Urāna 235 pussabrukšanas periods, cik gadi. atomu ieroči

(β −)
235 Np ()
239 Pu()

Atšķirībā no otra, visizplatītākā urāna izotopa 238 U, 235 U ir iespējama pašpietiekama kodolķēdes reakcija. Tāpēc šo izotopu izmanto kā degvielu kodolreaktoros, kā arī kodolieročos.

Veidošanās un sabrukšana

Urāns-235 veidojas šādu sabrukšanas rezultātā:

Urāna-235 sabrukšana notiek šādos veidos:

Piespiedu sadalīšana

Urāna-235 skaldīšanas produktos tika atrasti ap 300 dažādu elementu izotopu: no =30 (cinks) līdz Z=64 (gadolīnijam). Izotopu relatīvās iznākuma atkarības līkne, kas veidojas urāna-235 apstarošanas laikā ar lēniem neitroniem no masas skaitļa, ir simetriska un pēc formas atgādina burtu "M". Šīs līknes divi izteiktie maksimumi atbilst masas skaitļiem 95 un 134, savukārt minimums ietilpst masas skaitļu diapazonā no 110 līdz 125. Tādējādi notiek urāna sadalīšanās vienādas masas fragmentos (ar masas skaitļiem 115-119). ar mazāku varbūtību nekā asimetriskā skaldīšanās.šāda tendence ir novērojama visos skaldāmajos izotopos un nav saistīta ar kādām atsevišķām kodolu vai daļiņu īpašībām, bet ir raksturīga pašam kodola skaldīšanas mehānismam. Tomēr asimetrija samazinās, palielinoties skaldāmā kodola ierosmes enerģijai, un pie neitronu enerģijas, kas lielāka par 100 MeV, skaldīšanas fragmentu masas sadalījumam ir viens maksimums, kas atbilst kodola simetriskai dalīšanai. Urāna kodola skaldīšanas laikā izveidotie fragmenti savukārt ir radioaktīvi, un tajos notiek β - sabrukšanas ķēde, kurā ilgu laiku pakāpeniski atbrīvojas papildu enerģija. Vidējā enerģija, kas izdalās viena urāna-235 kodola sabrukšanas laikā, ņemot vērā fragmentu sabrukšanu, ir aptuveni 202,5 ​​MeV = 3,244 10 −11 J jeb 19,54 TJ / mol = 83,14 TJ / kg.

Kodola skaldīšana ir tikai viens no daudzajiem procesiem, kas ir iespējami neitronu mijiedarbības laikā ar kodoliem; tieši viņš ir jebkura kodolreaktora darbības pamatā.

Kodolķēdes reakcija

Viena 235 U kodola sabrukšanas laikā parasti izdalās no 1 līdz 8 (vidēji - 2,416) brīvie neitroni. Katrs neitrons, kas rodas 235 U kodola sabrukšanas laikā, pakļauts mijiedarbībai ar citu 235 U kodolu, var izraisīt jaunu sabrukšanas notikumu, šo parādību sauc kodola skaldīšanas ķēdes reakcija.

Hipotētiski otrās paaudzes neitronu skaits (pēc otrās kodolsabrukšanas stadijas) var pārsniegt 3² = 9. Ar katru nākamo skaldīšanas reakcijas posmu radīto neitronu skaits var pieaugt kā lavīna. Reālos apstākļos brīvie neitroni var neģenerēt jaunu skaldīšanas notikumu, atstājot paraugu pirms 235 U uztveršanas vai tos uztver gan pats 235 U izotops, pārveidojot par 236 U, gan citi materiāli (piemēram, 238 U). U vai iegūtie kodola skaldīšanas fragmenti, piemēram, 149 Sm vai 135 Xe).

Reālos apstākļos urāna kritiskā stāvokļa sasniegšana nav tik vienkārša, jo reakcijas gaitu ietekmē vairāki faktori. Piemēram, dabiskais urāns sastāv tikai no 0,72% 235 U, 99,2745% ir 238 U, kas absorbē neitronus, kas rodas 235 U lielu kodolu skaldīšanas laikā. Tas noved pie tā, ka dabiskajā urānā šobrīd ļoti ātri izzūd skaldīšanas ķēdes reakcija. . Ir vairāki galvenie veidi, kā veikt neslāpētu skaldīšanas ķēdes reakciju:

• Palielināt parauga tilpumu (urānam, kas iegūts no rūdas, ir iespējams sasniegt kritisko masu tilpuma palielināšanās dēļ);
• Izotopu atdalīšanu veic, palielinot koncentrāciju paraugā par 235 U;
• Samazināt brīvo neitronu zudumu caur parauga virsmu, izmantojot dažāda veida atstarotājus;
• Izmantojiet neitronu moderatoru, lai palielinātu termisko neitronu koncentrāciju.

Izomēri

• Liekā masa: 40920,6(1,8) keV
• Ierosināšanas enerģija: 76,5(4) eV
• Pusperiods: 26 min
• Kodola griešanās un paritāte: 1/2 +

Izomēra stāvokļa sabrukšanu veic ar izomēru pāreju uz pamatstāvokli.

Pieteikums

• Urāns-235 tiek izmantots kā degviela kodolreaktoros, kuros pārvaldīta kodola skaldīšanas ķēdes reakcija;
• Augsti bagātināts urāns tiek izmantots kodolieroču radīšanai. Šajā gadījumā, lai atbrīvotu lielu daudzumu enerģijas, tiek izmantots (sprādziens). nekontrolējamsķēdes kodolreakcija.

Skatīt arī

Uzrakstiet atsauksmi par rakstu "Urāns-235"

Piezīmes

1. G.Audi, A.H. Wapstra un C. Thibault (2003). "". Kodolfizika A 729 : 337-676. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. Bibkods:.
2. G. Audi, O. Bersilons, J. Blahots un A. H. Vapstra (2003). "". Kodolfizika A 729 : 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. Bibkods:.
3. Hofmans K.- 2. izd. izdzēsts - L.: Ķīmija, 1987. - S. 130. - 232 lpp. - 50 000 eksemplāru.
5. Fialkovs Yu. Ya. Izotopu izmantošana ķīmijā un ķīmiskajā rūpniecībā. - Kijeva: Tehnika, 1975. - S. 87. - 240 lpp. - 2000 eksemplāru.
6. . Kaye & Laby tiešsaistē. .
7. Bartolomejs G. G., Baibakovs V. D., Alhutovs M. S., Bat G. A. Atomreaktoru aprēķina teorijas pamati un metodes. - M .: Energoatomizdat, 1982. - S. 512.

