Razpolovna doba urana 235 je koliko let. Atomsko orožje

(β −)
235 Np()
239Pu()

Za razliko od drugega, najpogostejšega izotopa urana 238 U, je pri 235 U možna samovzdrževalna jedrska verižna reakcija. Zato se ta izotop uporablja kot gorivo v jedrskih reaktorjih, pa tudi v jedrskem orožju.

Nastanek in razpad

Uran-235 nastane kot posledica naslednjih razpadov:

Razpad urana-235 poteka v naslednjih smereh:

Prisilna delitev

V cepitvenih produktih urana-235 je bilo odkritih okoli 300 izotopov različnih elementov: od =30 (cink) do Z=64 (gadolinij). Krivulja relativnega izkoristka izotopov, ki nastanejo med obsevanjem urana-235 s počasnimi nevtroni na masno število, je simetrična in po obliki spominja na črko "M". Dva izrazita maksimuma te krivulje ustrezata masnim številom 95 in 134, minimum pa se pojavi v območju masnih števil od 110 do 125. Tako pride do cepitve urana na drobce enake mase (z masnimi števili 115-119) z manjša verjetnost kot asimetrična cepitev. Ta težnja je opažena pri vseh cepljivih izotopih in ni povezana z nobenimi posameznimi lastnostmi jeder ali delcev, ampak je neločljivo povezana z mehanizmom same jedrske cepitve. Vendar pa se asimetrija zmanjšuje z naraščajočo energijo vzbujanja cepljivega jedra in ko je energija nevtronov večja od 100 MeV, ima masna porazdelitev fisijskih fragmentov en maksimum, ki ustreza simetrični cepitvi jedra. Drobci, ki nastanejo pri cepitvi uranovega jedra, so po drugi strani radioaktivni in so podvrženi verigi β − razpadov, med katerimi se v daljšem času postopoma sprošča dodatna energija. Povprečna energija, ki se sprosti pri razpadu enega jedra urana-235, z upoštevanjem razpada drobcev, je približno 202,5 ​​MeV = 3,244·10 −11 J ali 19,54 TJ/mol = 83,14 TJ/kg.

Jedrska cepitev je le eden od mnogih procesov, ki so možni med interakcijo nevtronov z jedri, je tisti, ki je osnova delovanja vsakega jedrskega reaktorja.

Jedrska verižna reakcija

Pri razpadu enega jedra 235 U se običajno izpusti od 1 do 8 (povprečno 2,416) prostih nevtronov. Vsak nevtron, ki nastane med razpadom jedra 235 U in je podvržen interakciji z drugim jedrom 235 U, lahko povzroči nov razpad, ta pojav imenujemo verižna reakcija jedrske fisije.

Hipotetično lahko število nevtronov druge generacije (po drugi stopnji jedrskega razpada) preseže 3² = 9. Z vsako naslednjo fazo cepitvene reakcije se lahko število proizvedenih nevtronov poveča kot plaz. V realnih pogojih prosti nevtroni morda ne bodo povzročili novega cepitvenega dogodka, zapustili vzorec, preden so zajeli 235 U, ali pa jih bo zajel sam izotop 235 U in ga pretvoril v 236 U, ali drugi materiali (na primer 238 U, ali nastali delci jedrske cepitve, kot je 149 Sm ali 135 Xe).

V realnih razmerah doseganje kritičnega stanja urana ni tako enostavno, saj na potek reakcije vpliva vrsta dejavnikov. Naravni uran je na primer sestavljen le iz 0,72% 235 U, 99,2745% je 238 U, ki absorbira nevtrone, ki nastanejo med cepitvijo jeder 235 U. To vodi do dejstva, da v naravnem uranu verižna reakcija fisije trenutno zelo hitro zbledi. Neprekinjeno verižno reakcijo cepitve je mogoče izvesti na več glavnih načinov:

• Povečajte prostornino vzorca (za uran, izoliran iz rude, je možno doseči kritično maso s povečanjem prostornine);
• Izvedite ločevanje izotopov s povečanjem koncentracije 235 U v vzorcu;
• Zmanjšajte izgubo prostih nevtronov skozi površino vzorca z uporabo različnih vrst reflektorjev;
• Za povečanje koncentracije toplotnih nevtronov uporabite snov za zmanjševanje nevtronov.

Izomeri

• Presežna masa: 40.920,6(1,8) keV
• Energija vzbujanja: 76,5(4) eV
• Razpolovna doba: 26 min
• Jedrski spin in pariteta: 1/2 +

Razpad izomernega stanja poteka z izomernim prehodom v osnovno stanje.

Aplikacija

• Uran-235 se uporablja kot gorivo za jedrske reaktorje, v katerih uspelo verižna reakcija jedrske fisije;
• Visoko obogateni uran se uporablja za izdelavo jedrskega orožja. V tem primeru za sprostitev velike količine energije (eksplozija), neobvladljiv jedrska verižna reakcija.

Poglej tudi

Napišite oceno o članku "Uran-235"

Opombe

1. G. Audi, A.H. Wapstra in C. Thibault (2003). "". Jedrska fizika A 729 : 337-676. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. Bibcode:.
2. G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot in A. H. Wapstra (2003). "". Jedrska fizika A 729 : 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. Bibcode:.
3. Hoffman K.- 2. izd. izbrisani - L.: Kemija, 1987. - Str. 130. - 232 str. - 50.000 izvodov.
5. Fialkov Yu. Ya. Uporaba izotopov v kemiji in kemični industriji. - Kijev: Tehnika, 1975. - Str. 87. - 240 str. - 2.000 izvodov.
6. . Kaye & Laby na spletu. .
7. Bartolomey G. G., Baibakov V. D., Alkhutov M. S., Bat G. A. Osnove teorije in metode izračuna jedrskih reaktorjev. - M.: Energoatomizdat, 1982. - Str. 512.

