ურანი 235 ნახევარგამოყოფის პერიოდი რამდენი წელია. ატომური იარაღი

(β −)
235 Np()
239 Pu()

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

ფორმირება და დაშლა

ურანი-235 წარმოიქმნება შემდეგი დაშლის შედეგად:

ურანი-235-ის დაშლა ხდება შემდეგი მიმართულებით:

იძულებითი გაყოფა

ურანი-235-ის დაშლის პროდუქტებში აღმოაჩინეს სხვადასხვა ელემენტის 300-მდე იზოტოპი: =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, ურანის დაშლა თანაბარი მასის ფრაგმენტებად (მასური რიცხვებით 115-119) ხდება ნაკლები ალბათობა, 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 ბირთვის დაშლის დროს წარმოქმნილი ფრაგმენტები, თავის მხრივ, რადიოაქტიურია და განიცდის β − დაშლის ჯაჭვს, რომლის დროსაც დამატებითი ენერგია თანდათან გამოიყოფა დიდი ხნის 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

ერთი 235 U ბირთვის დაშლის დროს ჩვეულებრივ გამოიყოფა 1-დან 8-მდე (საშუალოდ 2.416) თავისუფალი ნეიტრონი. ყოველი ნეიტრონი, რომელიც წარმოიქმნება 235 U ბირთვის დაშლის დროს, რომელიც ექვემდებარება ურთიერთქმედებას სხვა 235 U ბირთვთან, შეიძლება გამოიწვიოს დაშლის ახალი მოვლენა, ამ ფენომენს ე.წ. 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 235 U-ის აღებამდე, ან დაიჭირონ ან თავად 235 U იზოტოპმა მისი გარდაქმნით 236 U-ად, ან სხვა მასალებით (მაგალითად, 238 U, ან ბირთვული დაშლის შედეგად მიღებული ფრაგმენტები, როგორიცაა 149 სმ ან 135 Xe).

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

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

იზომერები

• 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, რომლებშიც მოახერხაბირთვული დაშლის ჯაჭვური რეაქცია;
• ძლიერ გამდიდრებული ურანი გამოიყენება ბირთვული იარაღის შესაქმნელად. ამ შემთხვევაში დიდი რაოდენობის ენერგიის გამოყოფა (აფეთქება), უკონტროლობირთვული ჯაჭვური რეაქცია.

იხილეთ ასევე

დაწერეთ მიმოხილვა სტატიაზე "ურანი-235"

შენიშვნები

1. G. Audi, A.H. Wapstra და C. Thibault (2003). "". ბირთვული ფიზიკა ა 729 : 337-676. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. ბიბკოდი:.
2. G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot and A. H. Wapstra (2003). "". ბირთვული ფიზიკა ა 729 : 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. ბიბკოდი:.
3. ჰოფმან კ.- მე-2 გამოცემა. წაშლილია - ლ.: ქიმია, 1987. - გვ. 130. - 232 გვ. - 50000 ეგზემპლარი.
5. ფიალკოვი ია.იზოტოპების გამოყენება ქიმიასა და ქიმიურ მრეწველობაში. - კიევი: ტექნიკა, 1975. - გვ. 87. - 240 გვ. - 2000 ეგზემპლარი.
6. . Kaye & Laby ონლაინ. .
7. ბარტოლომეი გ.გ., ბაიბაკოვი ვ.დ., ალხუტოვი მ.ს., ბატ გ.ა.ატომური ენერგიის რეაქტორების გამოთვლის თეორიის საფუძვლები და მეთოდები. - M.: Energoatomizdat, 1982. - გვ. 512.

ურანი-235-ის დამახასიათებელი ამონაწერი

12 და 13 კუტუზოვს პირდაპირ შეცდომებზე ადანაშაულებდნენ. იმპერატორი უკმაყოფილო იყო მისით. და ისტორიაში, რომელიც ახლახან დაიწერა უმაღლესის ბრძანებით, ნათქვამია, რომ კუტუზოვი იყო მზაკვარი სასამართლო მატყუარა, რომელსაც ეშინოდა ნაპოლეონის სახელის და კრასნოეში და ბერეზინას მახლობლად მისი შეცდომებით რუსულ ჯარებს დიდება ჩამოართვა - სრული გამარჯვება. ფრანგები. [ბოგდანოვიჩის ისტორია 1812 წელს: კუტუზოვის მახასიათებლები და მსჯელობა კრასნენსკის ბრძოლების არადამაკმაყოფილებელი შედეგების შესახებ. (L.N. ტოლსტოის შენიშვნა.) ]
ეს არ არის დიდი ადამიანების ბედი, არა დიდებული მამი, რომელსაც რუსული გონება არ ცნობს, არამედ იმ იშვიათი, მუდამ მარტოსული ადამიანების ბედი, რომლებიც, გააზრებული პროვიდენციის ნებას, ემორჩილებიან მათ პირად ნებას. ბრბოს სიძულვილი და ზიზღი სჯის ამ ადამიანებს უმაღლესი კანონების გაცნობიერებისთვის.
რუსი ისტორიკოსებისთვის - უცნაური და საშინელია იმის თქმა - ნაპოლეონი არის ისტორიის ყველაზე უმნიშვნელო ინსტრუმენტი - არასოდეს და არსად, თუნდაც ემიგრაციაში, ვინც არ აჩვენა ადამიანური ღირსება - ნაპოლეონი აღტაცებისა და აღტაცების ობიექტია; ის დიდებულია. კუტუზოვი, ადამიანი, რომელიც 1812 წელს თავისი მოღვაწეობის დასაწყისიდან დასრულებამდე, ბოროდინიდან ვილნამდე, ერთი მოქმედებისა თუ სიტყვის შეცვლის გარეშე, გვიჩვენებს არაჩვეულებრივ მაგალითს თავგანწირვისა და ცნობიერების ისტორიაში მომავლის მნიშვნელობის აწმყოში. ღონისძიების, – კუტუზოვი მათ რაღაც ბუნდოვან და საწყალად ეჩვენებათ და როცა კუტუზოვზე და მე-12 კურსზე საუბრობენ, ყოველთვის ცოტათი რცხვენიათ.
იმავდროულად, ძნელი წარმოსადგენია ისტორიული პიროვნება, რომლის საქმიანობაც ასე უცვლელად და მუდმივად ერთი და იგივე მიზნისკენ იქნება მიმართული. ძნელი წარმოსადგენია მიზანი, რომელიც უფრო ღირსეული და მთელი ხალხის ნებას შეესაბამება. კიდევ უფრო რთულია ისტორიაში სხვა მაგალითის პოვნა, სადაც მიზანი, რომელიც ისტორიულმა ფიგურამ დაუსახა საკუთარ თავს, ისე სრულად მიიღწევა, როგორც მიზანი, რომლისკენაც მიმართული იყო კუტუზოვის მთელი საქმიანობა 1812 წელს.
კუტუზოვს არასოდეს უსაუბრია პირამიდებიდან გამოსული ორმოცი საუკუნის შესახებ, სამშობლოსათვის გაღებულ მსხვერპლზე, იმაზე, თუ რას აპირებს ან აკეთებს: მან საერთოდ არაფერი უთქვამს საკუთარ თავზე, არ ითამაშა რაიმე როლი. , ყოველთვის უბრალო და ჩვეულებრივ ადამიანად მეჩვენებოდა და უმარტივეს და ჩვეულებრივ რაღაცეებს ​​ამბობდა. ის წერილებს უწერდა თავის ქალიშვილებს და მე სტაელს, კითხულობდა რომანებს, უყვარდა ლამაზი ქალების საზოგადოება, ხუმრობდა გენერლებთან, ოფიცრებთან და ჯარისკაცებთან და არასოდეს ეწინააღმდეგებოდა იმ ადამიანებს, ვისაც სურდა მისთვის რაიმე დაემტკიცებინა. როდესაც გრაფი რასტოპჩინი იაუზსკის ხიდზე მივიდა კუტუზოვთან პირადი საყვედურით იმის შესახებ, თუ ვინ იყო დამნაშავე მოსკოვის სიკვდილში და თქვა: "როგორ დაჰპირდი, რომ არ დატოვებდი მოსკოვს ბრძოლის გარეშე?" - უპასუხა კუტუზოვმა: ”მე არ დავტოვებ მოსკოვს უბრძოლველად”, მიუხედავად იმისა, რომ მოსკოვი უკვე მიტოვებული იყო. როდესაც არაყჩეევმა, რომელიც მასთან მივიდა სუვერენისგან, თქვა, რომ ერმოლოვი უნდა დაინიშნოს არტილერიის უფროსად, კუტუზოვმა უპასუხა: ”დიახ, მე თვითონ ვთქვი ეს”, თუმცა ერთი წუთის შემდეგ მან თქვა რაღაც სრულიად განსხვავებული. რა აინტერესებდა მას, ერთადერთს, ვინც მაშინ მიხვდა მოვლენის მთელ უზარმაზარ მნიშვნელობას, მის გარშემო მყოფ სულელურ ბრბოს შორის, რა აინტერესებდა, გრაფ როსტოპჩინს დედაქალაქის უბედურება საკუთარ თავს მიაწერდა თუ მას? მას შეიძლება ნაკლებად აინტერესებდეს ვინ დაინიშნება არტილერიის უფროსად.
არა მხოლოდ ამ შემთხვევებში, არამედ მუდმივად, ეს მოხუცი, რომელიც ცხოვრებისეული გამოცდილებით იყო მიღწეული რწმენით, რომ აზრები და სიტყვები, რომლებიც მათ გამოსახატავად ემსახურება, არ არის ადამიანების მამოძრავებელი ძალები, ლაპარაკობდა სრულიად უაზრო სიტყვებზე - პირველი, ვინც მოვიდა. მისი გონება.
მაგრამ ეს იგივე ადამიანი, რომელიც ასე უგულებელყო მის სიტყვებს, მთელი თავისი საქმიანობის განმავლობაში ერთხელაც არ წარმოთქვამს ერთი სიტყვა, რომელიც არ შეესაბამებოდა იმ ერთ მიზანს, რომლისკენაც იგი იბრძოდა მთელი ომის განმავლობაში. ცხადია, უნებურად, იმ მძიმე რწმენით, რომ ვერ გაუგებდნენ მას, მან არაერთხელ გამოხატა თავისი აზრი სხვადასხვა გარემოებებში. ბოროდინოს ბრძოლიდან დაწყებული, საიდანაც დაიწყო მისი უთანხმოება გარშემომყოფებთან, მან მარტო თქვა, რომ ბოროდინოს ბრძოლა იყო გამარჯვება და იმეორებდა ამას ზეპირად, მოხსენებებში და მოხსენებებში სიკვდილამდე. მარტო მან თქვა, რომ მოსკოვის დაკარგვა რუსეთის დაკარგვა არ არის. ლორისტონის მშვიდობის შესახებ წინადადებაზე პასუხად მან უპასუხა, რომ მშვიდობა არ შეიძლება იყოს, რადგან ასეთი იყო ხალხის ნება; მან მარტომ, ფრანგების უკან დახევის დროს, თქვა, რომ ჩვენი ყველა მანევრი არ იყო საჭირო, რომ ყველაფერი თავისთავად უკეთესი იქნებოდა, ვიდრე ჩვენ გვინდოდა, რომ მტერს ოქროს ხიდი მიეცეს, რომ არც ტარუტინოს, არც ვიაზემსკის და არც კრასნენსკოეს ბრძოლები სჭირდებოდა, რა ოდესღაც უნდა მოხვიდე საზღვარზე, რომ ათ ფრანგზე ერთი რუსული არ დათმოს.
და მხოლოდ ის, ეს სასამართლო კაცი, როგორც მას წარმოგვიდგენენ, კაცი, რომელიც ატყუებს არაყჩეევს, რათა ასიამოვნოს სუვერენულს - მხოლოდ ის, ეს სასამართლო კაცი, ვილნაში, რითაც დაიმსახურა სუვერენის ზიზღი, ამბობს, რომ შემდგომი ომი. საზღვარგარეთ არის მავნე და უსარგებლო.
მაგრამ მხოლოდ სიტყვები არ დაამტკიცებდა, რომ მას შემდეგ ესმოდა მოვლენის მნიშვნელობა. მისი ქმედებები - ყველა ოდნავი უკან დახევის გარეშე, ყველა მიმართული იყო ერთი და იგივე მიზნისკენ, გამოიხატებოდა სამ მოქმედებაში: 1) დაძაბოს მთელი თავისი ძალები ფრანგებთან შეტაკებისთვის, 2) დაამარცხა ისინი და 3) განდევნა ისინი რუსეთიდან, რაც გაადვილდა. როგორც ხალხისა და ჯარის შესაძლო კატასტროფები.
ის, ის ნელა მოძრავი კუტუზოვი, რომლის დევიზია მოთმინება და დრო, გადამწყვეტი მოქმედების მტერია, ის ბოროდინოს ბრძოლას ატარებს, ამისთვის მზადებას უპრეცედენტო საზეიმოდ ატარებს. ის, რომ კუტუზოვმა, რომელიც აუსტერლიცის ბრძოლაში, სანამ დაიწყება, თქვა, რომ ის დაიკარგებოდა, ბოროდინოში, მიუხედავად გენერლების დარწმუნებისა, რომ ბრძოლა წაგებულია, მიუხედავად ისტორიაში უპრეცედენტო მაგალითისა, რომ მოგებული ბრძოლის შემდეგ არმია უნდა უკან დაიხია, მარტო ის, ყველას საწინააღმდეგოდ, სიკვდილამდე ამტკიცებს, რომ ბოროდინოს ბრძოლა გამარჯვებაა. ის მარტო, მთელი უკან დახევის განმავლობაში, დაჟინებით მოითხოვს, არ აწარმოოს ბრძოლები, რომლებიც ახლა უსარგებლოა, არ დაიწყოს ახალი ომი და არ გადაკვეთოს რუსეთის საზღვრები.
ახლა ადვილია მოვლენის მნიშვნელობის გაგება, თუ არ მივმართავთ მიზნების მასების აქტივობებს, რომლებიც ათეული ადამიანის გონებაში იყო, რადგან მთელი მოვლენა თავისი შედეგებით ჩვენს წინაშეა.
მაგრამ როგორ შეეძლო ამ მოხუცს, მარტომ, ყველას აზრის საწინააღმდეგოდ, გამოიცნო და შემდეგ ისე სწორად გამოიცნო მოვლენის პოპულარული მნიშვნელობის მნიშვნელობა, რომ მას არასოდეს უღალატია მთელ თავის საქმიანობაში?
წარმოშობის ფენომენების მნიშვნელობის ამ არაჩვეულებრივი ძალის წყარო მდგომარეობდა ეროვნულ განცდაში, რომელიც მას მთელი თავისი სიწმინდითა და სიძლიერით ატარებდა.
მხოლოდ მასში ამ გრძნობის აღიარებამ აიძულა ხალხი, ასეთი უცნაური გზებით, მოხუცის სირცხვილისგან, აირჩია იგი მეფის ნების საწინააღმდეგოდ სახალხო ომის წარმომადგენლებად. და მხოლოდ ამ გრძნობამ მიიყვანა იგი იმ უმაღლეს ადამიანურ სიმაღლემდე, საიდანაც მან, მთავარსარდალმა, მთელი თავისი ძალა მიმართა არა ხალხის მოკვლასა და განადგურებას, არამედ მათ გადარჩენას და მოწყალებას.