Urāns-235 raksturojošs fragments

12. un 13. gadā Kutuzovs tika tieši apsūdzēts kļūdās. Valdnieks bija ar viņu neapmierināts. Un stāstā, ko nesen rakstīja augstākā pavēlniecība, teikts, ka Kutuzovs bijis viltīgs galma melis, kurš baidījies no Napoleona vārda un ar savām kļūdām pie Krasnojes un pie Berezinas atņēmis krievu karaspēkam slavu - pilnīgu uzvara pār francūžiem. [Bogdanoviča 1812. gada vēsture: Kutuzova raksturojums un Krasnenskas kauju neapmierinošo rezultātu apspriešana. (L.N. Tolstoja piezīme.)]
Tāds ir nevis dižu cilvēku liktenis, ne grandiozais, ko krievu prāts neatpazīst, bet gan to reto, vienmēr vientuļo cilvēku liktenis, kuri, izprotot Providences gribu, pakārto tai savu personīgo gribu. Pūļa naids un nicinājums šos cilvēkus soda par augstāku likumu apgaismošanu.
Krievu vēsturniekiem - dīvaini un šausmīgi teikt - Napoleons ir visnenozīmīgākais vēstures instruments - nekad un nekur, pat trimdā, kurš neizrādīja cilvēka cieņu - Napoleons ir apbrīnas un sajūsmas objekts; viņš grand. Kutuzovs, cilvēks, kurš no savas darbības sākuma līdz beigām 1812. gadā, no Borodina līdz Viļņai, nekad sevi nenododot ne ar vienu darbību, ne vārdu, ir neparasts pašaizliedzības un apzināšanās vēstures piemērs mūsdienās. par kāda notikuma nākotnes jēgu, - Kutuzovs viņiem šķiet kaut kas nenoteikts un nožēlojams, un, runājot par Kutuzovu un 12. gadu, viņiem vienmēr šķiet, ka viņiem ir neliels kauns.
Tikmēr grūti iedomāties vēsturisku cilvēku, kura darbība tik nemainīgi un pastāvīgi būtu vērsta uz vienu un to pašu mērķi. Grūti iedomāties cienīgāku un visas tautas gribai atbilstošāku mērķi. Vēl grūtāk ir atrast citu piemēru vēsturē, kur vēsturiskas personas izvirzītais mērķis būtu tik pilnībā sasniegts kā mērķis, uz kuru 1812. gadā bija vērsta visa Kutuzova darbība.
Kutuzovs nekad nerunāja par četrdesmit gadsimtiem, kas skatās no piramīdām, par upuriem, ko viņš nes tēvzemei, par to, ko viņš plāno darīt vai ir izdarījis: viņš vispār neko neteica par sevi, nespēlēja nekādu lomu, viņš vienmēr šķita visvienkāršākais un parastais cilvēks un teica visvienkāršākās un parastās lietas. Viņš rakstīja vēstules savām meitām un m man Stael, lasīja romānus, mīlēja skaistu sieviešu kompāniju, jokoja ar ģenerāļiem, virsniekiem un karavīriem un nekad nebija pretrunā tiem cilvēkiem, kuri gribēja viņam kaut ko pierādīt. Kad grāfs Rostopčins uz Jauzska tilta steidzās pie Kutuzova ar personīgiem pārmetumiem par to, kurš ir vainīgs Maskavas nāvē, un sacīja: "Kā jūs apsolījāt nepamest Maskavu, neveicot kauju?" - Kutuzovs atbildēja: "Es neatstāšu Maskavu bez cīņas," neskatoties uz to, ka Maskava jau bija pamesta. Kad Arakčejevs, kurš pie viņa ieradās no suverēna, teica, ka Jermolovs jāieceļ par artilērijas vadītāju, Kutuzovs atbildēja: "Jā, es to tikko teicu pats," lai gan minūtē viņš teica kaut ko pavisam citu. Kāda nozīme viņam, kurš tad viens pats saprata visu milzīgo notikuma jēgu, starp stulbajiem pūļiem, kas viņu ieskauj, ko viņam interesēja tas, vai grāfs Rostopčins piedēvēs galvaspilsētas katastrofu sev vai viņam? Vēl mazāk viņu varēja interesēt, kurš tiks iecelts par artilērijas priekšnieku.
Ne tikai šajos gadījumos, bet nemitīgi šis vecais vīrs, kurš ar dzīves pieredzi bija nonācis pārliecībā, ka domas un vārdi, kas kalpo kā to izteiksme, nav cilvēku dzinēju būtība, runāja vārdus, kas bija pilnīgi bezjēdzīgi - pirmais, kas nāca viņa prātā.
Bet šis pats vīrs, kurš tik ļoti atstāja savus vārdus novārtā, ne reizi savā darbībā neteica nevienu vārdu, kas nebūtu saskaņā ar vienīgo mērķi, uz kuru viņš gāja visa kara laikā. Acīmredzot, netīšām, ar smagu pārliecību, ka viņi viņu nesapratīs, viņš vairākkārt izteica savu viedokli visdažādākajos apstākļos. Sākot no Borodino kaujas, no kuras sākās viņa nesaskaņas ar apkārtējiem, viņš viens pats teica, ka Borodino kauja ir uzvara, un viņš to atkārtoja gan mutiski, gan ziņojumos, gan ziņojumos līdz savai nāvei. Viņš vien teica, ka Maskavas zaudējums nav Krievijas zaudējums. Atbildot uz Loristona ierosinājumu par mieru, viņš atbildēja, ka miera nevar būt, jo tāda bija tautas griba; viņš viens pats franču atkāpšanās laikā teica, ka visi mūsu manevri nav vajadzīgi, ka viss pats no sevis kļūs labāk nekā mēs vēlamies, ka ienaidniekam jādod zelta tilts, ka ne Tarutino, ne Vjazemskis, ne Krasnenskis nekaujas. bija vajadzīgas, ko ar ko kādreiz vajag atbraukt uz robežu, ka par desmit frančiem viņš neatteiksies no viena krievu.
Un viņš ir viens, šis galma vīrs, kā viņš mums tiek attēlots, cilvēks, kurš melo Arakčejevam, lai izpatiktu suverēnam - viņš viens, šis galma vīrs, Viļņā, ar to pelnījis valdnieka nelabvēlību, saka, ka tālāk karš ārzemēs. ir kaitīgs un bezjēdzīgs.
Taču vārdi vien nepierādītu, ka viņš tad saprata notikuma nozīmi. Viņa darbības - visas bez mazākās atkāpšanās, visas bija vērstas uz vienu un to pašu mērķi, kas izteiktas trīs darbībās: 1) sasprindzināt visus savus spēkus, lai sadurtos ar frančiem, 2) sakaut viņus un 3) izraidīt no Krievijas, veicinot, cik tālu. pēc iespējas, cilvēku un karaspēka katastrofas.
Viņš, prokrastinators Kutuzovs, kura devīze ir pacietība un laiks, izlēmīgas darbības ienaidnieks, viņš piešķir Borodino kauju, ietērpjot tai gatavošanos nepārspējami svinīgi. Viņš, Kutuzovs, kurš Austerlicas kaujā pirms tās sākuma saka, ka tā tiks zaudēta Borodino, neskatoties uz ģenerāļu apliecinājumiem, ka kauja ir zaudēta, neskatoties uz vēsturē nedzirdētu piemēru, ka pēc kaujas uzvarējis, armijai jāatkāpjas, viņš viens, opozīcijā visiem, līdz savai nāvei apgalvo, ka Borodino kauja ir uzvara. Viņš vienīgais visu atkāpšanās laiku uzstāj, lai nedotu kaujas, kas tagad ir bezjēdzīgas, nesāktu jaunu karu un nepārkāptu Krievijas robežas.
Tagad ir viegli saprast notikuma nozīmi, ja vien mēs neattiecinām uz daudzu mērķu masu darbību, kas bija desmitiem cilvēku galvā, jo viss notikums ar tā sekām ir mūsu priekšā.
Bet kā tad šis vecais vīrs viens pats, pretēji visu domām, varēja uzminēt, tik pareizi toreiz uzminēja notikuma populārās nozīmes nozīmi, ka nekad visā savā darbībā viņu nenodeva?
Šīs neparastās parādību jēgas ieskata spēka avots bija tajā populārajā sajūtā, kuru viņš nesa sevī visā tās tīrībā un spēkā.
Tikai šīs sajūtas atpazīšana viņā lika tautai tādos dīvainos veidos no kāda veca vīra, kurš bija nelabvēļi, pret cara gribu viņu izvēlēties par tautas kara priekšstāvjiem. Un tikai šī sajūta viņu iecēla tajā augstākajā cilvēka augumā, no kura viņš, virspavēlnieks, visus savus spēkus virzīja nevis cilvēku slepkavībai un iznīcināšanai, bet gan glābšanai un žēlošanai.

No kurienes radās urāns? Visticamāk, tas parādās supernovas sprādzienu laikā. Fakts ir tāds, ka par dzelzi smagāku elementu nukleosintēzei ir jābūt spēcīgai neitronu plūsmai, kas notiek tieši supernovas sprādziena laikā. Šķiet, ka vēlāk, kondensējoties no tā veidotā jauno zvaigžņu sistēmu mākoņa, urānam, sakrājies protoplanetārā mākonī un būdams ļoti smags, vajadzētu nogrimt planētu dzīlēs. Bet tā nav. Urāns ir radioaktīvs elements, un, sadaloties, tas izdala siltumu. Aprēķins parāda, ka, ja urāns būtu vienmērīgi sadalīts visā planētas biezumā, vismaz ar tādu pašu koncentrāciju kā uz virsmas, tad tas atbrīvotu pārāk daudz siltuma. Turklāt, patērējot urānu, tā plūsmai vajadzētu samazināties. Tā kā nekas tamlīdzīgs netiek novērots, ģeologi uzskata, ka vismaz trešdaļa urāna un, iespējams, viss, ir koncentrēts zemes garozā, kur tā saturs ir 2,5∙10–4%. Kāpēc tas notika, netiek apspriests.

Kur tiek iegūts urāns? Urāns uz Zemes nav nemaz tik mazs – izplatības ziņā tas ir 38.vietā. Un visvairāk šis elements ir nogulumiežu iežos - oglekli saturošajos slānekļos un fosforītos: attiecīgi līdz 8∙10 -3 un 2,5∙10 -2%. Kopumā zemes garozā ir 10 14 tonnas urāna, taču galvenā problēma ir tā, ka tas ir ļoti izkliedēts un neveido spēcīgas nogulsnes. Aptuveni 15 urāna minerāliem ir rūpnieciska nozīme. Tas ir urāna piķis – tā bāze ir četrvērtīgais urāna oksīds, urāna vizla – dažādi silikāti, fosfāti un sarežģītāki savienojumi ar vanādiju vai titānu uz sešvērtīgā urāna bāzes.

Kas ir Bekerela stari? Pēc tam, kad Volfgangs Rentgens atklāja rentgena starus, franču fiziķis Antuāns Anrī Bekerels sāka interesēties par urāna sāļu mirdzumu, kas rodas saules gaismas iedarbībā. Viņš gribēja saprast, vai šeit ir arī rentgena stari. Tiešām, viņi bija klāt – sāls caur melno papīru izgaismoja fotoplati. Tomēr vienā no eksperimentiem sāls nebija izgaismots, un fotogrāfiskā plāksne joprojām bija tumša. Kad starp sāli un fotoplāksni ievietoja metāla priekšmetu, tumšums zem tā bija mazāks. Līdz ar to jaunie stari vispār neradās, pateicoties urāna ierosināšanai ar gaismu un daļēji neizgāja cauri metālam. Sākumā tos sauca par Bekerela stariem. Pēc tam tika konstatēts, ka tie galvenokārt ir alfa stari ar nelielu beta staru piedevu: fakts ir tāds, ka galvenie urāna izotopi sabrukšanas laikā izdala alfa daļiņu, un meitas produkti arī piedzīvo beta sabrukšanu.

Cik augsta ir urāna radioaktivitāte? Urānam nav stabilu izotopu, tie visi ir radioaktīvi. Visilgāk dzīvojošais ir urāns-238, kura pussabrukšanas periods ir 4,4 miljardi gadu. Nākamais ir urāns-235 - 0,7 miljardi gadu. Abi no tiem tiek pakļauti alfa sabrukšanai un kļūst par atbilstošajiem torija izotopiem. Urāns-238 veido vairāk nekā 99% no visa dabiskā urāna. Tā garā pussabrukšanas perioda dēļ šī elementa radioaktivitāte ir maza, turklāt alfa daļiņas nespēj pārvarēt stratum corneum uz cilvēka ķermeņa virsmas. Viņi saka, ka IV Kurčatovs pēc darba ar urānu vienkārši noslaucīja rokas ar kabatlakatiņu un nav cietis no slimībām, kas saistītas ar radioaktivitāti.

Pētnieki vairākkārt ir pievērsušies urāna raktuvēs un pārstrādes rūpnīcās strādājošo slimību statistikai. Piemēram, šeit ir nesen publicēts Kanādas un Amerikas ekspertu raksts, kas analizēja vairāk nekā 17 000 strādnieku veselības datus Eldorado raktuvēs Kanādas Saskačevanas provincē par 1950.–1999. vides pētījumi, 2014, 130, 43–50, DOI:10.1016/j.envres.2014.01.002). Tie balstījās uz faktu, ka starojumam ir visspēcīgākā ietekme uz strauji vairojošām asins šūnām, izraisot atbilstošus vēža veidus. Statistika arī parādīja, ka raktuvju darbiniekiem ir mazāka saslimstība ar dažāda veida asins vēzi nekā vidēji kanādiešiem. Tajā pašā laikā par galveno starojuma avotu tiek uzskatīts nevis pats urāns, bet gan tā radītais gāzveida radons un tā sabrukšanas produkti, kas var iekļūt organismā caur plaušām.