Odlomek, ki opisuje uran-235

V 12. in 13. Kutuzovu so neposredno očitali napake. Cesar je bil z njim nezadovoljen. In v zgodovini, ki je bila nedavno napisana po ukazu najvišjega, je rečeno, da je bil Kutuzov zvit dvorni lažnivec, ki se je bal imena Napoleona in je s svojimi napakami pri Krasnem in pri Berezini ruske čete odvzel slavo - popolno zmago nad Francozi. [Zgodovina Bogdanoviča leta 1812: značilnosti Kutuzova in sklepanje o nezadovoljivih rezultatih bitk pri Krasnenskem. (Opomba L.N. Tolstoja.)]
To ni usoda velikih ljudi, ne grand homme, ki jih ruski um ne prepozna, ampak usoda tistih redkih, vedno osamljenih ljudi, ki, razumevši voljo Previdnosti, ji podredijo svojo osebno voljo. Sovraštvo in prezir množice kaznujeta te ljudi zaradi njihovega vpogleda v višje zakone.
Za ruske zgodovinarje - to je čudno in strašljivo reči - je Napoleon najbolj nepomembno orodje zgodovine - nikoli in nikjer, tudi v izgnanstvu, ki ni pokazal človeškega dostojanstva - Napoleon je predmet občudovanja in veselja; on je velik. Kutuzov, človek, ki je od začetka do konca svojega delovanja leta 1812, od Borodina do Vilne, ne da bi spremenil eno dejanje ali besedo, v zgodovini kaže izjemen primer požrtvovalnosti in zavedanja v sedanjosti pomena prihodnosti. dogodka, – Kutuzov se jim zdi nekaj nejasnega in pomilovanja vrednega, in ko govorijo o Kutuzovu in 12. letu, se vedno zdi, da jih je malo sram.
Medtem pa si je težko predstavljati zgodovinsko osebo, katere dejavnost bi bila tako vedno in nenehno usmerjena k istemu cilju. Težko si je predstavljati bolj vreden cilj in bolj skladen z voljo celotnega ljudstva. Še težje je najti drug primer v zgodovini, kjer bi bil cilj, ki si ga je postavila zgodovinska osebnost, tako popolno dosežen kot cilj, h kateremu so bile leta 1812 usmerjene vse dejavnosti Kutuzova.
Kutuzov nikoli ni govoril o štiridesetih stoletjih, ki gledajo iz piramid, o žrtvah, ki jih daje za domovino, o tem, kaj namerava storiti ali je naredil: o sebi sploh ni povedal ničesar, ni igral nobene vloge. , se je vedno zdel najbolj preprost in navaden človek in je govoril najbolj preproste in običajne stvari. Pisal je pisma hčerkam in meni Stael, bral romane, ljubil družbo lepih žensk, se šalil z generali, častniki in vojaki in nikoli ni nasprotoval tistim ljudem, ki so mu hoteli nekaj dokazati. Ko je grof Rastopčin na Jauzskem mostu prijahal do Kutuzova z osebnimi očitki o tem, kdo je kriv za smrt Moskve, in rekel: "Kako ste obljubili, da ne boste zapustili Moskve brez boja?" - Kutuzov je odgovoril: "Ne bom zapustil Moskve brez bitke," kljub dejstvu, da je bila Moskva že zapuščena. Ko je Arakčejev, ki je prišel k njemu od suverena, dejal, da bi moral biti Jermolov imenovan za načelnika artilerije, je Kutuzov odgovoril: "Da, to sem rekel sam," čeprav je minuto kasneje rekel nekaj povsem drugega. Kaj ga je brigalo, edinega, ki je tedaj razumel ves velikanski pomen dogodka, med neumno množico, ki ga je obkrožala, kaj ga je brigalo, ali grof Rostopchin pripisuje nesrečo prestolnice sebi ali njemu? Še manj pa bi ga lahko zanimalo, koga bodo imenovali za načelnika artilerije.
Ne samo v teh primerih, ampak ves čas je ta starec, ki je skozi življenjske izkušnje prišel do prepričanja, da misli in besede, ki jih izražajo, niso gibalne sile ljudi, govoril povsem nesmiselne besede – prve, ki so prišle njegov um.
Toda ta isti človek, ki je tako zanemarjal svoje besede, v vsem svojem delovanju ni nikoli izrekel niti ene besede, ki ni bila v skladu z enim samim ciljem, h kateremu je stremel vso vojno. Očitno je nehote, s težkim prepričanjem, da ga ne bodo razumeli, vedno znova izražal svoje misli v najrazličnejših okoliščinah. Izhajajoč iz bitke pri Borodinu, iz katere se je začelo njegovo nesoglasje z okolico, je sam dejal, da je bitka pri Borodinu zmaga, in to ponavljal ustno, v poročilih in poročilih do svoje smrti. Samo on je rekel, da izguba Moskve ni izguba Rusije. V odgovor na Lauristonov predlog za mir je odgovoril, da miru ne more biti, ker je taka volja ljudi; le on je med francoskim umikom rekel, da vsi naši manevri niso potrebni, da se bo vse samo po sebi izteklo bolje, kot smo želeli, da je treba sovražniku dati zlati most, da ne Tarutino, ne Vjazemski, ne Krasnenske bitke so bile potrebne, kaj s čim. Nekoč moraš priti na mejo, da ne bo dal enega Rusa za deset Francozov.
In samo on, ta dvornik, kot nam ga prikazujejo, človek, ki laže Arakčejevu, da bi ugodil vladarju - on sam, ta dvornik, v Vilni, s čimer si je prislužil nemilost suverena, pravi, da bo nadaljnja vojna tujina je škodljiva in nekoristna.
Toda same besede ne bi dokazale, da je takrat razumel pomen dogodka. Njegova dejanja - vsa brez najmanjšega umika - so bila vsa usmerjena k istemu cilju, ki se je izražal v treh dejanjih: 1) napeti vse svoje sile za spopad s Francozi, 2) premagati jih in 3) izgnati jih iz Rusije, kar najlažje kot morebitne nesreče ljudi in vojakov.
On, tisti počasni Kutuzov, katerega moto sta potrpežljivost in čas, je sovražnik odločnega ukrepanja, podaja bitko pri Borodinu in priprave nanjo obleče v slovesnost brez primere. On, tisti Kutuzov, ki je v bitki pri Austerlitzu, preden se je začela, rekel, da bo izgubljena, v Borodinu, kljub zagotovilom generalov, da je bila bitka izgubljena, kljub primeru brez primere v zgodovini, da je po dobljeni bitki mora vojska umakniti, on sam, v nasprotju z vsemi, do svoje smrti trdi, da je bitka pri Borodinu zmaga. On sam ves čas umika vztraja, naj se ne bori v bitkah, ki so zdaj neuporabne, da ne začne nove vojne in da ne prestopi meja Rusije.
Zdaj je enostavno razumeti pomen dogodka, razen če se nanašamo na dejavnosti množice ciljev, ki so bili v glavah ducata ljudi, saj je pred nami celoten dogodek s svojimi posledicami.
Kako pa je potem lahko ta starec sam, v nasprotju z mnenjem vseh, uganil, in potem tako pravilno uganil pomen ljudskega pomena dogodka, da ga ni nikoli izdal v vseh svojih dejavnostih?
Vir te izjemne moči vpogleda v pomen dogajajočih se pojavov je bil v narodnem čutenju, ki ga je v vsej čistosti in moči nosil v sebi.
Šele spoznanje tega občutka v njem je povzročilo, da so ga ljudje na tako čudne načine, iz sramote starega človeka, proti volji carja izbrali za predstavnika ljudske vojne. In samo to čustvo ga je pripeljalo do tiste najvišje človeške višine, s katere je on, vrhovni poveljnik, usmeril vse svoje moči ne v pobijanje in iztrebljanje ljudi, ampak v reševanje in usmiljenje.

Od kod prihaja uran? Najverjetneje se pojavi med eksplozijami supernove. Dejstvo je, da je za nukleosintezo elementov, težjih od železa, potreben močan tok nevtronov, ki nastane prav med eksplozijo supernove. Zdi se, da bi se potem med kondenzacijo iz oblaka novih zvezdnih sistemov, ki jih tvori, uran, ki se je zbral v protoplanetarnem oblaku in je zelo težak, potonil v globine planetov. Ampak to ni res. Uran je radioaktiven element in pri razpadu sprošča toploto. Izračuni kažejo, da če bi bil uran enakomerno porazdeljen po vsej debelini planeta, vsaj z enako koncentracijo kot na površini, bi oddajal preveč toplote. Poleg tega naj bi njegov pretok oslabel, ko se porabi uran. Ker česa takega niso opazili, geologi menijo, da je vsaj tretjina urana, morda pa ves, skoncentrirana v zemeljski skorji, kjer je njegova vsebnost 2,5∙10 –4 %. Zakaj se je to zgodilo, se ne razpravlja.

Kje se koplje uran? Urana na Zemlji ni tako malo – po številčnosti je na 38. mestu. In večina tega elementa se nahaja v sedimentnih kamninah - ogljikovih skrilavcih in fosforitih: do 8∙10 –3 oziroma 2,5∙10 –2%. Skupno je v zemeljski skorji 10 14 ton urana, vendar je glavni problem, da je zelo razpršen in ne tvori močnih usedlin. Približno 15 uranovih mineralov je industrijsko pomembnih. To je uranov katran - njegova osnova je štirivalentni uranov oksid, uranova sljuda - različni silikati, fosfati in bolj kompleksne spojine z vanadijem ali titanom na osnovi šestvalentnega urana.

Kaj so Becquerelovi žarki? Po odkritju rentgenskih žarkov Wolfganga Roentgena se je francoski fizik Antoine-Henri Becquerel začel zanimati za sij uranovih soli, ki nastane pod vplivom sončne svetlobe. Želel je razumeti, ali so tu tudi rentgenski žarki. Res so bili prisotni – sol je osvetlila fotografsko ploščo skozi črn papir. V enem od poskusov sicer sol ni bila osvetljena, fotografska plošča pa je vseeno potemnila. Ko so med sol in fotografsko ploščo postavili kovinski predmet, je potemnitev pod njim manjša. Zato novi žarki niso nastali zaradi vzbujanja urana s svetlobo in niso delno prešli skozi kovino. Sprva so jih imenovali "Becquerelovi žarki". Kasneje so ugotovili, da gre predvsem za žarke alfa z majhnim dodatkom žarkov beta: dejstvo je, da glavni izotopi urana med razpadom oddajajo delec alfa, beta razpad pa doživljajo tudi hčerinski produkti.

Kako radioaktiven je uran? Uran nima stabilnih izotopov, vsi so radioaktivni. Najdlje živi je uran-238 z razpolovno dobo 4,4 milijarde let. Sledi uran-235 - 0,7 milijarde let. Oba sta podvržena alfa razpadu in postaneta ustrezna izotopa torija. Uran-238 predstavlja več kot 99 % vsega naravnega urana. Zaradi ogromne razpolovne dobe je radioaktivnost tega elementa nizka, poleg tega pa alfa delci ne morejo prodreti skozi stratum corneum na površini človeškega telesa. Pravijo, da si je I. V. Kurchatov po delu z uranom preprosto obrisal roke z robcem in ni imel nobenih bolezni, povezanih z radioaktivnostjo.

Raziskovalci so se večkrat obrnili na statistiko bolezni delavcev v rudnikih in predelovalnih obratih urana. Tukaj je na primer nedavni članek kanadskih in ameriških strokovnjakov, ki so analizirali zdravstvene podatke več kot 17 tisoč delavcev v rudniku Eldorado v kanadski provinci Saskatchewan za leta 1950–1999 ( Okoljske raziskave, 2014, 130, 43–50, DOI:10.1016/j.envres.2014.01.002). Izhajali so iz dejstva, da ima sevanje najmočnejši učinek na hitro razmnožujoče krvne celice, ki vodijo do ustreznih vrst raka. Statistični podatki so pokazali, da imajo rudarski delavci manjšo pojavnost različnih vrst krvnega raka kot povprečna kanadska populacija. V tem primeru glavni vir sevanja ni sam uran, temveč plinasti radon, ki ga ustvarja, in njegovi razpadni produkti, ki lahko pridejo v telo skozi pljuča.

