჰენრი ბეკერელმა აღმოაჩინა ურანის რადიოაქტიურობის ფენომენი ურანის მარილის მიმდებარე ნაჭრის მაიონებელი გამოსხივების ფოტოგრაფიული ფირფიტების შემთხვევით გამოვლენით.

ფიზიკური და ქიმიური თვისებები

ურანი ძალიან მძიმე, მოვერცხლისფრო-თეთრი, მბზინავი ლითონია. მისი სუფთა სახით, ის ოდნავ რბილია, ვიდრე ფოლადი, ელასტიური, მოქნილი და აქვს მცირე პარამაგნიტური თვისებები. ურანს აქვს სამი ალოტროპული ფორმა: ალფა (პრიზმული, სტაბილური 667,7 °C-მდე), ბეტა (ტეტრაგონალური, სტაბილური 667,7-დან 774,8 °C-მდე), გამა (სხეულზე ორიენტირებული კუბური სტრუქტურით, არსებული 774,8 °C-დან დნობის წერტილამდე. ), რომელშიც ურანი ყველაზე ელასტიური და ადვილად დასამუშავებელია. ალფა ფაზა არის პრიზმული სტრუქტურის ძალიან თვალსაჩინო ტიპი, რომელიც შედგება ატომების ტალღოვანი ფენებისგან უკიდურესად ასიმეტრიულ პრიზმულ გისოსებში. ეს ანისოტროპული სტრუქტურა ართულებს ურანის სხვა ლითონებთან შენადნობას. მხოლოდ მოლიბდენს და ნიობიუმს შეუძლიათ შექმნან მყარი ფაზის შენადნობები ურანით. მართალია, ურანის ლითონს შეუძლია ურთიერთქმედება ბევრ შენადნობთან, რაც ქმნის მეტათაშორის ნაერთებს.

ურანის ძირითადი ფიზიკური თვისებები:
დნობის წერტილი 1132,2 °C (+/- 0,8);
დუღილის წერტილი 3818 °C;
სიმკვრივე 18,95 (ალფა ფაზაში);
სპეციფიკური სითბოს მოცულობა 6,65 კალ/მოლი/°C (25 C);
დაჭიმვის სიმტკიცე 450 მპა.

ქიმიურად, ურანი ძალიან აქტიური ლითონია. ჰაერში სწრაფად იჟანგება, იგი დაფარულია ოქსიდის ცისარტყელას ფენით. წვრილი ურანის ფხვნილი სპონტანურად აალდება ჰაერში, აალდება 150-175 °C ტემპერატურაზე, წარმოქმნის U 3 ო 8 . 1000 °C ტემპერატურაზე ურანი ერწყმის აზოტს და წარმოქმნის ყვითელ ურანის ნიტრიდს. წყალს შეუძლია ლითონის კოროზია, ნელა დაბალ ტემპერატურაზე და სწრაფად მაღალ ტემპერატურაზე. ურანი იხსნება ჰიდროქლორინის, აზოტის და სხვა მჟავებში, წარმოქმნის ოთხვალენტიან მარილებს, მაგრამ არ ურთიერთქმედებს ტუტეებთან. ურანი ანაცვლებს წყალბადს არაორგანული მჟავებისა და ლითონების მარილის ხსნარებისგან, როგორიცაა ვერცხლისწყალი, ვერცხლი, სპილენძი, კალა, პლატინი და ოქრო. ძლიერად შერყევისას, ურანის ლითონის ნაწილაკები ბზინვარებას იწყებენ.
ურანს აქვს ოთხი დაჟანგვის მდგომარეობა - III-VI. ექვსვალენტურ ნაერთებს მიეკუთვნება ურანილის ტრიოქსიდი UO 3 და ურანის ურანის ქლორიდი UO 2 კლ 2 . ურანის ტეტრაქლორიდი UCl 4 და ურანის დიოქსიდი UO 2 - ოთხვალენტიანი ურანის მაგალითები. ოთხვალენტიანი ურანის შემცველი ნივთიერებები, როგორც წესი, არასტაბილურია და ჰაერში დიდი ხნის განმავლობაში ზემოქმედებისას გადაიქცევა ექვსვალენტიან ურანში. ურანილის მარილები, როგორიცაა ურანილის ქლორიდი, იშლება კაშკაშა სინათლის ან ორგანული ნივთიერებების თანდასწრებით.

ურანს არ აქვს სტაბილური იზოტოპი, მაგრამ ცნობილია მისი 33 რადიოაქტიური იზოტოპი. ბუნებრივი ურანი შედგება სამი რადიოაქტიური იზოტოპისგან: 238 U (99.2739%, T=4.47⋅10 9 წლები, α-ემიტერი, რადიოაქტიური სერიის წინაპარი (4n+2)), 235 U (0.7205%, T=7.04⋅10 9 წლები, რადიოაქტიური სერიის წინაპარი (4n+3)) და 234 U (0.0056%, T=2.48⋅10 5 წლები, α-ემიტერი). ბოლო იზოტოპი არ არის პირველადი, მაგრამ რადიოგენური ის არის რადიოაქტიური სერიის ნაწილი 238 U. ბუნებრივი ურანის ატომური მასა არის 238,0289+0,0001.

ბუნებრივი ურანის რადიოაქტიურობა ძირითადად განპირობებულია იზოტოპებით 238 U და 234 U, წონასწორობაში მათი სპეციფიკური აქტივობები ტოლია. ბუნებრივი ურანის სპეციფიკური რადიოაქტიურობა არის 0,67 მიკროკური/გ, გაყოფილი თითქმის შუაზე 234 U და 238 U; 235 235 U მცირე წვლილი შეაქვს (იზოტოპის სპეციფიკური აქტივობა 238 ბუნებრივ ურანში U 21-ჯერ ნაკლებად აქტიურია U). ბუნებრივი ურანი საკმარისად რადიოაქტიურია იმისათვის, რომ ფოტოგრაფიული ფირფიტა დაახლოებით ერთ საათში გამოაშკარავდეს. თერმული ნეიტრონის დაჭერის ჯვარი განყოფილება 233 U 4.6 10 -27 m2, 235 U 9.8 10 -27 m2, 238 U 2.7 10 -28მ2; დაშლის კვეთა 233 U 5.27 10 -26 მ2, 235 U 5.84 10 -26მ2, იზოტოპების ბუნებრივი ნარევი 4.2 10

-28 მ2.ურანის იზოტოპები, როგორც წესი, არიან α-ემიტერები. საშუალო α- გამოსხივების ენერგია 230 U, 231 U, 232 U, 233 U, 234 U, 235 U, 236 U, 238 -4 ; 5.414; 4.909; 4.859; 4.679; 4.572; 4.270 მევ. ამავე დროს, იზოტოპები, როგორიცაა 233 U, 238 U და 239 გარდა ალფას, U განიცდის სხვა სახის დაშლას - სპონტანურ გაყოფას, თუმცა დაშლის ალბათობა გაცილებით ნაკლებია, ვიდრე α დაშლის ალბათობა.

პრაქტიკული გამოყენების თვალსაზრისით მნიშვნელოვანია ბუნებრივი იზოტოპები 233 U და 235 U დაშლა როგორც თერმული, ისე სწრაფი ნეიტრონების გავლენის ქვეშ ( 235 U-ს შეუძლია სპონტანური დაშლა), ხოლო ბირთვებს 238 U-ს დაშლა შეუძლია მხოლოდ 1 მევ-ზე მეტი ენერგიის მქონე ნეიტრონების დაჭერისას. დაბალი ბირთვული ენერგიის მქონე ნეიტრონების აღებისას 238 თქვენ ჯერ ბირთვებად გადაიქცევით 239 U, რომელიც შემდეგ განიცდის β-დაშლას და ჯერ გარდაიქმნება 239 Np, შემდეგ კი - 239-ზე Pu, რომლის ბირთვული თვისებები ახლოსაა 235 U. ბირთვების თერმული ნეიტრონების ეფექტური დაჭერის ჯვარი სექციები 234 U, 235 U და 238 U უდრის 98⋅10 -28, 683⋅10 -28 და 2.7⋅10 -28 მ2 შესაბამისად. სრული გაყოფა 235 U იწვევს "თერმული ენერგიის ექვივალენტის" გამოყოფას 2⋅10 7 კვტ/სთ/კგ.

ურანის ტექნოგენური იზოტოპები

თანამედროვე ატომური რეაქტორები აწარმოებენ 11 ხელოვნურ რადიოაქტიურ იზოტოპს 227-დან 240-მდე მასობრივი რიცხვებით, რომელთაგან ყველაზე ხანგრძლივია. 233 U (T = 1.62 10 5 წლები); იგი მიიღება თორიუმის ნეიტრონული დასხივებით. ურანის იზოტოპებს, რომელთა მასის რაოდენობა 240-ზე მეტია, დრო არ აქვთ რეაქტორებში ჩამოყალიბებისთვის. ურანი-240-ის სიცოცხლე ძალიან ხანმოკლეა და ის იშლება, სანამ ნეიტრონს დაიჭერს. თუმცა, თერმობირთვული აფეთქების სუპერძლიერი ნეიტრონული ნაკადების დროს ურანის ბირთვი წამის მემილიონედში ახერხებს 19 ნეიტრონის დაჭერას. ამ შემთხვევაში, ურანის იზოტოპები მასობრივი ნომრებით 239-დან 257-მდე იბადება. თავად „გვარის დამფუძნებლები“ ​​ზედმეტად არასტაბილურები არიან β-დაშლისთვის და გადადიან უფრო მაღალ ელემენტებში დიდი ხნით ადრე, სანამ ბირთვული რეაქციების პროდუქტები გამოიყოფა აფეთქების შედეგად შერეული ქანიდან.

თერმული ნეიტრონული ენერგიის რეაქტორებში იზოტოპები გამოიყენება როგორც ბირთვული საწვავი 235 U და 233 U და სწრაფ ნეიტრონულ რეაქტორებში 238 უ, ე.ი. იზოტოპები, რომლებსაც შეუძლიათ დაშლის ჯაჭვური რეაქციის მხარდაჭერა.

U-232

232 U – ტექნოგენური ნუკლიდი, არ გვხვდება ბუნებაში, α-ემიტერი, T=68,9 წელი, მშობელი იზოტოპები 236 Pu(α), 232 Np(β+) და 232 Pa(β-), ქალიშვილი ნუკლიდი 228 თ. შეუძლია სპონტანური გაყოფა. 232 U-ს აქვს სპონტანური გაყოფის სიჩქარე 0,47 გაყოფა/წ⋅კგ. ბირთვულ ინდუსტრიაში 232 U იწარმოება, როგორც გვერდითი პროდუქტი თორიუმის საწვავის ციკლში დაშლილი (იარაღის ხარისხის) ნუკლიდის 233U სინთეზის დროს. დასხივებისას 232 ძირითადი რეაქცია ხდება:

232 Th + n → 233 Th → (22.2 წთ, β-დაშლა) → 233 Pa → (27.0 დღე, β-დაშლა) → 233 U

და ორეტაპიანი გვერდითი რეაქცია:

232 Th + n → 231 Th + 2n, 231 Th → (25.5 სთ, β) → 231 Pa + n → 232 Pa → (1.31 დღე, β) → 232 U.

ხანგრძლივობა 232 U ორეტაპიანი რეაქციის დროს დამოკიდებულია სწრაფი ნეიტრონების არსებობაზე (საჭიროა ნეიტრონები მინიმუმ 6 მევ ენერგიით), რადგან პირველი რეაქციის კვეთა მცირეა თერმული სიჩქარისთვის. დაშლის ნეიტრონების მცირე რაოდენობას აქვს 6 მევ-ზე მეტი ენერგია და თუ თორიუმის გამრავლების ზონა მდებარეობს რეაქტორის იმ ნაწილში, სადაც მას ასხივებენ ზომიერად სწრაფი ნეიტრონები (~ 500 კევ), მაშინ ეს რეაქცია შეიძლება პრაქტიკულად გამოირიცხოს. თუ ორიგინალური ნივთიერება შეიცავს 230 თ, მერე განათლება 232 U ავსებს რეაქციას: 230 Th + n → 231 ე და შემდგომ როგორც ზემოთ. ეს რეაქცია ასევე კარგად მუშაობს თერმულ ნეიტრონებთან. ამიტომ, განათლების ჩახშობა 232 U (და ეს აუცილებელია ქვემოთ მითითებული მიზეზების გამო) მოითხოვს თორიუმის ჩატვირთვას მინიმალური კონცენტრაციით 230 თ.