საიდან გაჩნდა ურანი?სავარაუდოდ, ის სუპერნოვას აფეთქებების დროს ჩნდება. ფაქტია, რომ რკინაზე მძიმე ელემენტების ნუკლეოსინთეზისთვის ნეიტრონების ძლიერი ნაკადი უნდა არსებობდეს, რაც სწორედ სუპერნოვას აფეთქების დროს ხდება. როგორც ჩანს, მაშინ, მის მიერ წარმოქმნილი ახალი ვარსკვლავური სისტემების ღრუბლიდან კონდენსაციის დროს, ურანი, რომელიც შეგროვდა პროტოპლანეტურ ღრუბელში და იყო ძალიან მძიმე, უნდა ჩაიძიროს პლანეტების სიღრმეში. მაგრამ ეს ასე არ არის. ურანი არის რადიოაქტიური ელემენტი და მისი დაშლისას გამოყოფს სითბოს. გამოთვლებმა აჩვენა, რომ თუ ურანი თანაბრად იყო განაწილებული პლანეტის მთელ სისქეზე, ყოველ შემთხვევაში იმავე კონცენტრაციით, როგორც ზედაპირზე, ის ზედმეტ სითბოს გამოყოფს. უფრო მეტიც, მისი დინება უნდა შესუსტდეს ურანის მოხმარებისას. ვინაიდან მსგავსი არაფერი დაფიქსირებულა, გეოლოგები თვლიან, რომ ურანის მინიმუმ მესამედი და, შესაძლოა, მთელი, კონცენტრირებულია დედამიწის ქერქში, სადაც მისი შემცველობა 2,5∙10-4%-ია. რატომ მოხდა ეს არ განიხილება.

სად მოიპოვება ურანი?დედამიწაზე არც ისე ცოტაა ურანი - სიუხვით 38-ე ადგილზეა. და ამ ელემენტის უმეტესი ნაწილი გვხვდება დანალექ ქანებში - ნახშირბადოვანი ფიქლები და ფოსფორიტები: შესაბამისად 8∙10 –3 და 2,5∙10 –2%-მდე. მთლიანობაში, დედამიწის ქერქი შეიცავს 10 14 ტონა ურანს, მაგრამ მთავარი პრობლემა ის არის, რომ ის ძალიან გაფანტულია და არ ქმნის ძლიერ საბადოებს. დაახლოებით 15 ურანის მინერალი სამრეწველო მნიშვნელობისაა. ეს არის ურანის tar - მისი საფუძველია ოთხვალენტიანი ურანის ოქსიდი, ურანის მიკა - სხვადასხვა სილიკატები, ფოსფატები და უფრო რთული ნაერთები ვანადიუმით ან ტიტანით, ექვსვალენტური ურანის საფუძველზე.

რა არის ბეკერელის სხივები?ვოლფგანგ რენტგენის მიერ რენტგენის აღმოჩენის შემდეგ, ფრანგი ფიზიკოსი ანტუან-ანრი ბეკერელი დაინტერესდა ურანის მარილების სიკაშკაშეთ, რომელიც მზის შუქის გავლენის ქვეშ ჩნდება. უნდოდა გაეგო აქაც იყო თუ არა რენტგენი. მართლაც, ისინი იმყოფებოდნენ - მარილი აანთებდა ფოტოგრაფიულ ფირფიტას შავი ქაღალდის მეშვეობით. თუმცა, ერთ-ერთ ექსპერიმენტში მარილი არ იყო განათებული, მაგრამ ფოტოგრაფიული ფირფიტა მაინც ჩაბნელდა. როდესაც მარილსა და ფოტოგრაფიულ ფირფიტას შორის ლითონის ობიექტი მოთავსდა, ქვეშ ჩაბნელება ნაკლები იყო. მაშასადამე, ახალი სხივები არ გაჩენილა სინათლის მიერ ურანის აგზნების გამო და ნაწილობრივ არ გადიოდა მეტალში. მათ თავდაპირველად "ბეკერელის სხივებს" უწოდებდნენ. შემდგომში გაირკვა, რომ ეს ძირითადად ალფა სხივებია ბეტა სხივების მცირე დამატებით: ფაქტია, რომ ურანის ძირითადი იზოტოპები დაშლის დროს ასხივებენ ალფა ნაწილაკებს, ხოლო შვილობილი პროდუქტები ასევე განიცდიან ბეტა დაშლას.

რამდენად რადიოაქტიურია ურანი?ურანს არ აქვს სტაბილური იზოტოპები, ისინი ყველა რადიოაქტიურია. ყველაზე დიდხანს ცოცხლობს ურანი-238, ნახევარგამოყოფის პერიოდი 4,4 მილიარდი წელია. შემდეგი მოდის ურანი-235 - 0,7 მილიარდი წელი. ორივე განიცდის ალფა დაშლას და ხდება თორიუმის შესაბამისი იზოტოპები. ურანი-238 მთლიანი ბუნებრივი ურანის 99%-ზე მეტს შეადგენს. მისი უზარმაზარი ნახევარგამოყოფის გამო, ამ ელემენტის რადიოაქტიურობა დაბალია და გარდა ამისა, ალფა ნაწილაკებს არ შეუძლიათ შეაღწიონ რქოვანა შრეში ადამიანის სხეულის ზედაპირზე. ისინი ამბობენ, რომ ურანთან მუშაობის შემდეგ, ი.

მკვლევარებმა არაერთხელ მიმართეს ურანის მაღაროებში და გადამამუშავებელ ქარხნებში მუშების დაავადებების სტატისტიკას. აი, მაგალითად, კანადელი და ამერიკელი სპეციალისტების ბოლო სტატია, რომლებმაც გააანალიზეს ელდორადოს მაღაროში 1950–1999 წლების 1950–1999 წლების ელდორადოს მაღაროში 1950–1999 წლებში. გარემოსდაცვითი კვლევა, 2014, 130, 43–50, DOI:10.1016/j.envres.2014.01.002). ისინი გამომდინარეობდნენ იქიდან, რომ რადიაციას აქვს ყველაზე ძლიერი გავლენა სისხლის უჯრედების სწრაფად გამრავლებაზე, რაც იწვევს კიბოს შესაბამის ტიპებს. სტატისტიკამ აჩვენა, რომ მაღაროს მუშაკებს აქვთ სისხლის სხვადასხვა ტიპის კიბოს უფრო დაბალი სიხშირე, ვიდრე საშუალო კანადელს. ამ შემთხვევაში, რადიაციის ძირითად წყაროდ არ ითვლება თვით ურანი, არამედ მის მიერ წარმოქმნილი აირისებრი რადონი და მისი დაშლის პროდუქტები, რომლებიც შეიძლება შევიდნენ სხეულში ფილტვების მეშვეობით.