Zakaj je uran škodljiv?? Tako kot druge težke kovine je zelo strupena in lahko povzroči odpoved ledvic in jeter. Po drugi strani pa je uran, ki je razpršen element, neizogibno prisoten v vodi, zemlji in s koncentracijo v prehranjevalni verigi vstopi v človeško telo. Smiselno je domnevati, da so se živa bitja v procesu evolucije naučila nevtralizirati uran v naravnih koncentracijah. V vodi je najbolj nevaren uran, zato je WHO postavila mejo: sprva je bila 15 µg/l, leta 2011 pa so standard povečali na 30 µg/g. Praviloma je urana v vodi veliko manj: v ZDA povprečno 6,7 µg/l, na Kitajskem in v Franciji - 2,2 µg/l. So pa tudi močna odstopanja. Tako je na nekaterih območjih Kalifornije stokrat večja od norme - 2,5 mg/l, na južni Finski pa doseže 7,8 mg/l. Raziskovalci poskušajo razumeti, ali je standard WHO prestrog s proučevanjem učinka urana na živali. Tukaj je tipično delo ( BioMed Research International, 2014, ID 181989; DOI:10.1155/2014/181989). Francoski znanstveniki so podgane devet mesecev hranili z vodo z dodatki osiromašenega urana in to v relativno visokih koncentracijah - od 0,2 do 120 mg/l. Spodnja vrednost je voda v bližini rudnika, zgornje vrednosti pa ni nikjer - največja koncentracija urana, izmerjena na Finskem, je 20 mg/l. Na presenečenje avtorjev - članek se imenuje: "Nepričakovana odsotnost opaznega učinka urana na fiziološke sisteme ..." - uran praktično ni vplival na zdravje podgan. Živali so dobro jedle, pravilno pridobivale na teži, niso se pritoževale zaradi bolezni in niso poginile zaradi raka. Uran se je, kot bi moral biti, odlagal predvsem v ledvicah in kosteh ter v stokrat manjših količinah v jetrih, njegovo kopičenje pa je bilo pričakovano odvisno od vsebnosti v vodi. Vendar to ni povzročilo odpovedi ledvic ali celo opaznega pojava kakršnih koli molekularnih markerjev vnetja. Avtorji so predlagali, da se začne pregled strogih smernic WHO. Vendar pa obstaja eno opozorilo: učinek na možgane. V možganih podgan je bilo manj urana kot v jetrih, vendar njegova vsebnost ni bila odvisna od količine v vodi. Toda uran je vplival na delovanje možganskega antioksidativnega sistema: aktivnost katalaze se je povečala za 20%, glutation peroksidaze za 68–90%, aktivnost superoksid dismutaze pa se je zmanjšala za 50%, ne glede na odmerek. To pomeni, da je uran očitno povzročil oksidativni stres v možganih in telo se je nanj odzvalo. Ta učinek - močan učinek urana na možgane v odsotnosti njegovega kopičenja v njih, mimogrede, kot tudi v genitalijah - je bil opažen že prej. Še več, voda z uranom v koncentraciji 75–150 mg/l, s katero so raziskovalci Univerze v Nebraski šest mesecev hranili podgane ( Nevrotoksikologija in teratologija, 2005, 27, 1, 135–144; DOI:10.1016/j.ntt.2004.09.001), je vplivalo na vedenje živali, predvsem samcev, izpuščenih na polje: prečkale so vrvice, se postavljale na zadnje noge in si češljale dlako drugače kot kontrolne. Obstajajo dokazi, da uran povzroča tudi motnje spomina pri živalih. Vedenjske spremembe so bile povezane s stopnjami lipidne oksidacije v možganih. Izkazalo se je, da je uranova voda naredila podgane zdrave, a precej neumne. Ti podatki nam bodo koristili pri analizi tako imenovanega sindroma zalivske vojne.

Ali uran onesnažuje lokacije za razvoj plina iz skrilavca? Odvisno je od tega, koliko urana je v kamninah, ki vsebujejo plin, in kako je povezan z njimi. Na primer, izredna profesorica Tracy Bank z Univerze v Buffalu je preučevala Marcellus Shale, ki se razteza od zahodnega New Yorka prek Pensilvanije in Ohia do Zahodne Virginije. Izkazalo se je, da je uran kemijsko povezan prav z virom ogljikovodikov (ne pozabite, da imajo sorodni ogljikovi skrilavci največjo vsebnost urana). Eksperimenti so pokazali, da raztopina, uporabljena pri lomljenju, odlično raztopi uran. »Ko uran v teh vodah doseže površje, lahko povzroči kontaminacijo okolice. To ne predstavlja nevarnosti sevanja, vendar je uran strupen element,« ugotavlja Tracy Bank v univerzitetnem sporočilu za javnost z dne 25. oktobra 2010. Podrobnejših člankov o nevarnosti onesnaženja okolja z uranom ali torijem pri pridobivanju plina iz skrilavca še ni pripravljenih.

Zakaj je uran potreben? Prej so ga uporabljali kot pigment za izdelavo keramike in barvnega stekla. Zdaj je uran osnova jedrske energije in atomskega orožja. V tem primeru se uporablja njegova edinstvena lastnost - sposobnost jedra za delitev.

Kaj je jedrska fisija? Razpad jedra na dva neenaka velika kosa. Prav zaradi te lastnosti med nukleosintezo zaradi nevtronskega obsevanja z veliko težavo nastajajo jedra, težja od urana. Bistvo pojava je naslednje. Če razmerje med številom nevtronov in protonov v jedru ni optimalno, postane le-to nestabilno. Običajno takšno jedro oddaja bodisi alfa delec - dva protona in dva nevtrona, ali beta delec - pozitron, ki ga spremlja transformacija enega od nevtronov v proton. V prvem primeru dobimo element periodnega sistema, razmaknjen dve celici nazaj, v drugem pa eno celico naprej. Vendar pa je jedro urana poleg oddajanja delcev alfa in beta sposobno cepitve – razpada na jedra dveh elementov v sredini periodnega sistema, na primer barija in kriptona, kar tudi stori, ko je prejelo nov nevtron. Ta pojav so odkrili kmalu po odkritju radioaktivnosti, ko so fiziki novoodkrito sevanje izpostavili vsemu, čemur so lahko. Takole o tem piše Otto Frisch, udeleženec dogodkov (»Advances in Physical Sciences«, 1968, 96, 4). Po odkritju berilijevih žarkov - nevtronov - je Enrico Fermi z njimi obseval zlasti uran, da bi povzročil razpad beta - upal je, da bo z njim dobil naslednji, 93. element, ki se zdaj imenuje neptunij. Prav on je odkril novo vrsto radioaktivnosti v obsevanem uranu, ki jo je povezal s pojavom transuranovih elementov. Hkrati je upočasnitev nevtronov, za kar je bil vir berilija prekrit s plastjo parafina, povečala to inducirano radioaktivnost. Ameriški radiokemik Aristide von Grosse je predlagal, da je eden od teh elementov protaktinij, vendar se je motil. Toda Otto Hahn, ki je takrat delal na dunajski univerzi in je protaktinij, odkrit leta 1917, štel za svojo idejo, se je odločil, da mora ugotoviti, kateri elementi so bili pridobljeni. Skupaj z Lise Meitner je Hahn v začetku leta 1938 na podlagi eksperimentalnih rezultatov predlagal, da cele verige radioaktivnih elementov nastanejo zaradi večkratnih beta razpadov jeder urana-238, ki absorbirajo nevtrone, in njegovih hčerinskih elementov. Kmalu je bila Lise Meitner prisiljena pobegniti na Švedsko, ker se je bala morebitnih povračilnih ukrepov nacistov po anschlussu Avstrije. Hahn, ki je nadaljeval poskuse s Fritzom Strassmannom, je odkril, da je med produkti tudi barij, element številka 56, ki ga nikakor ni mogoče dobiti iz urana: vse verige alfa razpadov urana se končajo z veliko težjim svincem. Raziskovalce je rezultat tako presenetil, da ga niso objavili, temveč so pisali le pisma prijateljem, zlasti Lise Meitner v Göteborg. Tam jo je za božič leta 1938 obiskal njen nečak Otto Frisch in med sprehajanjem v okolici zimskega mesta - on na smučeh, teta peš - sta razpravljala o možnosti pojava barija pri obsevanju urana kot posledica jedrske fisije (za več informacij o Lise Meitner glejte "Chemistry and Life", 2013, št. 4). Ko se je vrnil v Köbenhavn, je Frisch dobesedno ujel Nielsa Bohra na prehodu ladje, ki je odhajala v ZDA, in mu povedal za idejo o fisiji. Bohr se je udaril po čelu in rekel: »Oh, kakšni bedaki smo bili! To bi morali prej opaziti." Januarja 1939 sta Frisch in Meitner objavila članek o cepitvi uranovih jeder pod vplivom nevtronov. Do takrat je Otto Frisch že izvedel kontrolni poskus, pa tudi številne ameriške skupine, ki so prejele Bohrovo sporočilo. Pravijo, da so se fiziki začeli razhajati po svojih laboratorijih prav med njegovim poročilom 26. januarja 1939 v Washingtonu na letni konferenci o teoretični fiziki, ko so dojeli bistvo ideje. Po odkritju cepitve sta Hahn in Strassmann revidirala svoje poskuse in tako kot njuni kolegi ugotovila, da radioaktivnost obsevanega urana ni povezana s transuranijem, temveč z razpadom radioaktivnih elementov, ki nastanejo pri cepitvi iz sredine periodnega sistema.

Kako pride do verižne reakcije v uranu? Kmalu po tem, ko je bila eksperimentalno dokazana možnost cepitve uranovih in torijevih jeder (in drugih cepljivih elementov na Zemlji ni v večjih količinah), sta Niels Bohr in John Wheeler, ki sta delala na Princetonu, kot tudi neodvisno od njiju Sovjetski teoretični fizik Ya. I. Frenkel ter Nemca Siegfried Flügge in Gottfried von Droste so ustvarili teorijo jedrske cepitve. Iz tega sta sledila dva mehanizma. Ena je povezana s pragom absorpcije hitrih nevtronov. V skladu z njim mora imeti nevtron za sprožitev cepitve precej visoko energijo, več kot 1 MeV za jedra glavnih izotopov - urana-238 in torija-232. Pri nižjih energijah ima absorpcija nevtronov z uranom-238 resonančni značaj. Tako ima nevtron z energijo 25 eV večtisočkrat večjo zajemno površino kot pri drugih energijah. V tem primeru ne bo cepitve: uran-238 bo postal uran-239, ki se bo z razpolovno dobo 23,54 minute spremenil v neptunij-239, ki se bo z razpolovno dobo 2,33 dni spremenil v dolgoživega plutonij-239. Torij-232 bo postal uran-233.