იზოტოპი წარმოებული დენის რეაქტორში 232 U უქმნის ჯანმრთელობისა და უსაფრთხოების პრობლემას, რადგან ის იშლება 212 ბი და 208 Te, რომლებიც ასხივებენ მაღალი ენერგიის γ-კვანტებს. ამიტომ, ამ იზოტოპის დიდი რაოდენობით შემცველი პრეპარატები უნდა დამუშავდეს ცხელ კამერაში. ხელმისაწვდომობა 232 U დასხივებულ ურანში ასევე საშიშია ატომური იარაღის გამოყენების თვალსაზრისით.

აკუმულაცია 232 U გარდაუვალია წარმოებაში 233 U თორიუმის ენერგეტიკულ ციკლში, რაც აფერხებს მის დანერგვას ენერგეტიკულ სექტორში. უჩვეულო ის არის, რომ თანაბარი იზოტოპი 232 U-ს აქვს ნეიტრონების გავლენის ქვეშ მაღალი დაშლის კვეთა (თერმული ნეიტრონებისთვის 75 ბეღელი, რეზონანსული ინტეგრალი 380), ასევე მაღალი ნეიტრონის დაჭერის ჯვარი - 73 ბეღელი (რეზონანსული ინტეგრალი 280).

ასევე არის სარგებელი 232-დან U: ხშირად გამოიყენება რადიოტრასერის მეთოდით ქიმიურ და ფიზიკურ კვლევებში.

U-233

233 U აღმოაჩინეს Seaborg, Hoffmann და Stoughton. ურანი-233 - α-ემიტერი, T=1,585⋅105 წელი, მშობელი ნუკლიდები 237 Pu(α) 233 Np(β+) 233 Pa(β-), ქალიშვილი ნუკლიდი 229 თ. ურანი-233 იწარმოება ბირთვულ რეაქტორებში თორიუმისგან: 232th იჭერს ნეიტრონს და იქცევა 233 Th, რომელიც იშლება 233 Ra, შემდეგ კი 233 წელს U. Nuclei 233 U (კენტი იზოტოპი) შეუძლია როგორც სპონტანური დაშლა, ასევე დაშლა ნებისმიერი ენერგიის ნეიტრონების გავლენის ქვეშ, რაც მას შესაფერისს ხდის როგორც ატომური იარაღის, ასევე რეაქტორის საწვავის წარმოებისთვის (შესაძლებელია ბირთვული საწვავის გაფართოებული რეპროდუქცია). ურანი-233 ასევე არის ყველაზე პერსპექტიული საწვავი გაზის ფაზის ბირთვული სარაკეტო ძრავებისთვის. სწრაფი ნეიტრონების მიერ დაშლის ეფექტური ჯვარი არის 533 ბეღელი, ნახევარგამოყოფის პერიოდი 1,585,000 წელია და ბუნებაში არ გვხვდება. კრიტიკული მასა 233 U სამჯერ ნაკლებია კრიტიკულ მასაზე 235 U (დაახლოებით 16 კგ). 233

232 Th + n → 233 Th → (22.2 წთ, β-დაშლა) → 233 U-ს აქვს სპონტანური დაშლის სიჩქარე 720 გაყოფა/წ⋅კგ. 235U შეიძლება მივიღოთ 232Th-დან ნეიტრონული დასხივებით:

Pa → (27.0 დღე, β-დაშლა) → 233U 233 როდესაც ნეიტრონი შეიწოვება, ბირთვი 234 U ჩვეულებრივ იშლება, მაგრამ ზოგჯერ იჭერს ნეიტრონს, ხდება U, თუმცა არადაშლის პროცესების წილი ნაკლებია, ვიდრე სხვა დაშლილ საწვავში ( 235 U, 239 Pu, 241 233 პუ) ის რჩება მცირე ყველა ნეიტრონული ენერგიის დროს. გაითვალისწინეთ, რომ არსებობს მდნარი მარილის რეაქტორის დიზაინი, რომელშიც პროტაქტინიუმი ფიზიკურად იზოლირებულია, სანამ მას ექნება ნეიტრონის შთანთქმის შანსი. მიუხედავად იმისა 234 U, რომელიც შთანთქავს ნეიტრონს, ჩვეულებრივ იყოფა, მაგრამ ზოგჯერ ინარჩუნებს ნეიტრონს და გადაიქცევა

U (ეს პროცესი მნიშვნელოვნად ნაკლებად სავარაუდოა, ვიდრე დაშლა). ხანგრძლივობა 233 233 U თორიუმის ინდუსტრიისთვის ნედლეულიდან არის გრძელვადიანი სტრატეგია ინდოეთის ბირთვული ინდუსტრიის განვითარებისთვის, რომელსაც აქვს თორიუმის მნიშვნელოვანი მარაგი. მოშენება შეიძლება განხორციელდეს როგორც სწრაფ, ასევე თერმულ რეაქტორებში. ინდოეთის ფარგლებს გარეთ, თორიუმზე დაფუძნებული საწვავის ციკლის მიმართ დიდი ინტერესი არ არის, თუმცა თორიუმის მარაგი სამჯერ მეტია, ვიდრე ურანის მარაგები, გარდა საწვავის ბირთვულ რეაქტორებში, მისი გამოყენება შესაძლებელია 233 U იარაღის მუხტში. თუმცა ახლა ეს იშვიათად კეთდება. 1955 წელს შეერთებულმა შტატებმა გამოსცადა იარაღის ხარისხი U ოპერაცია ჩაიდანში მასზე დაფუძნებული ბომბის აფეთქებით. იარაღის თვალსაზრისით 233 U, 239-თან შედარებით Pu: მისი რადიოაქტიურობა არის 1/7 (T=159200 წელი პლუტონიუმის 24100 წლის წინააღმდეგ), კრიტიკული მასა 60%-ით მეტია (16 კგ 10 კგ-ის წინააღმდეგ), ხოლო სპონტანური გახლეჩვის სიჩქარე 20-ჯერ მეტია (6⋅10). -9 3⋅10 -10-ის წინააღმდეგ 233 ). თუმცა, ვინაიდან მისი სპეციფიკური რადიოაქტიურობა უფრო დაბალია, ნეიტრონის სიმკვრივეა 239 U ამაზე სამჯერ მეტია 233 პუ. ბირთვული მუხტის შექმნა ეფუძნება

U მოითხოვს უფრო მეტ ძალისხმევას, ვიდრე პლუტონიუმი, მაგრამ ტექნოლოგიური ძალისხმევა დაახლოებით იგივეა.მთავარი განსხვავება არის ყოფნა 233 U მინარევები 232 233 U, რაც ართულებს მუშაობას

U და საშუალებას გაძლევთ მარტივად აღმოაჩინოთ დასრულებული იარაღი. U არ უნდა აღემატებოდეს 5 ppm (0.0005%). კომერციული ბირთვული საწვავის ციკლში ყოფნა 232 U არ არის მთავარი მინუსი, თუნდაც სასურველი, რადგან ამცირებს ურანის გავრცელების შესაძლებლობას იარაღის მიზნებისთვის. საწვავის დაზოგვის მიზნით, დონის გადამუშავებისა და ხელახალი გამოყენების შემდეგ 232 U აღწევს 0,1-0,2%. სპეციალურად შემუშავებულ სისტემებში ეს იზოტოპი გროვდება 0,5-1% კონცენტრაციებში.

წარმოებიდან პირველი ორი წლის განმავლობაში 233 U, რომელიც შეიცავს 232 U, 228 Th რჩება მუდმივ დონეზე, არის წონასწორობაში საკუთარი დაშლით. ამ პერიოდის განმავლობაში დგინდება და სტაბილიზდება γ-გამოსხივების ფონის მნიშვნელობა. ამიტომ, პირველი რამდენიმე წლის განმავლობაში მასობრივი წარმოება 233 U ასხივებს მნიშვნელოვან γ გამოსხივებას. ათკილოგრამიანი სფერო 233 იარაღის კლასის U (5 ppm 232U) აწარმოებს ფონს 11 მილირემი/საათში 1 მ მანძილზე დამზადებიდან 1 თვეში, 110

მილირემი/სთ ერთი წლის შემდეგ, 200 მილირემი/სთ 2 წლის შემდეგ. წლიური დოზის ზღვარი 5 რემ აღემატება ასეთ მასალასთან მუშაობის მხოლოდ 25 საათის შემდეგ. თუნდაც ახალი 233 U (1 თვე დამზადების დღიდან) ზღუდავს შეკრების დროს კვირაში ათ საათამდე. სრულად აწყობილ იარაღში რადიაციის დონე მცირდება სხეულის მიერ მუხტის შთანთქმით. თანამედროვე მსუბუქ მოწყობილობებში შემცირება არ აღემატება 10-ჯერ, რაც ქმნის უსაფრთხოების პრობლემებს. მძიმე მუხტებში აბსორბცია უფრო ძლიერია - 100-1000-ჯერ. ბერილიუმის რეფლექტორი ზრდის ნეიტრონული ფონის დონეს: 9Be + γ-კვანტური → 8Be + n. γ-სხივები 232 U ქმნიან დამახასიათებელ ხელმოწერას, მათი აღმოჩენა და ატომური მუხტის მოძრაობებისა და არსებობის თვალყურის დევნება შესაძლებელია. დამზადებულია თორიუმის ციკლის გამოყენებით, სპეციალურად დენატურირებული 233 U (0.5 - 1.0% 232 U), ქმნის კიდევ უფრო დიდ საფრთხეს. ასეთი მასალისგან დამზადებული 10 კილოგრამიანი სფერო 1 თვის შემდეგ 1 მ მანძილზე ქმნის ფონს 11 რემ/სთ, 110 რემ/სთ წელიწადში და 200 რემ/საათში 2 წლის შემდეგ. ასეთ ატომურ ბომბთან კონტაქტი, თუნდაც რადიაციის 1000-ჯერ შემცირებით, შემოიფარგლება წელიწადში 25 საათით. შესამჩნევი წილის არსებობა 232 გაყოფილ მასალაში U მას უკიდურესად მოუხერხებელს ხდის სამხედრო გამოყენებისთვის.

ურანის ბუნებრივი იზოტოპები

U-234

ურანი-234 (ურანი II) ბუნებრივი ურანის ნაწილია (0,0055%), T = 2,445⋅10 5 წლები, α-ემიტერი, მშობელი რადიონუკლიდები: 238 Pu (α), 234 Pa (β-), 234 Np(β+), ქალიშვილის იზოტოპი in 230 თ. სარჩევი 234 U საბადოში ძალიან მცირეა მისი შედარებით მოკლე ნახევარგამოყოფის პერიოდის გამო. 234 U წარმოიქმნება რეაქციებით:

238 U → (4,51 მილიარდი წელი, ალფა დაშლა) → 234 თ

234 Th → (24.1 დღე, ბეტა დაშლა) → 234 პა

234 Pa → (6.75 საათი, ბეტა დაშლა) → 234U

ჩვეულებრივ 234 U წონასწორობაშია 238 U, ფუჭდება და ყალიბდება იმავე სიჩქარით. თუმცა, დაშლის ატომები 238 U არსებობს გარკვეული პერიოდის განმავლობაში თორიუმის და პროტაქტინიუმის სახით, ამიტომ ისინი შეიძლება ქიმიურად ან ფიზიკურად გამოეყოთ მადნიდან (გაჟონილი მიწისქვეშა წყლებით). იმიტომ რომ 234 U-ს აქვს შედარებით მოკლე ნახევრადგამოყოფის პერიოდი; ბუნებრივი ურანის რადიოაქტიურობის დაახლოებით ნახევარი მოდის 234 U.

კონცენტრაცია 234 უაღრესად გამდიდრებულ ურანში U საკმაოდ მაღალია მსუბუქი იზოტოპებით უპირატესი გამდიდრების გამო. იმიტომ რომ 234 U არის ძლიერი γ-ემიტერი, არსებობს შეზღუდვები მის კონცენტრაციაზე, რომელიც განკუთვნილია საწვავში გადასამუშავებლად. ძირითადად, გაზრდილი დონე 234 U მისაღებია თანამედროვე რეაქტორებისთვის, მაგრამ გადამუშავებული დახარჯული საწვავი შეიცავს ამ იზოტოპის მიუღებელ დონეებს.