Kāpēc urāns ir kaitīgs?? Tas, tāpat kā citi smagie metāli, ir ļoti toksisks un var izraisīt nieru un aknu mazspēju. Savukārt urāns, būdams izkliedēts elements, neizbēgami atrodas ūdenī, augsnē un, koncentrējoties barības ķēdē, nonāk cilvēka organismā. Ir pamats uzskatīt, ka evolūcijas procesā dzīvās būtnes ir iemācījušies neitralizēt urānu dabiskā koncentrācijā. Visbīstamākais urāns ir ūdenī, tāpēc PVO noteica ierobežojumu: sākumā tas bija 15 µg/l, bet 2011. gadā standarts tika paaugstināts līdz 30 µg/g. Parasti ūdenī ir daudz mazāk urāna: ASV vidēji 6,7 μg / l, Ķīnā un Francijā - 2,2 μg / l. Bet ir arī spēcīgas novirzes. Tātad dažos Kalifornijas apgabalos tas ir simts reižu vairāk nekā standarts - 2,5 mg / l, bet Somijas dienvidos tas sasniedz 7,8 mg / l. Pētnieki mēģina saprast, vai PVO standarts ir pārāk stingrs, pētot urāna ietekmi uz dzīvniekiem. Šeit ir tipisks darbs BioMed Research International, 2014, ID 181989; DOI:10.1155/2014/181989). Franču zinātnieki deviņus mēnešus baroja žurkas ar ūdeni, kas papildināts ar vājinātu urānu, turklāt salīdzinoši augstā koncentrācijā – no 0,2 līdz 120 mg/l. Apakšējā vērtība ir ūdens netālu no raktuves, savukārt augšējā nekur nav atrodama - maksimālā urāna koncentrācija, mērot tajā pašā Somijā, ir 20 mg / l. Par pārsteigumu autoriem - raksta nosaukums ir: "Urāna neparedzēta ietekme uz fizioloģiskajām sistēmām..." - urāns praktiski neietekmēja žurku veselību. Dzīvnieki labi ēda, pareizi pieņēmās svarā, nesūdzējās par slimībām un nemira no vēža. Urāns, kā tam pienākas, tika nogulsnēts galvenokārt nierēs un kaulos, bet simtkārtīgi mazākā daudzumā - aknās, un tā uzkrāšanās, kā bija paredzēts, bija atkarīga no satura ūdenī. Tomēr tas neizraisīja nieru mazspēju vai pat ievērojamu iekaisuma molekulāro marķieru parādīšanos. Autori ieteica sākt stingro PVO vadlīniju pārskatīšanu. Tomēr ir viens brīdinājums: ietekme uz smadzenēm. Žurku smadzenēs urāna bija mazāk nekā aknās, taču tā saturs nebija atkarīgs no daudzuma ūdenī. Bet urāns ietekmēja smadzeņu antioksidantu sistēmas darbu: katalāzes aktivitāte palielinājās par 20%, glutationa peroksidāzes aktivitāte palielinājās par 68–90%, savukārt superoksīda dismutāzes aktivitāte samazinājās par 50% neatkarīgi no devas. Tas nozīmē, ka urāns nepārprotami izraisīja oksidatīvo stresu smadzenēs un organisms uz to reaģēja. Šāds efekts - spēcīga urāna ietekme uz smadzenēm, ja tas tajās nav uzkrājies, starp citu, kā arī dzimumorgānos - tika pamanīts agrāk. Turklāt ūdens ar urānu koncentrācijā 75–150 mg/l, ko Nebraskas universitātes pētnieki sešus mēnešus baroja žurkām ( Neirotoksikoloģija un teratoloģija, 2005, 27, 1, 135–144; DOI:10.1016/j.ntt.2004.09.001) ietekmēja laukā izlaisto dzīvnieku, galvenokārt tēviņu, uzvedību: atšķirībā no kontroles dzīvniekiem tie šķērsoja līnijas, piecēlās uz pakaļkājām un tīrīja kažokādu. Ir pierādījumi, ka urāns arī izraisa atmiņas traucējumus dzīvniekiem. Uzvedības izmaiņas korelē ar lipīdu oksidācijas līmeni smadzenēs. Izrādās, žurkas no urāna ūdens kļuva veselas, bet stulbas. Šie dati mums joprojām būs noderīgi tā sauktā Persijas līča sindroma (Līča kara sindroma) analīzē.

Vai urāns piesārņo slānekļa gāzes ieguves vietas? Tas ir atkarīgs no tā, cik daudz urāna ir gāzi saturošajos iežos un kā tas ir saistīts ar tiem. Piemēram, Bufalo universitātes asociētā profesore Treisija Banka ir izpētījusi Marcelus Shale, kas stiepjas no Ņujorkas štata rietumiem cauri Pensilvānijai un Ohaio līdz Rietumvirdžīnijai. Izrādījās, ka urāns ir ķīmiski saistīts tieši ar ogļūdeņražu avotu (atgādinām, ka radniecīgajos ogļslānekļos ir visaugstākais urāna saturs). Eksperimenti ir parādījuši, ka šuves sašķelšanai izmantotais šķīdums lieliski izšķīdina urānu. “Kad urāns šajos ūdeņos atrodas uz virsmas, tas var izraisīt apkārtējās teritorijas piesārņojumu. Tas nerada radiācijas risku, bet urāns ir indīgs elements,” 2010. gada 25. oktobra universitātes paziņojumā presei atzīmē Treisija Banka. Detalizēti raksti par vides piesārņojuma risku ar urānu vai toriju slānekļa gāzes ieguves laikā vēl nav sagatavoti.

Kāpēc ir nepieciešams urāns? Iepriekš tas tika izmantots kā pigments keramikas un krāsainā stikla ražošanā. Tagad urāns ir kodolenerģijas un kodolieroču pamats. Šajā gadījumā tiek izmantota tā unikālā īpašība - kodola spēja dalīties.

Kas ir kodola skaldīšana? Kodola sadalīšanās divos nevienādos lielos gabalos. Tieši šīs īpašības dēļ nukleosintēzes laikā neitronu apstarošanas rezultātā ar lielām grūtībām veidojas kodoli, kas ir smagāki par urānu. Parādības būtība ir šāda. Ja neitronu un protonu skaita attiecība kodolā nav optimāla, tas kļūst nestabils. Parasti šāds kodols izgrūž vai nu alfa daļiņu – divus protonus un divus neitronus, vai beta daļiņu – pozitronu, ko pavada viena no neitroniem pārvēršanās protonā. Pirmajā gadījumā tiek iegūts periodiskās tabulas elements, kas atrodas divas šūnas atpakaļ, otrajā - vienu šūnu uz priekšu. Tomēr urāna kodols papildus alfa un beta daļiņu izstarošanai spēj sadalīties – sadalīties divu elementu kodolos periodiskās tabulas vidū, piemēram, bārijā un kriptonā, ko tas arī dara, saņemot jaunu neitronu. . Šī parādība tika atklāta neilgi pēc radioaktivitātes atklāšanas, kad fiziķi visu, kas viņiem bija, pakļāva jaunatklātajam starojumam. Lūk, kā par to raksta notikumu dalībnieks Otto Frišs (Uspekhi fizicheskikh nauk, 1968, 96, 4). Pēc berilija staru - neitronu - atklāšanas Enriko Fermi tos apstaroja, jo īpaši urānu, lai izraisītu beta sabrukšanu, viņš cerēja uz sava rēķina iegūt nākamo, 93. elementu, ko tagad sauc par neptūniju. Tieši viņš atklāja jaunu radioaktivitātes veidu apstarotajā urānā, ko viņš saistīja ar transurāna elementu parādīšanos. Šajā gadījumā neitronu palēnināšanās, kuru berilija avots bija pārklāts ar parafīna slāni, palielināja šo inducēto radioaktivitāti. Amerikāņu radioķīmiķis Aristīds fon Gross ierosināja, ka viens no šiem elementiem ir protaktīnijs, taču viņš kļūdījās. Taču Otto Hāns, kurš tolaik strādāja Vīnes Universitātē un uzskatīja par savu prāta bērnu 1917. gadā atklāto protaktīniju, nolēma, ka viņam ir jānoskaidro, kādi elementi šajā gadījumā iegūti. Kopā ar Lizu Meitneri 1938. gada sākumā, pamatojoties uz eksperimentu rezultātiem, Hāns ierosināja, ka veidojas veselas radioaktīvo elementu ķēdes, kas rodas no vairākām urāna-238 kodolu beta sabrukšanas, kas absorbēja neitronu un tā meitas elementus. Drīz vien Līze Meitnere bija spiesta bēgt uz Zviedriju, baidoties no iespējamām nacistu represijām pēc Austrijas anšlusa. Gans, turpinot eksperimentus ar Fricu Strasmanu, atklāja, ka starp produktiem ir arī bārijs, elements ar numuru 56, ko nekādi nevarēja iegūt no urāna: visas urāna alfa sabrukšanas ķēdes beidzas ar daudz smagāku svinu. Pētnieki bija tik pārsteigti par rezultātu, ka viņi to nepublicēja, viņi tikai rakstīja vēstules draugiem, jo ​​īpaši Līzei Meitnerei Gēteborgā. Tur 1938. gada Ziemassvētkos pie viņas viesojās viņas brāļadēls Otto Frišs un, ejot pa ziemas pilsētas apkaimi - viņš ir uz slēpēm, tante kājām -, apsprieda bārija parādīšanās iespēju apstarošanas laikā. urāns kodola skaldīšanas dēļ (vairāk par Lizu Meitneri sk. "Ķīmija un dzīve", 2013, Nr. 4). Atgriežoties Kopenhāgenā, Frišs, burtiski uz ASV izlidojošā tvaikoņa ejas, noķēra Nīlsu Boru un informēja viņu par sadalīšanas ideju. Bors, uzsitot pa pieri, sacīja: “Ak, kādi muļķi mēs bijām! Mums vajadzēja to pamanīt ātrāk." 1939. gada janvārī Frišs un Meitners publicēja rakstu par urāna kodolu skaldīšanu neitronu iedarbībā. Līdz tam laikam Otto Frisch jau bija izveidojis kontroles eksperimentu, kā arī daudzas amerikāņu grupas, kas saņēma ziņojumu no Bora. Viņi saka, ka fiziķi sāka izklīst uz savām laboratorijām tieši viņa ziņojuma laikā 1939. gada 26. janvārī Vašingtonā ikgadējā teorētiskās fizikas konferencē, kad viņi saprata idejas būtību. Pēc skaldīšanas atklāšanas Hāns un Štrasmans pārskatīja savus eksperimentus un, tāpat kā viņu kolēģi, konstatēja, ka apstarotā urāna radioaktivitāte nav saistīta ar transurāniem, bet gan ar radioaktīvo elementu sabrukšanu, kas veidojas skaldīšanas laikā no periodiskās tabulas vidus.

Kā ķēdes reakcija darbojas urānā? Neilgi pēc tam, kad eksperimentāli tika pierādīta urāna un torija kodolu skaldīšanas iespēja (un citu skaldāmo elementu uz Zemes nav ievērojamā daudzumā), Prinstonā strādājušie Nīls Bors un Džons Vīlers, kā arī neatkarīgi padomju teorētiskais fiziķis Ya. I. Frenkels un vācieši Zigfrīds Flīge un Gotfrīds fon Droste radīja kodola skaldīšanas teoriju. No tā izrietēja divi mehānismi. Viens no tiem ir saistīts ar ātro neitronu absorbcijas slieksni. Pēc viņa teiktā, lai uzsāktu skaldīšanu, neitronam jābūt ar diezgan lielu enerģiju, vairāk nekā 1 MeV galveno izotopu - urāna-238 un torija-232 - kodoliem. Pie zemākām enerģijām neitrona absorbcijai ar urānu-238 ir rezonanses raksturs. Tādējādi neitronam ar enerģiju 25 eV ir uztveršanas šķērsgriezums, kas ir tūkstošiem reižu lielāks nekā ar citām enerģijām. Šajā gadījumā sadalīšanās nenotiks: urāns-238 kļūs par urānu-239, kas ar pussabrukšanas periodu 23,54 minūtes pārvērtīsies par neptūniju-239, bet tas, kura pussabrukšanas periods ir 2,33 dienas, pārtaps par ilgu-239. dzīvoja plutonijs-239. Torijs-232 kļūs par urānu-233.

