Ile lat ma okres półtrwania uranu 235? Broń atomowa

(β −)
235 Np()
239Pu()

W przeciwieństwie do drugiego, najpowszechniejszego izotopu uranu 238 U, w 235 U możliwa jest samopodtrzymująca się jądrowa reakcja łańcuchowa. Dlatego izotop ten jest wykorzystywany jako paliwo w reaktorach jądrowych, a także w broni jądrowej.

Powstawanie i rozkład

Uran-235 powstaje w wyniku następujących rozpadów:

Rozpad uranu-235 zachodzi w następujących kierunkach:

Wymuszony podział

W produktach rozszczepienia uranu-235 odkryto około 300 izotopów różnych pierwiastków: od =30 (cynk) do Z=64 (gadolin). Krzywa względnej wydajności izotopów powstałych podczas napromieniania uranu-235 wolnymi neutronami na liczbie masowej jest symetryczna i przypomina kształtem literę „M”. Dwa wyraźne maksima tej krzywej odpowiadają liczbom masowym 95 i 134, a minimum występuje w zakresie liczb masowych od 110 do 125. Zatem rozszczepienie uranu na fragmenty o jednakowych masach (o liczbach masowych 115-119) następuje przy mniejsze prawdopodobieństwo niż rozszczepienie asymetryczne.Tendencja ta jest obserwowana we wszystkich izotopach rozszczepialnych i nie jest związana z żadnymi indywidualnymi właściwościami jąder lub cząstek, ale jest nieodłącznie związana z samym mechanizmem rozszczepienia jądrowego. Jednakże asymetria maleje wraz ze wzrostem energii wzbudzenia jądra rozszczepialnego i gdy energia neutronów przekracza 100 MeV, rozkład mas fragmentów rozszczepienia ma jedno maksimum, odpowiadające symetrycznemu rozszczepieniu jądra. Fragmenty powstałe podczas rozszczepienia jądra uranu są z kolei radioaktywne i podlegają łańcuchowi rozpadów β-, podczas których stopniowo i przez długi czas uwalniana jest dodatkowa energia. Średnia energia wydzielana podczas rozpadu jednego jądra uranu-235, biorąc pod uwagę rozpad fragmentów, wynosi w przybliżeniu 202,5 ​​MeV = 3,244·10 −11 J, czyli 19,54 TJ/mol = 83,14 TJ/kg.

Rozszczepienie jądrowe to tylko jeden z wielu procesów zachodzących podczas oddziaływania neutronów z jądrami, to on leży u podstaw działania każdego reaktora jądrowego.

Jądrowa reakcja łańcuchowa

Podczas rozpadu jednego jądra 235 U emitowane jest zwykle od 1 do 8 (średnio 2,416) wolnych neutronów. Każdy neutron powstały podczas rozpadu jądra 235 U, poddany oddziaływaniu z innym jądrem 235 U, może spowodować nowe zdarzenie rozpadu, zjawisko to nazywa się reakcja łańcuchowa rozszczepienia jądrowego.

Hipotetycznie liczba neutronów drugiej generacji (po drugim etapie rozpadu jądrowego) może przekroczyć 3² = 9. Z każdym kolejnym etapem reakcji rozszczepienia liczba wytwarzanych neutronów może rosnąć niczym lawina. W rzeczywistych warunkach wolne neutrony mogą nie wywołać nowego zdarzenia rozszczepienia, opuszczając próbkę przed wychwyceniem 235 U lub zostać wychwycone albo przez sam izotop 235 U, przekształcając go w 236 U, albo przez inne materiały (na przykład 238 U, lub powstałe fragmenty rozszczepienia jądrowego, takie jak 149 Sm lub 135 Xe).

W rzeczywistych warunkach osiągnięcie stanu krytycznego uranu nie jest takie proste, gdyż na przebieg reakcji wpływa wiele czynników. Przykładowo uran naturalny składa się tylko z 0,72% 235 U, 99,2745% to 238 U, który pochłania neutrony powstające podczas rozszczepienia jąder 235 U. Prowadzi to do tego, że w uranie naturalnym reakcja łańcuchowa rozszczepienia bardzo szybko zanika. Ciągłą reakcję łańcuchową rozszczepienia można przeprowadzić na kilka głównych sposobów:

• Zwiększyć objętość próbki (w przypadku uranu wyizolowanego z rudy masę krytyczną można osiągnąć zwiększając objętość);
• Przeprowadzić separację izotopów zwiększając stężenie w próbce o 235 U;
• Ogranicz utratę wolnych neutronów przez powierzchnię próbki poprzez zastosowanie różnego rodzaju reflektorów;
• Użyj substancji moderatora neutronów, aby zwiększyć stężenie neutronów termicznych.

Izomery

• Nadmiar masy: 40 920,6(1,8) keV
• Energia wzbudzenia: 76,5(4) eV
• Okres półtrwania: 26 min
• Spin jądrowy i parzystość: 1/2 +

Rozkład stanu izomerycznego następuje poprzez przejście izomeru do stanu podstawowego.

Aplikacja

• Uran-235 jest stosowany jako paliwo w reaktorach jądrowych, w których zarządzany reakcja łańcuchowa rozszczepienia jądrowego;
• Wysoko wzbogacony uran jest używany do tworzenia broni nuklearnej. W tym przypadku, aby wyzwolić dużą ilość energii (eksplozja), niepowstrzymany jądrowa reakcja łańcuchowa.

Zobacz też

Napisz recenzję na temat artykułu „Uran-235”

Notatki

1. G. Audi, A.H. Wapstra i C. Thibault (2003). „”. Fizyka Jądrowa A 729 : 337-676. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. Kod Biblioteki:.
2. G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot i A. H. Wapstra (2003). „”. Fizyka Jądrowa A 729 : 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. Kod Biblioteki:.
3. Hoffmana K.- wyd. 2 wymazany - L.: Chemia, 1987. - s. 130. - 232 s. - 50 000 egzemplarzy.
5. Fiałkow Yu.Y. Zastosowanie izotopów w chemii i przemyśle chemicznym. - Kijów: Tekhnika, 1975. - s. 87. - 240 s. - 2000 egzemplarzy.
6. . Kaye i Laby w Internecie. .
7. Bartolomey G. G., Baibakov V. D., Alkhutov M. S., Bat G. A. Podstawy teorii i metody obliczeń reaktorów jądrowych. - M.: Energoatomizdat, 1982. - s. 512.

Fragment charakteryzujący uran-235

W 12 i 13 Kutuzow został bezpośrednio oskarżony o błędy. Cesarz był z niego niezadowolony. A w historii, napisanej niedawno na rozkaz najwyższego, mówi się, że Kutuzow był przebiegłym kłamcą dworskim, który bał się imienia Napoleona i swoimi błędami pod Krasnoje i pod Berezyną pozbawił wojska rosyjskie chwały – całkowite zwycięstwo nad Francuz. Historia Bogdanowicza w 1812 r.: charakterystyka Kutuzowa i rozumowanie na temat niezadowalających wyników bitew Krasnienskiego. (Notatka L.N. Tołstoja.)]
To nie jest los wielkich ludzi, nie grand homme, których rosyjski umysł nie rozpoznaje, ale los tych nielicznych, zawsze samotnych ludzi, którzy rozumiejąc wolę Opatrzności, podporządkowują jej swoją osobistą wolę. Nienawiść i pogarda tłumu karzą tych ludzi za wgląd w wyższe prawa.
Dla historyków rosyjskich – to dziwne i przerażające – Napoleon jest najdrobniejszym narzędziem historii – nigdy i nigdzie, nawet na wygnaniu, który nie okazywał ludzkiej godności – Napoleon jest przedmiotem podziwu i zachwytu; jest wspaniały. Kutuzow, człowiek, który od początku do końca swojej działalności w 1812 roku, od Borodina do Wilna, nie zmieniając ani jednego czynu ani słowa, daje niezwykły w historii przykład poświęcenia i świadomości w teraźniejszości o przyszłym znaczeniu wydarzenia – Kutuzow wydaje im się czymś niejasnym i żałosnym, a gdy mówią o Kutuzowie i 12. roku, zawsze wydają się trochę zawstydzeni.
Tymczasem trudno sobie wyobrazić osobę historyczną, której działalność byłaby tak niezmiennie i stale skierowana na ten sam cel. Trudno sobie wyobrazić cel bardziej godny i zgodny z wolą całego narodu. Jeszcze trudniej znaleźć w historii inny przykład, w którym cel, jaki postawiła sobie postać historyczna, zostałby tak całkowicie osiągnięty, jak cel, ku któremu zmierzały wszystkie działania Kutuzowa w 1812 roku.
Kutuzow nigdy nie mówił o czterdziestu wiekach, które spoglądają z piramid, o ofiarach, jakie składa dla ojczyzny, o tym, co zamierza lub zrobił: w ogóle nic nie powiedział o sobie, nie odegrał żadnej roli , zawsze wydawał się najprostszą i najzwyklejszą osobą i mówił najprostsze i najzwyklejsze rzeczy. Pisał listy do swoich córek i do mnie Stael, czytał powieści, uwielbiał towarzystwo pięknych kobiet, żartował z generałami, oficerami i żołnierzami i nigdy nie sprzeciwiał się tym, którzy chcieli mu coś udowodnić. Kiedy hrabia Rastopchin na moście Jauzskim podjechał do Kutuzowa z osobistymi wyrzutami, kto jest winny śmierci Moskwy, i zapytał: „Jak obiecałeś nie opuścić Moskwy bez walki?” - Kutuzow odpowiedział: „Nie opuszczę Moskwy bez bitwy”, mimo że Moskwa została już opuszczona. Kiedy Arakcheev, który przyszedł do niego od władcy, powiedział, że Jermołow powinien zostać szefem artylerii, Kutuzow odpowiedział: „Tak, właśnie to powiedziałem”, chociaż minutę później powiedział coś zupełnie innego. Co go obchodziło, jedynego, który wówczas zrozumiał cały ogromny sens wydarzenia, wśród otaczającego go głupiego tłumu, co go obchodziło, czy hrabia Rostopchin przypisał sobie katastrofę stolicy, czy jemu? Jeszcze mniej mogło go interesować to, kto zostanie mianowany szefem artylerii.
Nie tylko w tych przypadkach, ale stale ten starzec, który poprzez doświadczenie życiowe doszedł do przekonania, że ​​myśli i słowa służące ich wyrazowi nie są siłami motywacyjnymi ludzi, wypowiadał słowa zupełnie pozbawione sensu – jako pierwsze, które przyszły na myśl jego umysł.
Ale ten sam człowiek, który tak zaniedbał swoje słowa, ani razu w całej swojej działalności nie wypowiedział ani jednego słowa, które nie byłoby zgodne z jedynym celem, do którego dążył przez całą wojnę. Oczywiście mimowolnie, z dużą pewnością, że go nie zrozumieją, wielokrotnie wyrażał swoje myśli w najróżniejszych okolicznościach. Począwszy od bitwy pod Borodino, od której zaczęła się jego niezgoda z otoczeniem, on sam powiedział, że bitwa pod Borodino była zwycięstwem i powtarzał to ustnie, w raportach i raportach aż do swojej śmierci. On sam powiedział, że strata Moskwy nie jest utratą Rosji. W odpowiedzi na propozycję pokoju Lauristona odpowiedział, że pokoju nie może być, ponieważ taka jest wola ludu; on sam podczas odwrotu Francuzów powiedział, że nie są potrzebne wszystkie nasze manewry, że wszystko samo się ułoży lepiej, niż byśmy sobie tego życzyli, że nieprzyjacielowi należy dać złoty most, że ani Tarutino, ani Wiazemski, ani Bitwy Krasnienskoje były potrzebne, po co kiedyś trzeba dojechać do granicy, żeby nie oddał jednego Rosjanina za dziesięciu Francuzów.
I tylko on, ten dworzanin, jak go nam przedstawiają, ten, który okłamuje Arakcheeva, żeby zadowolić władcę, tylko on, ten dworzanin, w Wilnie, zdobywając w ten sposób niełaskę władcy, mówi, że dalsza wojna za granicą jest szkodliwe i bezużyteczne.
Same słowa nie świadczyłyby jednak o tym, że zrozumiał wówczas znaczenie tego wydarzenia. Jego działania - wszystkie bez najmniejszego odwrotu - zmierzały w tym samym celu, wyrażającym się w trzech działaniach: 1) wytężyć wszystkie swoje siły do ​​starcia z Francuzami, 2) pokonać ich i 3) wypędzić ich z Rosji, ułatwiając to jako możliwe katastrofy ludu i wojska.
On, ten powolny Kutuzow, którego dewizą jest cierpliwość i czas, jest wrogiem zdecydowanego działania, daje bitwę pod Borodino, ubierając przygotowania do niej z niespotykaną powagą. On, że Kutuzow, który w bitwie pod Austerlitz, zanim się ona zaczęła, mówił pod Borodino, że będzie ona przegrana, mimo zapewnień generałów, że bitwa jest przegrana, pomimo bezprecedensowego w historii przykładu, że po wygranej bitwie armia musi się wycofać, on sam, w przeciwieństwie do wszystkich, aż do śmierci utrzymuje, że bitwa pod Borodino jest zwycięstwem. On sam podczas całego odwrotu nalega, aby nie toczyć bitew, które są teraz bezużyteczne, nie rozpoczynać nowej wojny i nie przekraczać granic Rosji.
Teraz łatwo jest zrozumieć znaczenie wydarzenia, chyba że zastosujemy działania mas celów, które były w głowach kilkunastu osób, ponieważ przed nami stoi całe wydarzenie wraz z jego konsekwencjami.
Ale jak więc ten starzec mógł sam, wbrew opiniom wszystkich, odgadnąć, a potem tak poprawnie odgadnąć znaczenie popularnego znaczenia wydarzenia, że ​​nigdy go nie zdradził we wszystkich swoich działaniach?
Źródłem tej niezwykłej mocy wglądu w sens zachodzących zjawisk było poczucie narodowe, które nosił w sobie w całej jego czystości i sile.
Dopiero rozpoznanie w nim tego uczucia sprawiło, że ludzie w tak dziwny sposób, z hańby starca, wybrali go wbrew woli cara na przedstawicieli wojny ludowej. I tylko to uczucie wyniosło go na ten najwyższy ludzki poziom, z którego on, naczelny wódz, skierował wszystkie swoje siły, aby nie zabijać i eksterminować ludzi, ale aby ich ratować i litować się nad nimi.