შთანთქმის ჯვარი განყოფილება 234 თერმული ნეიტრონების U არის 100 ბეღელი, ხოლო რეზონანსული ინტეგრალი სხვადასხვა შუალედური ნეიტრონების საშუალოდ არის 700 ბეღელი. ამიტომ, რეაქტორებში ზე

თერმული ნეიტრონები ის გარდაიქმნება გაყოფად 235 U უფრო სწრაფი ტემპით, ვიდრე გაცილებით დიდი რაოდენობით 238 U (2.7 ბეღლის კვეთით) გარდაიქმნება 239 პუ. შედეგად, დახარჯული ბირთვული საწვავი შეიცავს ნაკლებს 234 U, ვიდრე ახალი.

U-235

ურანი-235 (აქტინურანიუმი) არის იზოტოპი, რომელსაც შეუძლია წარმოქმნას სწრაფად მზარდი დაშლის ჯაჭვური რეაქცია. აღმოაჩინა არტურ ჯეფრი დემპსტერმა 1935 წელს.

ეს არის პირველი იზოტოპი, რომელშიც აღმოაჩინეს ნეიტრონების გავლენის ქვეშ იძულებითი ბირთვული დაშლის რეაქცია. ნეიტრონის შთანთქმა 235 U მიდის 236-მდე U, რომელიც ორ ნაწილად იყოფა, ათავისუფლებს ენერგიას და გამოყოფს რამდენიმე ნეიტრონს. ნებისმიერი ენერგიის ნეიტრონების მიერ დაშლის იზოტოპი, რომელსაც შეუძლია სპონტანური დაშლა 235 U არის ბუნებრივი ურანის ნაწილი (0,72%), α-ემიტერი (ენერგია 4,679 მევ), T=7,038⋅10 8 წლები, მშობელი ნუკლიდები 235 Pa, 235 Np და 239 Pu, ქალიშვილი - 231 თ. სპონტანური დაშლის ინტენსივობა 235 U 0,16 დივიზიონი/წ⋅კგ. როდესაც ერთი ბირთვი იყოფა 235 U გამოუშვა 200 მევ ენერგია=3.2⋅10 -11 ჯ, ე.ი. 18 ტჯ/მოლ=77 ტჯ/კგ. თუმცა, ამ ენერგიის 5%-ს ატარებს პრაქტიკულად შეუმჩნეველი ნეიტრონები. თერმული ნეიტრონების ბირთვული ჯვარი არის დაახლოებით 1000 ბეღელი, ხოლო სწრაფი ნეიტრონებისთვის - დაახლოებით 1 ბეღელი.

წმინდა 60 კგ მასა 235 U აწარმოებს მხოლოდ 9,6 გაყოფას/წმ, რაც საკმარისად მარტივს ხდის ატომური ბომბის დამზადებას ქვემეხის დიზაინის გამოყენებით. 238 U ქმნის 35-ჯერ მეტ ნეიტრონს თითო კილოგრამზე, ამიტომ ამ იზოტოპის მცირე პროცენტიც კი რამდენჯერმე ზრდის ამ მაჩვენებელს. 234 U ქმნის 22-ჯერ მეტ ნეიტრონს და მსგავსია 238 U არასასურველი ქმედება. კონკრეტული აქტივობა 235 U არის მხოლოდ 2.1 მიკროკური/გ; მისი დაბინძურება არის 0.8% 234 გაზარდეთ ის 51 მიკროკური/გრ-მდე. იარაღის ხარისხის ურანის კრიტიკული მასა. (93.5% 235 უ) წყალხსნარებში 1 კგ-ზე ნაკლებია, ღია ბურთისთვის - დაახლოებით 50 კგ, რეფლექტორიანი ბურთისთვის - 15 - 23 კგ.

ბუნებრივ ურანში მხოლოდ ერთი, შედარებით იშვიათი, იზოტოპია შესაფერისი ატომური ბომბის ბირთვის დასამზადებლად ან რეაქტორში რეაქციის შესანარჩუნებლად. გამდიდრების ხარისხი მიხედვით 235 ატომური ელექტროსადგურების ბირთვულ საწვავში U მერყეობს 2-4,5%, იარაღის გამოყენებისთვის - მინიმუმ 80% და უფრო სასურველია 90%. აშშ-ში 235 იარაღის კლასის U გამდიდრებულია 93,5%-მდე (მრეწველობას შეუძლია აწარმოოს 97,65%). ასეთი ურანი გამოიყენება საზღვაო ძალების რეაქტორებში.

კომენტარი. ურანი შემცველობით 235 U 85%-ზე მეტს უწოდებენ იარაღის კლასის ურანს, შემცველობით 20%-ზე მეტი და 85%-ზე ნაკლები - იარაღის გამოყენებისთვის შესაფერისი ურანი, რადგან მისი გამოყენება შესაძლებელია "ცუდის" (არაეფექტური ბომბის) დასამზადებლად. მაგრამ ის ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას "კარგი" ბომბის შესაქმნელად, თუ იყენებთ აფეთქებას, ნეიტრონულ რეფლექტორებს და რამდენიმე მოწინავე ხრიკს. საბედნიეროდ, მსოფლიოში მხოლოდ 2-3 ქვეყანას შეუძლია ასეთი ხრიკების პრაქტიკაში განხორციელება. დღესდღეობით, ურანის ბომბები, როგორც ჩანს, არსად იწარმოება (პლუტონიუმმა შეცვალა ურანი ბირთვულ იარაღში), მაგრამ ურანი-235-ის პერსპექტივები რჩება ურანის ბომბის ქვემეხის დიზაინის სიმარტივის და ასეთი ბომბების წარმოების გაფართოების შესაძლებლობის გამო, თუ უცებ ჩნდება საჭიროება.

მსუბუქია 234 U პროპორციულად გამდიდრებულია კიდევ უფრო დიდი რაოდენობით, ვიდრე 235 U ბუნებრივი ურანის იზოტოპების გამოყოფის ყველა პროცესში მასის განსხვავებებზე დაყრდნობით, რაც გარკვეულ პრობლემას უქმნის ატომური ბომბის მუხტების წარმოებას. უაღრესად გამდიდრებული 235 U ჩვეულებრივ შეიცავს 1.5-2.0% 234 U.

დივიზიონი 235 U გამოიყენება ატომურ იარაღში, ენერგიის წარმოებისთვის და მნიშვნელოვანი აქტინიდების სინთეზისთვის. ბუნებრივი ურანი გამოიყენება ბირთვულ რეაქტორებში ნეიტრონების წარმოებისთვის. ჯაჭვური რეაქცია შენარჩუნებულია დაშლის შედეგად წარმოქმნილი ნეიტრონების სიჭარბით 235 U, ამავდროულად, ჯაჭვური რეაქციით გამოუყენებელი ჭარბი ნეიტრონები სხვა ბუნებრივი იზოტოპის მიერ არის დაჭერილი, 238 U, რაც იწვევს პლუტონიუმის გამომუშავებას, რომელსაც ასევე შეუძლია დაშლა ნეიტრონების გავლენით.

U-236

ბუნებაში გვხვდება მინარევის რაოდენობით, α-ემიტერი, T=2,3415⋅10 7 წლები, იშლება 232 თ. წარმოიქმნება ნეიტრონული დაბომბვის შედეგად 235 შემდეგ U იყოფა ბარიუმის იზოტოპად და კრიპტონის იზოტოპად, ათავისუფლებს ორ ნეიტრონს, გამა სხივებს და ათავისუფლებს ენერგიას.

მცირე რაოდენობით არის ახალი საწვავის ნაწილი; გროვდება, როდესაც ურანი დასხივდება ნეიტრონებით რეაქტორში და, შესაბამისად, გამოიყენება როგორც „სასიგნალო მოწყობილობა“ დახარჯული ურანის ბირთვული საწვავისთვის. 236 U წარმოიქმნება როგორც ქვეპროდუქტი იზოტოპების გამოყოფის დროს გაზის დიფუზიით გამოყენებული ბირთვული საწვავის რეგენერაციის შემთხვევაში. ამ იზოტოპს აქვს გარკვეული მნიშვნელობა, როგორც სამიზნე მასალა ბირთვულ რეაქტორებში. ბირთვულ რეაქტორში გადამუშავებული (დამუშავებული) ურანის გამოყენებისას მნიშვნელოვანი განსხვავებაა ბუნებრივი ურანის გამოყენებასთან შედარებით. დახარჯული საწვავისგან გამოყოფილი ურანი შეიცავს იზოტოპს 236 U (0,5%), რომელიც ახალ საწვავში გამოყენებისას ასტიმულირებს იზოტოპის გამომუშავებას 238 პუ. ეს იწვევს ენერგეტიკული ხარისხის პლუტონიუმის ხარისხის გაუარესებას, მაგრამ შეიძლება იყოს დადებითი ფაქტორი ბირთვული გაუვრცელებლობის პრობლემის კონტექსტში.

ჩამოყალიბებულია დენის რეაქტორში 236 U არის ნეიტრონის შხამი, მისი არსებობა ბირთვულ საწვავში უნდა იყოს კომპენსირებული გამდიდრების უფრო მაღალი დონით 235 U.

U-238

ურანი-238 (ურანი I) - იშლება მაღალენერგეტიკული ნეიტრონებით (1 მევ-ზე მეტი), რომელსაც შეუძლია სპონტანური დაშლა, საფუძველს წარმოადგენს ბუნებრივი ურანის (99,27%), α-ემიტერი, T = 4,468⋅10. 9 წლები, პირდაპირ იშლება 234 Th, აყალიბებს გენეტიკურად დაკავშირებულ რადიონუკლიდებს და 18 პროდუქტის მეშვეობით იქცევა 206 Pb. სერიის დაშლის მუდმივი სიჩქარე შესაძლებელს ხდის გამოვიყენოთ მშობელი ნუკლიდის კონცენტრაციების თანაფარდობა ქალიშვილთან რადიომეტრულ დათარიღებაში. ურანი-238-ის ნახევარგამოყოფის პერიოდი სპონტანური დაშლის შედეგად ზუსტად დადგენილი არ არის, მაგრამ ის ძალიან გრძელია - დაახლოებით 10 16 წლები, ასე რომ, დაშლის ალბათობა ძირითად პროცესთან - ალფა ნაწილაკების ემისიასთან მიმართებაში არის მხოლოდ 10 -7 . ერთი კილოგრამი ურანი წამში მხოლოდ 10 სპონტანურ გაყოფას წარმოქმნის და ამავე დროს α- ნაწილაკები ასხივებენ 20 მილიონ ბირთვს. დედა ნუკლიდები: 242 Pu(α), 238 Pa(β-) 234 Th, ქალიშვილი - 234 Th.

მიუხედავად იმისა, რომ ურანი-238 არ შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც პირველადი დასაშლელი მასალა, მისი დაშლისთვის საჭირო მაღალი ენერგიის ნეიტრონების გამო, მას მნიშვნელოვანი ადგილი უკავია ბირთვულ ინდუსტრიაში. აქვს მაღალი სიმკვრივე და ატომური წონა, 238 U შესაფერისია ატომური და წყალბადის ბომბებში მუხტის/რეფლექტორული ჭურვების დასამზადებლად. ის ფაქტი, რომ ის დაიშლება სწრაფი ნეიტრონებით, ზრდის მუხტის ენერგიის გამომუშავებას: ირიბად, არეკლილი ნეიტრონების გამრავლებით ან უშუალოდ მუხტის გარსის ბირთვების დაშლით სწრაფი ნეიტრონების მიერ (შერწყმის დროს). დაშლის შედეგად წარმოქმნილი ნეიტრონების დაახლოებით 40% და ყველა შერწყმა ნეიტრონი საკმარისია გაყოფისთვის. 238 U ენერგიები. 238 235 U-ს აქვს სპონტანური დაშლის სიჩქარე 35-ჯერ მეტი ვიდრე 238 U, 5,51 დივიზია/წ⋅კგ. ეს შეუძლებელს ხდის ქვემეხის ტიპის ბომბებში მისი მუხტის/რეფლექტორის ჭურვის გამოყენებას, რადგან მისი შესაფერისი მასა (200-300 კგ) შექმნის ძალიან მაღალ ნეიტრონულ ფონს. სუფთა 239 U-ს აქვს სპეციფიკური რადიოაქტიურობა 0,333 მიკროკური/გ. ამ ურანის იზოტოპის გამოყენების მნიშვნელოვანი სფეროა წარმოება 238 პუ. პლუტონიუმი წარმოიქმნება რამდენიმე რეაქციის შედეგად, რომელიც იწყება ატომის მიერ დაჭერის შემდეგ

U ნეიტრონი. ნებისმიერი რეაქტორის საწვავი, რომელიც შეიცავს ბუნებრივ ან ნაწილობრივ გამდიდრებულ ურანს 235-ე იზოტოპში, შეიცავს პლუტონიუმის გარკვეულ პროპორციას საწვავის ციკლის დასრულების შემდეგ.