რატომ არის ურანი მავნე?? ის, ისევე როგორც სხვა მძიმე ლითონები, ძალიან ტოქსიკურია და შეიძლება გამოიწვიოს თირკმელებისა და ღვიძლის უკმარისობა. მეორეს მხრივ, ურანი, როგორც დისპერსიული ელემენტი, აუცილებლად არის წყალში, ნიადაგში და, კონცენტრირებული კვებით ჯაჭვში, შედის ადამიანის ორგანიზმში. გონივრულია ვივარაუდოთ, რომ ევოლუციის პროცესში ცოცხალმა არსებებმა ისწავლეს ურანის ბუნებრივ კონცენტრაციებში განეიტრალება. ურანი წყალში ყველაზე საშიშია, ამიტომ ჯანმო-მ დააწესა ლიმიტი: თავდაპირველად ის იყო 15 მკგ/ლ, მაგრამ 2011 წელს სტანდარტი 30 მკგ/გ-მდე გაიზარდა. როგორც წესი, წყალში გაცილებით ნაკლები ურანია: აშშ-ში საშუალოდ 6,7 მკგ/ლ, ჩინეთსა და საფრანგეთში - 2,2 მკგ/ლ. მაგრამ ასევე არის ძლიერი გადახრები. ასე რომ, კალიფორნიის ზოგიერთ რაიონში ის ასჯერ მეტია სტანდარტზე - 2,5 მგ/ლ, ხოლო სამხრეთ ფინეთში 7,8 მგ/ლ აღწევს. მკვლევარები ცდილობენ გაიგონ, არის თუ არა ჯანმო-ს სტანდარტი ზედმეტად მკაცრი ცხოველებზე ურანის ეფექტის შესწავლით. აქ არის ტიპიური სამუშაო ( BioMed Research International, 2014, ID 181989; DOI: 10.1155/2014/181989). ფრანგი მეცნიერები ცხრა თვის განმავლობაში ვირთხებს წყლით კვებავდნენ დაცლილი ურანის დანამატებით და შედარებით მაღალი კონცენტრაციით - 0,2-დან 120 მგ/ლ-მდე. ქვედა ღირებულება მაღაროს მიმდებარედ არის წყალი, ხოლო ზედა მნიშვნელობა არსად არ არის - ურანის მაქსიმალური კონცენტრაცია, რომელიც იზომება ფინეთში, არის 20 მგ/ლ. ავტორების გასაკვირად - სტატიას ჰქვია: ”ურანის ფიზიოლოგიურ სისტემებზე შესამჩნევი ზემოქმედების მოულოდნელი არარსებობა…” - ურანს პრაქტიკულად არ ჰქონდა გავლენა ვირთხების ჯანმრთელობაზე. ცხოველები კარგად იკვებებოდნენ, სათანადოდ იმატებდნენ წონას, არ უჩიოდნენ ავადმყოფობას და არ კვდებოდნენ სიმსივნით. ურანი, როგორც უნდა იყოს, ძირითადად თირკმელებში და ძვლებში და ასჯერ მცირე რაოდენობით ღვიძლში იყო დეპონირებული და მისი დაგროვება სავარაუდოდ წყალში შემცველობაზე იყო დამოკიდებული. თუმცა, ამან არ გამოიწვია თირკმელების უკმარისობა ან თუნდაც ანთების რაიმე მოლეკულური მარკერების შესამჩნევი გამოჩენა. ავტორებმა ვარაუდობდნენ, რომ უნდა დაიწყოს ჯანმო-ს მკაცრი მითითებების განხილვა. თუმცა, არსებობს ერთი გაფრთხილება: გავლენა ტვინზე. ვირთხების ტვინში ნაკლები ურანი იყო, ვიდრე ღვიძლში, მაგრამ მისი შემცველობა არ იყო დამოკიდებული წყალში არსებულ რაოდენობაზე. მაგრამ ურანი გავლენას ახდენდა ტვინის ანტიოქსიდანტური სისტემის ფუნქციონირებაზე: კატალაზას აქტივობა გაიზარდა 20%-ით, გლუტათიონ პეროქსიდაზას 68-90%-ით და სუპეროქსიდის დისმუტაზას აქტივობა შემცირდა 50%-ით, დოზის მიუხედავად. ეს ნიშნავს, რომ ურანი აშკარად იწვევდა ოქსიდაციურ სტრესს თავის ტვინში და ორგანიზმი მასზე რეაგირებდა. ეს ეფექტი - ურანის ძლიერი ზემოქმედება ტვინზე მასში დაგროვების არარსებობის შემთხვევაში, სხვათა შორის, ასევე სასქესო ორგანოებში - ადრეც შეინიშნებოდა. გარდა ამისა, წყალი ურანით 75-150 მგ/ლ კონცენტრაციით, რომელიც ნებრასკის უნივერსიტეტის მკვლევარებმა ვირთხებს ექვსი თვის განმავლობაში კვებავდნენ ( ნეიროტოქსიკოლოგია და ტერატოლოგია, 2005, 27, 1, 135–144; DOI:10.1016/j.ntt.2004.09.001), გავლენა მოახდინა მინდორში გამოშვებული ცხოველების, ძირითადად მამრობითი სქესის ქცევაზე: მათ გადაკვეთეს ხაზები, დგებოდნენ უკანა ფეხებზე და ბეწვს აჭრელებდნენ სხვანაირად, ვიდრე საკონტროლოები. არსებობს მტკიცებულება, რომ ურანი ასევე იწვევს მეხსიერების დაქვეითებას ცხოველებში. ქცევის ცვლილებები დაკავშირებული იყო ტვინში ლიპიდების დაჟანგვის დონესთან. გამოდის, რომ ურანის წყალმა ვირთხები გამაჯანსაღებელი, მაგრამ საკმაოდ სულელური გახადა. ეს მონაცემები გამოგვადგება ე.წ ყურის ომის სინდრომის ანალიზში.

აბინძურებს თუ არა ურანი ფიქლის გაზის განვითარების ადგილებს?ეს დამოკიდებულია იმაზე, თუ რამდენი ურანი არის გაზის შემცველ ქანებში და როგორ უკავშირდება ის მათ. მაგალითად, ბუფალოს უნივერსიტეტის ასოცირებულმა პროფესორმა ტრეისი ბანკმა შეისწავლა მარსელუს შალე, რომელიც გადაჭიმულია დასავლეთ ნიუ-იორკიდან პენსილვანიისა და ოჰაიოდან დასავლეთ ვირჯინიამდე. აღმოჩნდა, რომ ურანი ქიმიურად დაკავშირებულია ზუსტად ნახშირწყალბადების წყაროსთან (გახსოვდეთ, რომ მონათესავე ნახშირბადოვან ფიქლებს აქვთ ყველაზე მაღალი ურანის შემცველობა). ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ გატეხვის დროს გამოყენებული ხსნარი შესანიშნავად ხსნის ურანს. „როდესაც ამ წყლებში ურანი ზედაპირზე აღწევს, ამან შეიძლება გამოიწვიოს მიმდებარე ტერიტორიის დაბინძურება. ეს არ წარმოადგენს რადიაციულ რისკს, მაგრამ ურანი არის მომწამვლელი ელემენტი“, - აღნიშნავს ტრეისი ბანკი 2010 წლის 25 ოქტომბრის უნივერსიტეტის პრესრელიზში. ჯერ არ არის მომზადებული დეტალური სტატიები ფიქლის გაზის წარმოებისას ურანით ან თორიუმით გარემოს დაბინძურების რისკის შესახებ.

რატომ არის საჭირო ურანი?ადრე მას იყენებდნენ როგორც პიგმენტს კერამიკისა და ფერადი მინის დასამზადებლად. ახლა ურანი არის ბირთვული ენერგიისა და ატომური იარაღის საფუძველი. ამ შემთხვევაში გამოიყენება მისი უნიკალური თვისება - ბირთვის გაყოფის უნარი.

რა არის ბირთვული დაშლა? ბირთვის დაშლა ორ უთანასწორო დიდ ნაწილად. სწორედ ამ თვისების გამოა, რომ ნეიტრონების გამოსხივების გამო ნუკლეოსინთეზის დროს დიდი სირთულეებით წარმოიქმნება ურანზე მძიმე ბირთვები. ფენომენის არსი შემდეგია. თუ ბირთვში ნეიტრონებისა და პროტონების რაოდენობის თანაფარდობა არ არის ოპტიმალური, ის არასტაბილური ხდება. როგორც წესი, ასეთი ბირთვი ასხივებს ან ალფა ნაწილაკს - ორ პროტონს და ორ ნეიტრონს, ან ბეტა ნაწილაკს - პოზიტრონს, რომელსაც თან ახლავს ერთ-ერთი ნეიტრონის პროტონად გადაქცევა. პირველ შემთხვევაში, პერიოდული ცხრილის ელემენტი მიიღება, ორი უჯრედი უკან არის დაშორებული, მეორეში - ერთი უჯრედი წინ. ამასთან, ალფა და ბეტა ნაწილაკების გამოსხივების გარდა, ურანის ბირთვს შეუძლია დაშლა - დაიშლება პერიოდული ცხრილის შუაში მდებარე ორი ელემენტის ბირთვებში, მაგალითად, ბარიუმი და კრიპტონი, რასაც აკეთებს ახალი ნეიტრონის მიღების შემდეგ. ეს ფენომენი აღმოაჩინეს რადიოაქტიურობის აღმოჩენიდან მალევე, როდესაც ფიზიკოსებმა ახლად აღმოჩენილ რადიაციას აჩვენეს ყველაფერი, რაც შეეძლოთ. აი, როგორ წერს ამის შესახებ მოვლენების მონაწილე ოტო ფრიში (“Advances in Physical Sciences”, 1968, 96, 4). ბერილიუმის სხივების - ნეიტრონების აღმოჩენის შემდეგ, ენრიკო ფერმიმ მათთან ერთად ურანი დასხივა, კერძოდ, ბეტა დაშლის გამოწვევის მიზნით - იმედოვნებდა, რომ გამოიყენებდა მას შემდეგი, 93-ე ელემენტის მისაღებად, რომელსაც ახლა ნეპტუნიუმი ეწოდება. სწორედ მან აღმოაჩინა რადიოაქტიურობის ახალი ტიპი დასხივებულ ურანში, რომელსაც დაუკავშირა ტრანსურანის ელემენტების გამოჩენა. ამავდროულად, ნეიტრონების შენელებამ, რისთვისაც ბერილიუმის წყარო დაფარული იყო პარაფინის ფენით, გაზარდა ეს გამოწვეული რადიოაქტიურობა. ამერიკელმა რადიოქიმიკოსმა არისტიდ ფონ გროსემ თქვა, რომ ერთ-ერთი ამ ელემენტიდან იყო პროტაქტინიუმი, მაგრამ შეცდა. მაგრამ ოტო ჰანმა, რომელიც მაშინ ვენის უნივერსიტეტში მუშაობდა და 1917 წელს აღმოჩენილ პროტაქტინიუმს თავის აზრად თვლიდა, გადაწყვიტა, რომ ვალდებული იყო გაერკვია რა ელემენტები იყო მიღებული. ლიზ მეიტნერთან ერთად, 1938 წლის დასაწყისში, ჰანმა ექსპერიმენტული შედეგების საფუძველზე თქვა, რომ რადიოაქტიური ელემენტების მთელი ჯაჭვები წარმოიქმნება ურანი-238-ის ნეიტრონის შთამნთქმელი ბირთვების მრავალჯერადი ბეტა დაშლის გამო. მალე ლიზ მეიტნერი იძულებული გახდა გაქცეულიყო შვედეთში, ავსტრიის ანშლუსის შემდეგ ნაცისტების შესაძლო რეპრესიების შიშით. ჰანმა, გააგრძელა ექსპერიმენტები ფრიც სტრასმანთან, აღმოაჩინა, რომ პროდუქტებს შორის იყო ასევე ბარიუმი, ელემენტი ნომერი 56, რომელიც არავითარ შემთხვევაში არ შეიძლება მიღებულ იქნას ურანისაგან: ურანის ალფა დაშლის ყველა ჯაჭვი მთავრდება ბევრად უფრო მძიმე ტყვიით. მკვლევარები იმდენად გაოცებულები იყვნენ შედეგით, რომ არ გამოუქვეყნებიათ ის მხოლოდ წერილებს სწერდნენ მეგობრებს, კერძოდ კი ლიზ მეიტნერს გოტენბურგში. იქ, 1938 წლის შობის დღესასწაულზე, მისი ძმისშვილი, ოტო ფრიში ესტუმრა მას და ზამთრის ქალაქის სიახლოვეს სეირნობისას - ის თხილამურებით, დეიდა ფეხით - განიხილეს ურანის დასხივების დროს ბარიუმის გაჩენის შესაძლებლობა. ბირთვული დაშლის შედეგი (ლიზ მეიტნერის შესახებ დამატებითი ინფორმაციისთვის იხილეთ „ქიმია და სიცოცხლე“, 2013, No. 4). კოპენჰაგენში დაბრუნებულმა ფრიშმა სიტყვასიტყვით დაიჭირა ნილს ბორი შეერთებული შტატებისკენ მიმავალი გემის ბანდაზე და უთხრა მას დაშლის იდეაზე. ბორმა შუბლზე დაარტყა და თქვა: „ოჰ, რა სულელები ვიყავით! ეს ადრე უნდა შეგვენახა“. 1939 წლის იანვარში ფრიშმა და მაიტნერმა გამოაქვეყნეს სტატია ურანის ბირთვების დაშლის შესახებ ნეიტრონების გავლენის ქვეშ. იმ დროისთვის ოტო ფრიშმა უკვე ჩაატარა საკონტროლო ექსპერიმენტი, ისევე როგორც ბევრმა ამერიკულმა ჯგუფმა, რომლებმაც მიიღეს შეტყობინება ბორისგან. ისინი ამბობენ, რომ ფიზიკოსებმა დაიწყეს დაშლა თავიანთ ლაბორატორიებში სწორედ 1939 წლის 26 იანვარს ვაშინგტონში, თეორიული ფიზიკის ყოველწლიურ კონფერენციაზე მისი მოხსენების დროს, როდესაც მათ გაიგეს იდეის არსი. დაშლის აღმოჩენის შემდეგ ჰანმა და სტრასმანმა გადახედეს თავიანთ ექსპერიმენტებს და აღმოაჩინეს, ისევე როგორც მათი კოლეგები, რომ დასხივებული ურანის რადიოაქტიურობა დაკავშირებულია არა ტრანსურანებთან, არამედ პერიოდული ცხრილის შუა ნაწილიდან დაშლის დროს წარმოქმნილი რადიოაქტიური ელემენტების დაშლასთან.