Otrs mehānisms ir neitrona absorbcija bez sliekšņa, kam seko trešais vairāk vai mazāk izplatītais skaldāmais izotops - urāns-235 (kā arī plutonijs-239 un urāns-233, kuru dabā nav): absorbējot jebkuru neitronu. , pat lēnu, tā saukto termisko, ar enerģiju no molekulām, kas piedalās termiskajā kustībā - 0,025 eV, šāds kodols tiks sadalīts. Un tas ir ļoti labi: termiskajiem neitroniem uztveršanas šķērsgriezuma laukums ir četras reizes lielāks nekā ātriem, megaelektronvoltiem. Tāda ir urāna-235 nozīme visā turpmākajā kodolenerģijas vēsturē: tieši tas nodrošina neitronu pavairošanu dabiskajā urānā. Pēc sitiena ar neitronu urāna-235 kodols kļūst nestabils un ātri sadalās divās nevienlīdzīgās daļās. Pa ceļam izlido vairāki (vidēji 2,75) jauni neitroni. Ja tie trāpīs viena un tā paša urāna kodoliem, tie izraisīs neitronu eksponenciālu savairošanos – sāksies ķēdes reakcija, kas izraisīs sprādzienu, strauji izdaloties milzīgam siltuma daudzumam. Ne urāns-238, ne torijs-232 nevar darboties šādi: galu galā skaldīšanas laikā tiek emitēti neitroni ar vidējo enerģiju 1-3 MeV, tas ir, ja ir enerģijas slieksnis 1 MeV, ievērojama daļa neitroni noteikti nespēs izraisīt reakciju, un nebūs vairošanās. Tas nozīmē, ka šie izotopi ir jāaizmirst un neitroni būs jāpalēninās līdz siltumenerģijai, lai tie pēc iespējas efektīvāk mijiedarbotos ar urāna-235 kodoliem. Tajā pašā laikā nevar pieļaut to rezonanses absorbciju ar urānu-238: galu galā dabiskajā urānā šis izotops ir nedaudz mazāks par 99,3%, un neitroni biežāk saduras ar to, nevis ar mērķa urānu-235. Un, darbojoties kā moderators, ir iespējams uzturēt neitronu pavairošanu nemainīgā līmenī un novērst sprādzienu - kontrolēt ķēdes reakciju.

Aprēķins, ko veica Ya. B. Zeldovičs un Yu. B. Haritons tajā pašā liktenīgajā 1939. gadā, parādīja, ka šim nolūkam ir jāizmanto neitronu moderators smagā ūdens vai grafīta veidā un bagātināts dabiskais urāns ar urānu-235. vismaz 1,83 reizes. Tad šī ideja viņiem šķita tīra fantāzija: “Jāatzīmē, ka aptuveni divreiz bagātinot tos diezgan ievērojamos urāna daudzumus, kas nepieciešami ķēdes sprādziena veikšanai,<...>ir ārkārtīgi apgrūtinošs uzdevums, kas ir tuvu praktiskai neiespējamībai." Tagad šī problēma ir atrisināta, un kodolrūpniecība masveidā ražo urānu, kas bagātināts ar urānu-235 līdz 3,5% spēkstacijām.

Kas ir spontāna kodola skaldīšanās? 1940. gadā G. N. Flerovs un K. A. Petržaks atklāja, ka urāna skaldīšanās var notikt spontāni, bez jebkādas ārējas ietekmes, lai gan pussabrukšanas periods ir daudz ilgāks nekā parastā alfa sabrukšanas gadījumā. Tā kā šāda skaldīšanās rada arī neitronus, ja tiem neļaus aizlidot no reakcijas zonas, tie kalpos kā ķēdes reakcijas iniciatori. Tieši šī parādība tiek izmantota kodolreaktoru izveidē.

Kāpēc nepieciešama kodolenerģija? Zeldovičs un Haritons bija vieni no pirmajiem, kas aprēķināja kodolenerģijas ekonomisko efektu (Uspekhi fizicheskikh nauk, 1940, 23, 4). “... Šobrīd vēl nav iespējams izdarīt galīgos secinājumus par iespēju vai neiespējamību īstenot kodola skaldīšanas reakciju urānā ar bezgalīgi sazarotām ķēdēm. Ja šāda reakcija ir iespējama, reakcijas ātrums tiek automātiski pielāgots, lai nodrošinātu, ka tā norit vienmērīgi, neskatoties uz milzīgo enerģijas daudzumu, kas ir eksperimentētāja rīcībā. Šis apstāklis ​​ir īpaši labvēlīgs reakcijas enerģijas izmantošanai. Tāpēc, lai gan šis ir nenogalināta lāča ādas dalījums, mēs piedāvājam dažus skaitļus, kas raksturo urāna enerģijas izmantošanas iespējas. Ja skaldīšanas process notiek uz ātriem neitroniem, tad reakcija uztver galveno urāna izotopu (U238), tad<исходя из соотношения теплотворных способностей и цен на уголь и уран>kalorijas izmaksas no galvenā urāna izotopa izrādās aptuveni 4000 reižu lētākas nekā no oglēm (ja vien, protams, "sadedzināšanas" un siltuma noņemšanas procesi urāna gadījumā neizrādītos daudz dārgāki nekā ogļu gadījumā). Lēnu neitronu gadījumā "urāna" kalorijas izmaksas (pamatojoties uz iepriekš minētajiem skaitļiem), ņemot vērā, ka izotopa U235 pārpilnība ir 0,007, jau ir tikai 30 reizes lētāka nekā "ogļu" kalorija, visas pārējās lietas ir vienādas.

Pirmo kontrolēto ķēdes reakciju 1942. gadā veica Enriko Fermi Čikāgas Universitātē, un reaktors tika manuāli vadīts, stumjot un izvelkot grafīta stieņus, mainoties neitronu plūsmai. Pirmā elektrostacija tika uzcelta Obninskā 1954. gadā. Papildus enerģijas ražošanai pirmie reaktori strādāja arī, lai ražotu ieročiem piemērotu plutoniju.

Kā darbojas atomelektrostacija? Lielākā daļa reaktoru tagad darbojas ar lēniem neitroniem. Bagātināts urāns metāla, sakausējuma, piemēram, ar alumīniju, vai oksīda veidā tiek ievietots garos cilindros - degvielas elementos. Tie ir noteiktā veidā uzstādīti reaktorā, un starp tiem tiek ievietoti moderatora stieņi, kas kontrolē ķēdes reakciju. Laika gaitā degvielas elementā uzkrājas reaktora indes - urāna skaldīšanas produkti, kas arī spēj absorbēt neitronus. Kad urāna-235 koncentrācija nokrītas zem kritiskā līmeņa, elementa ekspluatācija tiek pārtraukta. Taču tajā ir daudz skaldīšanas fragmentu ar spēcīgu radioaktivitāti, kas ar gadiem samazinās, tāpēc elementi ilgstoši izdala ievērojamu siltuma daudzumu. Tos glabā dzesēšanas baseinos, un pēc tam tos vai nu aprok, vai arī mēģina pārstrādāt – iegūt nesadegušo urānu-235, uzkrāto plutoniju (to izmantoja atombumbu izgatavošanai) un citus izotopus, ko var izmantot. Neizmantotā daļa tiek nosūtīta uz apbedījumu vietām.

Tā sauktajos ātro neitronu reaktoros jeb selekcijas reaktoros ap elementiem ir uzstādīti urāna-238 vai torija-232 atstarotāji. Tie palēninās un pārāk ātrus neitronus nosūta atpakaļ uz reakcijas zonu. Palēnināti līdz rezonanses ātrumam, neitroni absorbē šos izotopus, pārvēršoties attiecīgi par plutoniju-239 vai urānu-233, kas var kalpot kā degviela atomelektrostacijai. Tā kā ātrie neitroni slikti reaģē ar urānu-235, ir būtiski jāpalielina tā koncentrācija, taču tas atmaksājas ar spēcīgāku neitronu plūsmu. Neskatoties uz to, ka selekcijas reaktori tiek uzskatīti par kodolenerģijas nākotni, jo tie nodrošina vairāk kodoldegvielas nekā patērē, eksperimenti ir parādījuši, ka tos ir grūti kontrolēt. Tagad pasaulē ir palicis tikai viens šāds reaktors - Belojarskas AES ceturtajā energoblokā.

Kā tiek kritizēta kodolenerģija? Ja nerunājam par avārijām, galvenais kodolenerģijas pretinieku argumentos šodien bija priekšlikums tās efektivitātes aprēķinam pieskaitīt vides aizsardzības izmaksas pēc stacijas ekspluatācijas pārtraukšanas un strādājot ar degvielu. Abos gadījumos rodas uzdevums uzticami apglabāt radioaktīvos atkritumus, un tās ir izmaksas, ko sedz valsts. Pastāv uzskats, ka, ja tie tiks novirzīti uz enerģijas izmaksām, tad tās ekonomiskā pievilcība zudīs.

Arī kodolenerģijas atbalstītāju vidū valda pretestība. Tās pārstāvji norāda uz urāna-235 unikalitāti, kam nav aizstājēju, jo alternatīvi izotopi, kas skalda termiski neitroni - plutonijs-239 un urāns-233 - dabā nav sastopami, jo pussabrukšanas periods ir tūkstošiem gadu. Un tie tiek iegūti tieši urāna-235 skaldīšanas rezultātā. Ja tas beigsies, pazudīs lielisks dabiskais neitronu avots kodolķēdes reakcijai. Šādas izšķērdības rezultātā cilvēce zaudēs iespēju nākotnē enerģijas ciklā iesaistīt toriju-232, kura rezerves ir vairākas reizes lielākas nekā urānam.

Teorētiski daļiņu paātrinātājus var izmantot, lai iegūtu ātro neitronu plūsmu ar megaelektronvoltu enerģiju. Tomēr, ja mēs runājam, piemēram, par starpplanētu lidojumiem ar atomu dzinēju, tad būs ļoti grūti īstenot shēmu ar apjomīgu akseleratoru. Urāna-235 izsmelšana pieliek punktu šādiem projektiem.

Kas ir ieroču kvalitātes urāns? Tas ir ļoti bagātināts urāns-235. Tā kritiskā masa – tā atbilst vielas gabala izmēram, kurā spontāni notiek ķēdes reakcija – ir pietiekami maza, lai izveidotu munīciju. Šādu urānu var izmantot, lai izgatavotu atombumbu, kā arī drošinātāju termokodolbumbai.