გაფუჭებული ურანი 235 მოპოვების შემდეგ 235 ბუნებრივი ურანიდან დარჩენილ მასალას ეწოდება "გაფუჭებული ურანი", რადგან ის ამოწურულია იზოტოპებში 234 U და 234 U. შემცირებული კონტენტი 235 U (დაახლოებით 0.001%) ამცირებს რადიოაქტიურობას თითქმის ნახევარით ბუნებრივ ურანთან შედარებით, ხოლო შემცველობის შემცირება

U პრაქტიკულად არავითარ გავლენას არ ახდენს დაცლილი ურანის რადიოაქტიურობაზე. 234 მსოფლიოში თითქმის მთელი გაფუჭებული ურანი ინახება ჰექსაფტორიდის სახით. შეერთებულ შტატებს აქვს 560 000 ტონა გაფუჭებული ურანის ჰექსაფტორიდი (UF6) გაზის დიფუზიის გამდიდრების სამ ქარხანაში და ასობით ათასი ტონა რუსეთში. გაფუჭებული ურანი ნახევრად რადიოაქტიურია, ვიდრე ბუნებრივი ურანი, ძირითადად მისი ამოღების გამო

U. გამომდინარე იქიდან, რომ ურანის ძირითადი გამოყენება ენერგიის წარმოებაა, თერმული ნეიტრონების მქონე ატომურ რეაქტორებში გამოფიტული ურანი არის უსარგებლო პროდუქტი დაბალი ეკონომიკური ღირებულებით.

გადაწყვეტილება იმის შესახებ, თუ როგორ უნდა განადგურდეს ურანის ოქსიდი, დამოკიდებულია იმაზე, თუ როგორ განიხილავს ქვეყანა გაფუჭებულ ურანს: როგორც რადიოაქტიურ ნარჩენს, რომელიც უნდა განადგურდეს ან მასალად, რომელიც შესაფერისია შემდგომი გამოყენებისთვის. მაგალითად, აშშ-ში ბოლო დრომდე დაქვეითებული ურანი ითვლებოდა შემდგომი გამოყენების ნედლეულად. მაგრამ 2005 წლიდან ეს თვალსაზრისი შეიცვალა და ახლა შეერთებულ შტატებში შესაძლებელია დამარხული ურანის ოქსიდის დამარხვა. საფრანგეთში, გაფუჭებული ურანი არ განიხილება რადიოაქტიურ ნარჩენებად, მაგრამ სავარაუდოდ ინახება ურანის ოქსიდის სახით. რუსეთში ატომური ენერგიის ფედერალური სააგენტოს ხელმძღვანელობა ურანის ჰექსაფტორიდის ნარჩენებს მიიჩნევს ღირებულ მასალად, რომლის გადაყრაც შეუძლებელია. დაიწყო მუშაობა სამრეწველო დანადგარის შექმნაზე ნარჩენი ურანის ჰექსაფტორიდის ურანის ოქსიდად გადაქცევისთვის. მოსალოდნელია, რომ მიღებული ურანის ოქსიდები დიდი ხნის განმავლობაში შეინახება მათი შემდგომი გამოყენებისთვის სწრაფ ნეიტრონულ რეაქტორებში ან შემდგომი გამდიდრებისთვის. 235 U მოჰყვა წვა თერმულ რეაქტორებში.

გაფუჭებული ურანის გამოყენების გზების პოვნა დიდ გამოწვევას უქმნის გამდიდრების ქარხნებს. მისი გამოყენება ძირითადად დაკავშირებულია ურანის მაღალ სიმკვრივესთან და მის შედარებით დაბალ ღირებულებასთან. გაფუჭებული ურანის ორი ყველაზე მნიშვნელოვანი გამოყენებაა როგორც რადიაციული დამცავი და როგორც ბალასტი საჰაერო კოსმოსურ პროგრამებში, როგორიცაა თვითმფრინავების კონტროლის ზედაპირები. თითოეული Boeing 747 თვითმფრინავი შეიცავს 1500 კგ დაცლილ ურანს ამ მიზნებისათვის. გაფუჭებული ურანი ძირითადად გამოიყენება ნავთობის ბურღვაში დარტყმის ღეროების სახით (მავთულის ბურღვისას), მისი წონა ხელსაწყოს ჭურჭელში ავსებს საბურღი სითხით. ეს მასალა გამოიყენება მაღალსიჩქარიანი გიროსკოპის როტორებში, დიდ მფრინავებში, როგორც ბალასტი კოსმოსურ სადესანტოებში და სარბოლო იახტებში.

მაგრამ ურანის ყველაზე ცნობილი გამოყენება არის ჯავშნის გამჭოლი ჭურვების ბირთვი. სხვა ლითონებთან გარკვეული შენადნობით და თერმული დამუშავებით (შენადნობი 2% Mo ან 0,75% Ti, 850°-მდე გაცხელებული ლითონის სწრაფი ჩაქრობა წყალში ან ზეთში, შემდგომი შენარჩუნება 450°-ზე 5 საათის განმავლობაში), ურანი ლითონი ძლიერდება და ფოლადზე ძლიერი (სიძლიერე უფსკრული > 1600 მპა). მის მაღალ სიმკვრივესთან ერთად, ეს ხდის გამაგრებულ ურანს უაღრესად ეფექტურ ჯავშანში შეღწევაში, ეფექტურობით მსგავსი მნიშვნელოვნად უფრო ძვირი მონოკრისტალური ვოლფრამი. ჯავშანტექნიკის განადგურების პროცესს თან ახლავს ურანის ძირითადი ნაწილის დაფქვა მტვრად, მტვრის შეღწევა დაცულ ობიექტში და მისი აალება. უდაბნოს ქარიშხლის დროს ბრძოლის ველზე დარჩა 300 ტონა გაფუჭებული ურანი (ძირითადად A-10 თავდასხმის თვითმფრინავის 30 მმ GAU-8 ქვემეხის ჭურვების ნაშთები, თითოეული ჭურვი შეიცავს 272 გ ურანის შენადნობას). გაფუჭებული ურანი გამოიყენება სატანკო ჯავშანტექნიკაში, მაგალითად, M-1 Abrams ტანკი (აშშ). -4 % წონით (2-4 ppm რეგიონის მიხედვით), მჟავე ცეცხლოვან ქანებში 3,5 10 -4 %, თიხებსა და ფიქალებში 3,2 10 -4 %, ძირითად ქანებში 5·10 -5 %, ულტრამაფიკურ მანტიის ქანებში 3·10 -7 % ურანის რაოდენობა ლითოსფეროს 20 კმ სისქის ფენაში შეფასებულია 1,3⋅10-ად. 14 ეს არის ყველა ქანების ნაწილი, რომლებიც ქმნიან დედამიწის ქერქს და ასევე გვხვდება ბუნებრივ წყლებში და ცოცხალ ორგანიზმებში. იგი არ ქმნის სქელ საბადოებს. ურანის უმეტესი ნაწილი გვხვდება მჟავე ქანებში სილიციუმის მაღალი შემცველობით. ურანის ყველაზე დაბალი კონცენტრაცია გვხვდება ულტრამაფიკურ ქანებში, მაქსიმალური კი დანალექ ქანებში (ფოსფორიტები და ნახშირბადოვანი ფიქლები). ოკეანეები შეიცავს 10 10 ტ ურანი. ურანის კონცენტრაცია ნიადაგებში მერყეობს 0,7 - 11 ppm (15 ppm ფოსფორიანი სასუქებით განაყოფიერებულ სასოფლო-სამეურნეო ნიადაგებში), ზღვის წყალში 0,003 ppm.

ურანი თავისუფალი სახით დედამიწაზე არ არის ნაპოვნი. ცნობილია ურანის 100 მინერალი, რომელთა U შემცველობა 1%-ზე მეტია. ამ მინერალების დაახლოებით მესამედში ურანი ოთხვალენტიანია, დანარჩენში ექვსვალენტიანი. ამ ურანის მინერალებიდან 15 არის მარტივი ოქსიდები ან ჰიდროქსილები, 20 არის რთული ტიტანატები და ნიობატები, 14 არის სილიკატები, 17 არის ფოსფატები, 10 არის კარბონატები, 6 არის სულფატები, 8 არის ვანადატი, 8 არის არსენატი. ურანის ნაერთების განუსაზღვრელი ფორმები გვხვდება საზღვაო წარმოშობის ზოგიერთ ნახშირბადოვან ფიქალში, ლიგნიტსა და ქვანახშირში, აგრეთვე ცეცხლოვან ქანებში მარცვლოვან ფენებში. სამრეწველო მნიშვნელობისაა ურანის 15 მინერალი.

ურანის ძირითადი მინერალები დიდ საბადოებში წარმოდგენილია ოქსიდებით (ურანის მოედანი, ურანიტი, კოფინიტი), ვანადატებით (კარნოტიტი და ტიუამუნიტი) და რთული ტიტანატები (ბრანერიტი და დავიდიტი). ტიტანატებს ასევე აქვთ სამრეწველო მნიშვნელობა, მაგალითად, ბრანერიტი UTi 2 O 6 , სილიკატები - კოფინიტური U 1-x (OH) 4x , ტანტალონიუმის ბატები და ჰიდრატირებული ფოსფატები და ურანილის არსენატები - ურანის მიკა. ურანი ბუნებაში არ გვხვდება, როგორც მშობლიური ელემენტი. გამომდინარე იქიდან, რომ ურანი შეიძლება არსებობდეს ჟანგვის რამდენიმე ეტაპად, ის გვხვდება ძალიან მრავალფეროვან გეოლოგიურ გარემოში.

ურანის გამოყენება

განვითარებულ ქვეყნებში ურანის წარმოება ძირითადად მიზნად ისახავს ფსიქიური ნუკლიდების წარმოქმნას. 235 U და 233 U, 239 Pu) - სამრეწველო რეაქტორების საწვავი, რომელიც განკუთვნილია როგორც იარაღის კლასის ნუკლიდების, ასევე ბირთვული იარაღის კომპონენტების წარმოებისთვის (ატომური ბომბები და ჭურვები სტრატეგიული და ტაქტიკური მიზნებისთვის, ნეიტრონული ბომბები, წყალბადის ბომბის გამომწვევები და ა.შ.). ატომურ ბომბში კონცენტრაცია 235 U აღემატება 75%-ს. დანარჩენ მსოფლიოში ურანის ლითონი ან მისი ნაერთები გამოიყენება როგორც ბირთვული საწვავი ელექტროენერგიის და კვლევით ბირთვულ რეაქტორებში. ურანის იზოტოპების ბუნებრივი ან დაბალ გამდიდრებული ნაზავი გამოიყენება ატომური ელექტროსადგურების სტაციონარულ რეაქტორებში, მაღალ გამდიდრებული პროდუქტი გამოიყენება ატომურ ელექტროსადგურებში (თერმული, ელექტრო და მექანიკური ენერგიის წყაროები, რადიაცია ან მსუბუქი) ან სწრაფ რეაქტორებში. ნეიტრონები. რეაქტორები ხშირად იყენებენ ურანის ლითონს, შენადნობს და უშენოდ. თუმცა, ზოგიერთი ტიპის რეაქტორი იყენებს საწვავს მყარი ნაერთების სახით (მაგალითად, UO 2 ), ისევე როგორც ურანის წყალხსნარი ან ურანის თხევადი შენადნობი სხვა ლითონთან.