Skąd wziął się uran? Najprawdopodobniej pojawia się podczas wybuchów supernowych. Faktem jest, że do nukleosyntezy pierwiastków cięższych od żelaza musi nastąpić silny przepływ neutronów, co następuje właśnie podczas wybuchu supernowej. Wydawałoby się, że wówczas podczas kondensacji z utworzonej przez niego chmury nowych układów gwiezdnych uran, zebrawszy się w obłoku protoplanetarnym i będąc bardzo ciężkim, powinien opaść w głąb planet. Ale to nieprawda. Uran jest pierwiastkiem radioaktywnym i podczas rozpadu wydziela ciepło. Obliczenia pokazują, że gdyby uran był równomiernie rozprowadzony na całej grubości planety, przynajmniej w takim samym stężeniu jak na powierzchni, emitowałby zbyt dużo ciepła. Co więcej, jego przepływ powinien słabnąć w miarę zużywania się uranu. Ponieważ niczego takiego nie zaobserwowano, geolodzy uważają, że co najmniej jedna trzecia uranu, a może i cały, koncentruje się w skorupie ziemskiej, gdzie jego zawartość wynosi 2,5∙10 –4%. Dlaczego tak się stało, nie jest omawiane.

Gdzie wydobywa się uran? Na Ziemi nie jest tak mało uranu - zajmuje 38. miejsce pod względem obfitości. A najwięcej tego pierwiastka występuje w skałach osadowych – łupkach węglowych i fosforytach: odpowiednio do 8∙10 –3 i 2,5∙10 –2%. W sumie skorupa ziemska zawiera 10 14 ton uranu, ale głównym problemem jest to, że jest on bardzo rozproszony i nie tworzy potężnych złóż. Około 15 minerałów uranu ma znaczenie przemysłowe. Jest to smoła uranowa – jej podstawą jest tlenek uranu czterowartościowego, mika uranowa – różne krzemiany, fosforany i bardziej złożone związki z wanadem lub tytanem na bazie uranu sześciowartościowego.

Co to są promienie Becquerela? Po odkryciu promieni rentgenowskich przez Wolfganga Roentgena francuski fizyk Antoine-Henri Becquerel zainteresował się świeceniem soli uranu, które zachodzi pod wpływem światła słonecznego. Chciał zrozumieć, czy tutaj też były promienie rentgenowskie. Rzeczywiście były obecne – sól oświetlała kliszę fotograficzną przez czarny papier. W jednym z eksperymentów sól nie została jednak naświetlona, ​​ale klisza fotograficzna nadal była przyciemniona. Kiedy pomiędzy solą a kliszą fotograficznym umieszczono metalowy przedmiot, zaciemnienie pod spodem było mniejsze. Dlatego nowe promienie nie powstały w wyniku wzbudzenia uranu światłem i nie przeszły częściowo przez metal. Początkowo nazywano je „promieniami Becquerela”. Później odkryto, że są to głównie promienie alfa z niewielkim dodatkiem promieni beta: faktem jest, że główne izotopy uranu podczas rozpadu emitują cząstkę alfa, a produkty pochodne również ulegają rozpadowi beta.

Jak radioaktywny jest uran? Uran nie ma stabilnych izotopów; wszystkie są radioaktywne. Najdłużej żyje uran-238, którego okres półtrwania wynosi 4,4 miliarda lat. Następny jest uran-235 – 0,7 miliarda lat. Obydwa ulegają rozpadowi alfa i stają się odpowiednimi izotopami toru. Uran-238 stanowi ponad 99% całego naturalnego uranu. Ze względu na ogromny okres półtrwania radioaktywność tego pierwiastka jest niska, a dodatkowo cząsteczki alfa nie są w stanie przeniknąć przez warstwę rogową naskórka na powierzchni organizmu człowieka. Mówią, że po pracy z uranem I.V. Kurchatov po prostu wytarł ręce chusteczką i nie cierpiał na żadne choroby związane z radioaktywnością.

Badacze wielokrotnie odwoływali się do statystyk dotyczących chorób pracowników kopalń uranu i zakładów przetwórczych. Oto na przykład niedawny artykuł kanadyjskich i amerykańskich specjalistów, którzy przeanalizowali dane zdrowotne ponad 17 tysięcy pracowników kopalni Eldorado w kanadyjskiej prowincji Saskatchewan za lata 1950–1999 ( Badania środowiskowe, 2014, 130, 43–50, DOI:10.1016/j.envres.2014.01.002). Wyszli z faktu, że promieniowanie ma najsilniejszy wpływ na szybko namnażające się komórki krwi, co prowadzi do odpowiednich typów nowotworów. Statystyki wykazały, że wśród pracowników kopalń występuje mniejsza częstość występowania różnych typów nowotworów krwi niż przeciętna populacja Kanady. W tym przypadku za główne źródło promieniowania nie uważa się samego uranu, ale wytwarzany przez niego gazowy radon i produkty jego rozpadu, które mogą przedostawać się do organizmu przez płuca.

