Uranas, cheminis elementas: atradimų istorija ir branduolio dalijimosi reakcija

Straipsnyje kalbama apie tai, kada buvo atrastas toks cheminis elementas kaip uranas ir kokiuose pramonės šakose ši medžiaga naudojama.

Uranas yra chemijos elementas energetikos ir karinės pramonės

Visada žmonės bandė rastilabai efektyvaus energijos šaltinių, o idealiu atveju - sukurti vadinamąjį amžinąjį judesį. Deja, apie jo egzistavimą nesugebėjimas teoriškai įrodyta ir pagrįsta XIX amžiuje, tačiau mokslininkai vis dar niekada neprarado vilties suvokti kai kurių prietaiso rūšis, kad būtų suteikta galimybė išduoti daug "švarios" energijos už labai ilgą laiką svajonę.

Iš dalies tai buvo įmanoma suvoktitokios medžiagos kaip uranas atradimas. Šio pavadinimo cheminis elementas sudarė branduolinių reaktorių, kurie šiandien aprūpina energiją visais miestais, povandeniniais laivais, poliariniais laivais ir tt, vystymosi pagrindą. Tiesa, jų energija negali būti vadinama "švari", tačiau pastaraisiais metais daugelis kompanijų kuria kompaktiškas "atomines baterijas", kurių pagrindas yra tritis plačiai parduodamai - jose nėra judančių dalių ir jos yra saugios sveikatai.

Tačiau šiame straipsnyje mes išsamiai aptarsime cheminio elemento, vadinamo "uranas", atradimą ir jo branduolių dalijimosi reakciją.

Apibrėžimas

Uranas yra cheminis elementas, turintis atominįMendelejevo periodinės lentelės numeris 92. Atominė masė yra 238,029. Jis žymimas simboliu U. Normaliomis sąlygomis jis yra tankus, sunkiojo metalo sidabrinės spalvos. Jei kalbėsime apie jo radioaktyvumą, pats uranas yra silpno radioaktyvumo elementas. Ji taip pat neturi visiškai stabilių izotopų. Ir labiausiai stabili esamų izotopų uranas-338.

Su tuo, ką šis elementas atstovauja, mes supratau, ir dabar mes apsvarstysime savo atradimo istoriją.

Istorija

Tokia medžiaga, kaip gamtinis urano oksidas,žinoma žmonėms iš senovės laikų, bet naudojami senovės meistrų glazūrai, kuri apėmė įvairius keramikos elementus, skirtus indų ir kitų produktų sandarumui, taip pat jų apdailai.

Svarbi data šios cheminės medžiagos atradimo istorijojeelementas tapo 1789 metais. Vėliau chemikas ir vokietis pagal kilmę Martin Klaproth sugebėjo gauti pirmąjį metalo tipo uraną. Ir naujas elementas gavo pavadinimą garbei atviros planetos aštuonerius metus anksčiau.

Praėjus beveik 50 metų, uranas buvo laikomas grynametalas, tačiau 1840 prancūzų chemikas Eugene-Peligot Melkor sugebėjo įrodyti, kad medžiaga gaunama Klaproth, nors ir tinka išorės požymius, o ne metalas, o urano oksido. Šiek tiek vėliau, visi vienodi buvo tiesa Peligot uranas - labai sunkiojo metalo pilka. Būtent tada pirmą kartą ir atominė masė Medžiagos buvo nustatoma kaip urano. Cheminis elementas buvo dedamas Dmitrijus Mendelejevas jo žymaus periodinę sistemą, elementų 1874, su Mendelejevas dvigubai atominę masę, medžiagos du kartus. Tai buvo tik po 12 metų buvo empiriškai įrodyta, kad didelis chemikas buvo ne klysta savo skaičiavimus.

Radioaktyvumas

Tačiau tikrai didelis susidomėjimas šia temamokslinės bendruomenės elementas prasidėjo 1896 m., kai Beckerelis atskleidė faktą, kad uranas išmeta spindulius, kurie buvo pavadinti mokslininko pavadinimu - "Becquerel" spinduliai. Vėliau vienas iš labiausiai žinomų šios srities mokslininkų - Maria Curie - šį reiškinį pavadino radioaktyvumu.

Kitas svarbus tyrimo data yra uranaslaikoma 1899: tai buvo tada, kad Rutherford atrado, kad urano spinduliavimo nėra vienodas ir yra padalintas į du tipus - alfa ir beta spindulių. Po metų Paul Villar (Viillard) atrado trečią, paskutinį kartą žinomą iki šiol mums žinomą radioaktyviosios spinduliuotės tipą - vadinamuosius gama spindulius.

Po septynerių metų, 1906 m., Rutherfordas pagrįstasjo teorija radioaktyvumo atliko pirmąjį eksperimentus, kurių tikslas buvo nustatyti įvairių mineralų amžių. Pradėti šie tyrimai, įskaitant radionuklidų analizės teorijos ir praktikos formavimąsi.

Urano branduolių dalijimas

Bet tikriausiai svarbiausias atradimas, dėkakuris pradėjo plačią urano gavybą ir praturtinimą taikiems ir kariniams tikslams, yra urano branduolių dalijimosi procesas. Tai atsitiko 1938 m., Atradimą atliko vokiečių fizikų Otto Gana ir Fritzas Strassmannas. Vėliau ši teorija gavo mokslinį patvirtinimą kelių vokiečių fizikų darbuose.