როგორ ხდება ჯაჭვური რეაქცია ურანში?მალევე მას შემდეგ, რაც ექსპერიმენტულად დადასტურდა ურანისა და თორიუმის ბირთვების დაშლის შესაძლებლობა (და დედამიწაზე არ არსებობს რაიმე მნიშვნელოვანი რაოდენობით სხვა გაშლილი ელემენტები), ნილს ბორი და ჯონ უილერი, რომლებიც მუშაობდნენ პრინსტონში, ისევე როგორც მათგან დამოუკიდებლად. საბჭოთა თეორიულმა ფიზიკოსმა ია ი. ფრენკელმა და გერმანელებმა ზიგფრიდ ფლუგემ და გოტფრიდ ფონ დროსტემ შექმნეს ბირთვული დაშლის თეორია. მისგან მოჰყვა ორი მექანიზმი. ერთი დაკავშირებულია სწრაფი ნეიტრონების შთანთქმის ზღურბლთან. მისი მიხედვით, დაშლის დასაწყებად ნეიტრონს უნდა ჰქონდეს საკმაოდ მაღალი ენერგია, 1 მევ-ზე მეტი ძირითადი იზოტოპების ბირთვებისთვის - ურანი-238 და თორიუმ-232. დაბალი ენერგიების დროს ურანი-238-ის მიერ ნეიტრონის შთანთქმას აქვს რეზონანსული ხასიათი. ამრიგად, 25 ევ ენერგიის მქონე ნეიტრონს აქვს დაჭერის კვეთის ფართობი, რომელიც ათასობითჯერ აღემატება სხვა ენერგიებთან შედარებით. ამ შემთხვევაში არ იქნება დაშლა: ურანი-238 გახდება ურანი-239, რომელიც ნახევარგამოყოფის პერიოდით 23,54 წუთი გადაიქცევა ნეპტუნიუმ-239-ად, რომელიც ნახევარგამოყოფის პერიოდით 2,33 დღე გადაიქცევა ხანგრძლივ. პლუტონიუმი-239. თორიუმ-232 გახდება ურანი-233.

მეორე მექანიზმი არის ნეიტრონის ზღურბლური შთანთქმა, მას მოსდევს მესამე მეტ-ნაკლებად გავრცელებული ნაშთების იზოტოპი - ურანი-235 (ასევე პლუტონიუმი-239 და ურანი-233, რომლებიც ბუნებაში არ გვხვდება): ნებისმიერი ნეიტრონის შთანთქმის, თუნდაც ნელი, ე.წ. და ეს ძალიან კარგია: თერმულ ნეიტრონებს აქვთ დაჭერის კვეთის ფართობი ოთხჯერ უფრო მაღალი ვიდრე სწრაფი, მეგაელექტრონვოლტიანი ნეიტრონები. ეს არის ურანი-235-ის მნიშვნელობა ბირთვული ენერგიის მთელი შემდგომი ისტორიისთვის: სწორედ ის უზრუნველყოფს ბუნებრივ ურანში ნეიტრონების გამრავლებას. ნეიტრონის დარტყმის შემდეგ, ურანი-235 ბირთვი ხდება არასტაბილური და სწრაფად იყოფა ორ არათანაბარ ნაწილად. გზად რამდენიმე (საშუალოდ 2,75) ახალი ნეიტრონი გამოიყოფა. თუ ისინი მოხვდებიან იმავე ურანის ბირთვებში, გამოიწვევს ნეიტრონების ექსპონენციალურ გამრავლებას – მოხდება ჯაჭვური რეაქცია, რაც გამოიწვევს აფეთქებას დიდი რაოდენობით სითბოს სწრაფი გამოყოფის გამო. ვერც ურანი-238 და ვერც თორიუმ-232 ვერ იმუშავებს ასე: ბოლოს და ბოლოს, დაშლის დროს ნეიტრონები გამოიყოფა საშუალო ენერგიით 1-3 მევ, ანუ, თუ არსებობს ენერგეტიკული ბარიერი 1 მევ, მნიშვნელოვანი ნაწილი. ნეიტრონები ნამდვილად ვერ შეძლებენ რეაქციის გამოწვევას და არ იქნება რეპროდუქცია. ეს ნიშნავს, რომ ეს იზოტოპები უნდა დაივიწყოს და ნეიტრონები უნდა შეანელონ თერმულ ენერგიამდე, რათა რაც შეიძლება ეფექტურად იმოქმედონ ურანი-235-ის ბირთვებთან. ამავდროულად, მათი რეზონანსული აბსორბცია ურანი-238-ით დაუშვებელია: ბოლოს და ბოლოს, ბუნებრივ ურანში ეს იზოტოპი ოდნავ ნაკლებია 99,3%-ზე და ნეიტრონები უფრო ხშირად ეჯახება მას და არა სამიზნე ურანი-235-ს. ხოლო მოდერატორის მოქმედებით შესაძლებელია ნეიტრონების გამრავლების შენარჩუნება მუდმივ დონეზე და აფეთქების თავიდან აცილება – ჯაჭვური რეაქციის კონტროლი.

1939 წლის იმავე საბედისწერო წელს Ya B. Zeldovich-ისა და Yu B. Hariton-ის მიერ ჩატარებულმა გამოთვლებმა აჩვენა, რომ ამისთვის აუცილებელია ნეიტრონის მოდერატორის გამოყენება მძიმე წყლის ან გრაფიტის სახით და ბუნებრივი ურანის გამდიდრება. 235 მინიმუმ 1,83 ჯერ. მაშინ ეს იდეა მათ წმინდა ფანტაზიად მოეჩვენა: „აღსანიშნავია, რომ დაახლოებით გაორმაგებული ურანის იმ საკმაოდ მნიშვნელოვანი რაოდენობით გამდიდრება, რაც აუცილებელია ჯაჭვური აფეთქების განსახორციელებლად.<...>უკიდურესად შრომატევადი ამოცანაა, პრაქტიკულ შეუძლებლობასთან ახლოს“. ახლა ეს პრობლემა მოგვარებულია და ატომური ინდუსტრია მასიურად აწარმოებს ურანი-235-დან 3,5%-მდე გამდიდრებულ ურანს ელექტროსადგურებისთვის.

რა არის სპონტანური ბირთვული დაშლა? 1940 წელს G.N. Flerov და K.A. Petrzhak აღმოაჩინეს, რომ ურანის დაშლა შეიძლება მოხდეს სპონტანურად, ყოველგვარი გარეგანი გავლენის გარეშე, თუმცა ნახევარგამოყოფის პერიოდი გაცილებით გრძელია, ვიდრე ჩვეულებრივი ალფა დაშლის დროს. ვინაიდან ასეთი დაშლა ასევე წარმოქმნის ნეიტრონებს, თუ მათ არ მიეცემათ რეაქციის ზონიდან გაქცევის უფლება, ისინი იქნებიან ჯაჭვური რეაქციის ინიციატორები. სწორედ ეს ფენომენი გამოიყენება ბირთვული რეაქტორების შესაქმნელად.

რატომ არის საჭირო ბირთვული ენერგია?ზელდოვიჩმა და ხარიტონმა პირველებმა გამოთვალეს ბირთვული ენერგიის ეკონომიკური ეფექტი (უსპეხი ფიზიჩესკიხ ნაუკი, 1940, 23, 4). „...ამჟამად ჯერ კიდევ შეუძლებელია საბოლოო დასკვნების გაკეთება უსასრულოდ განშტოებული ჯაჭვებით ურანში ბირთვული დაშლის რეაქციის განხორციელების შესაძლებლობის ან შეუძლებლობის შესახებ. თუ ასეთი რეაქცია შესაძლებელია, მაშინ რეაქციის სიჩქარე ავტომატურად რეგულირდება მისი გლუვი პროგრესის უზრუნველსაყოფად, მიუხედავად ექსპერიმენტატორის ხელთ არსებული უზარმაზარი ენერგიისა. ეს გარემოება ძალზე ხელსაყრელია რეაქციის ენერგიის გამოყენებისთვის. მაშასადამე, მოდით წარმოვიდგინოთ - თუმცა ეს არის დაუხოცილი დათვის კანის დაყოფა - ზოგიერთი რიცხვი, რომელიც ახასიათებს ურანის ენერგიის გამოყენების შესაძლებლობებს. თუ დაშლის პროცესი მიმდინარეობს სწრაფი ნეიტრონებით, მაშასადამე, რეაქცია იპყრობს ურანის მთავარ იზოტოპს (U238), მაშინ<исходя из соотношения теплотворных способностей и цен на уголь и уран>ურანის მთავარი იზოტოპიდან კალორიის ღირებულება გამოდის, რომ დაახლოებით 4000-ჯერ იაფია, ვიდრე ქვანახშირი (თუ, რა თქმა უნდა, „წვის“ და სითბოს მოცილების პროცესები ურანის შემთხვევაში ბევრად უფრო ძვირი აღმოჩნდება, ვიდრე ნახშირის შემთხვევაში). ნელი ნეიტრონების შემთხვევაში, "ურანის" კალორიის ღირებულება (ზემოთ მოყვანილი მაჩვენებლებიდან გამომდინარე) იქნება, იმის გათვალისწინებით, რომ U235 იზოტოპის სიმრავლე არის 0.007, უკვე მხოლოდ 30-ჯერ იაფია, ვიდრე "ქვანახშირის" კალორია. ყველა სხვა თანაბარი იყოს“.