Dlaczego uran jest szkodliwy?? Podobnie jak inne metale ciężkie jest wysoce toksyczny i może powodować niewydolność nerek i wątroby. Z drugiej strony uran, będący pierwiastkiem rozproszonym, nieuchronnie występuje w wodzie, glebie i koncentrując się w łańcuchu pokarmowym przedostaje się do organizmu człowieka. Rozsądnie jest założyć, że w procesie ewolucji istoty żywe nauczyły się neutralizować uran w naturalnych stężeniach. Uran jest najbardziej niebezpieczny w wodzie, dlatego WHO ustaliła limit: początkowo wynosił 15 µg/l, ale w 2011 roku normę podwyższono do 30 µg/g. Z reguły uranu w wodzie jest znacznie mniej: w USA średnio 6,7 µg/l, w Chinach i Francji – 2,2 µg/l. Ale są też silne odchylenia. I tak w niektórych rejonach Kalifornii jest to sto razy więcej od normy - 2,5 mg/l, a w południowej Finlandii sięga 7,8 mg/l. Naukowcy próbują zrozumieć, czy standard WHO jest zbyt rygorystyczny, badając wpływ uranu na zwierzęta. Oto typowa praca ( Międzynarodowe badania BioMed, 2014, ID 181989; DOI:10.1155/2014/181989). Francuscy naukowcy karmili szczury wodą przez dziewięć miesięcy z dodatkami zubożonego uranu i to w stosunkowo wysokich stężeniach – od 0,2 do 120 mg/l. Dolną wartość stanowi woda w pobliżu kopalni, natomiast górnej nigdzie nie stwierdzono – maksymalne stężenie uranu mierzone w Finlandii wynosi 20 mg/l. Ku zaskoczeniu autorów - artykuł nosi tytuł: „Nieoczekiwany brak zauważalnego wpływu uranu na układy fizjologiczne…” - uran praktycznie nie miał wpływu na zdrowie szczurów. Zwierzęta dobrze jadły, prawidłowo przybierały na wadze, nie skarżyły się na choroby i nie umierały na raka. Uran, jak powinien, odkładał się przede wszystkim w nerkach i kościach oraz w stukrotnie mniejszych ilościach w wątrobie, a jego akumulacja zależała prawdopodobnie od zawartości wody. Nie doprowadziło to jednak do niewydolności nerek ani nawet do zauważalnego pojawienia się jakichkolwiek molekularnych markerów stanu zapalnego. Autorzy zasugerowali rozpoczęcie przeglądu rygorystycznych wytycznych WHO. Jest jednak jedno zastrzeżenie: wpływ na mózg. W mózgach szczurów było mniej uranu niż w wątrobie, ale jego zawartość nie zależała od ilości w wodzie. Jednak uran wpłynął na funkcjonowanie układu antyoksydacyjnego mózgu: aktywność katalazy wzrosła o 20%, peroksydazy glutationowej o 68–90%, a aktywność dysmutazy ponadtlenkowej spadła o 50%, niezależnie od dawki. Oznacza to, że uran wyraźnie spowodował stres oksydacyjny w mózgu i organizm na niego zareagował. Nawiasem mówiąc, ten efekt - silny wpływ uranu na mózg przy braku jego gromadzenia się w nim, a także w narządach płciowych - zauważono już wcześniej. Ponadto woda z uranem w stężeniu 75–150 mg/l, którą badacze z Uniwersytetu w Nebrasce karmili szczury przez sześć miesięcy ( Neurotoksykologia i teratologia, 2005, 27, 1, 135–144; DOI:10.1016/j.ntt.2004.09.001), wpływały na zachowanie zwierząt, głównie samców, wypuszczanych na pole: przekraczały linie, stawały na tylnych łapach i inaczej czesały futro niż zwierzęta kontrolne. Istnieją dowody na to, że uran prowadzi również do upośledzenia pamięci u zwierząt. Zmiany w zachowaniu korelowano z poziomem utleniania lipidów w mózgu. Okazuje się, że woda uranowa uczyniła szczury zdrowymi, ale raczej głupimi. Dane te będą nam przydatne w analizie tzw. syndromu wojny w Zatoce Perskiej.

Czy uran zanieczyszcza miejsca wydobycia gazu łupkowego? Zależy to od ilości uranu w skałach zawierających gaz i od tego, jak jest z nimi powiązany. Na przykład profesor nadzwyczajny Tracy Bank z uniwersytetu w Buffalo badała złoże Marcellus Shale, które rozciąga się od zachodniego Nowego Jorku, przez Pensylwanię i Ohio po Zachodnią Wirginię. Okazało się, że uran jest chemicznie powiązany dokładnie ze źródłem węglowodorów (należy pamiętać, że pokrewne łupki węglowe mają najwyższą zawartość uranu). Eksperymenty wykazały, że roztwór stosowany podczas szczelinowania doskonale rozpuszcza uran. „Kiedy uran zawarty w tych wodach wypłynie na powierzchnię, może spowodować skażenie otaczającego obszaru. Nie stwarza to ryzyka promieniowania, ale uran jest pierwiastkiem trującym” – zauważa Tracy Bank w uniwersyteckim komunikacie prasowym z dnia 25 października 2010 r. Nie opracowano jeszcze szczegółowych artykułów na temat ryzyka skażenia środowiska uranem lub torem podczas wydobycia gazu łupkowego.

Dlaczego uran jest potrzebny? Wcześniej był używany jako pigment do produkcji ceramiki i kolorowego szkła. Teraz uran jest podstawą energii nuklearnej i broni atomowej. W tym przypadku wykorzystywana jest jego unikalna właściwość - zdolność jądra do podziału.

Co to jest rozszczepienie jądrowe? Rozpad jądra na dwie nierówne duże części. Właśnie z powodu tej właściwości podczas nukleosyntezy pod wpływem napromieniowania neutronami z wielkim trudem powstają jądra cięższe od uranu. Istota zjawiska jest następująca. Jeśli stosunek liczby neutronów i protonów w jądrze nie jest optymalny, staje się ono niestabilne. Zazwyczaj takie jądro emituje albo cząstkę alfa - dwa protony i dwa neutrony, albo cząstkę beta - pozyton, czemu towarzyszy przemiana jednego z neutronów w proton. W pierwszym przypadku otrzymujemy element układu okresowego oddalony o dwie komórki do tyłu, w drugim o jedną komórkę do przodu. Jednak oprócz emisji cząstek alfa i beta jądro uranu jest zdolne do rozszczepienia - rozpadu na jądra dwóch pierwiastków znajdujących się w środku układu okresowego, na przykład baru i kryptonu, co dzieje się po otrzymaniu nowego neutronu. Zjawisko to odkryto wkrótce po odkryciu radioaktywności, kiedy fizycy wystawili nowo odkryte promieniowanie na wszystko, co tylko mogli. Oto jak pisze na ten temat Otto Frisch, uczestnik wydarzeń („Advances in Physical Sciences”, 1968, 96, 4). Po odkryciu promieni berylowych – neutronów – Enrico Fermi napromieniował nimi w szczególności uran, aby spowodować rozpad beta – miał nadzieję wykorzystać go do otrzymania kolejnego, 93. pierwiastka, zwanego obecnie neptunem. To on odkrył nowy rodzaj promieniotwórczości w napromieniowanym uranie, który skojarzył z pojawieniem się pierwiastków transuranowych. Jednocześnie spowalnianie neutronów, dla których źródło berylu pokryto warstwą parafiny, zwiększało tę indukowaną radioaktywność. Amerykański radiochemik Aristide von Grosse zasugerował, że jednym z tych pierwiastków jest protaktyn, ale się mylił. Jednak Otto Hahn, który wówczas pracował na Uniwersytecie Wiedeńskim i uważał protaktyn odkryty w 1917 r. za swoje dzieło, zdecydował, że ma obowiązek dowiedzieć się, jakie pierwiastki uzyskano. Wraz z Lise Meitner na początku 1938 roku Hahn zasugerował, na podstawie wyników eksperymentów, że całe łańcuchy pierwiastków promieniotwórczych powstają w wyniku wielokrotnych rozpadów beta pochłaniających neutrony jąder uranu-238 i jego pierwiastków potomnych. Wkrótce Lise Meitner zmuszona była uciekać do Szwecji w obawie przed możliwymi represjami ze strony nazistów po Anschlussie Austrii. Hahn, kontynuując swoje doświadczenia z Fritzem Strassmannem, odkrył, że wśród produktów znajdował się także bar, pierwiastek nr 56, którego w żaden sposób nie można było uzyskać z uranu: wszystkie łańcuchy rozpadów alfa uranu kończą się znacznie cięższym ołowiem. Badacze byli tak zaskoczeni wynikiem, że go nie opublikowali, a jedynie pisali listy do przyjaciół, w szczególności do Lise Meitner w Göteborgu. Tam na Boże Narodzenie 1938 roku odwiedził ją jej siostrzeniec Otto Frisch i przechadzając się po okolicach zimowego miasta – on na nartach, ciocia pieszo – omawiali możliwość pojawienia się baru podczas napromieniania uranu jako w wyniku rozszczepienia jądrowego (więcej o Lise Meitner w artykule „Chemia i życie”, 2013, nr 4). Wracając do Kopenhagi, Frisch dosłownie złapał Nielsa Bohra na trapie statku wypływającego do Stanów Zjednoczonych i opowiedział mu o idei rozszczepienia. Bohr, uderzając się w czoło, powiedział: „Och, jakimi głupcami byliśmy! Powinniśmy byli to zauważyć wcześniej.” W styczniu 1939 roku Frisch i Meitner opublikowali artykuł na temat rozszczepienia jąder uranu pod wpływem neutronów. W tym czasie Otto Frisch przeprowadził już eksperyment kontrolny, podobnie jak wiele amerykańskich grup, które otrzymały wiadomość od Bohra. Mówią, że fizycy zaczęli rozchodzić się do swoich laboratoriów już w czasie jego raportu z 26 stycznia 1939 roku w Waszyngtonie na dorocznej konferencji poświęconej fizyce teoretycznej, kiedy zrozumieli istotę tej idei. Po odkryciu rozszczepienia Hahn i Strassmann zrewidowali swoje eksperymenty i podobnie jak ich koledzy odkryli, że radioaktywność napromieniowanego uranu nie jest związana z transuranami, ale z rozpadem pierwiastków promieniotwórczych powstałych podczas rozszczepienia ze środka układu okresowego.

Jak zachodzi reakcja łańcuchowa w uranie? Wkrótce po doświadczalnym udowodnieniu możliwości rozszczepienia jąder uranu i toru (a na Ziemi nie ma innych pierwiastków rozszczepialnych w znaczącej ilości) pracujący w Princeton Niels Bohr i John Wheeler, a także niezależnie od nich Radziecki fizyk teoretyczny Ya.I. Frenkel oraz Niemcy Siegfried Flügge i Gottfried von Droste stworzyli teorię rozszczepienia jądrowego. Wynikały z tego dwa mechanizmy. Jeden jest związany z progową absorpcją szybkich neutronów. Według niego, aby zainicjować rozszczepienie, neutron musi mieć dość wysoką energię, większą niż 1 MeV dla jąder głównych izotopów - uranu-238 i toru-232. Przy niższych energiach absorpcja neutronów przez uran-238 ma charakter rezonansowy. Zatem neutron o energii 25 eV ma pole przekroju poprzecznego wychwytu, które jest tysiące razy większe niż w przypadku innych energii. W tym przypadku nie będzie rozszczepienia: uran-238 stanie się uranem-239, który przy okresie półtrwania wynoszącym 23,54 minuty zamieni się w neptun-239, który przy okresie półtrwania wynoszącym 2,33 dnia zamieni się w długowieczny pluton-239. Tor-232 stanie się uranem-233.