ურანის ძირითადი გამოყენება არის ბირთვული საწვავის წარმოება ატომური ელექტროსადგურებისთვის. წნევით წყლის ბირთვული რეაქტორი, რომლის დადგმული სიმძლავრეა 1400 მეგავატი, საჭიროებს 225 ტონა ბუნებრივ ურანს წელიწადში 50 ახალი საწვავის ელემენტის წარმოებისთვის, რომლებიც იცვლება გამოყენებული საწვავის ღეროების შესაბამის რაოდენობაზე. ამ რეაქტორის ჩატვირთვისთვის საჭიროა დაახლოებით 130 ტონა SWU (გამოყოფის სამუშაო ერთეული) და 40 მილიონი დოლარის ღირებულების დონე წელიწადში. ურანი-235-ის კონცენტრაცია ბირთვული რეაქტორის საწვავში არის 2-5%.

ურანის საბადოები კვლავ გარკვეულ ინტერესს იწვევს მათგან რადიუმის მოპოვების თვალსაზრისით (რომლის შემცველობა არის დაახლოებით 1 გ 3 ტონა საბადოზე) და ზოგიერთი სხვა ბუნებრივი რადიონუკლიდი. ურანის ნაერთები გამოიყენება მინის მრეწველობაში სათვალეების წითლად ან მწვანე ფერის გასაღებად, ან მათთვის ლამაზი მომწვანო-ყვითელი ელფერით. ისინი ასევე გამოიყენება ფლუორესცენტური სათვალეების წარმოებაში: ურანის მცირე დამატება მინას აძლევს მშვენიერ ყვითელ-მწვანე ფლუორესცენციას.

1980-იან წლებამდე ბუნებრივ ურანს ფართოდ იყენებდნენ სტომატოლოგები, მათ შორის კერამიკაში, რაც მათ საშუალებას აძლევდა მიეღოთ ბუნებრივი ფერი და გამოეწვიათ ორიგინალური ფლუორესცენცია პროთეზებსა და გვირგვინებში. (ურანის ყბა ღიმილს უფრო ნათელს ხდის!) 1942 წლის ორიგინალური პატენტი გვირჩევს ურანის შემცველობას 0,1%. შემდგომში ბუნებრივი ურანი შეიცვალა დაქვეითებული ურანით. ამას ორი უპირატესობა ჰქონდა - იაფი და ნაკლებად რადიოაქტიური. ურანი ასევე გამოიყენებოდა ნათურების ძაფებში და ტყავის და ხის მრეწველობაში, როგორც საღებავების კომპონენტი. ურანის მარილები გამოიყენება მატყლისა და ტყავის მორდანულ და შეღებვის ხსნარებში. ურანილის აცეტატი და ურანილის ფორმატი გამოიყენება როგორც ელექტრონის შთამნთქმელი დეკორატიული აგენტები გადამცემ ელექტრონულ მიკროსკოპში, ბიოლოგიური ობიექტების თხელი მონაკვეთების კონტრასტის გასაზრდელად და ვირუსების, უჯრედების და მაკრომოლეკულების შეღებვისთვის.

Na 2 U 2 O 7 ტიპის ურანატები ("ყვითელი ურანილი") გამოიყენება როგორც პიგმენტები კერამიკული მინანქრებისა და მინანქრებისთვის (ფერადი ყვითელი, მწვანე და შავი, დაჟანგვის ხარისხის მიხედვით). ნა 2 U 2 O 7 ასევე გამოიყენება როგორც ყვითელი საღებავი ფერწერაში. ურანის ზოგიერთი ნაერთი ფოტომგრძნობიარეა. მეოცე საუკუნის დასაწყისში, ურანილის ნიტრატი ფართოდ გამოიყენებოდა, როგორც ვიბრაციული აგენტი ნეგატივების გასაძლიერებლად და შეღებილი ფოტოგრაფიული ანაბეჭდების შესაქმნელად (დადებითების შეღებვა ყავისფერი ან ყავისფერი). ურანილის აცეტატი UO 2 (H 3 COOH) 2 გამოიყენება ანალიტიკურ ქიმიაში - ნატრიუმთან ერთად ქმნის უხსნად მარილს. ფოსფორიანი სასუქები საკმაოდ დიდი რაოდენობით შეიცავს ურანს. ურანის ლითონი გამოიყენება როგორც სამიზნე რენტგენის მილში, რომელიც შექმნილია მაღალი ენერგიის რენტგენის სხივების შესაქმნელად.

ურანის ზოგიერთი მარილი გამოიყენება კატალიზატორად ქიმიურ რეაქციებში, როგორიცაა არომატული ნახშირწყალბადების დაჟანგვა, მცენარეული ზეთების გაუწყლოება და ა.შ. კარბიდი 235 U შენადნობში ნიობიუმის კარბიდთან და ცირკონიუმის კარბიდთან ერთად გამოიყენება როგორც საწვავი ბირთვული რეაქტიული ძრავებისთვის (სამუშაო სითხე - წყალბადი + ჰექსანი). რკინის და გაფუჭებული ურანის შენადნობები ( 238 უ) გამოიყენება როგორც ძლიერ მაგნიტოსტრიქტორ მასალად.

ეროვნულ ეკონომიკაში დაქვეითებული ურანი გამოიყენება საჰაერო ხომალდის საპირწონე და რადიაციული ეკრანების დასამზადებლად სამედიცინო რადიოთერაპიის აღჭურვილობისთვის. გაფუჭებული ურანი გამოიყენება სატრანსპორტო კონტეინერების დასამზადებლად რადიოაქტიური ტვირთისა და ბირთვული ნარჩენების გადასატანად, ასევე საიმედო ბიოლოგიური დაცვის პროდუქტებისთვის (მაგალითად, დამცავი ეკრანები). γ- გამოსხივების შთანთქმის თვალსაზრისით, ურანი ხუთჯერ უფრო ეფექტურია ვიდრე ტყვია, რაც შესაძლებელს ხდის მნიშვნელოვნად შეამციროს დამცავი ეკრანების სისქე და შეამციროს რადიონუკლიდების ტრანსპორტირებისთვის განკუთვნილი კონტეინერების მოცულობა. გაფუჭებული ურანის ოქსიდზე დაფუძნებული ბეტონი ხრეშის ნაცვლად გამოიყენება რადიოაქტიური ნარჩენების მშრალი საწყობების შესაქმნელად.

გაფუჭებული ურანი ნახევრად რადიოაქტიურია, ვიდრე ბუნებრივი ურანი, ძირითადად მისი ამოღების გამო 234 U. გამოიყენება ჯავშანტექნიკის შენადნობისთვის, კერძოდ, ჭურვების ჯავშანსატანკო მახასიათებლების გასაუმჯობესებლად. 2% Mo ან 0.75% Ti-სთან შენადნობისას და თერმული დამუშავებისას (850°C-მდე გაცხელებული ლითონის სწრაფი ჩაქრობა წყალში ან ზეთში, შემდგომი შენარჩუნება 450°-ზე 5 საათის განმავლობაში), ურანი მეტალი ხდება უფრო მყარი და მტკიცე, ვიდრე ფოლადი (ჭიმვის სიმტკიცე მეტი ვიდრე 1600 მპა, მიუხედავად იმისა, რომ სუფთა ურანისთვის არის 450 მპა). მის მაღალ სიმკვრივესთან ერთად, ეს აქცევს გამაგრებულ ურანის ინგოტს უკიდურესად ეფექტურ ჯავშანს, რომელიც ეფექტურობით უფრო ძვირი ვოლფრამის მსგავსია. მძიმე ურანის წვერი ასევე ცვლის ჭურვის მასის განაწილებას, აუმჯობესებს მის აეროდინამიკურ სტაბილურობას. როდესაც ასეთი ჭურვი (მაგალითად, ურანის შენადნობი ტიტანთან ერთად) ეჯახება ჯავშანს, ის არ ტყდება, მაგრამ, როგორც იქნა, თვითმკვეთრი ხდება, რაც უფრო დიდ შეღწევას აღწევს. ჯავშანტექნიკის განადგურების პროცესს თან ახლავს ურანის ღორის დაფქვა მტვრად და მისი აალება ტანკის შიგნით ჰაერში. დაქვეითებული ურანი გამოიყენება თანამედროვე სატანკო ჯავშანტექნიკაში.

ფოლადისთვის მცირე რაოდენობით ურანის დამატება ზრდის მის სიმტკიცეს მტვრევადობის გარეშე და ზრდის მის წინააღმდეგობას მჟავების მიმართ. განსაკუთრებით მჟავა რეზისტენტული, თუნდაც აკვა რეგიასთან მიმართებაში, არის ურანის და ნიკელის შენადნობი (66% ურანი და 33% ნიკელი) დნობის წერტილით 1200.ო . გაფუჭებული ურანი ასევე გამოიყენება ბალასტის სახით საჰაერო კოსმოსურ პროგრამებში, როგორიცაა თვითმფრინავების კონტროლის ზედაპირები. ეს მასალა გამოიყენება მაღალსიჩქარიანი გიროსკოპის როტორებში, დიდ მფრინავებში, როგორც ბალასტი კოსმოსურ სადესანტო და სარბოლო იახტებში და ნავთობის ბურღვაში.

როგორც უკვე აღვნიშნეთ, ურანის ატომური ბომბები ჩვენს დროში არ იწარმოება. თუმცა, თანამედროვე პლუტონიუმის ბომბებში 238 U (გაფუჭებული ურანის ჩათვლით) კვლავ გამოიყენება. იგი ქმნის მუხტის გარსს, ასახავს ნეიტრონებს და ამატებს ინერციას პლუტონიუმის მუხტის შეკუმშვას იმპულსური დეტონაციის სქემით. ეს მნიშვნელოვნად ზრდის იარაღის ეფექტურობას და ამცირებს კრიტიკულ მასას (ანუ ამცირებს პლუტონიუმის რაოდენობას, რომელიც საჭიროა გაყოფის ჯაჭვური რეაქციის შესაქმნელად). გაფუჭებული ურანი ასევე გამოიყენება წყალბადის ბომბებში, ათავსებს მას თერმობირთვულ მუხტს, მიმართავს ულტრასწრაფი ნეიტრონების ძლიერ ნაკადს ბირთვული დაშლისკენ და ამით ზრდის იარაღის ენერგიის გამომუშავებას. ასეთ ბომბს აფეთქების სამი ეტაპის შემდეგ უწოდებენ დაშლა-შერწყმა-დაშლის იარაღს. ასეთი იარაღის აფეთქების შედეგად გამომუშავებული ენერგიის უმეტესი ნაწილი დაშლისგან მოდის 238 U, წარმოქმნის რადიოაქტიური პროდუქტების მნიშვნელოვან რაოდენობას. მაგალითად, 10,4 მეგატონის სიმძლავრის Ivy Mike ტესტის დროს წყალბადის ბომბის აფეთქების დროს ენერგიის 77% მოდიოდა ურანის გარსში დაშლის პროცესებზე. იმის გამო, რომ გაფუჭებულ ურანს არ აქვს კრიტიკული მასა, ის შეიძლება დაემატოს ბომბს შეუზღუდავი რაოდენობით. საბჭოთა წყალბადის ბომბში (ცარ ბომბა - კუზკინას დედა), რომელიც აფეთქდა ნოვაია ზემლიაზე 1961 წელს "მხოლოდ" 50 მეგატონის გამოსავლით, გამოსავლიანობის 90% განპირობებული იყო თერმობირთვული შერწყმის რეაქციით, რადგან ჭურვი იყო დამზადებული. 238 აფეთქების ბოლო ეტაპზე U შეიცვალა ტყვიით. თუ ჭურვი მზადდებოდა (როგორც თავიდან იყო აწყობილი) საიდან 238 U, მაშინ აფეთქების სიმძლავრემ გადააჭარბა 100 მეგატონს და რადიოაქტიური გამონაბოლქვი შეადგენდა მსოფლიო ბირთვული იარაღის ყველა გამოცდის მთლიანი 1/3-ს.