პირველი კონტროლირებადი ჯაჭვური რეაქცია განხორციელდა 1942 წელს ენრიკო ფერმის მიერ ჩიკაგოს უნივერსიტეტში და რეაქტორი კონტროლდებოდა ხელით - უბიძგებდა გრაფიტის ღეროებს შიგნით და გარეთ ნეიტრონული ნაკადის ცვლილებისას. პირველი ელექტროსადგური აშენდა ობნინსკში 1954 წელს. ენერგიის გამომუშავების გარდა, პირველი რეაქტორები ასევე მუშაობდნენ იარაღის ხარისხის პლუტონიუმის წარმოებაზე.

როგორ მუშაობს ატომური ელექტროსადგური?დღესდღეობით, რეაქტორების უმეტესობა მუშაობს ნელი ნეიტრონებით. გამდიდრებული ურანი ლითონის, შენადნობის, როგორიცაა ალუმინი ან ოქსიდის სახით მოთავსებულია გრძელ ცილინდრებში, რომელსაც საწვავის ელემენტებს უწოდებენ. ისინი გარკვეულწილად დამონტაჟებულია რეაქტორში და მათ შორის ჩასმულია მოდერატორის წნელები, რომლებიც აკონტროლებენ ჯაჭვურ რეაქციას. დროთა განმავლობაში რეაქტორის შხამები გროვდება საწვავის ელემენტში - ურანის დაშლის პროდუქტებში, რომლებსაც ასევე შეუძლიათ ნეიტრონების შთანთქმა. როდესაც ურანი-235-ის კონცენტრაცია ეცემა კრიტიკულ დონეს, ელემენტი ითიშება ექსპლუატაციიდან. თუმცა, ის შეიცავს ბევრ დაშლის ფრაგმენტს ძლიერი რადიოაქტიურობით, რომელიც წლების განმავლობაში მცირდება, რის გამოც ელემენტები დიდი ხნის განმავლობაში ასხივებენ სითბოს მნიშვნელოვან რაოდენობას. მათ ინახავენ გამაგრილებელ აუზებში და შემდეგ ან დამარხვენ, ან ცდილობდნენ დამუშავებას - დაუწვარი ურანი-235-ის ამოსაღებად, წარმოებული პლუტონიუმი (იყენებოდა ატომური ბომბების დასამზადებლად) და სხვა იზოტოპები, რომელთა გამოყენებაც შესაძლებელია. გამოუყენებელი ნაწილი იგზავნება სამარხში.

ეგრეთ წოდებულ სწრაფ რეაქტორებში, ანუ სელექციონერ რეაქტორებში, ელემენტების გარშემო დამონტაჟებულია ურანი-238 ან თორიუმ-232-ისგან დამზადებული რეფლექტორები. ისინი ანელებენ და აბრუნებენ რეაქციის ზონაში ძალიან სწრაფ ნეიტრონებს. ნეიტრონები, რომლებიც შენელებულია რეზონანსულ სიჩქარემდე, შთანთქავს ამ იზოტოპებს, გადაიქცევა შესაბამისად პლუტონიუმ-239 ან ურანი-233, რომლებიც შეიძლება გახდეს საწვავი ატომური ელექტროსადგურისთვის. ვინაიდან სწრაფი ნეიტრონები ცუდად რეაგირებენ ურან-235-თან, მისი კონცენტრაცია მნიშვნელოვნად უნდა გაიზარდოს, მაგრამ ეს ანაზღაურდება უფრო ძლიერი ნეიტრონული ნაკადით. მიუხედავად იმისა, რომ სელექციონერი რეაქტორები განიხილება ბირთვული ენერგიის მომავალად, რადგან ისინი აწარმოებენ უფრო მეტ ბირთვულ საწვავს, ვიდრე მოიხმარენ, ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ მათი მართვა რთულია. ახლა მსოფლიოში მხოლოდ ერთი ასეთი რეაქტორია დარჩენილი - ბელოიარსკის ატომური ელექტროსადგურის მეოთხე ენერგობლოკზე.

როგორ აკრიტიკებენ ბირთვულ ენერგიას?თუ არ ვსაუბრობთ ავარიებზე, მაშინ ბირთვული ენერგიის მოწინააღმდეგეების არგუმენტების მთავარი წერტილი დღეს არის წინადადება, რომ მისი ეფექტურობის გაანგარიშებას დაემატოს გარემოს დაცვის ხარჯები სადგურის დეკომისაციის შემდეგ და საწვავთან მუშაობისას. ორივე შემთხვევაში ჩნდება რადიოაქტიური ნარჩენების საიმედო განადგურების ამოცანა და ეს არის სახელმწიფოს ხარჯები. არსებობს მოსაზრება, რომ თუ მათ გადაიტანთ ენერგიის ღირებულებაზე, მაშინ მისი ეკონომიკური მიმზიდველობა გაქრება.

წინააღმდეგობაა ბირთვული ენერგიის მომხრეებს შორისაც. მისი წარმომადგენლები მიუთითებენ ურანი-235-ის უნიკალურობაზე, რომელსაც შემცვლელი არ აქვს, რადგან თერმული ნეიტრონების მიერ დაშლილი ალტერნატიული იზოტოპები - პლუტონიუმ-239 და ურანი-233 - ათასობით წლის ნახევარგამოყოფის გამო, ბუნებაში არ გვხვდება. და ისინი მიიღება ზუსტად ურანის 235-ის დაშლის შედეგად. თუ ის ამოიწურება, ბირთვული ჯაჭვური რეაქციისთვის ნეიტრონების მშვენიერი ბუნებრივი წყარო გაქრება. ასეთი მფლანგველობის შედეგად კაცობრიობა მომავალში დაკარგავს შესაძლებლობას ენერგეტიკულ ციკლში ჩართოს თორიუმი-232, რომლის მარაგი რამდენჯერმე აღემატება ურანს.

თეორიულად, ნაწილაკების ამაჩქარებლები შეიძლება გამოყენებულ იქნას მეგაელექტრონვოლტის ენერგიებით სწრაფი ნეიტრონების ნაკადის შესაქმნელად. თუმცა, თუ ვსაუბრობთ, მაგალითად, ბირთვულ ძრავზე პლანეტათაშორის ფრენებზე, მაშინ ნაყარი ამაჩქარებლით სქემის განხორციელება ძალიან რთული იქნება. ურანი-235-ის ამოწურვა წყვეტს ასეთ პროექტებს.

რა არის იარაღის ხარისხის ურანი?ეს არის უაღრესად გამდიდრებული ურანი-235. მისი კრიტიკული მასა - ის შეესაბამება ნივთიერების ნაჭრის ზომას, რომელშიც ჯაჭვური რეაქცია ხდება სპონტანურად - საკმარისად მცირეა საბრძოლო მასალის წარმოებისთვის. ასეთი ურანის გამოყენება შესაძლებელია ატომური ბომბის დასამზადებლად და ასევე თერმობირთვული ბომბის დასაკრავად.

რა კატასტროფებს უკავშირდება ურანის გამოყენება?დაშლის ელემენტების ბირთვებში შენახული ენერგია უზარმაზარია. თუ ის კონტროლიდან გამოდის მეთვალყურეობის ან განზრახ გამო, ამ ენერგიამ შეიძლება ბევრი უბედურება გამოიწვიოს. ორი ყველაზე საშინელი ბირთვული კატასტროფა მოხდა 1945 წლის 6 და 8 აგვისტოს, როდესაც აშშ-ს საჰაერო ძალებმა ატომური ბომბი ჩამოაგდეს ჰიროშიმასა და ნაგასაკიზე, რის შედეგადაც დაიღუპა და დაშავდა ასობით ათასი მშვიდობიანი მოქალაქე. მცირე მასშტაბის კატასტროფები დაკავშირებულია ავარიებთან ატომურ ელექტროსადგურებსა და ატომური ციკლის საწარმოებში. პირველი დიდი უბედური შემთხვევა მოხდა 1949 წელს სსრკ-ში ჩელიაბინსკის მახლობლად მდებარე მაიაკის ქარხანაში, სადაც იწარმოებოდა პლუტონიუმი; თხევადი რადიოაქტიური ნარჩენები მდინარე ტეჩაში აღმოჩნდა. 1957 წლის სექტემბერში მასზე აფეთქება მოხდა, რამაც დიდი რაოდენობით რადიოაქტიური მასალა გაათავისუფლა. თერთმეტი დღის შემდეგ, ბრიტანული პლუტონიუმის წარმოების რეაქტორი Windscale-ზე დაიწვა და ღრუბელი აფეთქების პროდუქტებით გაიფანტა დასავლეთ ევროპაში. 1979 წელს დაიწვა რეაქტორი პენსილვანიის Three Mail Island ატომურ ელექტროსადგურზე. ყველაზე გავრცელებული შედეგები გამოიწვია ავარიებმა ჩერნობილის ატომურ ელექტროსადგურზე (1986 წ.) და ფუკუშიმას ატომურ ელექტროსადგურზე (2011 წ.), როდესაც მილიონობით ადამიანი ექვემდებარებოდა რადიაციას. პირველმა დაბინძურდა უზარმაზარი ტერიტორიები, გამოუშვა 8 ტონა ურანის საწვავი და დაშლის პროდუქტები აფეთქების შედეგად, რომელიც მთელ ევროპაში გავრცელდა. მეორე დაბინძურებული და, ავარიიდან სამი წლის შემდეგ, აგრძელებს წყნარი ოკეანის დაბინძურებას თევზსაჭერ ადგილებში. ამ ავარიების შედეგების აღმოფხვრა ძალიან ძვირი ღირდა და თუ ეს ხარჯები ელექტროენერგიის ხარჯად დაყოფილი იქნებოდა, მნიშვნელოვნად გაიზრდებოდა.

ცალკე საკითხია ადამიანის ჯანმრთელობაზე შედეგები. ოფიციალური სტატისტიკის მიხედვით, ბევრმა ადამიანმა, ვინც გადაურჩა დაბომბვას ან ცხოვრობდა დაბინძურებულ ადგილებში, ისარგებლა რადიაციამ - პირველს უფრო მაღალი სიცოცხლის ხანგრძლივობა აქვს, მეორეს ნაკლები კიბო, ხოლო ექსპერტები სიკვდილიანობას გარკვეულ მატებას სოციალურ სტრესს მიაწერენ. ზუსტად ავარიების შედეგად ან მათი ლიკვიდაციის შედეგად დაღუპულთა რიცხვი ასობით ადამიანს შეადგენს. ატომური ელექტროსადგურების ოპონენტები აღნიშნავენ, რომ ავარიებმა ევროპის კონტინენტზე რამდენიმე მილიონი ნაადრევი სიკვდილი გამოიწვია, მაგრამ სტატისტიკურ კონტექსტში ისინი უბრალოდ უხილავია.

უბედური შემთხვევის ზონებში მიწების ადამიანის სარგებლობიდან ამოღება საინტერესო შედეგამდე მიგვიყვანს: ისინი იქცევიან ერთგვარ ნაკრძალებად, სადაც იზრდება ბიომრავალფეროვნება. მართალია, ზოგიერთი ცხოველი განიცდის რადიაციასთან დაკავშირებულ დაავადებებს. კითხვა, თუ რამდენად სწრაფად მოერგებიან ისინი გაზრდილ ფონს, ღია რჩება. ასევე არსებობს მოსაზრება, რომ ქრონიკული დასხივების შედეგია „სულელებისთვის შერჩევა“ (იხ. „ქიმია და სიცოცხლე“, 2010, No. 5): ემბრიონულ სტადიაზეც უფრო პრიმიტიული ორგანიზმები გადარჩებიან. კერძოდ, ადამიანებთან მიმართებაში, ამან უნდა გამოიწვიოს გონებრივი შესაძლებლობების დაქვეითება იმ თაობაში, რომელიც დაბინძურებულ რაიონებში ავარიის შემდეგ მალევე დაიბადა.

