A cikk arról szól, hogy mikor fedeztek fel egy olyan kémiai elemet, mint az urán, és hogy korunkban mely iparágakban használják ezt az anyagot.
Az urán kémiai elem az energia- és hadiiparban
Az emberek mindenkor igyekeztek rendkívül hatékony energiaforrásokat találni, ideális esetben pedig egy úgynevezett örökmozgót létrehozni. Sajnos létezésének lehetetlensége már a 19. században elméletileg bebizonyosodott és alátámasztott, de a tudósok még mindig nem vesztették el a reményt, hogy megvalósítsák egy olyan eszköz álmát, amely képes lenne nagy mennyiségű „tiszta” energia előállítására. hosszú ideig.
Részben ez egy olyan anyag felfedezésével valósult meg, mint az urán. Egy ilyen nevű kémiai elem képezte az alapját az atomreaktorok fejlesztésének, amelyek korunkban egész városokat, tengeralattjárókat, sarki hajókat stb. Igaz, energiájukat nem lehet „tisztának” nevezni, de az elmúlt években sok cég fejleszt kompakt trícium alapú „atomelemeket” széles körű értékesítésre - nincsenek mozgó alkatrészeik és biztonságosak az egészségre.
Ebben a cikkben azonban részletesen elemezzük egy kémiai elem felfedezésének történetéturánnak és magjai hasadási reakciójának nevezik.
Definíció
Az urán egy kémiai elem, amelynek 92-es rendszáma van Mengyelejev periódusos rendszerében. Atomtömege 238 029, U szimbólummal van jelölve. Normál körülmények között sűrű, nehéz ezüstös fém. Ha a radioaktivitásáról beszélünk, akkor maga az urán gyenge radioaktivitású elem. Nem tartalmaz teljesen stabil izotópokat sem. A létező izotópok közül pedig a legstabilabb az urán-338.
Kitaláltuk, mi ez az elem, most pedig nézzük a felfedezés történetét.
Előzmények
Az olyan anyagot, mint a természetes urán-oxid, ősidők óta ismerték az emberek, és az ókori mesteremberek máz készítésére használták, amelyet különféle kerámiák bevonására használtak az edények és egyéb termékek vízállóságát, valamint azok vízállóságát. dekorációk.
Az 1789-es év fontos dátum volt e kémiai elem felfedezésének történetében. A vegyész és a német származású Martin Klaproth ekkor szerezhette meg az első fémes uránt. És az új elem a nevét a nyolc évvel korábban felfedezett bolygó tiszteletére kapta.
Az akkor nyert uránt majdnem 50 évig tiszta fémnek tekintették, azonban 1840-ben egy francia vegyész, Eugene-Melchior Peligot megfelelő külső jelek ellenére be tudta bizonyítani, hogy a Klaproth által megszerzett anyag, egyáltalán nem fém volt, hanem urán-oxid. Kicsit később ugyanaz a Peligo kapottAz igazi urán nagyon nehéz szürke fém. Ekkor határozták meg először egy ilyen anyag, például az urán atomsúlyát. A kémiai elemet 1874-ben Dmitrij Mengyelejev helyezte el az elemek híres periódusos rendszerébe, és Mengyelejev kétszer megduplázta az anyag atomsúlyát. És csak 12 évvel később kísérletileg bebizonyosodott, hogy a nagy vegyész nem tévedett a számításaiban.
Radioaktivitás
De a tudományos közösségben ez az elem iránti igazán széles körű érdeklődés 1896-ban kezdődött, amikor Becquerel felfedezte, hogy az urán olyan sugarakat bocsát ki, amelyeket a kutatóról neveztek el – Becquerel sugarak. Később a terület egyik leghíresebb tudósa, Marie Curie ezt a jelenséget radioaktivitásnak nevezte.
Az urán tanulmányozásának következő fontos dátuma 1899: Rutherford ekkor fedezte fel, hogy az uránsugárzás inhomogén, és két típusra oszlik - alfa- és béta-sugárzásra. Egy évvel később Paul Villar (Villard) felfedezte a harmadik, az általunk ismert utolsó típusú radioaktív sugárzást - az úgynevezett gamma-sugarakat.
Hét évvel később, 1906-ban Rutherford radioaktivitáselmélete alapján elvégezte az első kísérleteket, amelyek célja a különböző ásványok korának meghatározása volt. Ezek a tanulmányok alapozták meg többek között a radiokarbon elemzés elméletének és gyakorlatának kialakulását.
Uránmagok hasadása
De talán a legfontosabb felfedezés, amelynek köszönhetően aaz urán széles körben elterjedt bányászata és dúsítása békés és katonai célokra egyaránt az uránmagok hasadási folyamata. 1938-ban történt, a felfedezést Otto Hahn és Fritz Strassmann német fizikusok végezték. Később ez az elmélet tudományos megerősítést kapott több német fizikus munkájában.
