Odakle je došao uran? Najvjerojatnije se pojavljuje tijekom eksplozije supernove. Činjenica je da za nukleosintezu elemenata težih od željeza mora postojati snažan tok neutrona, koji se događa upravo tijekom eksplozije supernove. Čini se da bi tada, tijekom kondenzacije iz oblaka novih zvjezdanih sustava koje on formira, uran, skupivši se u protoplanetarnom oblaku i budući vrlo težak, trebao potonuti u dubine planeta. Ali to nije istina. Uran je radioaktivni element i kada se raspadne oslobađa toplinu. Izračuni pokazuju da bi uran, kad bi bio ravnomjerno raspoređen po cijeloj debljini planeta, barem s istom koncentracijom kao na površini, emitirao previše topline. Štoviše, njegov bi protok trebao oslabiti kako se uran troši. Budući da ništa slično nije uočeno, geolozi vjeruju da je najmanje trećina urana, a možda i sav, koncentrirana u zemljinoj kori, gdje je njegov sadržaj 2,5∙10 –4%. Zašto se to dogodilo, ne raspravlja se.

Gdje se vadi uran? Urana na Zemlji nema tako malo – po zastupljenosti je na 38. mjestu. Većina ovog elementa nalazi se u sedimentnim stijenama - ugljičnim škriljevcima i fosforitima: do 8∙10 –3 odnosno 2,5∙10 –2%. Ukupno, zemljina kora sadrži 10 14 tona urana, ali glavni problem je što je jako raspršen i ne stvara moćne naslage. Otprilike 15 minerala urana su od industrijske važnosti. To je uranov katran - njegova osnova je četverovalentni uranov oksid, uranov liskun - razni silikati, fosfati i složeniji spojevi s vanadijem ili titanom na bazi šestovalentnog urana.

Što su Becquerelove zrake? Nakon otkrića X-zraka od strane Wolfganga Roentgena, francuski fizičar Antoine-Henri Becquerel zainteresirao se za sjaj uranovih soli koji nastaje pod utjecajem sunčeve svjetlosti. Htio je shvatiti ima li i ovdje rendgenskih zraka. Doista, bili su prisutni - sol je osvjetljavala fotografsku ploču kroz crni papir. U jednom od pokusa, međutim, sol nije bila osvijetljena, ali je fotografska ploča ipak potamnjela. Kad je metalni predmet stavljen između soli i fotografske ploče, tamnjenje ispod bilo je manje. Dakle, nove zrake nisu nastale uslijed pobuđivanja urana svjetlošću i nisu djelomično prošle kroz metal. U početku su ih nazivali "Becquerelovim zrakama". Naknadno je otkriveno da su to uglavnom alfa zrake s malim dodatkom beta zraka: činjenica je da glavni izotopi urana tijekom raspada emitiraju alfa česticu, a produkti kćeri također doživljavaju beta raspad.

Koliko je uran radioaktivan? Uran nema stabilne izotope; svi su radioaktivni. Najdugovječniji je uran-238 s vremenom poluraspada od 4,4 milijarde godina. Slijedi uran-235 - 0,7 milijardi godina. Oba prolaze kroz alfa raspad i postaju odgovarajući izotopi torija. Uran-238 čini više od 99% ukupnog prirodnog urana. Zbog ogromnog vremena poluraspada, radioaktivnost ovog elementa je niska, a osim toga, alfa čestice nisu u stanju prodrijeti kroz stratum corneum na površini ljudskog tijela. Kažu da je I. V. Kurchatov nakon rada s uranom jednostavno obrisao ruke rupčićem i nije patio od bolesti povezanih s radioaktivnošću.