Kādas katastrofas ir saistītas ar urāna izmantošanu? Enerģija, kas uzkrāta skaldāmo elementu kodolos, ir milzīga. Izkļuvusi no kontroles neuzmanības vai nodoma dēļ, šī enerģija var sagādāt daudz nepatikšanas. Divas smagākās kodolkatastrofas notika 1945. gada 6. un 8. augustā, kad ASV gaisa spēki nometa atombumbas uz Hirosimu un Nagasaki, nogalinot un ievainojot simtiem tūkstošu civiliedzīvotāju. Mazāka mēroga katastrofas ir saistītas ar avārijām atomelektrostacijās un kodolcikla uzņēmumos. Pirmā lielākā avārija notika 1949. gadā PSRS Majakas rūpnīcā netālu no Čeļabinskas, kur tika ražots plutonijs; šķidrie radioaktīvie atkritumi nokļuva Tečas upē. 1957. gada septembrī tajā notika sprādziens, izdalot lielu daudzumu radioaktīvo materiālu. Vienpadsmit dienas vēlāk nodega Lielbritānijas plutonija reaktors Windscale, sprādziena produktu mākonis izkliedējās virs Rietumeiropas. 1979. gadā Trimailas salas atomelektrostacijā Pensilvānijā nodega reaktors. Avārijas Černobiļas atomelektrostacijā (1986) un atomelektrostacijā Fukušimā (2011) izraisīja visplašākās sekas, kad miljoniem cilvēku tika pakļauti radiācijas iedarbībai. Pirmās piegružīja plašās zemes, sprādziena rezultātā izmetot 8 tonnas urāna degvielas ar sabrukšanas produktiem, kas izplatījās visā Eiropā. Otrais piesārņots un trīs gadus pēc avārijas turpina piesārņot Kluso okeānu zivsaimniecības zonās. Šo negadījumu seku likvidēšana izmaksāja ļoti dārgi, un, ja šīs izmaksas sadalītu elektroenerģijas izmaksās, tās ievērojami pieaugtu.

Atsevišķs jautājums ir par ietekmi uz cilvēka veselību. Saskaņā ar oficiālo statistiku, daudzi cilvēki, kuri izdzīvoja bombardēšanas laikā vai dzīvoja piesārņotās teritorijās, guva labumu no iedarbības – pirmajiem ir lielāks paredzamais dzīves ilgums, otrajiem ir mazāk vēža gadījumu, un eksperti zināmu mirstības pieaugumu saista ar sociālo stresu. To cilvēku skaits, kuri gāja bojā tieši no avāriju sekām vai to likvidācijas rezultātā, tiek lēsts simtos cilvēku. Atomelektrostaciju pretinieki norāda, ka avārijas Eiropas kontinentā izraisījušas vairākus miljonus priekšlaicīgas nāves, tās vienkārši nav pamanāmas uz statistikas fona.

Zemju izņemšana no cilvēku lietošanas avāriju zonās noved pie interesanta rezultāta: tās kļūst par sava veida rezervātiem, kur aug bioloģiskā daudzveidība. Tiesa, daži dzīvnieki cieš no slimībām, kas saistītas ar starojumu. Jautājums par to, cik ātri viņi pielāgosies paaugstinātajam fonam, paliek atklāts. Pastāv arī viedoklis, ka hroniskas apstarošanas sekas ir “izlase par muļķi” (sk. Chemistry and Life, 2010, Nr. 5): primitīvāki organismi izdzīvo pat embrija stadijā. Jo īpaši attiecībā uz cilvēkiem tam vajadzētu izraisīt garīgo spēju samazināšanos paaudzei, kas dzimusi piesārņotajās teritorijās neilgi pēc negadījuma.

Kas ir noplicināts urāns? Tas ir urāns-238, kas palicis pāri no urāna-235 ieguves. Ieroču kvalitātes urāna un degvielas elementu ražošanas atkritumu apjomi ir lieli - ASV vien ir uzkrājušies 600 tūkstoši tonnu šāda urāna heksafluorīda (par problēmām ar to skatīt "Ķīmija un dzīve", 2008, Nr. 5). Urāna-235 saturs tajā ir 0,2%. Šie atkritumi vai nu jāglabā līdz labākiem laikiem, kad tiks izveidoti ātro neitronu reaktori un būs iespējams pārstrādāt urānu-238 par plutoniju, vai arī kaut kā jāizmanto.

Viņi atrada tam pielietojumu. Urāns, tāpat kā citi pārejas elementi, tiek izmantots kā katalizators. Piemēram, raksta autori ACS Nano 2014. gada 30. jūnijā viņi raksta, ka urāna vai torija katalizatoram ar grafēnu skābekļa un ūdeņraža peroksīda reducēšanai "ir liels enerģijas izmantošanas potenciāls". Augstā blīvuma dēļ urāns kalpo kā balasts kuģiem un pretsvars lidmašīnām. Šis metāls ir piemērots arī aizsardzībai pret radiāciju medicīnas ierīcēs ar starojuma avotiem.

Kādus ieročus var izgatavot no noplicināta urāna? Lodes un serdeņi bruņu caurduršanas lādiņiem. Šeit ir aprēķins. Jo smagāks šāviņš, jo lielāka tā kinētiskā enerģija. Bet jo lielāks ir šāviņš, jo mazāk koncentrēts tā trieciens. Tas nozīmē, ka ir nepieciešami smagie metāli ar augstu blīvumu. Lodes ir izgatavotas no svina (Urālu mednieki savulaik izmantoja arī vietējo platīnu, līdz saprata, ka tas ir dārgmetāls), savukārt čaulu serdeņus veidoja no volframa sakausējuma. Dabas aizsardzības speciālisti norāda, ka svins piesārņo augsni kara vai medību vietās un to labāk būtu aizstāt ar ko mazāk kaitīgu, piemēram, ar tādu pašu volframu. Taču volframs nav lēts, un urāns, kura blīvums ir līdzīgs tam, ir kaitīgi atkritumi. Tajā pašā laikā pieļaujamais augsnes un ūdens piesārņojums ar urānu ir aptuveni divas reizes lielāks nekā svinam. Tas notiek tāpēc, ka noplicinātā urāna vājā radioaktivitāte (un tā ir arī par 40% mazāka nekā dabiskajam urānam) tiek ignorēta un tiek ņemts vērā patiešām bīstams ķīmiskais faktors: urāns, kā mēs atceramies, ir indīgs. Tajā pašā laikā tā blīvums ir 1,7 reizes lielāks nekā svina blīvums, kas nozīmē, ka urāna ložu izmēru var samazināt uz pusi; Urāns ir daudz ugunsizturīgāks un cietāks par svinu – apdedzinot, tas mazāk iztvaiko, un, sasniedzot mērķi, rodas mazāk mikrodaļiņu. Kopumā urāna lode piesārņo vidi mazāk nekā svina lode, tomēr šāda urāna izmantošana nav noteikta.

Bet ir zināms, ka noplicinātā urāna plāksnes tiek izmantotas, lai stiprinātu amerikāņu tanku bruņas (to veicina to augstais blīvums un kušanas temperatūra), kā arī volframa sakausējuma vietā bruņu caurduršanas šāviņu serdeņos. Urāna kodols ir labs arī tāpēc, ka urāns ir pirofors: tā karstās mazās daļiņas, kas veidojas, atsitoties pret bruņām, uzliesmo un aizdedzina visu apkārtējo. Abi lietojumi tiek uzskatīti par radiācijas drošumu. Tātad aprēķins parādīja, ka, pat gadu pavadot, neizkāpjot tankā ar urāna bruņām, kas piekrauts ar urāna munīciju, apkalpe saņemtu tikai ceturto daļu no pieļaujamās devas. Un, lai iegūtu gada pieļaujamo devu, šāda munīcija 250 stundas jāpieskrūvē pie ādas virsmas.

Lādiņus ar urāna serdeņiem - 30 mm lidmašīnu lielgabaliem vai artilērijas apakškalibriem - amerikāņi izmantoja pēdējos karos, sākot ar gada Irākas kampaņu 1991. gadā. Tajā gadā viņi uzlēja 300 tonnas noplicinātā urāna uz Irākas bruņutehnikas vienībām Kuveitā, un to atkāpšanās laikā 250 tonnas jeb 780 000 patronu nokrita uz lidmašīnu lielgabaliem. Bosnijā un Hercegovinā neatzītās Serbu Republikas armijas bombardēšanas laikā tika izmantotas 2,75 tonnas urāna, bet Dienvidslāvijas armijas apšaudē Kosovas un Metohijas provincē - 8,5 tonnas jeb 31 000 patronu. Tā kā PVO līdz tam laikam bija parūpējusies par urāna izmantošanas sekām, tika veikta uzraudzība. Viņš parādīja, ka viena zalve sastāvēja no aptuveni 300 lādiņiem, no kuriem 80% saturēja noplicinātu urānu. 10% trāpīja mērķos, un 82% nokrita 100 metru attālumā no tiem. Pārējie izklīda 1,85 km robežās. Apvalks, kas trāpīja tankam, nodega un pārvērtās par aerosolu, vieglus mērķus, piemēram, bruņutransportierus, caururba urāna čaula. Tādējādi Irākā, maksimums, pusotra tonna čaulu varētu pārvērsties urāna putekļos. Pēc amerikāņu stratēģisko pētījumu centra RAND Corporation ekspertu domām, vairāk nekā 10 līdz 35% no izmantotā urāna ir pārvērtušies aerosolā. Horvātijas urāna munīcijas cīnītājs Asafs Durakovičs, kurš ir strādājis dažādās organizācijās, sākot no Karaļa Faisala slimnīcas Rijādā līdz Vašingtonas Urāna medicīnas pētījumu centram, uzskata, ka 1991. gadā Irākas dienvidos vien veidojās 3-6 tonnas submikronu urāna daļiņu, kas izkaisīti plašā teritorijā, tas ir, urāna piesārņojums tur ir salīdzināms ar Černobiļu.

Atšķirībā no otra, visizplatītākā urāna izotopa 238U, 235U ir iespējama pašpietiekama kodolķēdes reakcija. Tāpēc šo izotopu izmanto kā degvielu kodolreaktoros, kā arī kodolieročos.

Viena grama šī nuklīda aktivitāte ir aptuveni 80 kBq.

• 1 Veidošanās un sadalīšanās
• 2 Piespiedu dalīšana
  • 2.1. Kodolķēdes reakcija
• 3 izomēri
• 4 Pieteikums
• 5 Skatīt arī
• 6 Piezīmes

Veidošanās un sabrukšana

Urāns-235 veidojas šādu sabrukšanas rezultātā:

• Nuklīda β-sabrukšana 235Pa (pusperiods ir 24,44 (11) min):

• K-uztveršana ar nuklīdu 235Np (pusperiods ir 396,1(12) dienas):

• Nuklīda 239Pu α-sabrukšana (pusperiods ir 2,411 (3) 104 gadi):

Urāna-235 sabrukšana notiek šādos veidos:

• α-sabrukšana 231th (varbūtība 100%, sabrukšanas enerģija 4678,3(7) keV):

• Spontāna skaldīšanās (varbūtība 7(2) 10−9%);
• Kopu sabrukšana, veidojoties nuklīdiem 20Ne, 25Ne un 28Mg (varbūtības ir attiecīgi 8(4) 10-10%, 8 10-10%, 8 10-10%):

Piespiedu sadalīšana

30. gadu sākumā Enriko Fermi veica urāna apstarošanu ar neitroniem ar mērķi šādā veidā iegūt transurāna elementus. Bet 1939. gadā O. Hāns un F. Štrasmans spēja parādīt, ka tad, kad neitronu absorbē urāna kodols, notiek piespiedu skaldīšanas reakcija. Kodols parasti ir sadalīts divos fragmentos, atbrīvojot 2-3 neitronus (sk. diagrammu).