ურანის ბუნებრივი იზოტოპები გამოიყენება გეოქრონოლოგიაში ქანების და მინერალების აბსოლუტური ასაკის გასაზომად. ჯერ კიდევ 1904 წელს ერნესტ რეზერფორდმა ყურადღება გაამახვილა იმ ფაქტზე, რომ დედამიწისა და უძველესი მინერალების ასაკი იგივე სიდიდისაა, როგორც ურანის ნახევარგამოყოფის პერიოდი. ამავე დროს, მან შესთავაზა მისი ასაკის დადგენა მკვრივ კლდეში შემავალი ჰელიუმის და ურანის რაოდენობით. მაგრამ მეთოდის ნაკლი მალევე გაირკვა: უკიდურესად მოძრავი ჰელიუმის ატომები ადვილად ვრცელდება მკვრივ ქანებშიც კი. ისინი შეაღწევენ მიმდებარე მინერალებში და ურანის ძირითადი ბირთვების მახლობლად რჩება მნიშვნელოვნად ნაკლები ჰელიუმი, ვიდრე ეს რადიოაქტიური დაშლის კანონების მიხედვით. მაშასადამე, ქანების ასაკი გამოითვლება ურანისა და რადიოგენური ტყვიის - ურანის ბირთვების დაშლის საბოლოო პროდუქტის თანაფარდობით. ზოგიერთი ობიექტის, მაგალითად, მიკას ასაკის დადგენა კიდევ უფრო ადვილია: მასალის ასაკი პროპორციულია მასში დაშლილი ურანის ატომების რაოდენობის მიხედვით, რაც განისაზღვრება კვალის რაოდენობით - ფრაგმენტებით დატოვებული კვალის მიხედვით. ნივთიერება. ურანის კონცენტრაციისა და კონცენტრაციის თვალყურის დევნების თანაფარდობიდან გამომდინარე, შეიძლება გამოითვალოს ნებისმიერი უძველესი საგანძურის (ვაზები, სამკაულები და ა.შ.) ასაკი. გეოლოგიაში გამოიგონეს სპეციალური ტერმინი "ურანის საათი". ურანის საათი ძალიან მრავალმხრივი ინსტრუმენტია. ურანის იზოტოპები გვხვდება ბევრ კლდეში. ურანის კონცენტრაცია დედამიწის ქერქში საშუალოდ არის სამი ნაწილი მილიონზე. ეს საკმარისია ურანისა და ტყვიის თანაფარდობის გასაზომად და შემდეგ, რადიოაქტიური დაშლის ფორმულების გამოყენებით, გამოვთვალოთ მინერალის კრისტალიზაციის შემდეგ გასული დრო. ურან-ტყვიის მეთოდით შესაძლებელი გახდა უძველესი მინერალების ასაკის გაზომვა, ხოლო მეტეორიტების ასაკის გამოყენებით დაადგინეს პლანეტა დედამიწის დაბადების თარიღი. ცნობილია მთვარის ნიადაგის ასაკიც. მთვარის ნიადაგის ყველაზე ახალგაზრდა ნაჭრები უფრო ძველია, ვიდრე უძველესი ხმელეთის მინერალები.

ურანის ბირთვების დაშლა აღმოაჩინეს 1938 წელს გერმანელმა მეცნიერებმა ო.ჰანმა და ფ.შტრასმანმა. მათ შეძლეს დაედგინათ, რომ ურანის ბირთვების ნეიტრონებით დაბომბვისას წარმოიქმნება პერიოდული ცხრილის შუა ნაწილის ელემენტები: ბარიუმი, კრიპტონი და ა.შ. ამ ფაქტის სწორი ინტერპრეტაცია მისცეს ავსტრიელმა ფიზიკოსმა ლ. მეიტნერმა და ინგლისელმა. ფიზიკოსი O. Frisch. მათ ამ ელემენტების გამოჩენა ახსნეს ურანის ბირთვების დაშლით, რამაც ნეიტრონი დაიპყრო ორ დაახლოებით თანაბარ ნაწილად. ამ ფენომენს ბირთვული დაშლა ეწოდება, ხოლო მიღებულ ბირთვებს დაშლის ფრაგმენტები.

აგრეთვე იხილეთ

1. ვასილიევი ა. ურანის გაყოფა: კლაპროთიდან ჰანამდე // კვანტური. - 2001. - No 4. - გვ 20-21,30.

ბირთვის წვეთოვანი მოდელი

ეს დაშლის რეაქცია შეიძლება აიხსნას ბირთვის წვეთოვანი მოდელის საფუძველზე. ამ მოდელში ბირთვი განიხილება, როგორც ელექტრული დამუხტული შეკუმშვადი სითხის წვეთი. ბირთვული ძალების გარდა, რომლებიც მოქმედებენ ბირთვის ყველა ნუკლეონს შორის, პროტონები განიცდიან დამატებით ელექტროსტატიკური მოგერიებას, რის შედეგადაც ისინი განლაგებულია ბირთვის პერიფერიაზე. აუღელვებელ მდგომარეობაში ელექტროსტატიკური მოგერიების ძალები კომპენსირდება, ამიტომ ბირთვს აქვს სფერული ფორმა (ნახ. 1, ა).

მას შემდეგ, რაც \(~^(235)_(92)U\) ბირთვი დაიჭერს ნეიტრონს, წარმოიქმნება შუალედური ბირთვი \(~(^(236)_(92)U)^*\), რომელიც არის აღგზნებული. სახელმწიფო. ამ შემთხვევაში ნეიტრონის ენერგია თანაბრად ნაწილდება ყველა ნუკლეონს შორის, ხოლო შუალედური ბირთვი თავად დეფორმირდება და იწყებს ვიბრაციას. თუ აღგზნება მცირეა, მაშინ ბირთვი (ნახ. 1, ბ), თავისუფლდება ზედმეტი ენერგიისგან გამოსხივებით. γ -კვანტური ანუ ნეიტრონი, უბრუნდება სტაბილურ მდგომარეობას. თუ აგზნების ენერგია საკმარისად მაღალია, მაშინ ბირთვის დეფორმაცია ვიბრაციის დროს შეიძლება იყოს იმდენად დიდი, რომ მასში წელის ფორმირება მოხდეს (ნახ. 1, გ), წელის მსგავსი სითხის ორ ნაწილს შორის ორ ნაწილად. ვიწრო წელში მოქმედი ბირთვული ძალები ვეღარ უძლებენ ბირთვის ნაწილების მოგერიების მნიშვნელოვან კულონის ძალას. წელი იშლება და ბირთვი იშლება ორ „ფრაგმენტად“ (ნახ. 1, დ), რომლებიც საპირისპირო მიმართულებით მიფრინავს.

ურანი.swfნათება: ურანის დაშლა Enlarge Flash ნახ. 2.

ამჟამად ცნობილია 100-მდე სხვადასხვა იზოტოპი, რომელთა მასობრივი რიცხვი დაახლოებით 90-დან 145-მდეა, ამ ბირთვის დაშლის შედეგად. ამ ბირთვის ორი ტიპიური დაშლის რეაქციაა:

\(~^(235)_(92)U + \ ^1_0n \ ^(\ახლოს)_(\searrow) \\დაწყება(მატრიცა) ^(144)_(56)Ba + \ ^(89)_( 36)Kr + \ 3^1_0n \\ ^(140)_(54)Xe + \ ^(94)_(38)Sr + \ 2^1_0n \end(მატრიცა)\) .

გაითვალისწინეთ, რომ ნეიტრონის მიერ ინიცირებული ბირთვული დაშლა წარმოქმნის ახალ ნეიტრონებს, რომლებსაც შეუძლიათ გამოიწვიონ დაშლის რეაქციები სხვა ბირთვებში. ურანი-235 ბირთვების დაშლის პროდუქტები ასევე შეიძლება იყოს ბარიუმის, ქსენონის, სტრონციუმის, რუბიდიუმის და ა.შ.

მძიმე ატომების ბირთვების დაშლისას (\(~^(235)_(92)U\)), გამოიყოფა ძალიან დიდი ენერგია - დაახლოებით 200 მევ ყოველი ბირთვის დაშლის დროს. ამ ენერგიის დაახლოებით 80% გამოიყოფა ფრაგმენტების კინეტიკური ენერგიის სახით; დარჩენილი 20% მოდის ფრაგმენტების რადიოაქტიური გამოსხივების ენერგიიდან და სწრაფი ნეიტრონების კინეტიკური ენერგიისგან.

ბირთვული დაშლის დროს გამოთავისუფლებული ენერგიის შეფასება შეიძლება გაკეთდეს ბირთვში არსებული ნუკლეონების სპეციფიკური შებოჭვის ენერგიის გამოყენებით. ნუკლეონების სპეციფიკური შებოჭვის ენერგია მასის ნომრის მქონე ბირთვებში ა≈ 240 რიგის 7,6 მევ/ნუკლეონი, ხოლო ბირთვებში მასობრივი რიცხვებით ა= 90 – 145 სპეციფიკური ენერგია არის დაახლოებით 8,5 მევ/ნუკლეონი. შესაბამისად, ურანის ბირთვის დაშლის შედეგად გამოიყოფა 0,9 მევ/ნუკლეონის რიგის ენერგია, ანუ დაახლოებით 210 მევ ურანის ატომზე. 1 გ ურანის შემადგენლობაში შემავალი ყველა ბირთვის სრული დაშლის შედეგად გამოიყოფა იგივე ენერგია, რაც 3 ტონა ნახშირის ან 2,5 ტონა ნავთობის წვისას.

აგრეთვე იხილეთ

1. ვარლამოვი ა.ა. ბირთვის წვეთოვანი მოდელი //კვანტი. - 1986. - No 5. - გვ 23-24

ჯაჭვური რეაქცია

ჯაჭვური რეაქცია- ბირთვული რეაქცია, რომელშიც რეაქციის გამომწვევი ნაწილაკები წარმოიქმნება ამ რეაქციის პროდუქტებად.

როდესაც ურანი-235 ბირთვი იშლება, რაც გამოწვეულია ნეიტრონთან შეჯახებით, გამოიყოფა 2 ან 3 ნეიტრონი. ხელსაყრელ პირობებში ამ ნეიტრონებს შეუძლიათ ურანის სხვა ბირთვებზე დარტყმა და მათი დაშლა გამოიწვიოს. ამ ეტაპზე გამოჩნდება 4-დან 9-მდე ნეიტრონი, რომლებსაც შეუძლიათ გამოიწვიონ ურანის ბირთვების ახალი დაშლა და ა.შ. ზვავის მსგავს პროცესს ჯაჭვურ რეაქციას უწოდებენ. ურანის ბირთვების დაშლის ჯაჭვური რეაქციის განვითარების დიაგრამა ნაჩვენებია ნახ. 3.

reakcia.swf Flash: ჯაჭვური რეაქცია Enlarge Flash ნახ. 4.

ურანი ბუნებაში გვხვდება ორი იზოტოპის სახით \[~^(238)_(92)U\] (99,3%) და \(~^(235)_(92)U\) (0,7%). ნეიტრონების მიერ დაბომბვისას, ორივე იზოტოპის ბირთვი შეიძლება გაიყოს ორ ფრაგმენტად. ამ შემთხვევაში, დაშლის რეაქცია \(~^(235)_(92)U\) ყველაზე ინტენსიურად ხდება ნელი (თერმული) ნეიტრონებით, ხოლო ბირთვები \(~^(238)_(92)U\) რეაგირებენ დაშლაზე. მხოლოდ სწრაფი ნეიტრონებით 1 მევ-ს რიგის ენერგიით. წინააღმდეგ შემთხვევაში, წარმოქმნილი ბირთვების აგზნების ენერგია \(~^(239)_(92)U\) აღმოჩნდება არასაკმარისი დაშლისთვის და შემდეგ ხდება ბირთვული რეაქციები დაშლის ნაცვლად:

\(~^(238)_(92)U + \ ^1_0n \ to \ ^(239)_(92)U \ to \ ^(239)_(93)Np + \ ^0_(-1)e\ ) .

ურანის იზოტოპი \(~^(238)_(92)U\) β -რადიოაქტიური, ნახევარგამოყოფის პერიოდი 23 წუთი. ნეპტუნიუმის იზოტოპი \(~^(239)_(93)Np\) ასევე რადიოაქტიურია, ნახევარგამოყოფის პერიოდი დაახლოებით 2 დღეა.

\(~^(239)_(93)Np \to \ ^(239)_(94)Pu + \ ^0_(-1)e\) .