Drugi mehanizem je brezpražna absorpcija nevtrona, sledi mu tretji bolj ali manj pogost cepljivi izotop - uran-235 (pa tudi plutonij-239 in uran-233, ki ju v naravi ne najdemo): absorbiranje katerega koli nevtrona, tudi počasnega, tako imenovanega termičnega, z energijo kot za molekule, ki sodelujejo pri toplotnem gibanju - 0,025 eV, se bo takšno jedro razcepilo. In to je zelo dobro: toplotni nevtroni imajo štirikrat večjo zajemno površino kot hitri, megaelektronvoltni nevtroni. To je pomen urana-235 za celotno nadaljnjo zgodovino jedrske energije: prav on zagotavlja množenje nevtronov v naravnem uranu. Po udarcu nevtrona postane jedro urana-235 nestabilno in se hitro razcepi na dva neenaka dela. Na poti se izpusti več (povprečno 2,75) novih nevtronov. Če zadenejo jedra istega urana, bodo povzročili eksponentno razmnoževanje nevtronov – zgodila se bo verižna reakcija, ki bo povzročila eksplozijo zaradi hitrega sproščanja ogromne količine toplote. Niti uran-238 niti torij-232 ne moreta delovati tako: navsezadnje se med cepitvijo nevtroni oddajajo s povprečno energijo 1–3 MeV, to je, če je energijski prag 1 MeV, pomemben del nevtroni zagotovo ne bodo mogli povzročiti reakcije in ne bo prišlo do razmnoževanja. To pomeni, da je treba na te izotope pozabiti in nevtrone upočasniti na toplotno energijo, da bodo čim bolj učinkovito delovali z jedri urana-235. Hkrati ni mogoče dovoliti njihove resonančne absorpcije z uranom-238: navsezadnje je v naravnem uranu ta izotop nekoliko manjši od 99,3% in nevtroni pogosteje trčijo z njim in ne s ciljnim uranom-235. In z vlogo moderatorja je mogoče ohranjati razmnoževanje nevtronov na konstantni ravni in preprečiti eksplozijo – nadzorovati verižno reakcijo.

Izračun, ki sta ga opravila Ya. B. Zeldovich in Yu. B. Khariton v istem usodnem letu 1939, je pokazal, da je za to potrebno uporabiti moderator nevtronov v obliki težke vode ali grafita in naravni uran obogatiti z uranom. 235 vsaj 1,83-krat. Potem se jim je ta ideja zdela čista fantazija: »Treba je opozoriti, da je približno dvojna obogatitev teh precej znatnih količin urana, ki so potrebne za izvedbo verižne eksplozije,<...>je izjemno okorna naloga, ki je praktično nemogoča." Zdaj je ta problem rešen in jedrska industrija množično proizvaja uran, obogaten z uranom-235 do 3,5% za elektrarne.

Kaj je spontana jedrska cepitev? Leta 1940 sta G. N. Flerov in K. A. Petrzhak odkrila, da lahko pride do cepitve urana spontano, brez zunanjega vpliva, čeprav je razpolovna doba veliko daljša kot pri običajnem alfa razpadu. Ker takšna cepitev proizvaja tudi nevtrone, bodo služili kot iniciatorji verižne reakcije, če ne bodo ušli iz reakcijskega območja. Prav ta pojav se uporablja pri ustvarjanju jedrskih reaktorjev.

Zakaj je jedrska energija potrebna? Zeldovich in Khariton sta bila med prvimi, ki sta izračunala ekonomski učinek jedrske energije (Uspekhi Fizicheskih Nauk, 1940, 23, 4). »... Trenutno je še vedno nemogoče narediti dokončne sklepe o možnosti ali nemožnosti izvedbe jedrske cepitvene reakcije z neskončno razvejanimi verigami v uranu. Če je takšna reakcija izvedljiva, se hitrost reakcije samodejno prilagodi, da se zagotovi njen nemoten napredek, kljub ogromni količini energije, ki je na voljo eksperimentatorju. Ta okoliščina je izjemno ugodna za energetsko izrabo reakcije. Naj torej navedemo - čeprav gre za delitev kože neumrenega medveda - nekaj številk, ki označujejo možnosti energetske izrabe urana. Če proces cepitve poteka s hitrimi nevtroni, torej reakcija zajame glavni izotop urana (U238), potem<исходя из соотношения теплотворных способностей и цен на уголь и уран>strošek kalorije iz glavnega izotopa urana se izkaže za približno 4000-krat cenejši kot iz premoga (razen če se seveda procesi "zgorevanja" in odvzema toplote izkažejo, da so pri uranu veliko dražji kot v primeru premoga). V primeru počasnih nevtronov bo strošek "uranove" kalorije (na podlagi zgornjih številk), ob upoštevanju, da je številčnost izotopa U235 0,007, že samo 30-krat cenejši od kalorije "premoga", vse druge stvari so enake."

Prvo nadzorovano verižno reakcijo je leta 1942 izvedel Enrico Fermi na Univerzi v Chicagu, reaktor pa je bil krmiljen ročno - potiskanje grafitnih palic noter in ven, ko se je nevtronski tok spreminjal. Prva elektrarna je bila zgrajena v Obninsku leta 1954. Poleg pridobivanja energije so prvi reaktorji delali tudi za proizvodnjo orožnega plutonija.

Kako deluje jedrska elektrarna? Dandanes večina reaktorjev deluje na počasne nevtrone. Obogateni uran v obliki kovine, zlitine, kot je aluminij, ali oksida se nahaja v dolgih valjih, imenovanih gorivni elementi. Na določen način so nameščeni v reaktorju, mednje pa so vstavljene moderatorske palice, ki krmilijo verižno reakcijo. Sčasoma se v gorivnem elementu naberejo reaktorski strupi - produkti cepitve urana, ki so prav tako sposobni absorbirati nevtrone. Ko koncentracija urana-235 pade pod kritično raven, se element izklopi. Vendar pa vsebuje veliko fisijskih drobcev z močno radioaktivnostjo, ki se z leti zmanjšuje, zaradi česar elementi dolgo časa oddajajo znatno količino toplote. Hranijo jih v hladilnih bazenih, nato pa jih zakopljejo ali pa jih poskušajo predelati – za pridobivanje nezgorelega urana-235, proizvedenega plutonija (uporabljen je bil za izdelavo atomskih bomb) in drugih izotopov, ki jih je mogoče uporabiti. Neporabljeni del se pošlje na grobišče.

V tako imenovanih hitrih reaktorjih ali razmnoževalnih reaktorjih so okoli elementov nameščeni reflektorji iz urana-238 ali torija-232. Upočasnijo in pošljejo nazaj v reakcijsko območje prehitre nevtrone. Nevtroni, upočasnjeni do resonančnih hitrosti, absorbirajo te izotope in se spremenijo v plutonij-239 oziroma uran-233, ki lahko služi kot gorivo za jedrsko elektrarno. Ker hitri nevtroni slabo reagirajo z uranom-235, je treba njegovo koncentracijo bistveno povečati, vendar se to poplača z močnejšim nevtronskim tokom. Kljub temu, da oplodilni reaktorji veljajo za prihodnost jedrske energije, saj proizvedejo več jedrskega goriva, kot ga porabijo, so poskusi pokazali, da jih je težko upravljati. Zdaj je na svetu ostal le še en tak reaktor - v četrtem bloku Belojarske jedrske elektrarne.

Kako se kritizira jedrska energija?Če ne govorimo o nesrečah, potem je glavna točka v argumentih nasprotnikov jedrske energije danes predlog, da se k izračunu njene učinkovitosti dodajo stroški varstva okolja po razgradnji postaje in pri delu z gorivom. V obeh primerih se pojavljajo izzivi zanesljivega odlaganja radioaktivnih odpadkov, ki so stroški, ki jih nosi država. Obstaja mnenje, da če jih prenesete na stroške energije, bo njena gospodarska privlačnost izginila.

Nasprotovanje je tudi med zagovorniki jedrske energije. Njegovi predstavniki opozarjajo na edinstvenost urana-235, ki nima nadomestila, saj alternativnih izotopov, ki se cepijo s toplotnimi nevtroni - plutonij-239 in uran-233 - zaradi razpolovne dobe tisoče let, v naravi ni. In pridobljeni so ravno zaradi cepitve urana-235. Če ga zmanjka, bo izginil čudovit naravni vir nevtronov za verižno jedrsko reakcijo. Zaradi takšne potratnosti bo človeštvo v prihodnosti izgubilo možnost vključitve torija-232, katerega zaloge so nekajkrat večje od urana, v energetski cikel.

Teoretično je mogoče pospeševalnike delcev uporabiti za proizvodnjo toka hitrih nevtronov z megaelektronvoltnimi energijami. Če pa govorimo na primer o medplanetarnih poletih na jedrskem motorju, bo izvedba sheme z zajetnim pospeševalnikom zelo težka. Siromašenje urana-235 konča tovrstne projekte.

Kaj je orožni uran? To je visoko obogateni uran-235. Njegova kritična masa - ustreza velikosti kosa snovi, v kateri spontano pride do verižne reakcije - je dovolj majhna za proizvodnjo streliva. Takšen uran se lahko uporabi za izdelavo atomske bombe in tudi kot varovalka za termonuklearno bombo.