რა არის გაფუჭებული ურანი?ეს არის ურანი-238, რომელიც რჩება მისგან ურანი-235-ის გამოყოფის შემდეგ. იარაღის ხარისხის ურანისა და საწვავის ელემენტების წარმოებიდან ნარჩენების მოცულობები დიდია - მხოლოდ შეერთებულ შტატებში დაგროვდა 600 ათასი ტონა ასეთი ურანის ჰექსაფტორიდი (მასთან დაკავშირებული პრობლემების შესახებ იხილეთ Chemistry and Life, 2008, No5). . მასში ურანი-235-ის შემცველობა 0,2%-ია. ეს ნარჩენები ან უნდა ინახებოდეს უკეთეს დრომდე, როდესაც შეიქმნება სწრაფი ნეიტრონული რეაქტორები და შესაძლებელი იქნება ურანი-238-ის გადამუშავება პლუტონიუმად, ან რაიმე ფორმით გამოყენება.

მათ იპოვეს მისი გამოყენება. ურანი, ისევე როგორც სხვა გარდამავალი ელემენტები, გამოიყენება როგორც კატალიზატორი. მაგალითად, სტატიის ავტორები ქ ACS Nano 2014 წლის 30 ივნისით დათარიღებული, ისინი წერენ, რომ ურანის ან თორიუმისგან დამზადებულ კატალიზატორს გრაფენით ჟანგბადის და წყალბადის ზეჟანგის შესამცირებლად „აქვს უზარმაზარი პოტენციალი ენერგეტიკის სექტორში გამოსაყენებლად“. იმის გამო, რომ ურანს აქვს მაღალი სიმკვრივე, ის ემსახურება როგორც ბალასტს გემებისთვის და საპირწონე თვითმფრინავებისთვის. ეს ლითონი ასევე შესაფერისია რადიაციული დაცვისთვის სამედიცინო მოწყობილობებში რადიაციული წყაროებით.

რა იარაღის დამზადება შეიძლება გაფუჭებული ურანისგან?ტყვიები და ბირთვები ჯავშანსატანკო ჭურვებისთვის. აქ გაანგარიშება შემდეგია. რაც უფრო მძიმეა ჭურვი, მით უფრო მაღალია მისი კინეტიკური ენერგია. მაგრამ რაც უფრო დიდია ჭურვი, მით ნაკლებია მისი ზემოქმედება კონცენტრირებული. ეს ნიშნავს, რომ საჭიროა მაღალი სიმკვრივის მძიმე მეტალები. ტყვიები დამზადებულია ტყვიისგან (ურალის მონადირეები ერთ დროს ასევე იყენებდნენ მშობლიურ პლატინას, სანამ არ მიხვდნენ, რომ ეს იყო ძვირფასი ლითონი), ხოლო ჭურვის ბირთვები დამზადებულია ვოლფრამის შენადნობისგან. გარემოსდამცველები აღნიშნავენ, რომ ტყვიით აბინძურებს ნიადაგს სამხედრო ოპერაციების ან ნადირობის ადგილებში და უკეთესი იქნება მისი ჩანაცვლება ნაკლებად მავნე, მაგალითად, ვოლფრამი. მაგრამ ვოლფრამი არ არის იაფი და ურანი, რომელიც მსგავსია სიმკვრივით, მავნე ნარჩენია. ამავდროულად, ნიადაგისა და წყლის ურანით დასაშვები დაბინძურება დაახლოებით ორჯერ მეტია, ვიდრე ტყვიის. ეს იმიტომ ხდება, რომ გაფუჭებული ურანის სუსტი რადიოაქტიურობა (და ასევე 40%-ით ნაკლებია ბუნებრივი ურანის) უგულებელყოფილია და მხედველობაში მიიღება მართლაც საშიში ქიმიური ფაქტორი: ურანი, როგორც გვახსოვს, შხამიანია. ამასთან, მისი სიმკვრივე ტყვიის სიმკვრივეზე 1,7-ჯერ მეტია, რაც ნიშნავს, რომ ურანის ტყვიების ზომა შეიძლება შემცირდეს განახევრებით; ურანი გაცილებით ცეცხლგამძლე და მყარია, ვიდრე ტყვია - სროლისას ის ნაკლებად აორთქლდება, ხოლო სამიზნეზე მოხვედრისას ნაკლებ მიკრონაწილაკებს წარმოქმნის. ზოგადად, ურანის ტყვია ნაკლებად აბინძურებს, ვიდრე ტყვიის ტყვია, თუმცა ურანის ასეთი გამოყენება ზუსტად არ არის ცნობილი.

მაგრამ ცნობილია, რომ გაფუჭებული ურანის ფირფიტები გამოიყენება ამერიკული ტანკების ჯავშნის გასაძლიერებლად (ამას ხელს უწყობს მისი მაღალი სიმკვრივე და დნობის წერტილი), ასევე ბირთვებში ვოლფრამის შენადნობის ნაცვლად ჯავშანტექნიკის ჭურვები. ურანის ბირთვი ასევე კარგია, რადგან ურანი პიროფორიულია: მისი ცხელი პატარა ნაწილაკები, რომლებიც წარმოიქმნება ჯავშანტექნიკის შეჯახებისას, იფეთქება და ცეცხლს უკიდებს ირგვლივ ყველაფერს. ორივე აპლიკაცია ითვლება რადიაციის უსაფრთხოდ. ამრიგად, გაანგარიშებამ აჩვენა, რომ ურანის საბრძოლო მასალით დატვირთული ტანკში ერთი წლის განმავლობაში ჯდომის შემდეგაც, ეკიპაჟი მიიღებდა დასაშვები დოზის მხოლოდ მეოთხედს. ხოლო წლიური დასაშვები დოზის მისაღებად საჭიროა ასეთი საბრძოლო მასალის დამაგრება კანის ზედაპირზე 250 საათის განმავლობაში.

ურანის ბირთვიანი ჭურვები - 30 მმ თვითმფრინავის ქვემეხისთვის ან საარტილერიო ქვეკალიბრისთვის - გამოიყენეს ამერიკელებმა ბოლო ომებში, დაწყებული 1991 წლის ერაყის კამპანიით. იმ წელს მათ წვიმა მოაყარეს ერაყის ჯავშან ნაწილებს ქუვეითში და მათი უკანდახევის დროს 300 ტონა გაფუჭებული ურანი, საიდანაც 250 ტონა, ანუ 780 ათასი ტყვია, ისროლეს თვითმფრინავის იარაღზე. ბოსნია-ჰერცეგოვინაში, არაღიარებული სერბსკას არმიის დაბომბვისას დაიხარჯა 2,75 ტონა ურანი, ხოლო იუგოსლავიის არმიის დაბომბვისას კოსოვოსა და მეტოჰიას რეგიონში - 8,5 ტონა, ანუ 31 ათასი ტყვია. იმის გამო, რომ ჯანმო იმ დროისთვის იყო შეშფოთებული ურანის გამოყენების შედეგებით, ტარდებოდა მონიტორინგი. მან აჩვენა, რომ ერთი ზალპური შედგებოდა დაახლოებით 300 ნაჭრისგან, რომელთაგან 80% შეიცავდა გაფუჭებულ ურანს. 10% მოხვდა სამიზნეებზე, ხოლო 82% დაეცა მათგან 100 მეტრში. დანარჩენები 1,85 კმ-ზე დაარბიეს. ჭურვი, რომელიც მოხვდა ტანკს, დაიწვა და გადაიქცა აეროზოლად. ამრიგად, ერაყში მაქსიმუმ ერთნახევარი ტონა ჭურვი შეიძლება გადაიქცეს ურანის მტვრად. ამერიკული სტრატეგიული კვლევითი ცენტრის RAND Corporation-ის ექსპერტების აზრით, გამოყენებული ურანის 10-დან 35%-მდე აეროზოლად გადაიქცა. ხორვატი ურანის საწინააღმდეგო საბრძოლო მასალის აქტივისტი ასაფ დურაკოვიჩი, რომელიც მუშაობდა სხვადასხვა ორგანიზაციაში რიადის მეფე ფეისალის საავადმყოფოდან ვაშინგტონის ურანის სამედიცინო კვლევით ცენტრამდე, შეფასებით, რომ მხოლოდ სამხრეთ ერაყში 1991 წელს წარმოიქმნა 3-6 ტონა ურანის სუბმიკრონული ნაწილაკები. რომლებიც მიმოფანტული იყო ფართო ტერიტორიაზე, ანუ იქ ურანის დაბინძურება ჩერნობილს შეედრება.

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 kBq.

• 1 ფორმირება და კოლაფსი
• 2 იძულებითი გაყოფა
  • 2.1 ბირთვული ჯაჭვური რეაქცია
• 3 იზომერები
• 4 აპლიკაცია
• 5 აგრეთვე იხილეთ
• 6 შენიშვნა

ფორმირება და დაშლა

ურანი-235 წარმოიქმნება შემდეგი დაშლის შედეგად:

• β− 235Pa ნუკლიდის დაშლა (ნახევარგამოყოფის პერიოდია 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 (100% ალბათობა, დაშლის ენერგია 4678.3 (7) კევ):

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

იძულებითი გაყოფა

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 გაყოფილ 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

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, თავისუფალ ნეიტრონებს შეიძლება არ წარმოქმნან 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 ბირთვული დაშლის ფრაგმენტები, 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 იზოლირებული 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 ბირთვულ დაშლის ჯაჭვურ რეაქციას;
• ძლიერ გამდიდრებული ურანი გამოიყენება ბირთვული იარაღის შესაქმნელად. ამ შემთხვევაში, უკონტროლო ბირთვული ჯაჭვური რეაქცია გამოიყენება დიდი რაოდენობით ენერგიის გასათავისუფლებლად (აფეთქება).

იხილეთ ასევე

• ურანის იზოტოპები
• იზოტოპური გამოყოფა

შენიშვნები

1. 1 2 3 4 5 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. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 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. 1 2 3 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.

ურანი 235 50, ურანი 235 75, ურანი 235 ფართობი, ურანი 235/75r15

ურანი არის აქტინიდების ოჯახის ქიმიური ელემენტი ატომური ნომრით 92. ეს არის ყველაზე მნიშვნელოვანი ბირთვული საწვავი. მისი კონცენტრაცია დედამიწის ქერქში არის დაახლოებით 2 ნაწილი მილიონზე. ურანის მნიშვნელოვანი მინერალებია ურანის ოქსიდი (U 3 O 8), ურანიტი (UO 2), კარნოტიტი (კალიუმის ურანილვანადატი), ოტენიტი (კალიუმის ურანილფოსფატი) და ტორბერნიტი (წყლიანი სპილენძის ურანილფოსფატი). ეს და ურანის სხვა საბადოები ბირთვული საწვავის წყაროა და შეიცავს ბევრჯერ მეტ ენერგიას, ვიდრე ყველა ცნობილი წიაღისეული საწვავის საბადო. 1 კგ ურანი 92 U იძლევა იგივე ენერგიას, რასაც 3 მილიონი კგ ნახშირი.