Istraživači su se više puta okrenuli statistici bolesti radnika u rudnicima i pogonima za preradu urana. Evo, na primjer, nedavnog članka kanadskih i američkih stručnjaka koji su analizirali zdravstvene podatke više od 17 tisuća radnika u rudniku Eldorado u kanadskoj provinciji Saskatchewan za godine 1950-1999 ( Istraživanje okoliša, 2014, 130, 43–50, DOI:10.1016/j.envres.2014.01.002). Polazili su od činjenice da zračenje ima najjači učinak na krvne stanice koje se brzo množe, što dovodi do odgovarajućih vrsta raka. Statistike pokazuju da radnici u rudnicima imaju manju učestalost raznih vrsta raka krvi od prosječne kanadske populacije. U ovom slučaju glavnim izvorom zračenja ne smatra se sam uran, već plinoviti radon koji on stvara i produkti njegovog raspada, koji mogu ući u tijelo kroz pluća.

Zašto je uran štetan?? On je, kao i drugi teški metali, vrlo toksičan i može uzrokovati zatajenje bubrega i jetre. S druge strane, uran, kao raspršeni element, neizbježno je prisutan u vodi, tlu i, koncentrirajući se u hranidbenom lancu, ulazi u ljudsko tijelo. Razumno je pretpostaviti da su živa bića u procesu evolucije naučila neutralizirati uran u prirodnim koncentracijama. Uran je najopasniji u vodi, pa je WHO postavio granicu: u početku je bila 15 µg/l, ali je 2011. standard povećan na 30 µg/g. U pravilu u vodi ima mnogo manje urana: u SAD-u prosječno 6,7 µg/l, u Kini i Francuskoj - 2,2 µg/l. Ali ima i jakih odstupanja. Tako je u nekim područjima Kalifornije stotinu puta više od standarda - 2,5 mg/l, au južnoj Finskoj doseže 7,8 mg/l. Istraživači pokušavaju shvatiti je li standard WHO-a prestrog proučavajući učinak urana na životinje. Evo tipičnog posla ( BioMed Research International, 2014., ID 181989; DOI:10.1155/2014/181989). Francuski su znanstvenici devet mjeseci hranili štakore vodom s dodacima osiromašenog urana, i to u relativno visokim koncentracijama - od 0,2 do 120 mg/l. Donja vrijednost je voda u blizini rudnika, dok gornja vrijednost nema nigdje - maksimalna koncentracija urana, izmjerena u Finskoj, iznosi 20 mg/l. Na iznenađenje autora - članak se zove: "Neočekivani izostanak primjetnog učinka urana na fiziološke sustave ..." - uran praktički nije utjecao na zdravlje štakora. Životinje su dobro jele, pravilno dobivale na težini, nisu se žalile na bolesti i nisu uginule od raka. Uran se, kako i treba, taložio prvenstveno u bubrezima i kostima te u stotinu puta manjim količinama u jetri, a njegovo nakupljanje očekivano je ovisilo o sadržaju u vodi. Međutim, to nije dovelo do zatajenja bubrega ili čak do primjetne pojave bilo kakvih molekularnih markera upale. Autori su predložili početak revizije strogih smjernica WHO-a. Međutim, postoji jedno upozorenje: učinak na mozak. U mozgu štakora bilo je manje urana nego u jetri, ali njegov sadržaj nije ovisio o količini u vodi. Ali uran je utjecao na rad antioksidativnog sustava mozga: aktivnost katalaze povećala se za 20%, glutation peroksidaze za 68-90%, a aktivnost superoksid dismutaze smanjila se za 50%, bez obzira na dozu. To znači da je uran očito izazvao oksidativni stres u mozgu i tijelo je na njega odgovorilo. Ovaj učinak - snažan učinak urana na mozak u nedostatku njegove akumulacije u njemu, usput, kao iu genitalijama - primijećen je i prije. Štoviše, voda s uranom u koncentraciji od 75-150 mg/l kojom su istraživači sa Sveučilišta u Nebraski hranili štakore šest mjeseci ( Neurotoksikologija i teratologija, 2005., 27, 1, 135–144; DOI:10.1016/j.ntt.2004.09.001), utjecao je na ponašanje životinja, uglavnom mužjaka, puštenih u polje: križali su uzice, uspravljali se na stražnje noge i češljali krzno drugačije od kontrolnih. Postoje dokazi da uran također dovodi do oštećenja pamćenja kod životinja. Promjene u ponašanju bile su u korelaciji s razinama oksidacije lipida u mozgu. Ispostavilo se da je voda s uranom učinila štakore zdravima, ali prilično glupima. Ovi će nam podaci biti korisni u analizi takozvanog sindroma Zaljevskog rata.