Urāna-235 skaldīšanas produktos tika atrasti aptuveni 300 dažādu elementu izotopi: no Z=30 (cinks) līdz Z=64 (gadolīnijs). Izotopu relatīvās iznākuma atkarības līkne, kas veidojas urāna-235 apstarošanas laikā ar lēniem neitroniem no masas skaitļa, ir simetriska un pēc formas atgādina burtu "M". Šīs līknes divi izteiktie maksimumi atbilst masas skaitļiem 95 un 134, un minimums ietilpst masas skaitļu diapazonā no 110 līdz 125. Tādējādi notiek urāna sadalīšanās vienādas masas fragmentos (ar masas skaitļiem 115-119). ar mazāku varbūtību nekā asimetriskā skaldīšanās, šāda tendence ir novērojama visos skaldāmajos izotopos un nav saistīta ar kādām atsevišķām kodolu vai daļiņu īpašībām, bet ir raksturīga pašam kodola skaldīšanas mehānismam. Tomēr asimetrija samazinās, palielinoties skaldāmā kodola ierosmes enerģijai, un pie neitronu enerģijas, kas lielāka par 100 MeV, skaldīšanas fragmentu masas sadalījumam ir viens maksimums, kas atbilst kodola simetriskai dalīšanai.

Viena no urāna-235 piespiedu skaldīšanas iespējām pēc neitrona absorbcijas (shēma)

Savukārt urāna kodola skaldīšanas laikā radušies fragmenti ir radioaktīvi un iziet β-sabrukšanas ķēdi, kurā ilgstoši pakāpeniski atbrīvojas papildu enerģija. Vidējā enerģija, kas izdalās viena urāna-235 kodola sabrukšanas laikā, ņemot vērā fragmentu sabrukšanu, ir aptuveni 202,5 ​​MeV = 3,244 10-11 J jeb 19,54 TJ/mol = 83,14 TJ/kg.

Kodola skaldīšana ir tikai viens no daudzajiem procesiem, kas ir iespējami neitronu mijiedarbības laikā ar kodoliem; tieši viņš ir jebkura kodolreaktora darbības pamatā.

Kodolķēdes reakcija

Viena 235U kodola sabrukšana parasti izstaro no 1 līdz 8 (vidēji 2,5) brīvos neitronus. Katrs neitrons, kas veidojas 235U kodola sabrukšanas laikā, pakļauts mijiedarbībai ar citu 235U kodolu, var izraisīt jaunu sabrukšanas notikumu, šo parādību sauc par kodola skaldīšanas ķēdes reakciju.

Hipotētiski otrās paaudzes neitronu skaits (pēc otrās kodolsabrukšanas stadijas) var pārsniegt 3² = 9. Ar katru nākamo skaldīšanas reakcijas posmu radīto neitronu skaits var pieaugt kā lavīna. Reālos apstākļos brīvie neitroni var neģenerēt jaunu skaldīšanas notikumu, atstājot paraugu pirms 235U uztveršanas vai tos uztver gan pats 235U izotops, pārvēršoties par 236U, gan citi materiāli (piemēram, 238U vai iegūtie kodola skaldīšanas fragmenti, piemēram, 149Sm vai 135Xe ).

Ja vidēji katra skaldīšanās ģenerē vēl vienu jaunu skaldīšanu, tad reakcija kļūst pašpietiekama; šo stāvokli sauc par kritisku. (skatīt arī neitronu reizināšanas koeficientu)

Reālos apstākļos urāna kritiskā stāvokļa sasniegšana nav tik vienkārša, jo reakcijas gaitu ietekmē vairāki faktori. Piemēram, dabiskais urāns sastāv tikai no 0,72% 235U, 99,2745% ir 238U, kas absorbē neitronus, kas rodas 235U kodolu skaldīšanas laikā. Tas noved pie tā, ka dabiskajā urānā pašlaik sadalīšanās ķēdes reakcija ļoti ātri sadalās. Neslāpētu skaldīšanas ķēdes reakciju var veikt vairākos galvenajos veidos:

• Palielināt parauga tilpumu (urānam, kas iegūts no rūdas, ir iespējams sasniegt kritisko masu tilpuma palielināšanās dēļ);
• Veikt izotopu atdalīšanu, palielinot 235U koncentrāciju paraugā;
• Samazināt brīvo neitronu zudumu caur parauga virsmu, izmantojot dažāda veida atstarotājus;
• Lai palielinātu termisko neitronu koncentrāciju, izmantojiet vielu - neitronu moderatoru.

Izomēri

Ir zināms viens 235 um izomērs ar šādām īpašībām:

• Liekā masa: 40920,6(1,8) keV
• Ierosināšanas enerģija: 76,5(4) eV
• Pusperiods: 26 min
• Kodola griešanās un paritāte: 1/2+

Izomēra stāvokļa sabrukšanu veic ar izomēru pāreju uz pamatstāvokli.

Pieteikums

• Urānu-235 izmanto kā degvielu kodolreaktoros, kuros tiek veikta kontrolēta skaldīšanas ķēdes reakcija;
• Kodolieroču radīšanai tiek izmantots urāns ar augstu bagātināšanas pakāpi. Šajā gadījumā tiek izmantota nekontrolēta kodolenerģijas ķēdes reakcija, lai atbrīvotu lielu enerģijas daudzumu (sprādziens).

Skatīt arī

• Urāna izotopi
• Izotopu atdalīšana

Piezīmes

1. 1 2 3 4 5 G.Audi, A.H. Wapstra un C. Thibault (2003). "AME2003 atomu masas novērtējums (II). Tabulas, grafiki un atsauces. Kodolfizika A 729 : 337-676. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. Bibcode: 2003NuPhA.729..337A.
2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 G. Audi, O. Bersilons, J. Blahots un A. H. Vapstra (2003). "NUBASE kodolenerģijas un sabrukšanas īpašību novērtējums". Kodolfizika A 729 : 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. Bibkods: 2003NuPhA.729....3A.
3. Hofmans K. Vai ir iespējams izgatavot zeltu? - 2. izd. izdzēsts - L.: Ķīmija, 1987. - S. 130. - 232 lpp. - 50 000 eksemplāru.
4. Mūsdienu zinātnes vēsturē
5. 1 2 3 Fialkov Yu. Ya. Izotopu pielietojums ķīmijā un ķīmiskajā rūpniecībā. - Kijeva: Tehnika, 1975. - S. 87. - 240 lpp. - 2000 eksemplāru.
6. Fizikālo un ķīmisko konstantu tabula, 4.7.1. sadaļa: Kodola skaldīšana. Kaye & Laby tiešsaistē. Arhivēts no oriģināla, laiks: 2012. gada 8. aprīlī.
7. Bartolomey GG, Baibakov VD, Alkhutov MS, Bat' GA Atomenerģijas reaktoru teorijas pamati un aprēķinu metodes. - M.: Energoatomizdat, 1982. - S. 512.

urāns 235 50, urāns 235 75, urāns 235 apgabals, urāns 235/75r15

Urāns ir aktinīdu saimes ķīmiskais elements ar atomskaitli 92. Tā ir vissvarīgākā kodoldegviela. Tā koncentrācija zemes garozā ir aptuveni 2 daļas uz miljonu. Svarīgi urāna minerāli ir urāna oksīds (U 3 O 8), uranīts (UO 2), karnotīts (kālija uranilvanadāts), otenīts (kālija uranilfosfāts) un torbernīts (ūdens varš un uranilfosfāts). Šīs un citas urāna rūdas ir kodoldegvielas avoti un satur daudzkārt vairāk enerģijas nekā visas zināmās reģenerējamās fosilā kurināmā atradnes. 1 kg urāna 92 ​​U dod tikpat daudz enerģijas kā 3 miljoni kg ogļu.

Atklājumu vēsture

Ķīmiskais elements urāns ir blīvs, ciets sudrabbalts metāls. Tas ir elastīgs, kaļams un to var pulēt. Metāls oksidējas gaisā un, sasmalcinot, aizdegas. Salīdzinoši slikts elektrības vadītājs. Urāna elektroniskā formula ir 7s2 6d1 5f3.

Lai gan elementu 1789. gadā atklāja vācu ķīmiķis Martins Heinrihs Klaprots, kurš to nosauca jaunatklātās planētas Urāna vārdā, pašu metālu 1841. gadā izolēja franču ķīmiķis Eižēns Melhiors Peligo, reducējot no urāna tetrahlorīda (UCl 4 ) ar kālijs.

Radioaktivitāte

Krievu ķīmiķa Dmitrija Mendeļejeva izveidotā periodiskā tabula 1869. gadā pievērsa uzmanību urānam kā vissmagākajam zināmajam elementam, kas saglabājās līdz neptūnija atklāšanai 1940. gadā. 1896. gadā franču fiziķis Anrī Bekerels atklāja tajā radioaktivitātes fenomenu. . Vēlāk šī īpašība tika atklāta daudzās citās vielās. Šobrīd ir zināms, ka radioaktīvais urāns visos tā izotopos sastāv no 238 U (99,27%, pussabrukšanas periods - 4 510 000 000 gadi), 235 U (0,72%, pussabrukšanas periods - 713 000 000 gadi) un 234 U (0,006%) maisījuma. pussabrukšanas periods - 247 000 gadu). Tas dod iespēju, piemēram, noteikt iežu un minerālu vecumu, lai pētītu ģeoloģiskos procesus un Zemes vecumu. Lai to izdarītu, viņi mēra svina daudzumu, kas ir urāna radioaktīvās sabrukšanas galaprodukts. Šajā gadījumā 238 U ir sākotnējais elements, un 234 U ir viens no produktiem. 235 U rada aktīnija sabrukšanas sēriju.

Ķēdes reakcijas atvēršana

Ķīmiskais elements urāns kļuva par plašas intereses un intensīvas izpētes objektu pēc tam, kad vācu ķīmiķi Otto Hāns un Frics Strasmans 1938. gada beigās, bombardējot to ar lēnajiem neitroniem, atklāja tajā kodola skaldīšanu. 1939. gada sākumā itāļu izcelsmes amerikāņu fiziķis Enriko Fermi ierosināja, ka starp atoma skaldīšanas produktiem var būt elementārdaļiņas, kas spēj izraisīt ķēdes reakciju. 1939. gadā amerikāņu fiziķi Leo Szilards un Herberts Andersons, kā arī franču ķīmiķis Frederiks Džolio-Kirī un viņu kolēģi apstiprināja šo prognozi. Turpmākie pētījumi liecina, ka atoma skaldīšanas laikā izdalās vidēji 2,5 neitroni. Šie atklājumi noveda pie pirmās pašpietiekamās kodolķēdes reakcijas (12/02/1942), pirmās atombumbas (07/06/1945), tās pirmās izmantošanas militārās operācijās (08/06/1945), pirmās kodolzemūdenes. (1955) un pirmā pilna mēroga atomelektrostacija (1957).