პლუტონიუმის იზოტოპი \(~^(239)_(94)Np\) შედარებით სტაბილურია, ნახევარგამოყოფის პერიოდი 24000 წელია. პლუტონიუმის ყველაზე მნიშვნელოვანი თვისება ის არის, რომ ის ნეიტრონების გავლენის ქვეშ არის ნაშთები ისევე, როგორც \(~^(235)_(92)U\). ამიტომ, \(~^(239)_(94)Np\)-ის დახმარებით შეიძლება განხორციელდეს ჯაჭვური რეაქცია.

ზემოთ განხილული ჯაჭვური რეაქციის დიაგრამა წარმოადგენს იდეალურ შემთხვევას. რეალურ პირობებში, დაშლის დროს წარმოქმნილი ყველა ნეიტრონი არ მონაწილეობს სხვა ბირთვების დაშლაში. ზოგიერთი მათგანი დატყვევებულია უცხო ატომების არამოშლილი ბირთვებით, ზოგი კი ურანის გარეთ გაფრინდება (ნეიტრონის გაჟონვა).

ამიტომ, მძიმე ბირთვების დაშლის ჯაჭვური რეაქცია ყოველთვის არ ხდება და არა ურანის რომელიმე მასაზე.

ნეიტრონის გამრავლების ფაქტორი

ჯაჭვური რეაქციის განვითარებას ახასიათებს ნეიტრონების გამრავლების ე.წ TO, რომელიც იზომება რიცხვის შეფარდებით ნ i ნეიტრონები, რომლებიც იწვევენ ნივთიერების ბირთვების დაშლას რეაქციის ერთ-ერთ საფეხურზე, რიცხვამდე ნ i-1 ნეიტრონები, რომლებმაც გამოიწვია დაშლა რეაქციის წინა ეტაპზე:

\(~K = \dfrac(N_i)(N_(i - 1))\) .

გამრავლების კოეფიციენტი დამოკიდებულია უამრავ ფაქტორზე, კერძოდ, დაშლელი ნივთიერების ბუნებასა და რაოდენობაზე და მოცულობის გეომეტრიულ ფორმაზე, რომელიც მას იკავებს. მოცემული ნივთიერების ერთსა და იმავე რაოდენობას განსხვავებული მნიშვნელობა აქვს TO. TOმაქსიმალური, თუ ნივთიერებას აქვს სფერული ფორმა, რადგან ამ შემთხვევაში ზედაპირის მეშვეობით სწრაფი ნეიტრონების დაკარგვა მინიმალური იქნება.

გაფანტული მასალის მასა, რომელშიც ჯაჭვური რეაქცია ხდება გამრავლების ფაქტორით TO= 1 ეწოდება კრიტიკულ მასას. ურანის პატარა ნაჭრებში ნეიტრონების უმეტესობა გამოფრინდება ბირთვის გარეშე.

კრიტიკული მასის მნიშვნელობა განისაზღვრება ფიზიკური სისტემის გეომეტრიით, მისი სტრუქტურით და გარე გარემოთი. ამრიგად, სუფთა ურანის ბურთისთვის \(~^(235)_(92)U\) კრიტიკული მასაა 47 კგ (17 სმ დიამეტრის ბურთი). ურანის კრიტიკული მასა შეიძლება ბევრჯერ შემცირდეს ეგრეთ წოდებული ნეიტრონული მოდერატორების გამოყენებით. ფაქტია, რომ ურანის ბირთვების დაშლის დროს წარმოქმნილ ნეიტრონებს აქვთ ძალიან მაღალი სიჩქარე და ურანი-235 ბირთვების მიერ ნელი ნეიტრონების დაჭერის ალბათობა ასჯერ მეტია, ვიდრე სწრაფი. ნეიტრონების საუკეთესო მოდერატორია მძიმე წყალი D 2 O. ნეიტრონებთან ურთიერთობისას ჩვეულებრივი წყალი თავად იქცევა მძიმე წყალად.

გრაფიტი, რომლის ბირთვები არ შთანთქავს ნეიტრონებს, ასევე კარგი მოდერატორია. დეიტერიუმთან ან ნახშირბადის ბირთვებთან ელასტიური ურთიერთქმედების დროს ნეიტრონები ნელდება თერმულ სიჩქარემდე.

ნეიტრონების მოდერატორების და სპეციალური ბერილიუმის გარსის გამოყენება, რომელიც ასახავს ნეიტრონებს, შესაძლებელს ხდის კრიტიკული მასის შემცირებას 250 გ-მდე.

გამრავლების სიჩქარით TO= 1 დაშლის ბირთვების რაოდენობა შენარჩუნებულია მუდმივ დონეზე. ეს რეჟიმი გათვალისწინებულია ბირთვულ რეაქტორებში.

თუ ბირთვული საწვავის მასა კრიტიკულ მასაზე ნაკლებია, მაშინ გამრავლების ფაქტორი TO < 1; каждое новое поколение вызывает все меньшее и меньшее число делений, и реакция без внешнего источника нейтронов быстро затухает.

თუ ბირთვული საწვავის მასა კრიტიკულ მასაზე მეტია, მაშინ გამრავლების ფაქტორი TO> 1 და ნეიტრონების ყოველი ახალი თაობა იწვევს გაყოფის მზარდ რაოდენობას. ჯაჭვური რეაქცია ზვავივით იზრდება და აფეთქების ხასიათს ატარებს, რომელსაც თან ახლავს ენერგიის უზარმაზარი გამოყოფა და გარემოს ტემპერატურის რამდენიმე მილიონი გრადუსამდე მატება. ამ ტიპის ჯაჭვური რეაქცია ხდება ატომური ბომბის აფეთქებისას.

ბირთვული ბომბი

ნორმალურ მდგომარეობაში, ბირთვული ბომბი არ ფეთქდება, რადგან მასში არსებული ბირთვული მუხტი იყოფა რამდენიმე მცირე ნაწილად დანაყოფებით, რომლებიც შთანთქავს ურანის დაშლის პროდუქტებს - ნეიტრონებს. ბირთვული ჯაჭვური რეაქცია, რომელიც იწვევს ატომურ აფეთქებას, არ შეიძლება შენარჩუნდეს ასეთ პირობებში. თუმცა, თუ ბირთვული მუხტის ფრაგმენტები ერთად გაერთიანდება, მათი მთლიანი მასა საკმარისი გახდება ურანის დაშლის ჯაჭვური რეაქციის დასაწყებად. შედეგი არის ბირთვული აფეთქება. უფრო მეტიც, შედარებით მცირე ბირთვული ბომბის მიერ შემუშავებული აფეთქების სიმძლავრე უდრის მილიონობით და მილიარდობით ტონა ტროტილის აფეთქების დროს გამოთავისუფლებულ ძალას.

ბრინჯი. 5. ატომური ბომბი

ურანი.ბუნებრივი ურანი შედგება სამი იზოტოპის ნარევისგან: ურანი-234, ურანი-235, ურანი-238. ხელოვნური რადიოაქტიური - მასობრივი ნომრებით 227-240. ურანი-235-ის ნახევარგამოყოფის პერიოდი 7x108 წელია, ურანი-238 არის 4.5x109 წელი. ურანის და მისი შვილობილი რადიონუკლიდების დაშლის დროს გამოიყოფა ალფა და ბეტა გამოსხივება, ასევე გამა სხივები. ურანი ორგანიზმში სხვადასხვა გზით აღწევს, მათ შორის კანის მეშვეობით. ხსნადი ნაერთები სწრაფად შეიწოვება სისხლში და ნაწილდება ორგანოებსა და ქსოვილებში, გროვდება თირკმელებში, ძვლებში, ღვიძლში და ელენთაში. ბიოლოგიური ნახევარგამოყოფის პერიოდი ფილტვებიდან 118-150 დღეა, ჩონჩხიდან - 450 დღე. ურანის და მისი დაშლის პროდუქტების გამო წლიური მაჩვენებელი 1,34 mSv-ია.

თორიუმი. თორიუმი-232 არის ინერტული აირი. მისი დაშლის პროდუქტები მყარი რადიოაქტიური ნივთიერებებია. ნახევარგამოყოფის პერიოდია 1,4x1010 წელი. თორიუმის და მისი დაშლის პროდუქტების გარდაქმნის დროს გამოიყოფა ალფა-ბეტა ნაწილაკები, ისევე როგორც გამა კვანტები. მინერალი თორანიტი შეიცავს 45-88%-მდე თორიუმს. საწვავის წნელები მზადდება თორიუმის შენადნობიდან გამდიდრებული ურანით. ის ორგანიზმში შედის ფილტვების, კუჭ-ნაწლავის ტრაქტის და კანის მეშვეობით. გროვდება ძვლის ტვინში და ელენთაში. ბიოლოგიური ნახევარგამოყოფის პერიოდი უმეტეს ორგანოებიდან არის 700 დღე, ჩონჩხიდან - 68 წელი.

რადიუმი. რადიუმი-226 არის ურან-238-ის ყველაზე მნიშვნელოვანი რადიოაქტიური დაშლის პროდუქტი. ნახევარგამოყოფის პერიოდი 1622 წ. ეს არის მოვერცხლისფრო-თეთრი ლითონი. ფართოდ გამოიყენება მედიცინაში, როგორც ალფა ნაწილაკების წყარო რადიაციული თერაპიისთვის. ორგანიზმში შედის სასუნთქი სისტემის, კუჭ-ნაწლავის ტრაქტისა და კანის მეშვეობით. შემომავალი რადიუმის უმეტესი ნაწილი დეპონირდება ჩონჩხში. ბიოლოგიური ნახევარგამოყოფის პერიოდი ძვლებიდან დაახლოებით 17 წელია, ფილტვებიდან - 180 დღე, სხვა ორგანოებიდან გამოიყოფა პირველ ორ დღეში. ადამიანის ორგანიზმში მოხვედრისას იწვევს ძვლოვანი ქსოვილისა და წითელი ძვლის ტვინის დაზიანებას, რაც იწვევს ჰემატოპოეზის მოშლას, მოტეხილობებს და სიმსივნეების განვითარებას. ერთი დღის განმავლობაში, 1 გრ რადიუმი დაშლისას გამოყოფს 1 მმ3 რადონს.

რადონი.რადონი-222 არის უფერო, უსუნო გაზი. ნახევარგამოყოფის პერიოდი 3,83 დღე. რადიუმ-226-ის დაშლის პროდუქტი. რადონი არის ალფა ემიტერი. იგი წარმოიქმნება რადიოაქტიურ მადნებში ურანის საბადოებში, გვხვდება ბუნებრივ აირში, მიწისქვეშა წყლებში და ა.შ. მას ასევე შეუძლია გაქცევა ქანების ბზარებიდან ცუდად ვენტილირებადი მაღაროებში და მაღაროებში, მისმა კონცენტრაციამ შეიძლება მიაღწიოს დიდ მნიშვნელობებს. რადონი გვხვდება ბევრ სამშენებლო მასალაში. ის ასევე ატმოსფეროში შედის ვულკანური აქტივობის დროს, ფოსფატების წარმოებისას და გეოთერმული ელექტროსადგურების მუშაობის დროს.

სამკურნალო მიზნებისთვის გამოიყენება რადონის აბაზანების სახით სახსრების, ძვლების, პერიფერიული ნერვული სისტემის დაავადებების, ქრონიკული გინეკოლოგიური დაავადებების სამკურნალოდ. ასევე გამოიყენება ინჰალაციის, მორწყვისა და წყლის მიღების სახით. რადონის შემცველი. ის ორგანიზმში ხვდება ძირითადად სასუნთქი სისტემის მეშვეობით. ნახევარგამოყოფის პერიოდი ორგანიზმიდან არის 24 საათის განმავლობაში. რადონი უზრუნველყოფს წლიური ექვივალენტური დოზის ¾-ს ხმელეთის რადიაციის წყაროებიდან და დოზის დაახლოებით ½-ს ყველა ბუნებრივი გამოსხივების წყაროდან.