Drugim mechanizmem jest bezprogowa absorpcja neutronu, po której następuje trzeci, mniej lub bardziej powszechny izotop rozszczepialny - uran-235 (a także pluton-239 i uran-233, które nie występują w przyrodzie): przez absorbując dowolny neutron, nawet powolny, tzw. termiczny, o energii jak dla cząsteczek biorących udział w ruchu termicznym - 0,025 eV, takie jądro ulegnie rozszczepieniu. I to jest bardzo dobre: ​​neutrony termiczne mają pole przekroju poprzecznego wychwytu czterokrotnie większe niż szybkie neutrony megaelektronowoltowe. Takie jest znaczenie uranu-235 dla całej późniejszej historii energii jądrowej: to on zapewnia namnażanie neutronów w uranie naturalnym. Po uderzeniu neutronem jądro uranu-235 staje się niestabilne i szybko dzieli się na dwie nierówne części. Po drodze emitowanych jest kilka (średnio 2,75) nowych neutronów. Jeśli uderzą w jądra tego samego uranu, spowodują wykładnicze mnożenie się neutronów - nastąpi reakcja łańcuchowa, która doprowadzi do eksplozji z powodu szybkiego uwolnienia ogromnej ilości ciepła. Ani uran-238, ani tor-232 nie mogą tak działać: w końcu podczas rozszczepienia emitowane są neutrony o średniej energii 1–3 MeV, czyli jeśli próg energii wynosi 1 MeV, znaczna część neutrony z pewnością nie będą w stanie wywołać reakcji i nie będzie reprodukcji. Oznacza to, że należy zapomnieć o tych izotopach, a neutrony trzeba będzie spowolnić do energii cieplnej, aby jak najskuteczniej oddziaływać z jądrami uranu-235. Jednocześnie nie można dopuścić do ich rezonansowej absorpcji przez uran-238: wszak w uranie naturalnym ten izotop wynosi nieco mniej niż 99,3% i neutrony częściej zderzają się z nim, a nie z docelowym uranem-235. A pełniąc rolę moderatora, można utrzymać namnażanie neutronów na stałym poziomie i zapobiec wybuchowi - kontrolować reakcję łańcuchową.

Obliczenia przeprowadzone przez Ya. B. Zeldovicha i Yu. B. Kharitona w tym samym pamiętnym roku 1939 wykazały, że w tym celu konieczne jest użycie moderatora neutronów w postaci ciężkiej wody lub grafitu i wzbogacenie naturalnego uranu uranem- 235 co najmniej 1,83 razy. Wtedy pomysł ten wydał im się czystą fantazją: „Należy zauważyć, że w przybliżeniu dwukrotne wzbogacenie tych dość znacznych ilości uranu, które są niezbędne do przeprowadzenia eksplozji łańcuchowej,<...>jest zadaniem niezwykle uciążliwym, bliskim praktycznej niemożliwości”. Teraz problem ten został rozwiązany i przemysł nuklearny produkuje masowo uran wzbogacony uranem-235 do 3,5% dla elektrowni.

Co to jest spontaniczne rozszczepienie jądrowe? W 1940 r. G. N. Flerov i K. A. Petrzhak odkryli, że rozszczepienie uranu może nastąpić samoistnie, bez żadnego wpływu zewnętrznego, chociaż okres półtrwania jest znacznie dłuższy niż w przypadku zwykłego rozpadu alfa. Ponieważ w wyniku takiego rozszczepienia powstają również neutrony, jeśli nie pozwoli się im uciec ze strefy reakcji, posłużą jako inicjatorzy reakcji łańcuchowej. To właśnie to zjawisko wykorzystuje się przy tworzeniu reaktorów jądrowych.

Dlaczego energia jądrowa jest potrzebna? Zeldovich i Khariton byli jednymi z pierwszych, którzy obliczyli ekonomiczny efekt energii jądrowej (Uspekhi Fizicheskikh Nauk, 1940, 23, 4). „...W tej chwili nadal nie można wyciągnąć ostatecznych wniosków na temat możliwości lub niemożności przeprowadzenia reakcji rozszczepienia jądrowego z nieskończenie rozgałęzionymi łańcuchami w uranie. Jeśli taka reakcja jest możliwa, wówczas szybkość reakcji jest automatycznie dostosowywana tak, aby zapewnić jej płynny przebieg, pomimo ogromnej ilości energii, jaką dysponuje eksperymentator. Okoliczność ta jest niezwykle korzystna dla wykorzystania energii reakcji. Przedstawmy zatem – choć jest to podział skóry nieuśmierconego niedźwiedzia – kilka liczb charakteryzujących możliwości energetycznego wykorzystania uranu. Jeśli zatem proces rozszczepienia przebiega z szybkimi neutronami, w reakcji wychwytuje się główny izotop uranu (U238), wówczas<исходя из соотношения теплотворных способностей и цен на уголь и уран>koszt kalorii z głównego izotopu uranu okazuje się około 4000 razy tańszy niż z węgla (chyba, że ​​procesy „spalania” i odprowadzania ciepła okażą się w przypadku uranu znacznie droższe niż w przypadku węgla). W przypadku wolnych neutronów koszt kalorii „uranowej” (na podstawie powyższych liczb) będzie, biorąc pod uwagę, że obfitość izotopu U235 wynosi 0,007, już tylko 30 razy tańsza niż kaloria „węglowa”, wszystkie inne rzeczy są równe.”

Pierwszą kontrolowaną reakcję łańcuchową przeprowadził w 1942 roku Enrico Fermi na Uniwersytecie w Chicago, a reaktorem sterowano ręcznie, wpychając i wysuwając pręty grafitowe w miarę zmiany strumienia neutronów. Pierwszą elektrownię zbudowano w Obnińsku w 1954 roku. Oprócz wytwarzania energii pierwsze reaktory produkowały także pluton do celów wojskowych.

Jak działa elektrownia jądrowa? Obecnie większość reaktorów działa na wolnych neutronach. Wzbogacony uran w postaci metalu, stopu takiego jak aluminium lub tlenku umieszcza się w długich cylindrach zwanych elementami paliwowymi. Są one instalowane w reaktorze w określony sposób, a pomiędzy nimi umieszczane są pręty moderatora, które kontrolują reakcję łańcuchową. Z biegiem czasu w elemencie paliwowym gromadzą się trucizny reaktora - produkty rozszczepienia uranu, które są również zdolne do pochłaniania neutronów. Kiedy stężenie uranu-235 spadnie poniżej poziomu krytycznego, pierwiastek zostaje wycofany z eksploatacji. Zawiera jednak wiele fragmentów rozszczepialnych o silnej radioaktywności, która z biegiem lat maleje, powodując, że pierwiastki przez długi czas emitują znaczną ilość ciepła. Trzyma się je w basenach chłodniczych, a następnie zakopuje lub próbuje poddać obróbce w celu wydobycia niespalonego uranu-235, powstałego plutonu (wykorzystywano go do produkcji bomb atomowych) i innych izotopów, które można wykorzystać. Niewykorzystaną część wysyła się na cmentarze.

W tak zwanych reaktorach prędkich, czyli reaktorach powielających, wokół elementów instalowane są reflektory wykonane z uranu-238 lub toru-232. Zwalniają i wysyłają z powrotem do strefy reakcji neutrony, które są zbyt szybkie. Neutrony zwolnione do prędkości rezonansowych pochłaniają te izotopy, zamieniając się odpowiednio w pluton-239 lub uran-233, które mogą służyć jako paliwo dla elektrowni jądrowej. Ponieważ szybkie neutrony słabo reagują z uranem-235, należy znacznie zwiększyć jego stężenie, ale opłaci się to silniejszym strumieniem neutronów. Pomimo tego, że reaktory powielające uważane są za przyszłość energetyki jądrowej, gdyż wytwarzają więcej paliwa jądrowego, niż zużywają, eksperymenty wykazały, że są one trudne w zarządzaniu. Obecnie na świecie pozostał już tylko jeden taki reaktor – w czwartym bloku energetycznym elektrowni jądrowej w Biełojarsku.

Jak krytykuje się energię jądrową? Jeśli nie mówimy o wypadkach, to głównym punktem dzisiejszej argumentacji przeciwników energetyki jądrowej jest propozycja doliczenia do kalkulacji jej efektywności kosztów ochrony środowiska po likwidacji stacji i podczas pracy z paliwem. W obu przypadkach powstają wyzwania związane z niezawodnym unieszkodliwianiem odpadów promieniotwórczych, a są to koszty ponoszone przez państwo. Istnieje opinia, że ​​jeśli przeniesiemy je na koszt energii, wówczas zniknie jej atrakcyjność ekonomiczna.

Sprzeciw jest także wśród zwolenników energetyki jądrowej. Jego przedstawiciele wskazują na wyjątkowość uranu-235, który nie ma zamiennika, ponieważ w przyrodzie nie występują alternatywne izotopy rozszczepialne przez neutrony termiczne - pluton-239 i uran-233 - ze względu na ich okres półtrwania wynoszący tysiące lat. Otrzymuje się je właśnie w wyniku rozszczepienia uranu-235. Jeśli się skończy, zniknie wspaniałe naturalne źródło neutronów potrzebnych do jądrowej reakcji łańcuchowej. W wyniku takiego marnotrawstwa ludzkość straci w przyszłości możliwość włączenia do obiegu energetycznego toru-232, którego zasoby są kilkakrotnie większe niż uranu.

Teoretycznie akceleratory cząstek można wykorzystać do wytworzenia strumienia szybkich neutronów o energii megaelektronowoltów. Jeśli jednak mówimy na przykład o lotach międzyplanetarnych na silniku nuklearnym, wówczas wdrożenie schematu z nieporęcznym akceleratorem będzie bardzo trudne. Wyczerpanie się uranu-235 kładzie kres takim projektom.

Co to jest uran do celów wojskowych? Jest to wysoko wzbogacony uran-235. Jego masa krytyczna – odpowiadająca wielkości kawałka substancji, w którym samoistnie zachodzi reakcja łańcuchowa – jest na tyle mała, że ​​można wyprodukować amunicję. Taki uran można wykorzystać do budowy bomby atomowej, a także jako zapalnik do bomby termojądrowej.