Oksidācijas stāvokļi

Ķīmiskais elements urāns, būdams spēcīgs elektropozitīvs metāls, reaģē ar ūdeni. Tas šķīst skābēs, bet ne sārmos. Svarīgi oksidācijas stāvokļi ir +4 (kā UO 2 oksīdā, tetrahalogenīdos, piemēram, UCl 4 un zaļajā ūdens jonā U 4+) un +6 (kā UO 3 oksīdā, UF 6 heksafluorīdā un UO 2 2+ uraniljonā) . Ūdens šķīdumā urāns ir visstabilākais uraniljona sastāvā, kam ir lineāra struktūra [O = U = O] 2+ . Elementam ir arī +3 un +5 stāvokļi, taču tie ir nestabili. Sarkanais U 3+ ūdenī, kas nesatur skābekli, oksidējas lēni. UO 2 + jona krāsa nav zināma, jo tas tiek pakļauts disproporcijai (UO 2 + vienlaikus tiek reducēts līdz U 4+ un oksidēts līdz UO 2 2+ ) pat ļoti atšķaidītos šķīdumos.

Kodoldegviela

Iedarbojoties ar lēniem neitroniem, urāna atoma skaldīšanās notiek salīdzinoši retajā izotopā 235 U. Šis ir vienīgais dabiskais skaldāmais materiāls, un tas ir jāatdala no izotopa 238 U. Tomēr pēc absorbcijas un negatīvas beta sabrukšanas urāns -238 pārvēršas par sintētisku elementu plutoniju, kas tiek sadalīts lēnu neitronu ietekmē. Tāpēc dabisko urānu var izmantot pārveidotāju un selekcijas reaktoros, kuros skaldīšanu atbalsta reti sastopamie 235 U un plutonijs tiek ražots vienlaikus ar 238 U transmutāciju. Skaldāmo 233 U var sintezēt no torija-232 izotopa, kas ir plaši izplatīts dabā, lai izmantotu kā kodoldegvielu. Urāns ir svarīgs arī kā primārais materiāls, no kura iegūst sintētiskos transurāna elementus.

Citi urāna lietojumi

Ķīmiskā elementa savienojumi iepriekš tika izmantoti kā krāsvielas keramikai. Heksafluorīds (UF 6) ir cieta viela ar neparasti augstu tvaika spiedienu (0,15 atm = 15 300 Pa) 25 °C temperatūrā. UF 6 ir ķīmiski ļoti reaģējošs, taču, neskatoties uz tā korozīvo raksturu tvaiku stāvoklī, UF 6 plaši izmanto gāzu difūzijas un gāzu centrifūgas metodēs, lai iegūtu bagātinātu urānu.

Organometāliskie savienojumi ir interesanta un svarīga savienojumu grupa, kurā metāla-oglekļa saites savieno metālu ar organiskām grupām. Uranocēns ir organurāna savienojums U(C 8 H 8) 2, kurā urāna atoms ir iestiprināts starp diviem organisko gredzenu slāņiem, kas saistīti ar C 8 H 8 ciklooktatetraēnu. Tā atklājums 1968. gadā pavēra jaunu metālorganiskās ķīmijas jomu.

Noplicināts dabiskais urāns tiek izmantots kā līdzeklis aizsardzībai pret radiāciju, balasts, bruņas caurdurošajos šāviņos un tanku bruņās.

Pārstrāde

Ķīmiskais elements, lai arī ļoti blīvs (19,1 g / cm 3), ir salīdzinoši vāja, neuzliesmojoša viela. Patiešām, šķiet, ka urāna metāliskās īpašības to novieto kaut kur starp sudrabu un citiem īstiem metāliem un nemetāliem, tāpēc to neizmanto kā strukturālu materiālu. Urāna galvenā vērtība ir tā izotopu radioaktīvās īpašības un spēja skaldīties. Dabā gandrīz viss (99,27%) metāls sastāv no 238 U. Pārējais ir 235 U (0,72%) un 234 U (0,006%). No šiem dabiskajiem izotopiem tikai 235 U tiek tieši skaldīti ar neitronu apstarošanu. Tomēr, kad tiek absorbēts 238 U, tas veido 239 U, kas galu galā sadalās par 239 Pu, skaldāmo materiālu, kam ir liela nozīme kodolenerģijas un kodolieroču ražošanā. Vēl vienu skaldāmo izotopu, 233 U, var iegūt ar neitronu apstarošanu ar 232 Th.

kristāliskās formas

Urāna īpašības liek tam reaģēt ar skābekli un slāpekli pat normālos apstākļos. Augstākā temperatūrā tas reaģē ar plašu leģējošo metālu klāstu, veidojot intermetāliskus savienojumus. Cietu šķīdumu veidošanās ar citiem metāliem ir reta, jo īpašas kristāla struktūras veido elementa atomi. No istabas temperatūras līdz kušanas temperatūrai 1132 °C urāna metāls pastāv 3 kristāliskās formās, kas pazīstamas kā alfa (α), beta (β) un gamma (γ). Pārvēršanās no α- uz β-stāvokli notiek 668 ° C temperatūrā un no β uz γ - 775 ° C temperatūrā. γ-urānam ir uz ķermeni vērsta kubiskā kristāla struktūra, bet β ir tetragonāla struktūra. α fāze sastāv no atomu slāņiem ļoti simetriskā ortorombiskā struktūrā. Šī anizotropā deformētā struktūra neļauj sakausējuma metālu atomiem aizstāt urāna atomus vai aizņemt telpu starp tiem kristāla režģī. Tika konstatēts, ka tikai molibdēns un niobijs veido cietus šķīdumus.

rūdas

Zemes garozā ir aptuveni 2 daļas uz miljonu urāna, kas liecina par tā plašo izplatību dabā. Tiek lēsts, ka okeānos ir 4,5 x 109 tonnas šī ķīmiskā elementa. Urāns ir svarīga vairāk nekā 150 dažādu minerālu sastāvdaļa un neliela sastāvdaļa vēl 50. Galvenie minerāli, kas atrodami magmatiskos hidrotermālajos vēnās un pegmatītos, ietver uranītu un tā dažādo piķa maisījumu. Šajās rūdās elements sastopams dioksīda veidā, kas oksidācijas dēļ var mainīties no UO 2 līdz UO 2,67. Citi ekonomiski nozīmīgi produkti no urāna raktuvēm ir autunīts (hidratēts kalcija uranilfosfāts), tobernīts (hidrēts vara uranilfosfāts), koffinīts (melnais urāna silikāts) un karnotīts (hidratēts kālija uranilvanadāts).

Tiek lēsts, ka vairāk nekā 90% no zināmajām zemo izmaksu urāna rezervēm atrodas Austrālijā, Kazahstānā, Kanādā, Krievijā, Dienvidāfrikā, Nigērā, Namībijā, Brazīlijā, Ķīnā, Mongolijā un Uzbekistānā. Lielas atradnes ir atrodamas Elliota ezera konglomerāta iežu veidojumos, kas atrodas uz ziemeļiem no Huron ezera Ontario, Kanādā, un Dienvidāfrikas Vitvotersrandas zelta raktuvēs. Smilšu veidojumos Kolorādo plato un Vaiomingas baseinā ASV rietumos ir arī ievērojamas urāna rezerves.

Kalnrūpniecība

Urāna rūdas sastopamas gan virszemes, gan dziļās (300-1200 m) atradnēs. Pazemē šuves biezums sasniedz 30 m. Tāpat kā citu metālu rūdu gadījumā, urāna ieguve virszemē tiek veikta ar lielām zemes pārvietošanas iekārtām, un dziļo atradņu izstrāde tiek veikta ar tradicionālajām vertikālajām un slīpajām metodēm. raktuves. Urāna koncentrāta ieguve pasaulē 2013.gadā sastādīja 70 tūkstošus tonnu.Ražīgākās urāna raktuves atrodas Kazahstānā (32% no kopējās produkcijas), Kanādā, Austrālijā, Nigērā, Namībijā, Uzbekistānā un Krievijā.

Urāna rūdas parasti satur tikai nelielu daudzumu urānu saturošu minerālu, un tos nevar kausēt ar tiešās pirometalurģijas metodēm. Tā vietā urāna ieguvei un attīrīšanai jāizmanto hidrometalurģiskas procedūras. Palielinot koncentrāciju, ievērojami samazinās slodze uz apstrādes ķēdēm, taču nav piemērojama neviena no tradicionālajām bagātināšanas metodēm, ko parasti izmanto minerālu apstrādē, piemēram, gravitācija, flotācija, elektrostatiskā un pat roku šķirošana. Ar dažiem izņēmumiem šīs metodes rada ievērojamus urāna zudumus.

Degšana

Urāna rūdu hidrometalurģisko apstrādi bieži ievada augstas temperatūras kalcinēšanas posms. Apdedzināšana atūdeņo mālu, atdala oglekli saturošus materiālus, oksidē sēra savienojumus līdz nekaitīgiem sulfātiem un oksidē citus reducētājus, kas var traucēt turpmāko apstrādi.

Izskalošanās

Urānu ekstrahē no grauzdētām rūdām gan ar skābiem, gan sārmainiem ūdens šķīdumiem. Lai visas izskalošanās sistēmas darbotos veiksmīgi, ķīmiskajam elementam vai nu sākotnēji jābūt stabilākā 6-valentā formā, vai arī tam jābūt oksidētam līdz šādam stāvoklim apstrādes laikā.

Skābju izskalošanos parasti veic, maisot rūdas un lixivianta maisījumu 4-48 stundas apkārtējās vides temperatūrā. Izņemot īpašus apstākļus, izmanto sērskābi. To pasniedz daudzumos, kas ir pietiekami, lai iegūtu gala šķidrumu pie pH 1,5. Sērskābes izskalošanās shēmās parasti izmanto vai nu mangāna dioksīdu, vai hlorātu, lai oksidētu četrvērtīgo U 4+ uz 6-valento uranilu (UO 2 2+). Parasti U 4+ oksidēšanai pietiek ar apmēram 5 kg mangāna dioksīda vai 1,5 kg nātrija hlorāta uz tonnu. Jebkurā gadījumā oksidētais urāns reaģē ar sērskābi, veidojot 4-uranilsulfāta kompleksa anjonu.