Az általuk felfedezett mechanizmus lényege a következő volt: ha az urán-235 izotóp magját neutronnal besugározzuk, akkor egy szabad neutron befogásával az osztódni kezd. És ahogy ma már mindannyian tudjuk, ez a folyamat hatalmas mennyiségű energia felszabadulásával jár. Ez elsősorban magának a sugárzásnak és az atommag töredékeinek kinetikus energiája miatt következik be. Tehát most már tudjuk, hogyan történik az uránhasadás.
E mechanizmus felfedezése és eredményei jelentik az urán békés és katonai célú felhasználásának kiindulópontját.
Ha katonai célú felhasználásáról beszélünk, akkor először az az elmélet, hogy lehetséges olyan folyamat feltételeit megteremteni, mint az uránmag folyamatos hasadási reakciója (mivel a robbanáshoz hatalmas energia szükséges atombomba) Zeldovics és Khariton szovjet fizikusok bizonyították. De ahhoz, hogy egy ilyen reakció létrejöjjön, az uránt dúsítani kell, mivel normál állapotában nem rendelkezik a szükséges tulajdonságokkal.
Megismertük ennek az elemnek a történetét, most kitaláljuk, hol használják.
Uránizotópok felhasználása és típusai
Az uránlánc-hasadási reakcióhoz hasonló folyamat felfedezése után a fizikusok azzal a kérdéssel szembesültek, hogy hol használják?
Jelenleg két fő terület van, ahol uránizotópokat használnak. Ez egy békés (vagy energia) ipar és haderő. Az első és a második is az urán-235 izotóp maghasadási reakcióját alkalmazza, csak a kimeneti teljesítmény tér el. Egyszerűen fogalmazva, egy atomreaktorban nincs szükség arra, hogy ezt a folyamatot ugyanolyan erővel hozzuk létre és tartsuk fenn, mint ami egy atombomba felrobbanásához szükséges.
Tehát felsoroltuk azokat a fő iparágakat, amelyekben az uránhasadási reakciót alkalmazzák.
Az urán-235 izotóp beszerzése azonban rendkívül összetett és költséges technológiai feladat, és nem minden állam engedheti meg magának dúsító üzemek építését. Például húsz tonna urán üzemanyag előállításához, amelyben az urán 235 izotóp tartalma 3-5% lesz, több mint 153 tonna természetes, "nyers" uránt kell dúsítani.
Az urán-238 izotópot főként atomfegyverek tervezésénél használják, hogy növeljék azok erejét. Ezenkívül, ha befog egy neutront, majd egy béta-bomlási folyamat következik be, ez az izotóp végül plutónium-239-vé alakulhat, amely a legtöbb modern atomreaktor szokásos üzemanyaga.
Az ilyen reaktorok minden hiányossága (magas költség, bonyolult karbantartás, balesetveszély) ellenére működésük nagyon gyorsan megtérül, és összehasonlíthatatlanul több energiát termelnek, mint a klasszikus hő- vagy vízerőművek.
Az uránmag hasadási reakciója is lehetővé tette nukleáris tömegpusztító fegyverek létrehozását. Hatalmas ereje, relatíve megkülönböztetitömörsége és az a tény, hogy képes nagy területeket emberi lakhatásra alkalmatlanná tenni. Igaz, a modern atomfegyverek plutóniumot használnak, nem uránt.
szegényített urán
A szegényített uránnak is van ilyen változata. Nagyon alacsony a radioaktivitása, ami azt jelenti, hogy nem veszélyes az emberre. A katonai szférában ismét használják, például az amerikai Abrams tank páncélzatához adják, hogy további erőt adjon. Ezenkívül szinte minden csúcstechnológiás hadseregben megtalálhatók különféle szegényített uránt tartalmazó kagylók. Nagy tömegük mellett van még egy nagyon érdekes tulajdonságuk - a lövedék megsemmisülése után töredékei és fémpora spontán meggyullad. És mellesleg a második világháború alatt használtak először ilyen lövedéket. Amint látjuk, az urán egy olyan elem, amelyet az emberi tevékenység különböző területein használnak.
Következtetés
A tudósok előrejelzései szerint 2030 körül az összes nagy uránlelőhely teljesen kimerül, ezt követően megkezdődik a nehezen elérhető rétegeinek kialakulása, az ára pedig emelkedni fog. Egyébként maga az uránérc teljesen ártalmatlan az emberekre – egyes bányászok generációk óta dolgoznak a kitermelésén. Most kitaláltuk ennek a kémiai elemnek a felfedezésének történetét és azt, hogy hogyan használják fel magjainak hasadási reakcióját.
Egyébként ismert egy érdekes tény: az uránvegyületeket régóta használják porcelán- és festékfestékként.üveg (úgynevezett uránüveg) az 1950-es évekig.