Katere nesreče so povezane z uporabo urana? Energija, shranjena v jedrih cepljivih elementov, je ogromna. Če zaradi spregleda ali namerno uide izpod nadzora, lahko ta energija povzroči veliko težav. Dve najhujši jedrski katastrofi sta se zgodili 6. in 8. avgusta 1945, ko so ameriške zračne sile odvrgle atomski bombi na Hirošimo in Nagasaki, pri čemer je bilo ubitih in ranjenih več sto tisoč civilistov. Nesreče manjšega obsega so povezane z nesrečami v jedrskih elektrarnah in podjetjih jedrskega cikla. Prva večja nesreča se je zgodila leta 1949 v ZSSR v tovarni Mayak pri Čeljabinsku, kjer so proizvajali plutonij; Tekoči radioaktivni odpadki so končali v reki Teča. Septembra 1957 je na njem prišlo do eksplozije, pri čemer se je sprostila velika količina radioaktivnega materiala. Enajst dni pozneje je zgorel britanski reaktor za proizvodnjo plutonija v Windscaleu in oblak s produkti eksplozije se je razpršil nad zahodno Evropo. Leta 1979 je zgorel reaktor v jedrski elektrarni Three Mail Island v Pensilvaniji. Najobsežnejše posledice sta povzročili nesreči v jedrski elektrarni Černobil (1986) in jedrski elektrarni Fukušima (2011), ko je bilo sevanju izpostavljenih več milijonov ljudi. Prvi so zasuli ogromna območja in sprostili 8 ton uranovega goriva in razpadnih produktov zaradi eksplozije, ki se je razširila po Evropi. Drugi je onesnažil in tri leta po nesreči še naprej onesnažuje Tihi ocean na ribolovnih območjih. Odprava posledic teh nesreč je bila zelo draga in če bi te stroške razčlenili na strošek električne energije, bi se močno povečal.

Posebno vprašanje so posledice za zdravje ljudi. Po uradni statistiki je bilo veliko ljudi, ki so preživeli bombardiranje ali živeli na onesnaženih območjih, deležni sevanja – prvi imajo daljšo pričakovano življenjsko dobo, drugi imajo manj raka, strokovnjaki pa nekaj povečanja umrljivosti pripisujejo socialnemu stresu. Število ljudi, ki so umrli ravno zaradi posledic nesreč ali zaradi njihove likvidacije, se meri na stotine ljudi. Nasprotniki jedrskih elektrarn poudarjajo, da so nesreče povzročile več milijonov prezgodnjih smrti na evropski celini, a so v statističnem kontekstu preprosto nevidne.

Odstranjevanje zemljišč iz človekove uporabe na območjih nesreč vodi do zanimivega rezultata: postanejo neke vrste naravni rezervati, kjer raste biotska raznovrstnost. Res je, da nekatere živali trpijo zaradi bolezni, povezanih s sevanjem. Odprto ostaja vprašanje, kako hitro se bodo prilagodili povečanemu ozadju. Obstaja tudi mnenje, da je posledica kroničnega obsevanja »selekcija za bedake« (glej »Kemija in življenje«, 2010, št. 5): tudi v embrionalni fazi preživijo bolj primitivni organizmi. Predvsem v odnosu do ljudi naj bi to povzročilo zmanjšanje mentalnih sposobnosti pri generaciji, ki je bila rojena na onesnaženih območjih kmalu po nesreči.

Kaj je osiromašeni uran? To je uran-238, ki ostane po ločitvi urana-235 iz njega. Količine odpadkov iz proizvodnje orožnega urana in gorivnih elementov so velike - samo v ZDA se je nabralo 600 tisoč ton takšnega uranovega heksafluorida (za težave z njim glej Chemistry and Life, 2008, št. 5) . Vsebnost urana-235 v njem je 0,2%. Te odpadke je treba bodisi shraniti do boljših časov, ko bodo ustvarjeni hitri nevtronski reaktorji in bo mogoče uran-238 predelati v plutonij, ali pa jih nekako uporabiti.

Našli so uporabo za to. Uran se tako kot drugi prehodni elementi uporablja kot katalizator. Na primer, avtorji članka v ACS Nano z dne 30. junija 2014 pišejo, da ima katalizator iz urana ali torija z grafenom za redukcijo kisika in vodikovega peroksida »ogromen potencial za uporabo v energetskem sektorju«. Ker ima uran visoko gostoto, služi kot balast za ladje in protiuteži za letala. Ta kovina je primerna tudi za zaščito pred sevanjem v medicinskih napravah z viri sevanja.

Kakšno orožje je mogoče izdelati iz osiromašenega urana? Naboji in jedra za oklepne izstrelke. Izračun tukaj je naslednji. Težji kot je projektil, večja je njegova kinetična energija. Toda večji ko je projektil, manj koncentriran je njegov udar. To pomeni, da so potrebne težke kovine z visoko gostoto. Krogle so izdelane iz svinca (uralski lovci so nekoč uporabljali tudi samorodno platino, dokler niso ugotovili, da gre za plemenito kovino), jedra nabojev pa iz volframove zlitine. Okoljevarstveniki poudarjajo, da svinec onesnažuje zemljo na mestih vojaških operacij ali lova in bi ga bilo bolje nadomestiti z nečim manj škodljivim, na primer z volframom. Toda volfram ni poceni, uran podobne gostote pa je škodljiv odpadek. Hkrati je dopustna kontaminacija tal in vode z uranom približno dvakrat višja kot s svincem. To se zgodi zato, ker se zanemarja šibka radioaktivnost osiromašenega urana (in je tudi 40% manjša od naravnega urana) in se upošteva resnično nevaren kemični dejavnik: uran, kot se spomnimo, je strupen. Hkrati je njegova gostota 1,7-krat večja od gostote svinca, kar pomeni, da se lahko velikost uranovih krogel zmanjša za polovico; uran je veliko bolj ognjevzdržen in trd kot svinec – pri streljanju manj izhlapi, ob udarcu v tarčo pa proizvede manj mikrodelcev. Na splošno uranova krogla manj onesnažuje okolje kot svinčena krogla, čeprav taka uporaba urana ni zagotovo znana.

Vendar je znano, da se plošče iz osiromašenega urana uporabljajo za krepitev oklepa ameriških tankov (to olajša njegova visoka gostota in tališče), pa tudi namesto volframove zlitine v jedrih za oklepne izstrelke. Uranovo jedro je dobro tudi zato, ker je uran piroforen: njegovi vroči majhni delci, ki nastanejo ob trku z oklepom, se vnamejo in zažgejo vse okoli. Obe aplikaciji veljata za varni pred sevanjem. Tako je izračun pokazal, da bi posadka tudi po enoletnem sedenju v rezervoarju z uranovim oklepom, napolnjenim z uranovim strelivom, prejela le četrtino dovoljene doze. In da dobite letno dovoljeno dozo, morate takšno strelivo priviti na površino kože 250 ur.

Granate z uranovim jedrom - za 30-mm letalske topove ali topniške podkalibre - so Američani uporabljali v zadnjih vojnah, začenši z iraško kampanjo leta 1991. Tistega leta so deževale na iraške oklepne enote v Kuvajtu in med njihovim umikom izstrelile 300 ton osiromašenega urana, od tega 250 ton ali 780 tisoč nabojev na letalske topove. V Bosni in Hercegovini so med bombardiranjem vojske nepriznane Republike srbske porabili 2,75 tone urana, med obstreljevanjem jugoslovanske vojske na območju Kosova in Metohije pa 8,5 tone oziroma 31 tisoč nabojev. Ker je bila WHO takrat zaskrbljena zaradi posledic uporabe urana, je bil izveden nadzor. Pokazal je, da je ena salva sestavljena iz približno 300 nabojev, od katerih je 80 % vsebovalo osiromašeni uran. 10 % jih je zadelo tarče, 82 % pa jih je padlo na 100 metrov od njih. Ostali so se razpršili znotraj 1,85 km. Granata, ki je zadela tank, je zgorela in se spremenila v aerosol, uranova granata je prebila lahke tarče, kot so oklepniki. Tako bi se v Iraku v uranov prah lahko spremenila največ tona in pol granat. Po mnenju strokovnjakov ameriškega centra za strateške raziskave RAND Corporation se je več, od 10 do 35 % uporabljenega urana spremenilo v aerosol. Hrvaški aktivist proti uranovemu strelivu Asaf Duraković, ki je delal v različnih organizacijah od rijadske bolnišnice King Faisal do Washingtonskega centra za medicinske raziskave urana, ocenjuje, da je samo v južnem Iraku leta 1991 nastalo 3-6 ton submikronskih delcev urana, ki so bile razpršene po širokem območju, to pomeni, da je tamkajšnja kontaminacija z uranom primerljiva s černobilsko.

Za razliko od drugega, najpogostejšega izotopa urana 238U, je pri 235U možna samovzdrževalna jedrska verižna reakcija. Zato se ta izotop uporablja kot gorivo v jedrskih reaktorjih, pa tudi v jedrskem orožju.

Aktivnost enega grama tega nuklida je približno 80 kBq.

• 1 Nastanek in propad
• 2 Prisilna delitev
  • 2.1 Jedrska verižna reakcija
• 3 izomeri
• 4 Aplikacija
• 5 Glej tudi
• 6 Opombe

Nastanek in razpad

Uran-235 nastane kot posledica naslednjih razpadov:

• β− razpad nuklida 235Pa (razpolovna doba je 24,44(11) min):

• K-zajem izvede nuklid 235Np (razpolovna doba je 396,1(12) dni):

• α-razpad nuklida 239Pu (razpolovna doba je 2,411(3)·104 leta):

Razpad urana-235 poteka v naslednjih smereh:

• α-razpad v 231Th (verjetnost 100 %, energija razpada 4678,3(7) keV):

• Spontana cepitev (verjetnost 7(2)·10−9%);
• Razpad grozda s tvorbo nuklidov 20Ne, 25Ne in 28Mg (verjetnosti so 8(4)·10−10%, 8·10−10%, 8·10−10% oz.):

Prisilna delitev

V zgodnjih tridesetih letih 20. stoletja. Enrico Fermi je obseval uran z nevtroni, da bi pridobil transuranove elemente. Toda leta 1939 sta O. Hahn in F. Strassmann uspela pokazati, da ko nevtron absorbira uranovo jedro, pride do reakcije prisilne cepitve. Praviloma se jedro razcepi na dva delca in sprostijo se 2-3 nevtroni (glej diagram).