კალიუმი.კალიუმი-40 არის მოვერცხლისფრო-თეთრი ლითონი, რომელიც არ არის თავისუფალი სახით, რადგან ის ძალიან ქიმიურად აქტიურია. ნახევარი სიცოცხლე
1.32 x 109 წელი. დაშლისას გამოყოფს ბეტა ნაწილაკს. ეს არის ტიპიური ბიოლოგიური ელემენტი. ადამიანის საჭიროება კალიუმზე შეადგენს 2-3 მგ კგ სხეულის მასაზე დღეში. ბევრი კალიუმი გვხვდება კარტოფილში, ჭარხალსა და პომიდორში. სხეული შთანთქავს შემომავალი კალიუმის 100%-ს და თანაბრად ანაწილებს მას ყველა ორგანოში, შედარებით მეტი რაოდენობით ღვიძლში და ელენთაში. ნახევარგამოყოფის პერიოდი დაახლოებით 60 დღეა.

იოდი.იოდი-131 წარმოიქმნება ურანის და პლუტონიუმის დაშლის რეაქციებში, აგრეთვე ტელურუმის ნეიტრონებით დასხივებისას. ნახევარგამოყოფის პერიოდი 8,05 დღე. ორგანიზმში შედის სასუნთქი სისტემით, კუჭ-ნაწლავის ტრაქტით (შემავალი იოდის 100% შეიწოვება) და კანით. გროვდება ძირითადად ფარისებრ ჯირკვალში მისი კონცენტრაცია ჯირკვალში 200-ჯერ მეტია, ვიდრე სხვა ქსოვილებში. იოდის დაშლისას ის ათავისუფლებს ბეტა ნაწილაკს და 2 გამა კვანტს. ფარისებრი ჯირკვლიდან ნახევარგამოყოფის პერიოდი შეადგენს 138 დღეს, სხვა ორგანოებიდან 10-15 დღეს. ორსული ქალის სხეულიდან იოდი პლაცენტის გავლით ნაყოფში გადადის.

ცეზიუმი.ცეზიუმ-137 გადამწყვეტი წვლილი შეაქვს რადიაციის მთლიან ექვივალენტურ დოზაში. ცეზიუმი მოვერცხლისფრო-თეთრი ლითონია. ეს არის ბეტა და გამა გამოსხივების წყარო. ცეზიუმ-137-ის ნახევარგამოყოფის პერიოდი -
30 წლის. ჩერნობილის ავარიამდე ცეზიუმის ძირითადი წყარო გარემოში შეღწევა იყო ბირთვული აფეთქებები. დეპონირებული ცეზიუმის უმეტესი ნაწილი არის ისეთ ფორმაში, რომელიც ადვილად შეიწოვება. მცენარეებში ის ძირითადად გროვდება ჩალაში და ტოპებში. მიღებული ცეზიუმის 100% შეიწოვება ნაწლავებში. ის ძირითადად კუნთოვან ქსოვილში გროვდება. კუნთებიდან ნახევარგამოყოფის პერიოდი შეადგენს 140 დღეს.

სტრონციუმი. სტრონციუმ-90 - ნახევარგამოყოფის პერიოდი - 28,6 წელი (სტრონციუმ-89 - 50,5 დღე). სტრონციუმი-90 არის ბეტა ემიტერი. სტრონციუმი ადვილად შეიწოვება მცენარეების, ცხოველებისა და ადამიანების მიერ. სტრონციუმის კონცენტრატორია სიმინდი, მასში სტრონციუმის შემცველობა 5-20-ჯერ მეტია, ვიდრე ნიადაგში. ადამიანის ორგანიზმში, რაციონიდან გამომდინარე, შემომავალი სტრონციუმის 5%-დან 100%-მდე შეიწოვება კუჭ-ნაწლავის ტრაქტში (საშუალოდ 30%). გროვდება ძირითადად ჩონჩხში. მაქსიმალური კონცენტრაცია აღინიშნება 1 წლამდე ასაკის ბავშვებში. რბილი ქსოვილებიდან სტრონციუმის ნახევარგამოყოფის პერიოდი 10 დღემდეა, ძვლებიდან - 8-10 წლამდე.

პლუტონიუმი. პლუტონიუმი-239 არის ალფა ემიტერი. მისი ნახევარგამოყოფის პერიოდი 24360 წელია. ეს არის მოვერცხლისფრო-თეთრი ლითონი. პლუტონიუმის წყაროა ბირთვული აფეთქებები, ასევე ატომური ელექტროსადგურების რეაქტორები, განსაკუთრებით საგანგებო გამოშვებები. ნიადაგში ის გვხვდება წყლის ობიექტების ზედაპირულ ფენებსა და ქვედა ნალექებში. ის ორგანიზმში ფილტვებისა და კუჭ-ნაწლავის ტრაქტით ხვდება და კუჭ-ნაწლავის ტრაქტიდან შეიწოვება - 1%-ზე მნიშვნელოვნად ნაკლები. გროვდება ფილტვებში, ღვიძლში, ძვლოვან ქსოვილში. ჩონჩხიდან ნახევარგამოყოფის პერიოდი 100 წელია, ღვიძლიდან - 40 წელი.

ამერიციუმი. ამერიციუმი-241 არის პლუტონიუმ-241-ის დაშლის პროდუქტი (241Pu-ს ნახევარგამოყოფის პერიოდი 14,4 წელია). ამერიციუმ-241-ის ნახევარგამოყოფის პერიოდი 432,2 წელია, ხოლო ალფა ნაწილაკი გამოიყოფა დაშლისას. ამერიციუმი წყალში იხსნება ბევრად უკეთ, ვიდრე პლუტონიუმი და ამიტომ აქვს უფრო დიდი მიგრაციის უნარი. 99%-მდე გროვდება ნიადაგის ზედაპირულ ფენებში, ამერიციუმის 10% გახსნილი სახითაა და ადვილად შეიწოვება მცენარეთა მიერ. კონცენტრირებულია ადამიანებში ჩონჩხში, ღვიძლში და თირკმელებში. ჩონჩხიდან ნახევარგამოყოფის პერიოდი 30 წლამდეა, ღვიძლიდან - 5 წლამდე.

მეოცე საუკუნემ იმდენი აღმოჩენა მისცა კაცობრიობას! ბევრი მათგანის მიზანი იყო პლანეტა დედამიწაზე უმაღლეს არსებისთვის ცხოვრება გაეადვილებინა, მაგრამ რეალობა, როგორც ყოველთვის, მატყუარაა და ადამიანური ეგოიზმი ზოგჯერ აღემატება სიკეთისა და ბოროტების მარტივ ცნებებს. ეგოიზმი არ აძლევს სამყაროზე უპირატესობისა და ძალაუფლების განცდას ჩაძინების საშუალებას და უდიდესი აღმოჩენები განადგურების გზას ადგას. დედამიწაზე ყველაზე დამანგრეველი ნივთიერების დაშლის აღმოჩენის საწყისი ეტაპი იყო მრეწველობის სწრაფი განვითარება, რომელიც მოითხოვდა უზარმაზარ ენერგიას - და ეს ენერგია აღმოაჩინეს! გერმანელმა მეცნიერებმა ოტო ჰანმა და ფრიც სტრასმანმა აღმოაჩინეს საოცარი ფენომენი: ურანის ბირთვის (U) დაშლა ნეიტრონებით (n) დაბომბვისას, ხოლო დაშლის პროცესის დროს ნივთიერების ატომზე გამოიყოფა უზარმაზარი ენერგია (დაახლოებით 202,5 ​​მევ). = 3.24 * 10 -11 J), ისევე როგორც კიდევ 2-3 ნეიტრონი, რომლებიც ურთიერთქმედებენ მეზობელ ბირთვებთან. მაგრამ ასეთი საწვავის გამოყენება შეუძლებელი იყო - ურანის ნიმუშში რეაქცია, გაურკვეველი მიზეზების გამო, სწრაფად მოკვდა. მოგვიანებით გაირკვა, რომ რეაქციის მიმდინარეობაზე უარყოფითად მოქმედებს ერთ-ერთი იზოტოპი, კერძოდ ურანი 238, რომელიც ნეიტრონის (n) შთანთქმისას არ გამოყოფს ახალ ნეიტრონებს დაშლის პროცესში. თუმცა ურანის იზოტოპი 235აქვს გამრავლების უნარი.
დიდი აღმოჩენა იყო ურანის 235 ბირთვის სპონტანური დაშლის პროცესი საათში 1 გრამ ლითონისგან დაახლოებით 20 სპონტანური გაყოფა ხდება, მაგრამ ჯაჭვური რეაქცია არ ხდება, რატომ? ამ კითხვაზე პასუხი საკმაოდ ბანალურია - ნეიტრონები მატერიის საკმაოდ მცირე მოცულობას აცდენენ და ლითონს ურთიერთქმედების გარეშე გამოდიან. გათვლებით დადგინდა ურანის 235 ნიმუშის მინიმალური მასა, რომელიც დაახლოებით 48 კილოგრამი იყო. ასეთ ნიმუშში - 25 სმ დიამეტრის ბურთს - რეაქცია არ უნდა დაიღუპოს. მაგრამ როგორ გამოვყოთ ურანის 235 იზოტოპი? შევეცადოთ ამ კითხვაზე პასუხის გაცემა.
ბუნებრივი ურანი არის ვერცხლისფერი ლითონი, ადვილად დასამუშავებელი, დნობის წერტილით 1130 გრადუსი ცელსიუსით. ურანი კარგად იჟანგება ჰაერში და ანთებს ატმოსფეროში 100 გრადუს ცელსიუს ტემპერატურაზე, ძალიან ტოქსიკურია და მყარი ალფა და ბეტა გამოსხივების წყაროა. ბუნებრივი ურანი შედგება რამდენიმე იზოტოპისგან:
ურანი 235 - 0,7184%;
ურანი 238 - 99,2760%;
ურანი 234 - 0,0056%.
მხოლოდ იზოტოპი მასის ნომრით 235 არის შესაფერისი სამრეწველო გამოყენებისთვის; არც ისე ადვილია საჭირო იზოტოპის იზოლირება: გამდიდრებული ურანის 235-ის მიღების მთავარი გზაა ურანის ფტორიდის გადატუმბვა ცენტრიფუგების სისტემაში, რომელშიც უფრო მძიმე იზოტოპი ჩერდება კედლებზე და 235 გადის. ამ გზით შესაძლებელია 99%-მდე გამდიდრების მიღწევა.
სამრეწველო ურანი 235 ძირითადად გამოიყენება როგორც საწვავი ელექტროსადგურებისთვის, მაგრამ ლითონი თავდაპირველად გამოიყენებოდა სამხედრო მიზნებისთვის, როგორც ყველაზე ძლიერი ასაფეთქებელი ნივთიერება დედამიწაზე. ურანის 235-ის სამხედრო გამოყენების შედეგებმა დიდი წვლილი შეიტანა სწორედ ატომური ბირთვის ენერგიის მშვიდობიან განვითარებაში. 1 გრამი ურანის მიერ გამოთავისუფლებული ენერგია 2,5 ტონა ნავთობის დაწვას შეედრება. სარგებელი აშკარაა - ლითონის საწვავად გამოყენება შესაძლებელს ხდის მინერალების მოპოვების შემცირებას და „სუფთა ენერგიის“ დონეზე გადასვლას, იმ პირობით, რომ შექმნილია რეაქტორის მუშაობის საიმედო გადაუდებელი სისტემები და თავად რეაქტორი არის მაღალი ხარისხის. რეაქტორი არის ატომური ელექტროსადგურის (ატომური ელექტროსადგურის) ძირითადი ნაწილი, რომელშიც უშუალოდ ხდება მატერიის ბირთვების დაშლის პროცესი და ენერგიის გადაცემა გამაგრილებელზე. გამაგრილებელი გადასცემს ენერგიას ტურბინაში, რომელიც, თავის მხრივ, წარმოქმნის ელექტრო ენერგიას. გამაგრილებელი შეიძლება იყოს სხვადასხვა ნივთიერებები მაღალი სითბოს ტევადობით: წყალი, ინერტული აირები, თხევადი ტუტე ლითონები.
ამჟამად, ურანის 235-ის ენერგია გამოიყენება ელექტროენერგიის წარმოებისთვის, მაგრამ ლითონის მარაგი დედამიწაზე შეზღუდულია და, მეცნიერთა აზრით, ისინი მხოლოდ 50 წლის ინტენსიური გამოყენებისას გაგრძელდება. და ჩვენს ინტერესებში შედის ელექტროენერგიის დაზოგვა, რომლის მიღებაც ასე ძნელია ჩვენთვის ბუნებიდან!