Išvystyto mechanizmo esmė buvo tokia: jei vienas apšvitina urano-235 izotopo branduolį neutronu, tada, užfiksuojant laisvą neutroną, jis pradeda dalytis. Ir, kaip dabar visi žinome, šį procesą lydi milžiniškas energijos kiekis. Tai daugiausia dėl to, kad pati spinduliuotė ir branduolio fragmentai yra kinetinės energijos. Taigi dabar mes žinome, kaip vyksta urano branduolių skilimas.

Šio mechanizmo ir jo rezultatus atradimas ir yra atspirties taškas urano naudojimo civilinių ir karinių tikslų.

Jei mes kalbame apie jo naudojimą kariniais tikslais,pirmas kartas teorija, kad gali sukurti sąlygas tokio proceso, kaip nuolat reakcija urano dalijimosi (kaip pakirsti branduolinę bombą reikalauja milžinišką energiją), pasirodė sovietų fizikai Zeldovich ir Khariton. Tačiau, norint sukurti tokią reakciją, uranas turi būti praturtintas, kaip savo įprastą būseną norimų savybių jis iš tikrųjų neturi.

Mes supažindinome su šio elemento istorija, dabar mes supratome, kur ji taikoma.

Urano izotopų panaudojimas ir rūšys

Po to, kai atrado tokį procesą kaip urano grandinės reakcijos reakciją, fizikai pradėjo abejoti, kur jį naudoti.

Šiuo metu yra dvi pagrindinėskryptys, kuriose naudojami urano izotopai. Tai yra taiki (arba energijos) pramonė ir karinė. Tiek pirmoji ir antroji naudoja branduolių dalijimosi urano-235 izotopu, reakcija, skiriasi tik išėjimo galia. Paprasčiau tariant, branduoliniame reaktoriuje nėra būtina kurti ir remti šį procesą tuo pačiu pajėgumu, kaip reikia atlikti, kad branduolinę bombą sprogimą.

Taigi išvardytos pagrindinės šakos, kuriose naudojama urano dalijimosi reakcija.

Tačiau gauti urano-235 izotopą yra neįprastasudėtinga ir brangu technologinė problema, o ne kiekviena šalis gali sau leisti statyti perdirbimo įmonėse. Pavyzdžiui, dvidešimt tonų urano kuro, kuriame urano 235 izotopo turinys bus tarp 3-5%, tai reikia daugiau nei 153 tonų prisodrinto gamtos, "žalio" urano.

Urano-238 izotopas daugiausia naudojamaskonstruktyvi branduolinių ginklų schema, skirta padidinti savo galią. Be to, kai jis fiksuoja neutroną su vėlesniu beta likučio procesu, šis izotopas galiausiai gali būti paverstas plutonium-239, kuris yra daugumos šiuolaikinių branduolinių reaktorių kuras.

Nepaisant visų tokių reaktorių trūkumų(didelės sąnaudos, techninės priežiūros sudėtingumas, gedimo pavojus), jų eksploatavimas atsiperka labai greitai ir jie gamina nepalyginamai daugiau energijos negu klasikinės šiluminės arba hidroelektrinės.

Taip pat leidžiama urano branduolio dalijimosi reakcijasukurti branduolinio ginklo masinio naikinimo. Jis išsiskiria milžiniška galia, santykinis kompaktiškumas ir tai, kad jis gali padaryti didelius žemės plotus netinka gyventi. Tiesa, šiuolaikiniai atominiai ginklai naudoja plutonį, o ne uraną.

Nykstantis uranas

Taip pat yra ir koks nors uranas, kaipišeikvota. Jis turi labai žemą radioaktyvumo lygį, o tai reiškia, kad žmonėms tai nėra pavojinga. Jis vėl naudojamas karinėje srityje, pavyzdžiui, jis pridedamas prie amerikiečių Abramso rezervuaro šarvų, siekiant suteikti jai papildomą tvirtovę. Be to, beveik visose aukštųjų technologijų armijose rasite įvairius apvalius, turinčius nutekinto urano. Be didelio masto, jie taip pat turi dar vieną labai įdomią savybę: po sunaikinimo kulka, jo fragmentai ir metaliniai dulkės savaime užsidega. Beje, pirmą kartą tokia korpusa buvo panaudota Antrojo pasaulinio karo metu. Kaip matome, uranas yra elementas, kuris buvo naudojamas įvairiose žmogaus veiklos srityse.

Išvada

Remiantis mokslininkų prognozėmis, maždaug 2030 mvisi pagrindiniai urano telkiniai bus visiškai išeikvoti, po kurio prasidės sunkiai pasiekiamų sluoksnių plėtra ir padidės kainos. Beje, urano rūdos pati savaime žmonėms yra visiškai nekenksmingos - kai kurie kalnakasiai dirba ištisomis kartomis. Dabar supratome šio cheminio elemento atradimo istoriją ir tai, kaip jo branduolių dalijimosi reakcija yra taikoma.

Beje, įdomi faktas yra žinomas dėl - urano junginių jau seniai naudojami kaip dažai porceliano ir stiklo (vadinamasis urano stiklo), kol 1950 m.