აღმოჩენის ისტორია

ქიმიური ელემენტი ურანი არის მკვრივი, მყარი ლითონი მოვერცხლისფრო-თეთრი შეფერილობით. ის არის დრეკადი, მოქნილი და გასაპრიალებელი. ჰაერში ლითონი იჟანგება და დაქუცმაცებისას აალდება. ელექტროენერგიას შედარებით ცუდად ატარებს. ურანის ელექტრონული ფორმულა არის 7s2 6d1 5f3.

მიუხედავად იმისა, რომ ელემენტი აღმოაჩინა 1789 წელს გერმანელმა ქიმიკოსმა მარტინ ჰაინრიხ კლაპროთმა, რომელმაც მას ახლახან აღმოჩენილი პლანეტა ურანის სახელი დაარქვა, თავად ლითონი 1841 წელს იზოლირებული იქნა ფრანგი ქიმიკოსის ევგენ-მელქიორ პელიგოტის მიერ ურანის ტეტრაქლორიდის (UCl 4) შემცირებით. კალიუმი.

რადიოაქტიურობა

1869 წელს რუსი ქიმიკოსის დიმიტრი მენდელეევის მიერ პერიოდული ცხრილის შექმნამ ყურადღება გაამახვილა ურანზე, როგორც ყველაზე მძიმე ელემენტზე, რომელიც დარჩა 1940 წელს ნეპტუნიუმის აღმოჩენამდე. 1896 წელს ფრანგმა ფიზიკოსმა ანრი ბეკერელმა აღმოაჩინა მასში რადიოაქტიურობის ფენომენი. ეს თვისება მოგვიანებით ბევრ სხვა ნივთიერებაშიც იქნა ნაპოვნი. ახლა ცნობილია, რომ ურანი, რადიოაქტიური ყველა მის იზოტოპში, შედგება 238 U (99,27%, ნახევარგამოყოფის პერიოდი - 4,510,000,000 წელი), 235 U (0,72%, ნახევარგამოყოფის პერიოდი - 713,000,000 წელი) და 2030 U (0) ნარევისგან. %, ნახევარგამოყოფის პერიოდი - 247000 წელი). ეს საშუალებას იძლევა, მაგალითად, განისაზღვროს ქანებისა და მინერალების ასაკი, რათა შეისწავლოს გეოლოგიური პროცესები და დედამიწის ასაკი. ამისათვის ისინი ზომავენ ტყვიის რაოდენობას, რომელიც არის ურანის რადიოაქტიური დაშლის საბოლოო პროდუქტი. ამ შემთხვევაში, 238 U არის საწყისი ელემენტი, ხოლო 234 U არის ერთ-ერთი პროდუქტი. 235 U წარმოშობს აქტინიუმის დაშლის სერიას.

ჯაჭვური რეაქციის აღმოჩენა

ქიმიური ელემენტი ურანი ფართო ინტერესისა და ინტენსიური შესწავლის საგანი გახდა მას შემდეგ, რაც გერმანელმა ქიმიკოსებმა ოტო ჰანმა და ფრიც სტრასმანმა აღმოაჩინეს მასში ბირთვული დაშლა 1938 წლის ბოლოს, როდესაც ის დაბომბეს ნელი ნეიტრონებით. 1939 წლის დასაწყისში იტალიელმა ამერიკელმა ფიზიკოსმა ენრიკო ფერმიმ თქვა, რომ ატომის დაშლის პროდუქტებს შორის შეიძლება იყოს ელემენტარული ნაწილაკები, რომლებსაც შეუძლიათ ჯაჭვური რეაქციის წარმოქმნა. 1939 წელს ამერიკელმა ფიზიკოსებმა ლეო ზილარდმა და ჰერბერტ ანდერსონმა, ასევე ფრანგმა ქიმიკოსმა ფრედერიკ ჟოლიო-კიურიმ და მათმა კოლეგებმა დაადასტურეს ეს პროგნოზი. შემდგომმა კვლევებმა აჩვენა, რომ ატომის დაშლისას საშუალოდ 2,5 ნეიტრონი გამოიყოფა. ამ აღმოჩენებმა გამოიწვია პირველი თვითშენარჩუნებული ბირთვული ჯაჭვური რეაქცია (12/02/1942), პირველი ატომური ბომბი (07/16/1945), მისი პირველი გამოყენება ომში (08/06/1945), პირველი ბირთვული წყალქვეშა ნავი ( 1955) და პირველი სრულმასშტაბიანი ატომური ელექტროსადგური (1957).

ჟანგვის მდგომარეობები

ქიმიური ელემენტი ურანი, როგორც ძლიერი ელექტროდადებითი ლითონი, რეაგირებს წყალთან. ის იხსნება მჟავებში, მაგრამ არა ტუტეებში. მნიშვნელოვანი დაჟანგვის მდგომარეობებია +4 (როგორც UO 2 ოქსიდში, ტეტრაჰალიდები, როგორიცაა UCl 4 და მწვანე წყლის იონი U4+) და +6 (როგორც UO 3 ოქსიდში, UF 6 ჰექსაფტორიდში და ურანილის იონში UO 2 2+). წყალხსნარში ურანი ყველაზე სტაბილურია ურანილის იონის შემადგენლობაში, რომელსაც აქვს წრფივი სტრუქტურა [O = U = O] 2+. ელემენტს ასევე აქვს +3 და +5 მდგომარეობა, მაგრამ ისინი არასტაბილურია. წითელი U 3+ ნელა იჟანგება წყალში, რომელიც არ შეიცავს ჟანგბადს. UO 2+ იონის ფერი უცნობია, რადგან ის განიცდის დისპროპორციულობას (UO 2+ მცირდება U 4+-მდე და იჟანგება UO 2 2+-მდე) ძალიან განზავებულ ხსნარებშიც კი.

ბირთვული საწვავი

ნელი ნეიტრონების ზემოქმედებისას, ურანის ატომის დაშლა ხდება შედარებით იშვიათ იზოტოპში 235 U. ეს არის ერთადერთი ბუნებრივად არსებული ნაშთები და ის უნდა იყოს გამოყოფილი იზოტოპიდან 238 U. თუმცა, შთანთქმის და უარყოფითი ბეტა დაშლის შემდეგ, ურანი -238 იქცევა სინთეზურ ელემენტად პლუტონიუმად, რომელიც იყოფა ნელი ნეიტრონების გავლენით. მაშასადამე, ბუნებრივი ურანის გამოყენება შესაძლებელია გადამყვან და სელექციონერ რეაქტორებში, რომლებშიც დაშლა ხდება იშვიათი 235 U-ით და პლუტონიუმი წარმოიქმნება ერთდროულად 238 U-ის ტრანსმუტაციასთან ერთად. ნაპრალი 233 U შეიძლება სინთეზირებული იყოს ფართოდ გავრცელებული ბუნებრივი იზოტოპის თორიუმ-232-დან ბირთვული საწვავად გამოსაყენებლად. ურანი ასევე მნიშვნელოვანია, როგორც პირველადი მასალა, საიდანაც მიიღება სინთეზური ტრანსურანის ელემენტები.

ურანის სხვა გამოყენება

ქიმიური ელემენტის ნაერთები ადრე გამოიყენებოდა კერამიკის საღებავებად. ჰექსაფტორიდი (UF 6) არის მყარი, უჩვეულოდ მაღალი ორთქლის წნევით (0,15 ატმ = 15,300 Pa) 25 °C-ზე. UF 6 ქიმიურად ძალიან რეაქტიულია, მაგრამ მიუხედავად მისი კოროზიული ხასიათისა ორთქლის მდგომარეობაში, UF 6 ფართოდ გამოიყენება გაზის დიფუზიისა და გაზის ცენტრიფუგის მეთოდებში გამდიდრებული ურანის წარმოებისთვის.

ორგანომეტალური ნაერთები არის ნაერთების საინტერესო და მნიშვნელოვანი ჯგუფი, რომელშიც ლითონ-ნახშირბადის ბმები აკავშირებს ლითონს ორგანულ ჯგუფებთან. ურანოცენი არის ორგანული ნაერთი U(C 8 H 8) 2, რომელშიც ურანის ატომი მოთავსებულია ორგანული რგოლების ორ ფენას შორის, რომლებიც დაკავშირებულია ციკლოოქტატეტრაენთან C 8 H 8. მისმა აღმოჩენამ 1968 წელს გახსნა ორგანომეტალური ქიმიის ახალი ველი.

გაფუჭებული ბუნებრივი ურანი გამოიყენება როგორც რადიაციული დაცვა, ბალასტი, ჯავშნის გამჭოლი ჭურვები და სატანკო ჯავშანი.

გადამუშავება

ქიმიური ელემენტი, თუმცა ძალიან მკვრივია (19,1 გ/სმ3), შედარებით სუსტი, აალებადი ნივთიერებაა. მართლაც, ურანის მეტალის თვისებები, როგორც ჩანს, ათავსებს მას სადღაც ვერცხლსა და სხვა ნამდვილ ლითონებსა და არამეტალებს შორის, ამიტომ იგი არ გამოიყენება როგორც სტრუქტურული მასალა. ურანის ძირითადი ღირებულება მდგომარეობს მისი იზოტოპების რადიოაქტიურ თვისებებში და დაშლის უნარში. ბუნებაში, ლითონის თითქმის ყველა (99,27%) შედგება 238 U. დანარჩენი არის 235 U (0,72%) და 234 U (0,006%). ამ ბუნებრივი იზოტოპებიდან მხოლოდ 235 U არის უშუალოდ დაშლილი ნეიტრონული დასხივებით. თუმცა, როდესაც ის შეიწოვება, 238 U აყალიბებს 239 U-ს, რომელიც საბოლოოდ იშლება 239 Pu-ად, ატომური ენერგეტიკისა და ბირთვული იარაღისთვის დიდი მნიშვნელობის მქონე ფისილურ მასალად. კიდევ ერთი დაშლილი იზოტოპი, 233 U, შეიძლება წარმოიქმნას 232 Th-ის ნეიტრონული დასხივებით.

კრისტალური ფორმები

ურანის მახასიათებლები იწვევს მას ჟანგბადთან და აზოტთან რეაქციაში ნორმალურ პირობებშიც კი. მაღალ ტემპერატურაზე ის რეაგირებს შენადნობი ლითონების ფართო სპექტრთან, რათა წარმოქმნას მეტალთაშორისი ნაერთები. სხვა ლითონებთან მყარი ხსნარების წარმოქმნა იშვიათია ელემენტის ატომების მიერ წარმოქმნილი სპეციალური კრისტალური სტრუქტურების გამო. ოთახის ტემპერატურასა და 1132 °C დნობის წერტილს შორის ურანის მეტალი არსებობს 3 კრისტალური ფორმით, რომლებიც ცნობილია როგორც ალფა (α), ბეტა (β) და გამა (γ). ტრანსფორმაცია α-დან β-მდგომარეობაში ხდება 668 °C-ზე და β-დან γ-მდე 775 °C-ზე. γ-ურანს აქვს სხეულზე ორიენტირებული კუბური კრისტალური სტრუქტურა, ხოლო β-ს აქვს ტეტრაგონალური კრისტალური სტრუქტურა. α ფაზა შედგება უაღრესად სიმეტრიული ორთორმბული სტრუქტურის ატომების შრეებისგან. ეს ანიზოტროპული დამახინჯებული სტრუქტურა ხელს უშლის ლითონის შენადნობის ატომებს ურანის ატომების ჩანაცვლებაში ან მათ შორის სივრცის დაკავებაში კრისტალურ ბადეში. აღმოჩნდა, რომ მხოლოდ მოლიბდენი და ნიობიუმი ქმნიან მყარ ხსნარებს.