Jakie katastrofy wiążą się ze stosowaniem uranu? Energia zmagazynowana w jądrach pierwiastków rozszczepialnych jest ogromna. Jeśli wymknie się spod kontroli z powodu niedopatrzenia lub celowo, energia ta może spowodować wiele problemów. Dwie najgorsze katastrofy nuklearne miały miejsce 6 i 8 sierpnia 1945 r., kiedy Siły Powietrzne Stanów Zjednoczonych zrzuciły bomby atomowe na Hiroszimę i Nagasaki, zabijając i raniąc setki tysięcy cywilów. Katastrofy na mniejszą skalę są związane z awariami w elektrowniach jądrowych i przedsiębiorstwach zajmujących się cyklem jądrowym. Pierwsza poważna awaria miała miejsce w 1949 r. w ZSRR w fabryce Majak pod Czelabińskiem, gdzie produkowano pluton; Płynne odpady radioaktywne trafiły do ​​rzeki Techa. We wrześniu 1957 r. nastąpiła na nim eksplozja, w wyniku której uwolniła się duża ilość materiału radioaktywnego. Jedenaście dni później spłonął brytyjski reaktor do produkcji plutonu w Windscale, a chmura z produktami eksplozji rozproszyła się po Europie Zachodniej. W 1979 roku spłonął reaktor w elektrowni jądrowej Three Mail Island w Pensylwanii. Najbardziej powszechne skutki przyniosły awarie w elektrowni jądrowej w Czarnobylu (1986 r.) i elektrowni jądrowej w Fukushimie (2011 r.), podczas których napromieniowane zostały miliony ludzi. Pierwsza zaśmieciła rozległe obszary, uwalniając 8 ton paliwa uranowego i produktów rozpadu w wyniku eksplozji, która rozprzestrzeniła się po całej Europie. Drugi zanieczyszczał i trzy lata po wypadku nadal zanieczyszcza Ocean Spokojny na obszarach rybackich. Likwidacja skutków tych awarii była bardzo kosztowna, a gdyby rozłożyć te koszty na koszt energii elektrycznej, znacznie by wzrósł.

Osobną kwestią są skutki dla zdrowia człowieka. Według oficjalnych statystyk wiele osób, które przeżyły bombardowanie lub mieszkały na skażonych obszarach, odniosło korzyści z promieniowania – ci pierwsi żyją dłużej, ci drudzy rzadziej chorują na nowotwory, a eksperci przypisują pewien wzrost śmiertelności stresowi społecznemu. Liczba osób, które zginęły właśnie na skutek wypadków lub w wyniku ich likwidacji, sięga kilkuset osób. Przeciwnicy elektrowni jądrowych zwracają uwagę, że awarie doprowadziły do ​​kilku milionów przedwczesnych zgonów na kontynencie europejskim, ale w kontekście statystycznym są one po prostu niewidoczne.

Wycofywanie terenów z użytkowania przez człowieka w strefach wypadków prowadzi do ciekawego rezultatu: stają się one swego rodzaju rezerwatami przyrody, w których rośnie różnorodność biologiczna. To prawda, że ​​niektóre zwierzęta cierpią na choroby wywołane promieniowaniem. Otwarte pozostaje pytanie, jak szybko dostosują się do zwiększonego tła. Istnieje także opinia, że ​​konsekwencją przewlekłego napromieniania jest „selekcja dla głupców” (por. „Chemia i życie”, 2010, nr 5): nawet w fazie embrionalnej przeżywają organizmy bardziej prymitywne. W szczególności w odniesieniu do ludzi powinno to prowadzić do obniżenia sprawności umysłowej pokolenia urodzonego na terenach skażonych wkrótce po wypadku.

Co to jest zubożony uran? Jest to uran-238, pozostały po oddzieleniu od niego uranu-235. Ilości odpadów z produkcji uranu do celów wojskowych i elementów paliwowych są duże – w samych Stanach Zjednoczonych zgromadzono 600 tysięcy ton takiego sześciofluorku uranu (problemy z tym związane zob. Chemistry and Life, 2008, nr 5). . Zawartość uranu-235 wynosi 0,2%. Odpady te trzeba albo przechować do lepszych czasów, kiedy powstaną reaktory na prędkie neutrony i będzie można przetworzyć uran-238 na pluton, albo w jakiś sposób wykorzystać.

Znaleźli dla tego zastosowanie. Uran, podobnie jak inne pierwiastki przejściowe, służy jako katalizator. Przykładowo autorzy artykułu w ACS Nano z 30 czerwca 2014 r. piszą, że katalizator wykonany z uranu lub toru z grafenem do redukcji tlenu i nadtlenku wodoru „ma ogromny potencjał zastosowania w energetyce”. Ponieważ uran ma dużą gęstość, służy jako balast dla statków i przeciwwaga dla samolotów. Metal ten nadaje się również do ochrony przed promieniowaniem w urządzeniach medycznych ze źródłami promieniowania.

Jaką broń można wyprodukować ze zubożonego uranu? Pociski i rdzenie do pocisków przeciwpancernych. Obliczenie jest tutaj następujące. Im cięższy pocisk, tym większa jest jego energia kinetyczna. Ale im większy pocisk, tym mniej skoncentrowane jest jego uderzenie. Oznacza to, że potrzebne są metale ciężkie o dużej gęstości. Pociski robi się z ołowiu (myśliwi z Uralu używali kiedyś rodzimej platyny, dopóki nie zdali sobie sprawy, że jest to metal szlachetny), natomiast rdzenie łusek wykonane są ze stopu wolframu. Ekolodzy zwracają uwagę, że ołów zanieczyszcza glebę w miejscach działań wojennych czy polowań i lepiej byłoby go zastąpić czymś mniej szkodliwym, np. wolframem. Ale wolfram nie jest tani, a uran o podobnej gęstości jest szkodliwym odpadem. Jednocześnie dopuszczalne zanieczyszczenie gleby i wody uranem jest w przybliżeniu dwukrotnie wyższe niż w przypadku ołowiu. Dzieje się tak, ponieważ pomija się słabą radioaktywność zubożonego uranu (a jest ona również o 40% mniejsza niż uranu naturalnego) i bierze się pod uwagę naprawdę niebezpieczny czynnik chemiczny: uran, jak pamiętamy, jest trujący. Jednocześnie jego gęstość jest 1,7 razy większa niż ołowiu, co oznacza, że ​​rozmiar pocisków uranowych można zmniejszyć o połowę; uran jest znacznie bardziej ogniotrwały i twardy niż ołów - podczas wystrzeliwania mniej paruje, a gdy trafi w cel, wytwarza mniej mikrocząstek. Ogólnie rzecz biorąc, pocisk uranowy jest mniej zanieczyszczający niż pocisk ołowiany, chociaż takie wykorzystanie uranu nie jest pewne.

Wiadomo jednak, że płyty ze zubożonego uranu służą do wzmacniania pancerza amerykańskich czołgów (ułatwia to jego wysoka gęstość i temperatura topnienia), a także zamiast stopu wolframu w rdzeniach pocisków przeciwpancernych. Rdzeń uranowy jest również dobry, ponieważ uran jest piroforyczny: jego gorące małe cząsteczki powstałe w wyniku uderzenia w pancerz wybuchają i podpalają wszystko wokół. Obydwa zastosowania są uważane za bezpieczne dla promieniowania. Zatem obliczenia wykazały, że nawet po roku siedzenia w zbiorniku o pancerzu uranowym załadowanym amunicją uranową załoga otrzyma tylko jedną czwartą dopuszczalnej dawki. Aby uzyskać roczną dopuszczalną dawkę, należy przykręcić taką amunicję do powierzchni skóry na 250 godzin.

Pociski z rdzeniem uranowym – do dział lotniczych kal. 30 mm lub podkalibrów artylerii – były używane przez Amerykanów w ostatnich wojnach, począwszy od kampanii w Iraku w 1991 roku. W tym samym roku spadł deszcz na irackie jednostki pancerne w Kuwejcie i podczas ich odwrotu 300 ton zubożonego uranu, z czego 250 ton, czyli 780 tysięcy nabojów, wystrzelono w działa lotnicze. W Bośni i Hercegowinie podczas bombardowania armii nierozpoznanej Republiki Serbskiej zużyto 2,75 tony uranu, a podczas ostrzału armii jugosłowiańskiej w rejonie Kosowa i Metohiji – 8,5 tony, czyli 31 tysięcy nabojów. Ponieważ WHO była już wówczas zaniepokojona konsekwencjami użycia uranu, przeprowadzono monitorowanie. Pokazał, że jedna salwa składała się z około 300 nabojów, z czego 80% zawierało zubożony uran. 10% trafiło w cele, a 82% spadło w promieniu 100 metrów od nich. Reszta rozproszyła się w promieniu 1,85 km. Pocisk, który trafił w czołg, spłonął i zamienił się w aerozol, a pocisk uranowy przebił lekkie cele, takie jak transportery opancerzone. W ten sposób co najwyżej półtora tony pocisków mogłoby w Iraku zamienić się w pył uranowy. Według ekspertów z amerykańskiego centrum badań strategicznych RAND Corporation więcej, od 10 do 35% zużytego uranu, zamieniło się w aerozol. Chorwacki działacz na rzecz amunicji przeciwuranowej Asaf Durakovic, który pracował w różnych organizacjach, od szpitala King Faisal w Riyadzie po Washington Uranium Medical Research Center, szacuje, że w samym południowym Iraku w 1991 r. powstało 3–6 ton submikronowych cząstek uranu, które były rozproszone na dużym obszarze, czyli zanieczyszczenie uranem jest porównywalne z Czarnobylem.

W odróżnieniu od drugiego, najpowszechniejszego izotopu uranu 238U, w 235U możliwa jest samopodtrzymująca się jądrowa reakcja łańcuchowa. Dlatego izotop ten jest wykorzystywany jako paliwo w reaktorach jądrowych, a także w broni jądrowej.

Aktywność jednego grama tego nuklidu wynosi około 80 kBq.

• 1 Powstawanie i upadek
• 2 Przymusowy podział
  • 2.1 Jądrowa reakcja łańcuchowa
• 3 Izomery
• 4 Zastosowanie
• 5 Zobacz także
• 6 Notatki

Powstawanie i rozkład

Uran-235 powstaje w wyniku następujących rozpadów:

• β− rozpad nuklidu 235Pa (okres półtrwania wynosi 24,44(11) min):

• Wychwyt K przeprowadzany przez nuklid 235Np (okres półtrwania wynosi 396,1(12) dni):

• α-rozpad nuklidu 239Pu (okres półtrwania wynosi 2,411(3)·104 lata):

Rozpad uranu-235 zachodzi w następujących kierunkach:

• Rozpad α w 231Th (prawdopodobieństwo 100%, energia rozpadu 4678,3(7) keV):

• Spontaniczne rozszczepienie (prawdopodobieństwo 7(2)·10−9%);
• Rozpad klastrów z utworzeniem nuklidów 20Ne, 25Ne i 28Mg (prawdopodobieństwa wynoszą odpowiednio 8(4)·10−10%, 8·10−10%, 8·10−10%):

Wymuszony podział

Na początku lat 30. XX w. Enrico Fermi napromieniował uran neutronami w celu otrzymania pierwiastków transuranowych. Ale w 1939 roku O. Hahn i F. Strassmann byli w stanie wykazać, że gdy neutron jest absorbowany przez jądro uranu, zachodzi reakcja wymuszonego rozszczepienia. Z reguły jądro dzieli się na dwa fragmenty i uwalniane są 2-3 neutrony (patrz schemat).