Kontaminira li uran mjesta za razvoj plina iz škriljca? Ovisi o tome koliko je urana u stijenama koje sadrže plin i kako je povezan s njima. Na primjer, izvanredni profesor Tracy Bank sa Sveučilišta u Buffalu proučavao je Marcellus Shale, koji se proteže od zapadnog New Yorka preko Pennsylvanije i Ohija do Zapadne Virginije. Pokazalo se da je uran kemijski povezan upravo s izvorom ugljikovodika (sjetimo se da srodni ugljikovi škriljevci imaju najveći sadržaj urana). Eksperimenti su pokazali da otopina korištena tijekom frakturiranja savršeno otapa uran. “Kada uran u tim vodama dospije na površinu, može izazvati kontaminaciju okolnog područja. To ne predstavlja opasnost od zračenja, ali uran je otrovni element,” napominje Tracy Bank u sveučilišnom priopćenju za tisak od 25. listopada 2010. Još uvijek nisu pripremljeni detaljni članci o riziku od onečišćenja okoliša uranom ili torijem tijekom proizvodnje plina iz škriljca.

Zašto je uran potreban? Ranije se koristio kao pigment za izradu keramike i stakla u boji. Sada je uran osnova nuklearne energije i atomskog oružja. U ovom slučaju koristi se njegovo jedinstveno svojstvo - sposobnost jezgre da se podijeli.