მადანი

დედამიწის ქერქი შეიცავს დაახლოებით 2 ნაწილს მილიონზე ურანს, რაც მიუთითებს მის ფართოდ გავრცელებაზე ბუნებაში. ოკეანეები, სავარაუდოდ, შეიცავს 4,5 × 10 9 ტონას ამ ქიმიურ ელემენტს. ურანი არის 150-ზე მეტი სხვადასხვა მინერალის მნიშვნელოვანი შემადგენელი კომპონენტი და სხვა 50-ის უმნიშვნელო კომპონენტი. მაგმატურ ჰიდროთერმულ ვენებში და პეგმატიტებში ნაპოვნი პირველადი მინერალები მოიცავს ურანიტს და მის ვარიანტს პიჩბლენდი. ამ მადნებში ელემენტი გვხვდება დიოქსიდის სახით, რომელიც დაჟანგვის გამო შეიძლება მერყეობს UO 2-დან UO 2.67-მდე. ურანის მაღაროებიდან სხვა ეკონომიკურად მნიშვნელოვანი პროდუქტებია აუტუნიტი (ჰიდრატირებული კალციუმის ურანილფოსფატი), ტობერნიტი (ჰიდრატირებული სპილენძის ურანილფოსფატი), კოფინიტი (შავი ჰიდრატირებული ურანის სილიკატი) და კარნოტიტი (კალიუმის ურანილვანადატი ჰიდრატირებული).

დადგენილია, რომ ცნობილი იაფი ურანის მარაგების 90%-ზე მეტი მდებარეობს ავსტრალიაში, ყაზახეთში, კანადაში, რუსეთში, სამხრეთ აფრიკაში, ნიგერში, ნამიბიაში, ბრაზილიაში, ჩინეთში, მონღოლეთსა და უზბეკეთში. დიდი საბადოები გვხვდება ელიოტის ტბის კონგლომერატულ კლდოვან წარმონაქმნებში, რომელიც მდებარეობს ჰურონის ტბის ჩრდილოეთით, ონტარიოში, კანადა და სამხრეთ აფრიკის Witwatersrand ოქროს მაღაროში. ქვიშის წარმონაქმნები კოლორადოს პლატოსა და ვაიომინგის აუზში დასავლეთ შეერთებული შტატების ასევე შეიცავს ურანის მნიშვნელოვან მარაგს.

წარმოება

ურანის საბადოები გვხვდება როგორც ზედაპირულ, ისე ღრმა (300-1200 მ) საბადოებში. მიწისქვეშა ნაკერის სისქე 30 მ-ს აღწევს, ისევე როგორც სხვა ლითონების საბადოების შემთხვევაში, ურანი მოიპოვება ზედაპირზე დიდი მიწის მოძრავი აღჭურვილობის გამოყენებით, ხოლო ღრმა საბადოების განვითარება ხორციელდება ტრადიციული ვერტიკალური და დახრილი მეთოდების გამოყენებით. მაღაროები. 2013 წელს ურანის კონცენტრატის მსოფლიო წარმოებამ 70 ათასი ტონა შეადგინა.

ურანის მადნები, როგორც წესი, შეიცავს მხოლოდ მცირე რაოდენობით ურანის შემცველ მინერალებს და არ დნება პირდაპირი პირომეტალურგიული მეთოდებით. ამის ნაცვლად, ურანის მოპოვებისა და გასაწმენდად უნდა იქნას გამოყენებული ჰიდრომეტალურგიული პროცედურები. კონცენტრაციის გაზრდა მნიშვნელოვნად ამცირებს დატვირთვას გადამამუშავებელ სქემებზე, მაგრამ არცერთი ჩვეულებრივი გამადიდებელი მეთოდი, რომელიც ჩვეულებრივ გამოიყენება მინერალების დამუშავებისთვის, როგორიცაა გრავიტაცია, ფლოტაცია, ელექტროსტატიკური და ხელით დახარისხებაც კი, არ გამოიყენება. რამდენიმე გამონაკლისის გარდა, ეს მეთოდები იწვევს ურანის მნიშვნელოვან დანაკარგს.

წვა

ურანის მადნების ჰიდრომეტალურგიულ დამუშავებას ხშირად წინ უძღვის მაღალი ტემპერატურის კალცინაციის ეტაპი. სროლა აშრობს თიხას, შლის ნახშირბადოვან მასალებს, აჟანგებს გოგირდის ნაერთებს უვნებელ სულფატებად და აჟანგებს ნებისმიერ სხვა შემამცირებელ აგენტს, რამაც შეიძლება ხელი შეუშალოს შემდგომ დამუშავებას.

გამორეცხვა

ურანი მოიპოვება მოხალული მადნებიდან როგორც მჟავე, ასევე ტუტე წყალხსნარებით. ყველა გამრეცხვის სისტემის წარმატებით ფუნქციონირებისთვის, ქიმიური ელემენტი ან თავდაპირველად უნდა იყოს უფრო სტაბილური ექვსვალენტური ფორმით, ან დამუშავების დროს ამ მდგომარეობაში უნდა იყოს დაჟანგული.

მჟავა გამორეცხვა ჩვეულებრივ ხორციელდება მადნისა და ლიქსივიანტის ნარევის 4-48 საათის განმავლობაში გარემოს ტემპერატურაზე შერევით. განსაკუთრებული შემთხვევების გარდა, გამოიყენება გოგირდის მჟავა. იგი მიეწოდება საკმარისი რაოდენობით საბოლოო ლიქიორის მისაღებად 1,5 pH-ზე. გოგირდის მჟავით გამორეცხვის სქემები, როგორც წესი, იყენებენ მანგანუმის დიოქსიდს ან ქლორატს ოთხვალენტიანი U4+ ექვსვალენტურ ურანილამდე (UO22+) დაჟანგვისთვის. როგორც წესი, დაახლოებით 5 კგ მანგანუმის დიოქსიდი ან 1,5 კგ ნატრიუმის ქლორატი ტონაზე საკმარისია U 4+ დაჟანგვისთვის. ორივე შემთხვევაში, დაჟანგული ურანი რეაგირებს გოგირდის მჟავასთან და ქმნის ურანილის სულფატის კომპლექსურ ანიონს 4-.

საბადო, რომელიც შეიცავს მნიშვნელოვანი რაოდენობით არსებითი მინერალებს, როგორიცაა კალციტი ან დოლომიტი, ირეცხება ნატრიუმის კარბონატის 0,5-1 მოლარიანი ხსნარით. მიუხედავად იმისა, რომ სხვადასხვა რეაგენტები შესწავლილი და გამოცდილია, ურანის მთავარი ჟანგვის აგენტი არის ჟანგბადი. როგორც წესი, საბადო ირეცხება ჰაერში ატმოსფერული წნევის დროს და 75-80 °C ტემპერატურაზე გარკვეული პერიოდის განმავლობაში, რომელიც დამოკიდებულია კონკრეტულ ქიმიურ შემადგენლობაზე. ტუტე რეაგირებს ურანთან და წარმოქმნის ადვილად ხსნად კომპლექსურ იონს 4-.

მჟავა ან კარბონატული გამორეცხვის შედეგად მიღებული ხსნარები შემდგომი დამუშავების წინ უნდა გაიწმინდოს. თიხებისა და სხვა მადნის ნალექების ფართომასშტაბიანი გამოყოფა მიიღწევა ეფექტური ფლოკულაციური აგენტების, მათ შორის პოლიაკრილამიდების, გუარის რეზინის და ცხოველური წებოს გამოყენებით.

ექსტრაქცია

4- და 4- კომპლექსური იონების შეწოვა შესაძლებელია მათი შესაბამისი იონგაცვლის ფისოვანი ხსნარებიდან. ეს სპეციალიზებული ფისები, რომლებიც ხასიათდება მათი ადსორბციისა და ელუციის კინეტიკით, ნაწილაკების ზომით, სტაბილურობით და ჰიდრავლიკური თვისებებით, შეიძლება გამოყენებულ იქნას დამუშავების მრავალფეროვან ტექნოლოგიებში, როგორიცაა ფიქსირებული საწოლი, მოძრავი საწოლი, კალათის ფისი და უწყვეტი ფისოვანი. როგორც წესი, ნატრიუმის ქლორიდის და ამიაკის ან ნიტრატების ხსნარები გამოიყენება სორბირებული ურანის გამოსაყოფად.

ურანის იზოლირება შესაძლებელია მჟავე მადნის ლიქიორებისგან გამხსნელი მოპოვებით. მრეწველობაში გამოიყენება ალკილფოსფორის მჟავები, აგრეთვე მეორადი და მესამეული ალკილამინი. ზოგადად, 1 გ/ლ-ზე მეტი ურანის შემცველი მჟავა ფილტრატებისთვის უპირატესობა ენიჭება გამხსნელის ექსტრაქციას იონგაცვლის მეთოდებთან შედარებით. თუმცა, ეს მეთოდი არ გამოიყენება კარბონატული გამორეცხვისთვის.

შემდეგ ურანი იწმინდება აზოტის მჟავაში გახსნით ურანილის ნიტრატის წარმოქმნით, გამოიყოფა, კრისტალიზდება და კალცინდება UO 3 ტრიოქსიდის წარმოქმნით. შემცირებული დიოქსიდი UO2 რეაგირებს წყალბადის ფტორთან და წარმოქმნის ტეფტორიდ UF4-ს, საიდანაც ურანის ლითონი მცირდება მაგნიუმით ან კალციუმით 1300 °C ტემპერატურაზე.

ტეტრაფტორიდი შეიძლება ფტორირებული იყოს 350 °C-ზე UF 6 ჰექსაფტორიდის წარმოქმნით, რომელიც გამოიყენება გამდიდრებული ურანი-235-ის გამოსაყოფად აირისებური დიფუზიის, გაზის ცენტრიფუგაციის ან თხევადი თერმული დიფუზიის გზით.

ურანი.ბუნებრივი ურანი შედგება სამი იზოტოპის ნარევისგან: ურანი-234, ურანი-235, ურანი-238. ხელოვნური რადიოაქტიური - მასობრივი ნომრებით 227-240. ურანი-235-ის ნახევარგამოყოფის პერიოდია 7x108 წელი, 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 პერიოდი 1,4x1010 წელია. 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. ძვლებიდან გამოყოფის ბიოლოგიური ნახევარგამოყოფის პერიოდი 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 შედის ატმოსფეროში 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 და სხვა. ასევე გამოიყენება ინჰალაციის, ირიგაციის და წყლის მიღების სახით. რადონის შემცველი. ის ორგანიზმში ხვდება ძირითადად სასუნთქი სისტემის მეშვეობით. ორგანიზმიდან ელიმინაციის ნახევარგამოყოფის პერიოდი შეადგენს 24 საათს. რადონი უზრუნველყოფს წლიური დოზის ექვივალენტის 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 ცხოვრება
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 სისტემის, კუჭ-ნაწლავის ტრაქტის (შემომავალი 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 არის ვერცხლისფერი თეთრი ლითონი. ეს არის ბეტა და გამა გამოსხივების წყარო. ცეზიუმ-137-ის ნახევარგამოყოფის პერიოდი -
30 წელი. 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 შეადგენს 432,2 წელს, ხოლო ალფა ნაწილაკი გამოიყოფა დაშლისას. ამერიციუმი წყალში ბევრად უკეთ იხსნება, 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.