W produktach rozszczepienia uranu-235 odkryto około 300 izotopów różnych pierwiastków: od Z=30 (cynk) do Z=64 (gadolin). Krzywa względnej wydajności izotopów powstałych podczas napromieniania uranu-235 wolnymi neutronami na liczbie masowej jest symetryczna i przypomina kształtem literę „M”. Dwa wyraźne maksima tej krzywej odpowiadają liczbom masowym 95 i 134, a minimum występuje w zakresie liczb masowych od 110 do 125. Zatem następuje rozszczepienie uranu na fragmenty o jednakowych masach (o liczbach masowych 115-119). z mniejszym prawdopodobieństwem niż rozszczepienie asymetryczne. Tendencję tę obserwuje się we wszystkich izotopach rozszczepialnych i nie jest ona związana z żadnymi indywidualnymi właściwościami jąder lub cząstek, ale jest nieodłącznie związana z samym mechanizmem rozszczepienia jądrowego. Jednakże asymetria maleje wraz ze wzrostem energii wzbudzenia jądra rozszczepialnego i gdy energia neutronów przekracza 100 MeV, rozkład mas fragmentów rozszczepienia ma jedno maksimum, odpowiadające symetrycznemu rozszczepieniu jądra.

Jedna z opcji wymuszonego rozszczepienia uranu-235 po absorpcji neutronu (schemat)

Fragmenty powstałe podczas rozszczepienia jądra uranu są z kolei radioaktywne i podlegają łańcuchowi rozpadów β−, podczas których przez długi czas stopniowo uwalniana jest dodatkowa energia. Średnia energia wydzielana podczas rozpadu jednego jądra uranu-235, biorąc pod uwagę rozpad fragmentów, wynosi w przybliżeniu 202,5 ​​MeV = 3,244·10−11 J, czyli 19,54 TJ/mol = 83,14 TJ/kg.

Rozszczepienie jądrowe to tylko jeden z wielu procesów zachodzących podczas oddziaływania neutronów z jądrami, to on leży u podstaw działania każdego reaktora jądrowego.

Jądrowa reakcja łańcuchowa

Podczas rozpadu jednego jądra 235U emitowane jest zwykle od 1 do 8 (średnio 2,5) wolnych neutronów. Każdy neutron powstały podczas rozpadu jądra 235U, poddany oddziaływaniu z innym jądrem 235U, może spowodować nowy akt rozpadu, zjawisko to nazywa się reakcją łańcuchową rozszczepienia jądrowego.

Hipotetycznie liczba neutronów drugiej generacji (po drugim etapie rozpadu jądrowego) może przekroczyć 3² = 9. Z każdym kolejnym etapem reakcji rozszczepienia liczba wytwarzanych neutronów może rosnąć niczym lawina. W rzeczywistych warunkach wolne neutrony mogą nie wywołać nowego zdarzenia rozszczepienia, opuszczając próbkę przed wychwyceniem 235U lub zostać wychwycone albo przez sam izotop 235U, przekształcając go w 236U, albo przez inne materiały (na przykład 238U lub powstały fragmenty rozszczepienia, takie jak 149Sm lub 135Xe).

Jeśli średnio każdy akt rozszczepienia generuje kolejny nowy akt rozszczepienia, wówczas reakcja staje się samopodtrzymująca; stan ten nazywa się krytycznym. (patrz także mnożnik neutronów )

W rzeczywistych warunkach osiągnięcie stanu krytycznego uranu nie jest takie proste, gdyż na przebieg reakcji wpływa wiele czynników. Na przykład naturalny uran składa się tylko z 0,72% 235U, 99,2745% to 238U, który pochłania neutrony powstające podczas rozszczepienia jąder 235U. Prowadzi to do tego, że reakcja łańcuchowa rozszczepienia w uranie naturalnym zanika obecnie bardzo szybko. Ciągłą reakcję łańcuchową rozszczepienia można przeprowadzić na kilka głównych sposobów:

• Zwiększyć objętość próbki (w przypadku uranu wyizolowanego z rudy masę krytyczną można osiągnąć zwiększając objętość);
• Przeprowadzić separację izotopów zwiększając stężenie 235U w próbce;
• Ogranicz utratę wolnych neutronów przez powierzchnię próbki poprzez zastosowanie różnego rodzaju reflektorów;
• Użyj substancji moderatora neutronów, aby zwiększyć stężenie neutronów termicznych.

Izomery

Jedynym znanym izomerem jest 235Um o następujących właściwościach:

• Nadmiar masy: 40 920,6(1,8) keV
• Energia wzbudzenia: 76,5(4) eV
• Okres półtrwania: 26 min
• Spin i parzystość jądrowa: 1/2+

Rozkład stanu izomerycznego następuje poprzez przejście izomeru do stanu podstawowego.

Aplikacja

• Uran-235 jest stosowany jako paliwo w reaktorach jądrowych, w których przeprowadza się kontrolowaną reakcję łańcuchową rozszczepienia jądrowego;
• Wysoko wzbogacony uran jest używany do tworzenia broni nuklearnej. W tym przypadku wykorzystuje się niekontrolowaną reakcję łańcuchową jądrową, która uwalnia dużą ilość energii (eksplozja).

Zobacz też

• Izotopy uranu
• Separacja izotopowa

Notatki

1. 1 2 3 4 5 G. Audi, A.H. Wapstra i C. Thibault (2003). „Ocena masy atomowej AME2003 (II). Tabele, wykresy i odniesienia”. Fizyka Jądrowa A 729 : 337-676. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. Kod Biblioteki: 2003NuPhA.729..337A.
2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot i A. H. Wapstra (2003). „Ocena NUBASE właściwości jądrowych i rozpadu”. Fizyka Jądrowa A 729 : 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. Kod Biblioteki: 2003NuPhA.729....3A.
3. Hoffman K. Czy można zrobić złoto? - wyd. 2 wymazany - L.: Chemia, 1987. - s. 130. - 232 s. - 50 000 egzemplarzy.
4. Dziś w historii nauki
5. 1 2 3 Fialkov Yu Ya Zastosowanie izotopów w chemii i przemyśle chemicznym. - Kijów: Tekhnika, 1975. - s. 87. - 240 s. - 2000 egzemplarzy.
6. Tabela stałych fizycznych i chemicznych, rozdział 4.7.1: Rozszczepienie jądrowe. Kaye i Laby w Internecie. Zarchiwizowane od oryginału w dniu 8 kwietnia 2012 r.
7. Bartolomei G. G., Baibakov V. D., Alkhutov M. S., Bat G. A. Podstawy teorii i metody obliczania reaktorów jądrowych. - M.: Energoatomizdat, 1982. - s. 512.

uran 235 50, uran 235 75, uran 235 obszar, uran 235/75r15

Uran to pierwiastek chemiczny z rodziny aktynowców o liczbie atomowej 92. Jest najważniejszym paliwem jądrowym. Jego stężenie w skorupie ziemskiej wynosi około 2 części na milion. Do ważnych minerałów uranu zalicza się tlenek uranu (U 3 O 8), uraninit (UO 2), karnotyt (uranylowanadan potasu), otenit (fosforan uranylu potasu) i torbernit (wodny fosforan miedzi uranylu). Te i inne rudy uranu są źródłami paliwa jądrowego i zawierają wielokrotnie więcej energii niż wszystkie znane złoża paliw kopalnych możliwych do wydobycia. 1 kg uranu 92 U dostarcza tyle samo energii, co 3 miliony kg węgla.

Historia odkryć

Pierwiastek chemiczny uran jest gęstym, twardym metalem o srebrzystobiałym kolorze. Jest ciągliwy, kowalny i nadaje się do polerowania. W powietrzu metal utlenia się, a po zmiażdżeniu zapala się. Stosunkowo słabo przewodzi prąd. Elektroniczny wzór uranu to 7s2 6d1 5f3.

Chociaż pierwiastek został odkryty w 1789 r. przez niemieckiego chemika Martina Heinricha Klaprotha i nadał mu nazwę na cześć niedawno odkrytej planety Uran, sam metal wyizolował w 1841 r. francuski chemik Eugene-Melchior Peligot w drodze redukcji z czterochlorku uranu (UCl 4) za pomocą potas.

Radioaktywność

Stworzenie układu okresowego przez rosyjskiego chemika Dmitrija Mendelejewa w 1869 r. skupiło uwagę na uranie jako najcięższym znanym pierwiastku, którym pozostał aż do odkrycia neptunu w 1940 r. W 1896 r. francuski fizyk Henri Becquerel odkrył w nim zjawisko radioaktywności. Właściwość tę odkryto później w wielu innych substancjach. Obecnie wiadomo, że uran, radioaktywny we wszystkich swoich izotopach, składa się z mieszaniny 238 U (99,27%, okres półtrwania - 4 510 000 000 lat), 235 U (0,72%, okres półtrwania - 713 000 000 lat) i 234 U (0,006 %, okres półtrwania – 247 000 lat). Pozwala to na przykład określić wiek skał i minerałów, aby zbadać procesy geologiczne i wiek Ziemi. W tym celu mierzą ilość ołowiu, który jest końcowym produktem radioaktywnego rozpadu uranu. W tym przypadku 238 U jest elementem początkowym, a 234 U jest jednym z produktów. 235 U powoduje powstanie serii rozpadu aktynu.

Odkrycie reakcji łańcuchowej

Pierwiastek chemiczny uran stał się przedmiotem szerokiego zainteresowania i intensywnych badań po tym, jak niemieccy chemicy Otto Hahn i Fritz Strassmann odkryli w nim rozszczepienie jądrowe pod koniec 1938 roku, kiedy został on zbombardowany powolnymi neutronami. Na początku 1939 roku włosko-amerykański fizyk Enrico Fermi zasugerował, że wśród produktów rozszczepienia atomu mogą znajdować się cząstki elementarne zdolne do wywołania reakcji łańcuchowej. W 1939 roku amerykańscy fizycy Leo Szilard i Herbert Anderson, a także francuski chemik Frederic Joliot-Curie i ich współpracownicy potwierdzili tę prognozę. Późniejsze badania wykazały, że podczas rozszczepienia atomu uwalniane jest średnio 2,5 neutronów. Odkrycia te doprowadziły do ​​pierwszej samowystarczalnej nuklearnej reakcji łańcuchowej (12.02.1942), pierwszej bomby atomowej (16.07.1945), jej pierwszego użycia w działaniach wojennych (08.06.1945), pierwszej atomowej łodzi podwodnej ( 1955) i pierwszą pełnowymiarową elektrownię jądrową (1957).