V cepitvenih produktih urana-235 je bilo odkritih okoli 300 izotopov različnih elementov: od Z=30 (cink) do Z=64 (gadolinij). Krivulja relativnega izkoristka izotopov, ki nastanejo med obsevanjem urana-235 s počasnimi nevtroni na masno število, je simetrična in po obliki spominja na črko "M". Dva izrazita maksimuma te krivulje ustrezata masnim številom 95 in 134, minimum pa se pojavi v območju masnih števil od 110 do 125. Tako pride do cepitve urana na drobce enake mase (z masnimi števili 115-119). z manjšo verjetnostjo kot pri asimetrični fisiji. Ta težnja je opažena pri vseh cepljivih izotopih in ni povezana z nobenimi posameznimi lastnostmi jeder ali delcev, ampak je neločljivo povezana z mehanizmom same jedrske fisije. Vendar pa se asimetrija zmanjšuje z naraščajočo energijo vzbujanja cepljivega jedra in ko je energija nevtronov večja od 100 MeV, ima masna porazdelitev fisijskih fragmentov en maksimum, ki ustreza simetrični cepitvi jedra.

Ena od možnosti za prisilno cepitev urana-235 po absorpciji nevtrona (diagram)

Drobci, ki nastanejo med cepitvijo uranovega jedra, so po drugi strani radioaktivni in so podvrženi verigi β− razpadov, med katerimi se v daljšem časovnem obdobju postopoma sprošča dodatna energija. Povprečna energija, ki se sprosti pri razpadu enega jedra urana-235, z upoštevanjem razpada drobcev, je približno 202,5 ​​MeV = 3,244·10−11 J ali 19,54 TJ/mol = 83,14 TJ/kg.

Jedrska cepitev je le eden od mnogih procesov, ki so možni med interakcijo nevtronov z jedri, je tisti, ki je osnova delovanja vsakega jedrskega reaktorja.

Jedrska verižna reakcija

Pri razpadu enega jedra 235U se običajno izpusti od 1 do 8 (povprečno 2,5) prostih nevtronov. Vsak nevtron, ki nastane med razpadom jedra 235U, podvržen interakciji z drugim jedrom 235U, lahko povzroči novo dejanje razpada; ta pojav imenujemo verižna reakcija jedrske fisije.

Hipotetično lahko število nevtronov druge generacije (po drugi stopnji jedrskega razpada) preseže 3² = 9. Z vsako naslednjo fazo cepitvene reakcije se lahko število proizvedenih nevtronov poveča kot plaz. V dejanskih pogojih prosti nevtroni morda ne bodo povzročili novega cepitvenega dogodka, zapustili vzorec, preden so zajeli 235U, ali pa jih bo zajel bodisi sam izotop 235U, ki ga bo pretvoril v 236U, ali drugi materiali (na primer 238U ali nastalo jedrsko cepitveni delci, kot sta 149Sm ali 135Xe ).

Če v povprečju vsako dejanje cepitve povzroči novo dejanje cepitve, postane reakcija samozadostna; to stanje se imenuje kritično. (glej tudi množilni faktor nevtronov)

V realnih razmerah doseganje kritičnega stanja urana ni tako enostavno, saj na potek reakcije vpliva vrsta dejavnikov. Naravni uran je na primer sestavljen le iz 0,72 % 235U, 99,2745 % je 238U, ki absorbira nevtrone, ki nastanejo med cepitvijo jeder 235U. To vodi do dejstva, da verižna cepitvena reakcija v naravnem uranu trenutno zelo hitro razpade. Neprekinjeno verižno reakcijo cepitve je mogoče izvesti na več glavnih načinov:

• Povečajte prostornino vzorca (za uran, izoliran iz rude, je možno doseči kritično maso s povečanjem prostornine);
• Izvedite ločevanje izotopov s povečanjem koncentracije 235U v vzorcu;
• Zmanjšajte izgubo prostih nevtronov skozi površino vzorca z uporabo različnih vrst reflektorjev;
• Za povečanje koncentracije toplotnih nevtronov uporabite snov za zmanjševanje nevtronov.

Izomeri

Edini znani izomer je 235Um z naslednjimi lastnostmi:

• Presežna masa: 40.920,6(1,8) keV
• Energija vzbujanja: 76,5(4) eV
• Razpolovna doba: 26 min
• Jedrski spin in pariteta: 1/2+

Razpad izomernega stanja poteka z izomernim prehodom v osnovno stanje.

Aplikacija

• Uran-235 se uporablja kot gorivo za jedrske reaktorje, ki izvajajo nadzorovano verižno reakcijo jedrske fisije;
• Visoko obogateni uran se uporablja za izdelavo jedrskega orožja. V tem primeru se uporabi nenadzorovana jedrska verižna reakcija za sprostitev velike količine energije (eksplozija).

Poglej tudi

• Izotopi urana
• Izotopsko ločevanje

Opombe

1. 1 2 3 4 5 G. Audi, A.H. Wapstra in C. Thibault (2003). „Vrednotenje atomske mase AME2003 (II). Tabele, grafi in reference." Jedrska fizika 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. Bersillon, J. Blachot in A. H. Wapstra (2003). "Vrednotenje jedrskih in razpadnih lastnosti NUBASE." Jedrska fizika A 729 : 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. Bibcode: 2003NuPhA.729....3A.
3. Hoffman K. Ali je mogoče narediti zlato? - 2. izd. izbrisani - L.: Kemija, 1987. - Str. 130. - 232 str. - 50.000 izvodov.
4. Danes v zgodovini znanosti
5. 1 2 3 Fialkov Yu Ya. Uporaba izotopov v kemiji in kemični industriji. - Kijev: Tehnika, 1975. - Str. 87. - 240 str. - 2.000 izvodov.
6. Tabela fizikalnih in kemijskih konstant, razdelek 4.7.1: Jedrska fisija. Kaye & Laby na spletu. Arhivirano iz izvirnika 8. aprila 2012.
7. Bartolomei G. G., Baibakov V. D., Alkhutov M. S., Bat G. A. Osnove teorije in metode za izračun jedrskih reaktorjev. - M.: Energoatomizdat, 1982. - Str. 512.

uran 235 50, uran 235 75, uran 235 območje, uran 235/75r15

Uran je kemijski element iz družine aktinidov z atomskim številom 92. Je najpomembnejše jedrsko gorivo. Njegova koncentracija v zemeljski skorji je približno 2 dela na milijon. Pomembni uranovi minerali vključujejo uranov oksid (U 3 O 8), uraninit (UO 2), karnotit (kalijev uranil vanadat), otenit (kalijev uranil fosfat) in torbernit (vodni bakrov uranil fosfat). Te in druge uranove rude so viri jedrskega goriva in vsebujejo velikokrat več energije kot vsa znana nahajališča fosilnih goriv, ​​ki jih je mogoče pridobiti. 1 kg urana 92 ​​U daje enako energijo kot 3 milijone kg premoga.

Zgodovina odkritja

Kemični element uran je gosta, trda kovina srebrno bele barve. Je duktilen, upogljiv in poliran. Na zraku kovina oksidira in se, ko jo zdrobimo, vname. Razmeroma slabo prevaja elektriko. Elektronska formula urana je 7s2 6d1 5f3.

Čeprav je element leta 1789 odkril nemški kemik Martin Heinrich Klaproth, ki ga je poimenoval po nedavno odkritem planetu Uran, je samo kovino leta 1841 izoliral francoski kemik Eugene-Melchior Peligot z redukcijo iz uranovega tetraklorida (UCl 4) z kalij.

radioaktivnost

Ustvarjanje periodnega sistema s strani ruskega kemika Dmitrija Mendelejeva leta 1869 je usmerilo pozornost na uran kot najtežji znani element, kar je ostal vse do odkritja neptunija leta 1940. Leta 1896 je francoski fizik Henri Becquerel v njem odkril pojav radioaktivnosti. To lastnost so pozneje odkrili še pri številnih drugih snoveh. Zdaj je znano, da je uran, radioaktiven v vseh svojih izotopih, sestavljen iz zmesi 238 U (99,27 %, razpolovna doba - 4.510.000.000 let), 235 U (0,72 %, razpolovna doba - 713.000.000 let) in 234 U (0,006 %, razpolovna doba - 247.000 let). To omogoča na primer določanje starosti kamnin in mineralov za preučevanje geoloških procesov in starosti Zemlje. Za to merijo količino svinca, ki je končni produkt radioaktivnega razpada urana. V tem primeru je 238 U začetni element, 234 U pa eden od produktov. 235 U povzroča niz razpadov aktinija.