Što je nuklearna fisija? Raspad jezgre na dva nejednaka velika komada. Upravo zbog tog svojstva tijekom nukleosinteze uslijed neutronskog zračenja vrlo teško nastaju jezgre teže od urana. Suština fenomena je sljedeća. Ako omjer broja neutrona i protona u jezgri nije optimalan, ona postaje nestabilna. Tipično, takva jezgra emitira ili alfa česticu - dva protona i dva neutrona, ili beta česticu - pozitron, što je popraćeno transformacijom jednog od neutrona u proton. U prvom slučaju dobiva se element periodnog sustava, razmaknut dvije ćelije unatrag, u drugom - jedna stanica naprijed. No, osim što emitira alfa i beta čestice, jezgra urana sposobna je fisije - raspadanja na jezgre dva elementa u sredini periodnog sustava, primjerice barija i kriptona, što i čini dobivši novi neutron. Ovaj fenomen otkriven je nedugo nakon otkrića radioaktivnosti, kada su fizičari novootkriveno zračenje izložili svemu što su mogli. Evo kako o tome piše Otto Frisch, sudionik događaja (“Advances in Physical Sciences”, 1968, 96, 4). Nakon otkrića berilijevih zraka - neutrona - Enrico Fermi je njima zračio posebno uran da bi izazvao beta raspad - nadao se da će njime dobiti sljedeći, 93. element, koji se sada zove neptunij. Upravo je on otkrio novu vrstu radioaktivnosti u ozračenom uranu, koju je povezao s pojavom transuranovih elemenata. U isto vrijeme, usporavanje neutrona, za što je izvor berilija bio prekriven slojem parafina, povećalo je ovu induciranu radioaktivnost. Američki radiokemičar Aristide von Grosse sugerirao je da je jedan od tih elemenata protaktinij, ali je bio u krivu. Ali Otto Hahn, koji je tada radio na Sveučilištu u Beču i smatrao da je protaktinij otkriven 1917. godine njegova zamisao, odlučio je da mora otkriti koji su elementi dobiveni. Zajedno s Lise Meitner početkom 1938. Hahn je na temelju eksperimentalnih rezultata sugerirao da čitavi lanci radioaktivnih elemenata nastaju zbog višestrukih beta raspada jezgri urana-238 koje apsorbiraju neutrone i njegovih elemenata kćeri. Ubrzo je Lise Meitner bila prisiljena pobjeći u Švedsku, bojeći se mogućih odmazdi nacista nakon anschlussa Austrije. Hahn je, nastavivši eksperimente s Fritzom Strassmannom, otkrio da je među produktima i barij, element broj 56, koji se nikako ne može dobiti iz urana: svi lanci alfa raspada urana završavaju s mnogo težim olovom. Istraživači su bili toliko iznenađeni rezultatom da ga nisu objavili; samo su pisali pisma prijateljima, posebice Lise Meitner u Göteborgu. Tamo ju je za Božić 1938. posjetio njezin nećak Otto Frisch i šetajući u blizini zimskog grada - on na skijama, teta pješice - razgovarali su o mogućnosti pojave barija tijekom zračenja urana kao rezultat nuklearne fisije (za više informacija o Lise Meitner, pogledajte “Chemistry and Life”, 2013, br. 4). Vraćajući se u Kopenhagen, Frisch je doslovno uhvatio Nielsa Bohra na prolazu broda koji je polazio za Sjedinjene Države i rekao mu za ideju fisije. Bohr je, udarivši se po čelu, rekao: “Oh, kakve smo budale bili! Trebali smo ovo primijetiti ranije." U siječnju 1939. Frisch i Meitner objavili su članak o fisiji jezgri urana pod utjecajem neutrona. Do tada je Otto Frisch već proveo kontrolni eksperiment, kao i mnoge američke skupine koje su primile poruku od Bohra. Kažu da su se fizičari počeli razilaziti po svojim laboratorijima upravo tijekom njegovog referata 26. siječnja 1939. u Washingtonu na godišnjoj konferenciji o teorijskoj fizici, kada su shvatili bit ideje. Nakon otkrića fisije, Hahn i Strassmann revidirali su svoje pokuse i ustanovili, baš kao i njihovi kolege, da radioaktivnost ozračenog urana nije povezana s transuranijem, već s raspadom radioaktivnih elemenata nastalih tijekom fisije iz sredine periodnog sustava elemenata.

Kako dolazi do lančane reakcije u uranu? Ubrzo nakon što je eksperimentalno dokazana mogućnost fisije jezgri urana i torija (a na Zemlji nema drugih fisijskih elemenata u nekoj značajnijoj količini), Niels Bohr i John Wheeler, koji su radili na Princetonu, kao i neovisno o njima, Sovjetski teorijski fizičar Ya.I.Frenkel i Nijemci Siegfried Flügge i Gottfried von Droste stvorili su teoriju nuklearne fisije. Iz toga su slijedila dva mehanizma. Jedan je povezan s pragom apsorpcije brzih neutrona. Prema njemu, da bi započeo fisiju, neutron mora imati prilično visoku energiju, više od 1 MeV za jezgre glavnih izotopa - urana-238 i torija-232. Pri nižim energijama apsorpcija neutrona uranom-238 ima rezonantni karakter. Dakle, neutron s energijom od 25 eV ima površinu presjeka zahvata koja je tisućama puta veća nego kod drugih energija. U ovom slučaju neće biti fisije: uran-238 će postati uran-239, koji će se s poluživotom od 23,54 minute pretvoriti u neptunij-239, koji će se s poluživotom od 2,33 dana pretvoriti u dugovječni plutonij-239. Torij-232 će postati uran-233.