Stany utlenienia

Pierwiastek chemiczny uran, będący mocnym metalem elektrododatnim, reaguje z wodą. Rozpuszcza się w kwasach, ale nie w zasadach. Ważne stopnie utlenienia to +4 (jak w przypadku tlenku UO 2, tetrahalogenków, takich jak UCl 4 i jon zielonej wody U4+) i +6 (jak w przypadku tlenku UO 3, heksafluorku UF 6 i jonu uranylu UO 2 2+). W roztworze wodnym uran jest najbardziej stabilny w składzie jonu uranylu, który ma strukturę liniową [O = U = O] 2+. Element ma również stany +3 i +5, ale są one niestabilne. Czerwień U 3+ utlenia się powoli w wodzie niezawierającej tlenu. Barwa jonu UO 2+ nie jest znana, ponieważ ulega on dysproporcjonowaniu (UO 2+ ulega zarówno redukcji do U 4+, jak i utlenieniu do UO 2 2+) nawet w bardzo rozcieńczonych roztworach.

Paliwo jądrowe

Pod wpływem wolnych neutronów następuje rozszczepienie atomu uranu w stosunkowo rzadkim izotopie 235 U. Jest to jedyny naturalnie występujący materiał rozszczepialny i należy go oddzielić od izotopu 238 U. Jednakże po absorpcji i ujemnym rozpadzie beta uran -238 zamienia się w syntetyczny pierwiastek pluton, który ulega rozszczepieniu pod wpływem wolnych neutronów. Dlatego uran naturalny może być stosowany w reaktorach konwertorowych i reprodukcyjnych, w których rozszczepienie wspomagane jest rzadkim 235 U, a pluton powstaje jednocześnie z transmutacją 238 U. Rozszczepialny 233 U można syntetyzować z szeroko występującego naturalnie występującego izotopu toru-232 do wykorzystania jako paliwo jądrowe. Uran odgrywa także ważną rolę jako podstawowy materiał, z którego otrzymuje się syntetyczne pierwiastki transuranowe.

Inne zastosowania uranu

Związki pierwiastka chemicznego były wcześniej stosowane jako barwniki do ceramiki. Sześciofluorek (UF 6) to ciało stałe o niezwykle wysokim ciśnieniu pary (0,15 atm = 15 300 Pa) w temperaturze 25 °C. UF 6 jest chemicznie bardzo reaktywny, ale pomimo swojego korozyjnego charakteru w stanie pary, UF 6 jest szeroko stosowany w metodach dyfuzji gazowej i wirówce gazowej do produkcji wzbogaconego uranu.

Związki metaloorganiczne stanowią interesującą i ważną grupę związków, w których wiązania metal-węgiel łączą metal z grupami organicznymi. Uranocen to związek organouranowy U(C 8 H 8) 2, w którym atom uranu jest umieszczony pomiędzy dwiema warstwami pierścieni organicznych związanych z cyklooktatetraenem C 8 H 8. Jego odkrycie w 1968 roku otworzyło nową dziedzinę chemii metaloorganicznej.

Zubożony uran naturalny jest stosowany jako ochrona przed promieniowaniem, balast, w pociskach przeciwpancernych i opancerzeniu czołgów.

Recykling

Pierwiastek chemiczny, choć bardzo gęsty (19,1 g/cm3), jest substancją stosunkowo słabą, niepalną. Rzeczywiście, właściwości metaliczne uranu wydają się plasować go gdzieś pomiędzy srebrem a innymi prawdziwymi metalami i niemetalami, dlatego nie jest on stosowany jako materiał konstrukcyjny. Główna wartość uranu polega na radioaktywnych właściwościach jego izotopów i ich zdolności do rozszczepienia. W naturze prawie cały (99,27%) metal składa się z 238 U. Reszta to 235 U (0,72%) i 234 U (0,006%). Spośród tych naturalnych izotopów tylko 235 U ulega bezpośredniemu rozszczepieniu w wyniku napromieniowania neutronami. Jednakże po wchłonięciu 238 U tworzy 239 U, które ostatecznie rozpada się na 239 Pu, materiał rozszczepialny o ogromnym znaczeniu dla energetyki jądrowej i broni jądrowej. Inny izotop rozszczepialny, 233 U, może powstać w wyniku napromieniowania neutronami o energii 232 Th.

Formy krystaliczne

Właściwości uranu powodują, że reaguje on z tlenem i azotem nawet w normalnych warunkach. W wyższych temperaturach reaguje z szeroką gamą metali stopowych, tworząc związki międzymetaliczne. Tworzenie się roztworów stałych z innymi metalami jest rzadkie ze względu na specjalne struktury krystaliczne utworzone przez atomy pierwiastka. Pomiędzy temperaturą pokojową a temperaturą topnienia 1132 °C uran metaliczny występuje w 3 postaciach krystalicznych, znanych jako alfa (α), beta (β) i gamma (γ). Transformacja ze stanu α do β następuje w temperaturze 668°C, a ze stanu β do γ w temperaturze 775°C. γ-uran ma sześcienną strukturę kryształu skupioną wokół ciała, podczas gdy β ma tetragonalną strukturę kryształu. Faza α składa się z warstw atomów o wysoce symetrycznej strukturze rombowej. Ta anizotropowo zniekształcona struktura zapobiega zastępowaniu atomów uranu przez atomy metali stopowych lub zajmowaniu przestrzeni między nimi w sieci krystalicznej. Stwierdzono, że jedynie molibden i niob tworzą roztwory stałe.

Kruszec

Skorupa ziemska zawiera około 2 części uranu na milion, co wskazuje na jego powszechne występowanie w przyrodzie. Szacuje się, że oceany zawierają 4,5 × 10 9 ton tego pierwiastka chemicznego. Uran jest ważnym składnikiem ponad 150 różnych minerałów i drugorzędnym składnikiem kolejnych 50. Do minerałów pierwotnych występujących w magmowych żyłach hydrotermalnych i pegmatytach zalicza się uraninit i jego odmiana blenda smołowa. W rudach tych pierwiastek występuje w postaci dwutlenku, który w wyniku utlenienia może wahać się od UO 2 do UO 2,67. Inne istotne ekonomicznie produkty z kopalń uranu to autunit (uwodniony fosforan uranylu wapnia), tobernit (uwodniony fosforan miedzi uranylu), trumna (czarny uwodniony krzemian uranu) i karnotyt (uwodniony wanadan uranylu potasu).

Szacuje się, że ponad 90% znanych tanich zasobów uranu znajduje się w Australii, Kazachstanie, Kanadzie, Rosji, Republice Południowej Afryki, Nigrze, Namibii, Brazylii, Chinach, Mongolii i Uzbekistanie. Duże złoża znajdują się w zlepieniowych formacjach skalnych jeziora Elliot, położonych na północ od jeziora Huron w Ontario w Kanadzie, oraz w południowoafrykańskiej kopalni złota Witwatersrand. Formacje piaskowe na płaskowyżu Kolorado i w dorzeczu Wyoming w zachodnich Stanach Zjednoczonych również zawierają znaczne zasoby uranu.

Produkcja

Rudy uranu występują zarówno w złożach przypowierzchniowych, jak i głębokich (300-1200 m). Pod ziemią miąższość pokładu sięga 30 m. Podobnie jak w przypadku rud innych metali, uran wydobywa się na powierzchni przy użyciu dużego sprzętu do robót ziemnych, a zagospodarowanie głębokich złóż odbywa się tradycyjnymi metodami pionowymi i nachylonymi miny. Światowa produkcja koncentratu uranu w 2013 roku wyniosła 70 tysięcy ton. Najbardziej produktywne kopalnie uranu zlokalizowane są w Kazachstanie (32% całej produkcji), Kanadzie, Australii, Nigrze, Namibii, Uzbekistanie i Rosji.

Rudy uranu zazwyczaj zawierają tylko niewielkie ilości minerałów zawierających uran i nie nadają się do wytapiania bezpośrednimi metodami pirometalurgicznym. Zamiast tego należy zastosować procedury hydrometalurgiczne w celu ekstrakcji i oczyszczenia uranu. Zwiększanie stężenia znacznie zmniejsza obciążenie obiegów technologicznych, jednak żadna z konwencjonalnych metod wzbogacania powszechnie stosowanych w przetwórstwie minerałów, takich jak sortowanie grawitacyjne, flotacyjne, elektrostatyczne, a nawet ręczne, nie ma zastosowania. Z nielicznymi wyjątkami metody te powodują znaczną utratę uranu.

Palenie

Hydrometalurgiczna obróbka rud uranu jest często poprzedzona etapem kalcynacji w wysokiej temperaturze. Wypalanie odwadnia glinę, usuwa materiały zawierające węgiel, utlenia związki siarki do nieszkodliwych siarczanów i utlenia wszelkie inne środki redukujące, które mogą zakłócać późniejszą obróbkę.

Wymywanie

Uran ekstrahuje się z prażonych rud zarówno kwaśnymi, jak i zasadowymi roztworami wodnymi. Aby wszystkie systemy ługujące działały pomyślnie, pierwiastek chemiczny musi albo początkowo występować w bardziej stabilnej formie sześciowartościowej, albo zostać utleniony do tego stanu podczas przetwarzania.

Ługowanie kwasem zwykle przeprowadza się przez mieszanie mieszaniny rudy i środka wiążącego przez 4-48 godzin w temperaturze otoczenia. Z wyjątkiem szczególnych okoliczności stosuje się kwas siarkowy. Dostarcza się go w ilościach wystarczających do uzyskania końcowego ługu o pH 1,5. Schematy ługowania kwasem siarkowym zazwyczaj wykorzystują dwutlenek manganu lub chloran w celu utlenienia czterowartościowego U4+ do sześciowartościowego uranylu (UO22+). Zazwyczaj do utlenienia U 4+ wystarcza około 5 kg dwutlenku manganu lub 1,5 kg chloranu sodu na tonę. W obu przypadkach utleniony uran reaguje z kwasem siarkowym, tworząc anion 4- kompleksowy siarczanu uranylu.