Odkritje verižne reakcije

Kemični element uran je postal predmet širokega zanimanja in intenzivnega preučevanja, potem ko sta nemška kemika Otto Hahn in Fritz Strassmann konec leta 1938 ob obstreljevanju s počasnimi nevtroni v njem odkrila jedrsko cepitev. V začetku leta 1939 je italijansko-ameriški fizik Enrico Fermi predlagal, da bi med produkti atomske cepitve lahko bili osnovni delci, ki lahko povzročijo verižno reakcijo. Leta 1939 sta ameriška fizika Leo Szilard in Herbert Anderson ter francoski kemik Frederic Joliot-Curie in njuni sodelavci to napoved potrdili. Poznejše študije so pokazale, da se pri cepitvi atoma v povprečju sprosti 2,5 nevtrona. Ta odkritja so vodila do prve samozadostne jedrske verižne reakcije (12/02/1942), prve atomske bombe (07/16/1945), njene prve uporabe v vojni (08/06/1945), prve jedrske podmornice ( 1955) in prvo jedrsko elektrarno v polnem obsegu (1957).

Oksidacijska stanja

Kemični element uran, ki je močna elektropozitivna kovina, reagira z vodo. Topi se v kislinah, ne pa tudi v alkalijah. Pomembna oksidacijska stanja sta +4 (kot pri UO 2 oksidu, tetrahalidih, kot je UCl 4, in zelenem vodnem ionu U4+) in +6 (kot pri UO 3 oksidu, UF 6 heksafluoridu in uranilnem ionu UO 2 2+). V vodni raztopini je uran najbolj stabilen v sestavi uranilnega iona, ki ima linearno zgradbo [O = U = O] 2+. Element ima tudi stanji +3 in +5, vendar sta nestabilni. Rdeči U 3+ počasi oksidira v vodi, ki ne vsebuje kisika. Barva iona UO 2+ ni znana, ker je podvržen nesorazmerju (UO 2+ se reducira v U 4+ in oksidira v UO 2 2+) tudi v zelo razredčenih raztopinah.

Jedrsko gorivo

Ko je izpostavljen počasnim nevtronom, pride do cepitve atoma urana v razmeroma redkem izotopu 235 U. To je edini naravno prisotni cepljivi material in ga je treba ločiti od izotopa 238 U. Vendar po absorpciji in negativnem beta razpadu uran -238 se spremeni v sintetični element plutonij, ki se pod vplivom počasnih nevtronov razcepi. Zato se naravni uran lahko uporablja v pretvorniških in razmnoževalnih reaktorjih, v katerih je cepitev podprta z redkim 235 U, plutonij pa se proizvaja sočasno s transmutacijo 238 U. Cepljivi 233 U je mogoče sintetizirati iz široko razširjenega naravno prisotnega izotopa torija-232 za uporabo kot jedrsko gorivo. Uran je pomemben tudi kot primarni material, iz katerega se pridobivajo sintetični transuranovi elementi.

Druge uporabe urana

Spojine kemičnega elementa so bile prej uporabljene kot barvila za keramiko. Heksafluorid (UF 6) je trdna snov z nenavadno visokim parnim tlakom (0,15 atm = 15.300 Pa) pri 25 °C. UF 6 je kemično zelo reaktiven, vendar se kljub svoji jedki naravi v stanju hlapov pogosto uporablja v metodah plinske difuzije in plinske centrifuge za proizvodnjo obogatenega urana.

Organokovinske spojine so zanimiva in pomembna skupina spojin, v katerih vezi kovina-ogljik povezujejo kovino z organskimi skupinami. Uranocen je organuranska spojina U(C 8 H 8) 2, v kateri je atom urana stisnjen med dve plasti organskih obročev, povezanih s ciklooktatetraenom C 8 H 8. Njegovo odkritje leta 1968 je odprlo novo področje organokovinske kemije.

Osiromašeni naravni uran se uporablja kot zaščita pred sevanjem, balast, v oklepnih granatah in tankovskih oklepih.

Recikliranje

Kemični element, čeprav zelo gost (19,1 g/cm3), je razmeroma šibka, negorljiva snov. Zdi se, da se kovinske lastnosti urana uvrščajo nekje med srebro ter druge prave kovine in nekovine, zato se ne uporablja kot strukturni material. Glavna vrednost urana je v radioaktivnih lastnostih njegovih izotopov in njihovi sposobnosti cepitve. V naravi je skoraj vsa (99,27 %) kovina sestavljena iz 238 U. Ostalo je 235 U (0,72 %) in 234 U (0,006 %). Od teh naravnih izotopov se samo 235 U neposredno razcepi z nevtronskim obsevanjem. Ko pa se absorbira, 238 U tvori 239 U, ki na koncu razpade v 239 Pu, cepljivi material, ki je zelo pomemben za jedrsko energijo in jedrsko orožje. Drugi cepljivi izotop, 233 U, lahko nastane z nevtronskim obsevanjem 232 Th.

Kristalne oblike

Značilnosti urana povzročajo, da reagira s kisikom in dušikom tudi v normalnih pogojih. Pri višjih temperaturah reagira s širokim naborom legirnih kovin in tvori intermetalne spojine. Tvorba trdnih raztopin z drugimi kovinami je redka zaradi posebnih kristalnih struktur, ki jih tvorijo atomi elementa. Med sobno temperaturo in tališčem 1132 °C kovinski uran obstaja v treh kristalnih oblikah, znanih kot alfa (α), beta (β) in gama (γ). Transformacija iz α- v β-stanje poteka pri 668 °C in iz β v γ ​​pri 775 °C. γ-uran ima kubično kristalno strukturo s telesnim središčem, medtem ko ima β tetragonalno kristalno strukturo. Faza α je sestavljena iz plasti atomov v zelo simetrični ortorombični strukturi. Ta anizotropna popačena struktura preprečuje, da bi legirni kovinski atomi nadomestili atome urana ali zavzeli prostor med njimi v kristalni mreži. Ugotovljeno je bilo, da samo molibden in niobij tvorita trdne raztopine.

Ruda

Zemljina skorja vsebuje približno 2 dela na milijon urana, kar kaže na njegovo razširjenost v naravi. V oceanih naj bi bilo 4,5 × 10 9 ton tega kemičnega elementa. Uran je pomembna sestavina več kot 150 različnih mineralov in manjša sestavina drugih 50. Primarni minerali, ki jih najdemo v magmatskih hidrotermalnih žilah in pegmatitih, vključujejo uraninit in njegovo različico smole. V teh rudah se element pojavlja v obliki dioksida, ki se lahko zaradi oksidacije giblje od UO 2 do UO 2,67. Drugi gospodarsko pomembni izdelki iz rudnikov urana so autunit (hidratirani kalcijev uranil fosfat), tobernit (hidratirani bakrov uranil fosfat), kofinit (črni hidratirani uranov silikat) in karnotit (hidratirani kalijev uranil vanadat).

Ocenjuje se, da je več kot 90 % znanih nizkocenovnih zalog urana v Avstraliji, Kazahstanu, Kanadi, Rusiji, Južni Afriki, Nigru, Namibiji, Braziliji, na Kitajskem, v Mongoliji in Uzbekistanu. Velika nahajališča najdemo v konglomeratnih kamnitih formacijah jezera Elliot, ki se nahaja severno od jezera Huron v Ontariu v Kanadi, in v južnoafriškem rudniku zlata Witwatersrand. Peščene formacije na planoti Colorado in v Wyoming bazenu na zahodu ZDA prav tako vsebujejo znatne zaloge urana.

Proizvodnja

Uranove rude najdemo tako v površinskih kot globokih (300–1200 m) nahajališčih. Pod zemljo debelina sloja doseže 30 m, tako kot v primeru rud drugih kovin se uran izkopava na površini z veliko opremo za zemeljska dela, razvoj globokih nahajališč pa se izvaja s tradicionalnimi metodami navpičnega in nagnjenega. rudniki. Svetovna proizvodnja koncentrata urana v letu 2013 je znašala 70 tisoč ton.Najbolj produktivni rudniki urana so v Kazahstanu (32% celotne proizvodnje), Kanadi, Avstraliji, Nigru, Namibiji, Uzbekistanu in Rusiji.

Uranove rude običajno vsebujejo le majhne količine mineralov, ki vsebujejo uran, in jih ni mogoče taliti z neposrednimi pirometalurškimi metodami. Namesto tega je treba za pridobivanje in čiščenje urana uporabiti hidrometalurške postopke. Povečanje koncentracije znatno zmanjša obremenitev procesnih tokokrogov, vendar nobena od običajnih metod bogatenja, ki se običajno uporabljajo za predelavo mineralov, kot so gravitacija, flotacija, elektrostatično in celo ročno sortiranje, ni uporabna. Z nekaj izjemami te metode povzročijo znatno izgubo urana.

goreče

Pred hidrometalurško predelavo uranovih rud je pogosto stopnja visokotemperaturne kalcinacije. Žganje dehidrira glino, odstrani ogljikove materiale, oksidira žveplove spojine v neškodljive sulfate in oksidira vsa druga redukcijska sredstva, ki lahko motijo ​​nadaljnjo obdelavo.

Izpiranje

Uran se ekstrahira iz praženih rud s kislimi in alkalnimi vodnimi raztopinami. Za uspešno delovanje vseh izlužilnih sistemov mora biti kemijski element bodisi na začetku prisoten v stabilnejši šestvalentni obliki ali pa se med predelavo oksidira do tega stanja.

Kislinsko izpiranje se običajno izvaja z mešanjem mešanice rude in lužila 4-48 ur pri sobni temperaturi. Razen v posebnih primerih se uporablja žveplova kislina. Dobavlja se v količinah, ki zadostujejo za pridobitev končne tekočine pri pH 1,5. Sheme izpiranja z žveplovo kislino običajno uporabljajo manganov dioksid ali klorat za oksidacijo štirivalentnega U4+ v šestvalentni uranil (UO22+). Običajno za oksidacijo U 4+ zadostuje približno 5 kg manganovega dioksida ali 1,5 kg natrijevega klorata na tono. V obeh primerih oksidirani uran reagira z žveplovo kislino, da nastane uranilsulfatni kompleksni anion 4-.