Drugi mehanizam je apsorpcija neutrona bez praga, a slijedi ga treći manje-više čest fisibilni izotop - uran-235 (kao i plutonij-239 i uran-233, koji se ne nalaze u prirodi): apsorbirajući bilo koji neutron, čak i spori, tzv. toplinski, s energijom kao za molekule koje sudjeluju u toplinskom gibanju - 0,025 eV, takva će se jezgra razdvojiti. I to je vrlo dobro: toplinski neutroni imaju površinu presjeka hvatanja četiri puta veću od brzih, megaelektronvoltnih neutrona. To je značenje urana-235 za cijelu kasniju povijest nuklearne energije: upravo on osigurava umnažanje neutrona u prirodnom uranu. Nakon što je pogodi neutron, jezgra urana-235 postaje nestabilna i brzo se raspada na dva nejednaka dijela. Usput se emitira nekoliko (u prosjeku 2,75) novih neutrona. Pogode li jezgre tog istog urana, uzrokovat će eksponencijalno razmnožavanje neutrona – doći će do lančane reakcije, koja će dovesti do eksplozije zbog brzog oslobađanja ogromne količine topline. Ni uran-238 ni torij-232 ne mogu tako funkcionirati: na kraju krajeva, tijekom fisije neutroni se emitiraju s prosječnom energijom od 1-3 MeV, odnosno, ako postoji energetski prag od 1 MeV, značajan dio neutroni sigurno neće moći izazvati reakciju, a reprodukcije neće biti. To znači da te izotope treba zaboraviti, a neutrone treba usporiti na toplinsku energiju kako bi što učinkovitije komunicirali s jezgrama urana-235. Istodobno, ne može se dopustiti njihova rezonantna apsorpcija uranom-238: uostalom, u prirodnom uranu ovaj je izotop nešto manji od 99,3% i neutroni se češće sudaraju s njim, a ne s ciljnim uranom-235. A djelujući kao moderator, moguće je održavati umnožavanje neutrona na konstantnoj razini i spriječiti eksploziju – kontrolirati lančanu reakciju.

Proračun koji su izvršili Ya. B. Zeldovich i Yu. B. Khariton iste kobne 1939. godine pokazao je da je za to potrebno upotrijebiti moderator neutrona u obliku teške vode ili grafita i obogatiti prirodni uran s uranom. 235 najmanje 1,83 puta. Tada im se ova ideja činila čistom fantastikom: “Treba napomenuti da približno dvostruko obogaćivanje onih prilično značajnih količina urana koje su potrebne za izvođenje lančane eksplozije,<...>je izuzetno glomazan zadatak, gotovo nemoguć u praksi.” Sada je taj problem riješen, a nuklearna industrija masovno proizvodi uran obogaćen uranom-235 do 3,5% za elektrane.

Što je spontana nuklearna fisija? Godine 1940. G. N. Flerov i K. A. Petrzhak otkrili su da se fisija urana može dogoditi spontano, bez ikakvih vanjskih utjecaja, iako je vrijeme poluraspada mnogo dulje nego kod običnog alfa raspada. Budući da takva fisija također proizvodi neutrone, ako im se ne dopusti da pobjegnu iz reakcijske zone, oni će poslužiti kao pokretači lančane reakcije. Upravo se ovaj fenomen koristi u stvaranju nuklearnih reaktora.