Rudę zawierającą znaczne ilości niezbędnych minerałów, takich jak kalcyt czy dolomit, ługuje się 0,5-1 molowym roztworem węglanu sodu. Chociaż badano i testowano różne odczynniki, głównym utleniaczem uranu jest tlen. Zazwyczaj rudę ługuje się powietrzem pod ciśnieniem atmosferycznym i w temperaturze 75–80°C przez okres czasu zależny od konkretnego składu chemicznego. Zasada reaguje z uranem, tworząc łatwo rozpuszczalny jon kompleksowy 4-.

Roztwory powstałe w wyniku ługowania kwasem lub węglanem muszą zostać sklarowane przed dalszym przetwarzaniem. Separację iłów i innych zawiesin rud na dużą skalę osiąga się dzięki zastosowaniu skutecznych środków flokulujących, w tym poliakryloamidów, gumy guar i kleju zwierzęcego.

Ekstrakcja

Jony 4- i 4-kompleksowe można sorbować z odpowiednich roztworów ługujących żywicy jonowymiennej. Te specjalistyczne żywice, charakteryzujące się kinetyką adsorpcji i elucji, wielkością cząstek, stabilnością i właściwościami hydraulicznymi, mogą być stosowane w różnych technologiach przetwarzania, takich jak złoże stałe, złoże ruchome, żywica koszowa i żywica ciągła. Zazwyczaj do elucji zasorbowanego uranu stosuje się roztwory chlorku sodu i amoniaku lub azotanów.

Uran można wyizolować z kwaśnych ługów rud poprzez ekstrakcję rozpuszczalnikiem. W przemyśle stosuje się kwasy alkilofosforowe oraz drugo- i trzeciorzędowe alkiloaminy. Ogólnie rzecz biorąc, w przypadku kwaśnych filtratów zawierających więcej niż 1 g/l uranu preferowana jest ekstrakcja rozpuszczalnikiem zamiast metod wymiany jonowej. Jednakże metody tej nie można zastosować do ługowania węglanem.

Uran jest następnie oczyszczany przez rozpuszczenie w kwasie azotowym z wytworzeniem azotanu uranylu, ekstrahowany, krystalizowany i kalcynowany z wytworzeniem trójtlenku UO3. Zredukowany dwutlenek UO2 reaguje z fluorowodorem, tworząc tetafluorek UF4, z którego uran metaliczny jest redukowany magnezem lub wapniem w temperaturze 1300 °C.

Tetrafluorek można fluorować w temperaturze 350 ° C, tworząc sześciofluorek UF 6, który służy do oddzielania wzbogaconego uranu-235 poprzez dyfuzję gazową, wirowanie gazu lub dyfuzję termiczną cieczy.

Uran. Uran naturalny składa się z mieszaniny trzech izotopów: uran-234, uran-235, uran-238. Sztuczny radioaktywny - o liczbach masowych 227-240. Okres półtrwania uranu-235 wynosi 7x108 lat, uranu-238 wynosi 4,5x109 lat. Podczas rozpadu uranu i jego pochodnych emitowane są radionuklidy, promieniowanie alfa i beta, a także promienie gamma. Uran przenika do organizmu na różne sposoby, w tym przez skórę. Rozpuszczalne związki są szybko wchłaniane do krwi i rozprowadzane do narządów i tkanek, gromadząc się w nerkach, kościach, wątrobie i śledzionie. Biologiczny okres półtrwania z płuc wynosi 118-150 dni, ze szkieletu - 450 dni. Ze względu na uran i produkty jego rozpadu roczna stopa wynosi 1,34 mSv.

Tor. Tor-232 jest gazem obojętnym. Produkty jego rozpadu to stałe substancje radioaktywne. Okres półtrwania wynosi 1,4x1010 lat. Podczas przemian toru i produktów jego rozpadu uwalniane są cząstki alfa-beta oraz kwanty gamma. Minerał torianit zawiera do 45-88% toru. Pręty paliwowe wykonane są ze stopu toru ze wzbogaconym uranem. Do organizmu dostaje się przez płuca, przewód pokarmowy i skórę. Gromadzi się w szpiku kostnym i śledzionie. Biologiczny okres półtrwania w eliminacji z większości narządów wynosi 700 dni, ze szkieletu - 68 lat.

Rad. Rad-226 jest najważniejszym produktem rozpadu radioaktywnego uranu-238. Okres półtrwania 1622. Jest to srebrzystobiały metal. Szeroko stosowany w medycynie jako źródło cząstek alfa do radioterapii. Do organizmu dostaje się przez drogi oddechowe, przewód pokarmowy i skórę. Większość przychodzącego radu osadza się w szkielecie. Biologiczny okres półtrwania w kościach wynosi około 17 lat, w płucach – 180 dni, z innych narządów jest eliminowany w ciągu pierwszych dwóch dni. Dostając się do organizmu człowieka, powoduje uszkodzenie tkanki kostnej i czerwonego szpiku kostnego, co prowadzi do zaburzeń hematopoezy, złamań i rozwoju nowotworów. W ciągu jednego dnia 1 g radu po rozpadzie daje 1 mm3 radonu.

Radon. Radon-222 jest bezbarwnym i bezwonnym gazem. Okres półtrwania 3,83 dnia. Produkt rozpadu radu-226. Radon jest emiterem alfa. Powstaje w złożach uranu w rudach radioaktywnych, występujących w gazie ziemnym, wodach gruntowych itp. Może także przedostawać się przez szczeliny w skałach, w źle wentylowanych kopalniach i kopalniach jego stężenie może osiągać duże wartości. Radon występuje w wielu materiałach budowlanych. Przedostaje się również do atmosfery podczas aktywności wulkanicznej, podczas produkcji fosforanów i podczas pracy elektrowni geotermalnych.

Do celów leczniczych wykorzystuje się go w postaci kąpieli radonowych przy leczeniu chorób stawów, kości, obwodowego układu nerwowego, przewlekłych chorób ginekologicznych itp. Stosowany jest także w postaci inhalacji, irygacji, połykania wody zawierający radon. Do organizmu dostaje się głównie przez drogi oddechowe. Okres półtrwania z organizmu wynosi 24 godziny. Radon dostarcza ¾ rocznej dawki równoważnej ze źródeł promieniowania naziemnego i około ½ dawki ze wszystkich naturalnych źródeł promieniowania.

Potas. Potas-40 jest srebrzystobiałym metalem, nie występuje w postaci wolnej, ponieważ jest bardzo aktywny chemicznie. Pół życia
1,32 x 109 lat. Podczas rozpadu emituje cząstkę beta. Jest to typowy element biologiczny. Zapotrzebowanie człowieka na potas wynosi 2-3 mg na kilogram masy ciała dziennie. Dużo potasu znajduje się w ziemniakach, burakach i pomidorach. Organizm wchłania 100% dostarczanego potasu i rozprowadza go równomiernie po wszystkich narządach, przy czym stosunkowo więcej znajduje się w wątrobie i śledzionie. Okres półtrwania wynosi około 60 dni.

Jod. Jod-131 powstaje w reakcjach rozszczepienia uranu i plutonu, a także podczas napromieniania telluru neutronami. Okres półtrwania 8,05 dnia. Dostaje się do organizmu przez układ oddechowy, przewód pokarmowy (wchłanianie 100% dostarczonego jodu) i skórę. Gromadzi się głównie w tarczycy, w gruczole jego stężenie jest 200 razy większe niż w innych tkankach. Podczas rozpadu jod uwalnia cząstkę beta i 2 kwanty gamma. Okres półtrwania w tarczycy wynosi 138 dni, w innych narządach 10-15 dni. Z ciała kobiety ciężarnej jod przenika przez łożysko do płodu.

Cez. Cez-137 ma decydujący udział w całkowitej równoważnej dawce promieniowania. Cez jest srebrzystobiałym metalem. Jest źródłem promieniowania beta i gamma. Okres półtrwania cezu-137 -
30 lat. Przed awarią w Czarnobylu głównym źródłem cezu przedostającego się do środowiska były eksplozje nuklearne. Większość osadzonego cezu ma postać łatwo wchłanialną. U roślin gromadzi się głównie w słomie i wierzchołkach. 100% przyjętego cezu jest wchłaniane w jelitach. Gromadzi się głównie w tkance mięśniowej. Okres półtrwania w mięśniach wynosi 140 dni.

Stront. Stront-90 - okres półtrwania - 28,6 lat (dla strontu-89 - 50,5 dni). Stront-90 jest emiterem beta. Stront jest łatwo wchłaniany przez rośliny, zwierzęta i ludzi. Koncentratorem strontu jest kukurydza, zawartość strontu jest w niej 5-20 razy większa niż w glebie. W organizmie człowieka, w zależności od diety, w przewodzie pokarmowym wchłania się od 5% do 100% dostarczonego strontu (średnio 30%). Gromadzi się głównie w szkielecie. Maksymalne stężenie obserwuje się u dzieci poniżej 1 roku życia. Okres półtrwania strontu z tkanek miękkich wynosi do 10 dni, z kości - do 8-10 lat.

Pluton. Pluton-239 jest emiterem alfa. Jego okres półtrwania wynosi 24 360 lat. Jest to srebrzystobiały metal. Źródłem plutonu są eksplozje jądrowe, a także reaktory elektrowni jądrowych, zwłaszcza uwolnienia awaryjne. W glebie występuje w warstwach powierzchniowych i osadach dennych zbiorników wodnych. Do organizmu dostaje się przez płuca i przewód pokarmowy, z przewodu pokarmowego wchłania się w ilości znacznie poniżej 1%. Gromadzi się w płucach, wątrobie, tkance kostnej. Okres półtrwania w eliminacji ze szkieletu wynosi 100 lat, z wątroby - 40 lat.

Ameryka. Ameryk-241 jest produktem rozpadu plutonu-241 (okres półtrwania 241Pu wynosi 14,4 lat). Okres półtrwania ameryku-241 wynosi 432,2 lat, a podczas rozpadu uwalnia on cząstkę alfa. Ameryk rozpuszcza się w wodzie znacznie lepiej niż pluton i dlatego ma większą zdolność migracji. Kumuluje się do 99% w powierzchniowych warstwach gleby, 10% ameryku występuje w postaci rozpuszczonej i jest łatwo przyswajalne przez rośliny. U ludzi skoncentrowany w szkielecie, wątrobie, nerkach. Okres półtrwania ze szkieletu wynosi do 30 lat, z wątroby - do 5 lat.