Ruda, ki vsebuje znatne količine bistvenih mineralov, kot sta kalcit ali dolomit, se izluži z 0,5-1 molsko raztopino natrijevega karbonata. Čeprav so preučevali in testirali različne reagente, je glavni oksidant za uran kisik. Običajno se ruda luži na zraku pri atmosferskem tlaku in pri temperaturi 75-80 °C v času, ki je odvisen od specifične kemične sestave. Alkalije reagirajo z uranom in tvorijo lahko topen kompleksni ion 4-.

Raztopine, ki nastanejo pri kislinskem ali karbonatnem izpiranju, je treba pred nadaljnjo obdelavo zbistriti. Ločevanje glin in drugih rudnih gošč v velikem obsegu je doseženo z uporabo učinkovitih sredstev za flokulacijo, vključno s poliakrilamidi, guar gumijem in živalskim lepilom.

Ekstrakcija

4- in 4- kompleksne ione je mogoče sorbirati iz ustreznih raztopin za izpiranje ionske izmenjevalne smole. Te posebne smole, za katere je značilna njihova adsorpcijska in elucijska kinetika, velikost delcev, stabilnost in hidravlične lastnosti, se lahko uporabljajo v različnih procesnih tehnologijah, kot so fiksna plast, premična plast, košarasta smola in neprekinjena smola. Običajno se za eluiranje sorbiranega urana uporabljajo raztopine natrijevega klorida in amoniaka ali nitratov.

Uran je mogoče izolirati iz kislih rudnih tekočin z ekstrakcijo s topilom. V industriji se uporabljajo alkilfosforne kisline, pa tudi sekundarni in terciarni alkilamini. Na splošno je ekstrakcija s topilom prednostna pred metodami ionske izmenjave za kisle filtrate, ki vsebujejo več kot 1 g/L urana. Vendar ta metoda ni uporabna za izpiranje karbonatov.

Uran nato očistimo z raztapljanjem v dušikovi kislini, da nastane uranil nitrat, ekstrahiramo, kristaliziramo in kalciniramo, da nastane UO 3 trioksid. Reducirani dioksid UO2 reagira z vodikovim fluoridom, da nastane tetafluorid UF4, iz katerega se kovinski uran reducira z magnezijem ali kalcijem pri temperaturi 1300 °C.

Tetrafluorid lahko fluoriramo pri 350 °C, da nastane UF 6 heksafluorid, ki se uporablja za ločevanje obogatenega urana-235 s plinsko difuzijo, plinskim centrifugiranjem ali toplotno difuzijo tekočine.

Uran. Naravni uran je sestavljen iz mešanice treh izotopov: uran-234, uran-235, uran-238. Umetno radioaktivno - z masnimi številkami 227-240. Razpolovna doba urana-235 je 7x108 let, urana-238 pa 4,5x109 let. Pri razpadu urana in njegovih hčerinskih radionuklidov se oddajajo sevanje alfa in beta ter žarki gama. Uran prodre v telo na različne načine, tudi skozi kožo. Topne spojine se hitro absorbirajo v kri in porazdelijo po organih in tkivih ter se kopičijo v ledvicah, kosteh, jetrih in vranici. Biološki razpolovni čas iz pljuč je 118-150 dni, iz okostja - 450 dni. Zaradi urana in njegovih razpadnih produktov je letna stopnja 1,34 mSv.

Torij. Torij-232 je inertni plin. Njegovi razpadni produkti so trdne radioaktivne snovi. Razpolovna doba je 1,4x1010 let. Pri transformacijah torija in njegovih razpadnih produktov se sproščajo delci alfa-beta, pa tudi gama kvanti. Mineral torianit vsebuje do 45-88 % torija. Gorivne palice so izdelane iz zlitine torija z obogatenim uranom. V telo vstopi skozi pljuča, prebavila in kožo. Kopiči se v kostnem mozgu in vranici. Biološki razpolovni čas izločanja iz večine organov je 700 dni, iz okostja - 68 let.

Radij. Radij-226 je najpomembnejši produkt radioaktivnega razpada urana-238. Razpolovna doba 1622. Je srebrno bela kovina. Pogosto se uporablja v medicini kot vir alfa delcev za radioterapijo. V telo vstopi skozi dihala, prebavila in kožo. Večina vhodnega radija se odloži v okostju. Biološka razpolovna doba iz kosti je približno 17 let, iz pljuč - 180 dni, iz drugih organov se izloči v prvih dveh dneh. Ko vstopi v človeško telo, povzroči poškodbe kostnega tkiva in rdečega kostnega mozga, kar vodi do motenj hematopoeze, zlomov in razvoja tumorjev. V enem dnevu 1 g radija ob razpadu proizvede 1 mm3 radona.

Radon. Radon-222 je brezbarven plin brez vonja. Razpolovna doba 3,83 dni. Razpadni produkt radija-226. Radon je alfa sevalec. Nastaja v nahajališčih urana v radioaktivnih rudah, najdemo ga v zemeljskem plinu, podtalnici itd. Uhaja lahko tudi skozi razpoke v skalah, v slabo prezračenih rudnikih in rudnikih lahko njegova koncentracija doseže velike vrednosti. Radon najdemo v številnih gradbenih materialih. V ozračje pride tudi med vulkansko aktivnostjo, pri proizvodnji fosfatov in med delovanjem geotermalnih elektrarn.

V zdravilne namene se uporablja v obliki radonskih kopeli pri zdravljenju bolezni sklepov, kosti, perifernega živčevja, kroničnih ginekoloških bolezni itd. Uporablja se tudi v obliki inhalacij, izpiranj in zaužitja vode. ki vsebuje radon. V telo vstopi predvsem skozi dihala. Razpolovna doba iz telesa je v 24 urah. Radon zagotavlja ¾ letne ekvivalentne doze iz zemeljskih virov sevanja in približno ½ doze iz vseh naravnih virov sevanja.

kalij. Kalij-40 je srebrno bela kovina, v prosti obliki ga ne najdemo, saj je kemično zelo aktiven. Polovično življenje
1,32 x 109 let. Pri razpadu oddaja delce beta. Je tipičen biološki element. Človekova potreba po kaliju je 2-3 mg na kg telesne teže na dan. Veliko kalija najdemo v krompirju, pesi in paradižniku. Telo absorbira 100 % vnesenega kalija in ga enakomerno porazdeli po vseh organih, relativno več pa ga je v jetrih in vranici. Razpolovna doba je približno 60 dni.

jod. Jod-131 nastaja pri cepitvenih reakcijah urana in plutonija, pa tudi pri obsevanju telura z nevtroni. Razpolovna doba 8,05 dni. V telo vstopi skozi dihala, prebavila (100% vnesenega joda se absorbira) in kožo. Akumulira se predvsem v ščitnici, njegova koncentracija v žlezi je 200-krat večja kot v drugih tkivih. Ko jod razpade, sprosti delec beta in 2 kvanta gama. Razpolovna doba iz ščitnice je 138 dni, iz drugih organov 10-15 dni. Iz telesa nosečnice jod prehaja skozi posteljico do ploda.

cezij. K skupni ekvivalentni dozi sevanja odločilno prispeva cezij-137. Cezij je srebrno bela kovina. Je vir sevanja beta in gama. Razpolovna doba cezija-137 -
30 let. Pred nesrečo v Černobilu so bile glavni vir vnosa cezija v okolje jedrske eksplozije. Večina naloženega cezija je v obliki, ki se zlahka absorbira. V rastlinah se kopiči predvsem v slami in vršičkih. 100 % zaužitega cezija se absorbira v črevesju. Akumulira se predvsem v mišičnem tkivu. Razpolovna doba iz mišic je 140 dni.

Stroncij. Stroncij-90 - razpolovna doba - 28,6 let (za stroncij-89 - 50,5 dni). Stroncij-90 je sevalec beta. Stroncij zlahka absorbirajo rastline, živali in ljudje. Koncentrator stroncija je koruza, vsebnost stroncija v njej je 5-20-krat večja kot v zemlji. V človeškem telesu se v prebavilih absorbira od 5% do 100% vnesenega stroncija (povprečno 30%), odvisno od prehrane. Akumulira se predvsem v okostju. Največjo koncentracijo opazimo pri otrocih, mlajših od 1 leta. Razpolovna doba stroncija iz mehkih tkiv je do 10 dni, iz kosti - do 8-10 let.

Plutonij. Plutonij-239 je alfa sevalec. Njegova razpolovna doba je 24.360 let. Je srebrno bela kovina. Vir plutonija so jedrske eksplozije, pa tudi reaktorji jedrskih elektrarn, zlasti zasilni izpusti. V tleh se nahaja v površinskih plasteh in spodnjih usedlinah vodnih teles. V telo vstopi skozi pljuča in prebavila, iz prebavil pa se absorbira – bistveno manj kot 1%. Kopiči se v pljučih, jetrih, kostnem tkivu. Razpolovna doba izločanja iz okostja je 100 let, iz jeter - 40 let.

Americij. Americij-241 je razpadni produkt plutonija-241 (razpolovna doba 241Pu je 14,4 leta). Razpolovna doba americija-241 je 432,2 leta, med razpadom pa sprosti delec alfa. Americij se v vodi topi veliko bolje kot plutonij, zato ima večjo migracijsko sposobnost. Akumulira se do 99% v površinskih plasteh prsti, 10% americija je v raztopljeni obliki in ga rastline zlahka absorbirajo. Pri ljudeh se koncentrira v okostju, jetrih, ledvicah. Razpolovna doba iz okostja je do 30 let, iz jeter - do 5 let.