Rūdu, kas satur ievērojamu daudzumu pamata minerālu, piemēram, kalcītu vai dolomītu, izskalo ar 0,5-1 molāru nātrija karbonāta šķīdumu. Lai gan ir pētīti un pārbaudīti dažādi reaģenti, galvenais urāna oksidētājs ir skābeklis. Rūdas parasti tiek izskalotas gaisā atmosfēras spiedienā un 75-80 °C temperatūrā laika periodā, kas atkarīgs no konkrētā ķīmiskā sastāva. Sārms reaģē ar urānu, veidojot viegli šķīstošu kompleksu jonu 4-.

Pirms tālākas apstrādes šķīdumi, kas radušies skābes vai karbonāta izskalošanās rezultātā, ir jādzidrina. Mālu un citu rūdu vircu liela mēroga atdalīšana tiek veikta, izmantojot efektīvus flokulācijas līdzekļus, tostarp poliakrilamīdus, guāra sveķus un dzīvnieku līmi.

Ekstrakcija

Kompleksos jonus 4- un 4- var sorbēt no attiecīgajiem jonu apmaiņas sveķu izskalošanās šķīdumiem. Šos īpašos sveķus, ko raksturo to sorbcijas un eluēšanas kinētika, daļiņu izmērs, stabilitāte un hidrauliskās īpašības, var izmantot dažādās apstrādes tehnoloģijās, piemēram, fiksētā un kustīgā gultnē, groza tipa un nepārtrauktas vircas jonu apmaiņas sveķu metodē. Parasti adsorbētā urāna eluēšanai izmanto nātrija hlorīda un amonjaka vai nitrātu šķīdumus.

Urānu var izolēt no skābās rūdas šķidrumiem, ekstrahējot ar šķīdinātāju. Rūpniecībā izmanto alkilfosforskābes, kā arī sekundāros un terciāros alkilamīnus. Parasti skābiem filtrātiem, kas satur vairāk nekā 1 g/l urāna, priekšroka tiek dota ekstrakcijai ar šķīdinātāju, nevis ar jonu apmaiņas metodēm. Tomēr šī metode nav piemērojama karbonāta izskalošanai.

Pēc tam urānu attīra, izšķīdinot slāpekļskābē, veidojot uranilnitrātu, ekstrahē, kristalizē un kalcinē, veidojot UO 3 trioksīdu. Reducētais UO2 dioksīds reaģē ar fluorūdeņradi, veidojot tetrafluorīdu UF4, no kura metāliskais urāns tiek reducēts ar magniju vai kalciju 1300 °C temperatūrā.

Tetrafluorīdu var fluorēt 350 °C temperatūrā, veidojot UF 6 heksafluorīdu, ko izmanto, lai atdalītu bagātinātu urānu-235 ar gāzu difūziju, gāzu centrifugēšanu vai šķidruma termisko difūziju.

Urāns. Dabiskais urāns sastāv no trīs izotopu maisījuma: urāns-234, urāns-235, urāns-238. Mākslīgais radioaktīvs - ar masas skaitļiem 227-240. Urāna-235 pussabrukšanas periods ir 7x108 gadi, urāna-238 - 4,5x109 gadi. Urāna un meitas radionuklīdu sabrukšanas laikā izdalās alfa un beta starojums, kā arī gamma kvanti. Urāns iekļūst organismā dažādos veidos, arī caur ādu. Šķīstošie savienojumi ātri uzsūcas asinsritē un izplatās pa orgāniem un audiem, uzkrājoties nierēs, kaulos, aknās un liesā. Bioloģiskais pusperiods no plaušām ir 118-150 dienas, no skeleta - 450 dienas. Urāna un tā sabrukšanas produktu dēļ gadā ir 1,34 mSv.

Torijs. Torijs-232 ir inerta gāze. Tās sabrukšanas produkti ir cietas radioaktīvas vielas. Pusperiods ir 1,4x1010 gadi. Torija un tā sabrukšanas produktu transformāciju laikā izdalās alfa-beta daļiņas, kā arī gamma kvanti. Minerāls torianīts satur līdz 45-88% torija. Degvielas stieņi ir izgatavoti no torija sakausējuma ar bagātinātu urānu. Tas nonāk organismā caur plaušām, kuņģa-zarnu traktu un ādu. Uzkrās kaulu smadzenēs, liesā. Bioloģiskais pussabrukšanas periods no vairuma orgānu ir 700 dienas, no skeleta - 68 gadi.

Rādijs. Rādijs-226 ir vissvarīgākais urāna-238 radioaktīvās sabrukšanas produkts. Pussabrukšanas periods 1622. Tas ir sudrabaini balts metāls. Plaši izmanto medicīnā kā alfa daļiņu avotu staru terapijai. Iekļūst organismā caur elpošanas sistēmu, kuņģa-zarnu traktu un ādu. Lielākā daļa ienākošā rādija tiek nogulsnēta skeletā. Bioloģiskais pusperiods no kauliem ir aptuveni 17 gadi, no plaušām - 180 dienas, no citiem orgāniem izdalās pirmajās divās dienās. Nokļūstot cilvēka organismā, tas izraisa kaulu audu, sarkano kaulu smadzeņu bojājumus, kas izraisa asinsrades traucējumus, lūzumus un audzēju attīstību. Vienas dienas laikā 1 g rādija sabrukšanas laikā rada 1 mm3 radona.

Radons. Radons-222 ir bezkrāsaina gāze bez smaržas. Pusperiods ir 3,83 dienas. Rādija-226 sabrukšanas produkts. Radons ir alfa izstarotājs. Tas veidojas urāna atradnēs radioaktīvās rūdās, atrodas dabasgāzē, gruntsūdeņos utt. Tas var iznākt arī caur plaisām akmeņos, slikti vēdināmās raktuvēs, raktuvēs, tā koncentrācija var sasniegt lielas vērtības. Radons ir atrodams daudzos būvmateriālos. Atmosfērā tas nonāk arī vulkāniskās darbības laikā, fosfātu ražošanā un ģeotermālo spēkstaciju darbībā.

Medicīniskiem nolūkiem to lieto radona vannu veidā locītavu, kaulu, perifērās nervu sistēmas slimību, hronisku ginekoloģisku slimību uc ārstēšanā. Lieto arī inhalāciju veidā, apūdeņošanā, dzerot ūdeni saturošu ūdeni. radons. Tas nonāk organismā galvenokārt caur elpošanas sistēmu. Ķermeņa pussabrukšanas periods vienas dienas laikā. Radons dod ¾ no gada ekvivalentās devas no zemes starojuma avotiem un aptuveni ½ no devas no visiem dabiskajiem starojuma avotiem.

Kālijs. Kālijs-40 ir sudrabaini balts metāls, tas nav sastopams brīvā formā, jo ir ļoti ķīmiski aktīvs. Pus dzīve
1,32 x 109 gadi. Kad tas sadalās, tas izdala beta daļiņu. Tas ir tipisks bioloģisks elements. Cilvēka nepieciešamība pēc kālija ir 2-3 mg uz kg ķermeņa svara dienā. Daudz kālija ir kartupeļos, bietēs, tomātos. Organismā 100% no ienākošā kālija uzsūcas, vienmērīgi sadalās pa visiem orgāniem, salīdzinoši vairāk tā atrodas aknās un liesā. Pusperiods ir aptuveni 60 dienas.

Jods. Jods-131 veidojas urāna un plutonija skaldīšanas reakcijās, kā arī tad, kad telūrs tiek apstarots ar neitroniem. Pusperiods ir 8,05 dienas. Tas nonāk organismā caur elpošanas sistēmu, kuņģa-zarnu traktu (100% no ienākošā joda tiek absorbēts), kā arī caur ādu. Galvenokārt uzkrājas vairogdziedzerī, tā koncentrācija dziedzerī ir 200 reizes lielāka nekā citos audos. Sadaloties, jods atbrīvo beta daļiņu un 2 gamma starus. Eliminācijas pusperiods no vairogdziedzera ir 138 dienas, no citiem orgāniem 10-15 dienas. No grūtnieces ķermeņa jods caur placentu nokļūst auglim.

Cēzijs. Cēzijs-137 dod izšķirošu ieguldījumu kopējās ekvivalentās radiācijas devas veidošanā. Cēzijs ir sudrabaini balts metāls. Tas ir beta un gamma starojuma avots. Cēzija-137 pussabrukšanas periods -
30 gadi. Pirms Černobiļas avārijas kodolsprādzieni bija galvenais cēzija nokļūšanas vidē avots. Lielākā daļa nogulsnētā cēzija ir viegli uzsūcamā formā. Augos tas galvenokārt uzkrājas salmos un vilkumos. Zarnās tiek absorbēti 100% no ienākošā cēzija. Tas uzkrājas galvenokārt muskuļu audos. Eliminācijas pusperiods no muskuļiem ir 140 dienas.

Stroncijs. Stroncijs-90 - pussabrukšanas periods - 28,6 gadi (stroncijam-89 - 50,5 dienas). Stroncijs-90 ir beta izstarotājs. Stronciju viegli absorbē augi, dzīvnieki un cilvēki. Stroncija koncentrators ir kukurūza, stroncija saturs tajā ir 5-20 reizes lielāks nekā augsnē. Cilvēka organismā, atkarībā no uztura, no 5% līdz 100% ienākošā stroncija uzsūcas kuņģa-zarnu traktā (vidēji 30%). Galvenokārt uzkrājas skeletā. Maksimālā koncentrācija tiek novērota bērniem līdz 1 gada vecumam. Stroncija pussabrukšanas periods no mīkstajiem audiem ir līdz 10 dienām, no kauliem - līdz 8-10 gadiem.

Plutonijs. Plutonijs-239 ir alfa izstarotājs. Tā pussabrukšanas periods ir 24360 gadi. Tas ir sudrabaini balts metāls. Plutonija avots ir kodolsprādzieni, kā arī atomelektrostaciju reaktori, īpaši nejaušas noplūdes. Tas atrodas augsnē ūdenstilpju virszemes slāņos un grunts nogulumos. Tas nonāk organismā caur plaušām un kuņģa-zarnu traktu, un uzsūcas no kuņģa-zarnu trakta – daudz mazāk par 1%. Tas uzkrājas plaušās, aknās, kaulaudos. Eliminācijas pusperiods no skeleta ir 100 gadi, no aknām - 40 gadi.

Americium. Amerīcijs-241 ir plutonija-241 sabrukšanas produkts (241Pu pussabrukšanas periods ir 14,4 gadi). Amerīcija-241 pussabrukšanas periods ir 432,2 gadi, sabrukšanas laikā izdalās alfa daļiņa. Amerīcijs ūdenī šķīst daudz labāk nekā plutonijs, tāpēc tam ir lielāka migrācijas spēja. Augsnes virsējos slāņos uzkrājas līdz 99%, 10% amerīcija ir izšķīdinātā veidā un augi viegli uzsūcas. Koncentrējas cilvēkiem skeletā, aknās, nierēs. Eliminācijas pusperiods no skeleta ir līdz 30 gadiem, no aknām - līdz 5 gadiem.