Zašto je potrebna nuklearna energija? Zeldovich i Khariton bili su među prvima koji su izračunali ekonomski učinak nuklearne energije (Uspekhi Fizicheskih Nauk, 1940, 23, 4). “...U ovom trenutku još je nemoguće donijeti konačne zaključke o mogućnosti ili nemogućnosti izvođenja reakcije nuklearne fisije s beskonačno razgranatim lancima u uranu. Ako je takva reakcija izvediva, tada se brzina reakcije automatski prilagođava kako bi se osiguralo njezino glatko napredovanje, unatoč ogromnoj količini energije kojom eksperimentator raspolaže. Ova je okolnost izuzetno povoljna za iskorištenje energije reakcije. Predstavimo stoga - iako je ovo podjela kože neubijenog medvjeda - neke brojke koje karakteriziraju mogućnosti energetskog korištenja urana. Ako se proces fisije odvija s brzim neutronima, dakle, reakcija hvata glavni izotop urana (U238), tada<исходя из соотношения теплотворных способностей и цен на уголь и уран>trošak kalorije iz glavnog izotopa urana ispada da je približno 4000 puta jeftiniji nego iz ugljena (osim, naravno, ako se procesi "izgaranja" i odvođenja topline ne pokažu puno skupljim u slučaju urana od u slučaju ugljena). U slučaju sporih neutrona, trošak kalorije "uranija" (na temelju gornjih brojki) bit će, uzimajući u obzir da je zastupljenost izotopa U235 0,007, već samo 30 puta jeftiniji od kalorije "ugljena", sve ostale stvari su jednake.”

Prvu kontroliranu lančanu reakciju izveo je 1942. Enrico Fermi na Sveučilištu u Chicagu, a reaktorom se upravljalo ručno - gurajući grafitne šipke unutra i van kako se tok neutrona mijenjao. Prva elektrana izgrađena je u Obninsku 1954. godine. Osim proizvodnje energije, prvi reaktori također su radili na proizvodnji plutonija za oružje.

Kako radi nuklearna elektrana? Danas većina reaktora radi na spore neutrone. Obogaćeni uran u obliku metala, legure poput aluminija ili oksida stavlja se u dugačke cilindre koji se nazivaju gorivi elementi. Oni su na određeni način ugrađeni u reaktor, a između njih su umetnute šipke moderatora koje kontroliraju lančanu reakciju. S vremenom se u gorivom elementu nakupljaju otrovi reaktora - produkti fisije urana, koji također mogu apsorbirati neutrone. Kada koncentracija urana-235 padne ispod kritične razine, element se povlači iz upotrebe. Međutim, sadrži mnogo fisijskih fragmenata s jakom radioaktivnošću, koja se smanjuje tijekom godina, uzrokujući da elementi dugo emitiraju značajnu količinu topline. Čuvaju se u bazenima za hlađenje, a potom se ili zakopavaju ili se pokušavaju preraditi - kako bi se izvukao neizgoreni uran-235, proizvedeni plutonij (koji se koristio za izradu atomskih bombi) i drugi izotopi koji se mogu koristiti. Neiskorišteni dio šalje se u groblje.

U takozvanim brzim reaktorima ili oplodnim reaktorima oko elemenata se postavljaju reflektori od urana-238 ili torija-232. Oni usporavaju i šalju natrag u reakcijsku zonu neutrone koji su prebrzi. Neutroni usporeni do rezonantnih brzina apsorbiraju te izotope, pretvarajući se u plutonij-239, odnosno uran-233, koji mogu poslužiti kao gorivo za nuklearnu elektranu. Budući da brzi neutroni slabo reagiraju s uranom-235, njegova se koncentracija mora značajno povećati, ali to se isplati jačim neutronskim tokom. Unatoč činjenici da se breeder reaktori smatraju budućnošću nuklearne energije, budući da proizvode više nuklearnog goriva nego što troše, eksperimenti su pokazali da je njima teško upravljati. Sada je u svijetu ostao samo jedan takav reaktor - u četvrtoj elektrani Belojarske nuklearne elektrane.

Kako se kritizira nuklearna energija? Ako ne govorimo o nesrećama, glavna točka u argumentima protivnika nuklearne energije danas je prijedlog da se u izračun njezine učinkovitosti dodaju troškovi zaštite okoliša nakon stavljanja stanice izvan pogona i pri radu s gorivom. U oba slučaja postavljaju se izazovi pouzdanog zbrinjavanja radioaktivnog otpada, a to su troškovi koje snosi država. Postoji mišljenje da ako ih prenesete na troškove energije, tada će njegova ekonomska privlačnost nestati.

Protivljenja ima i među pristašama nuklearne energije. Njegovi predstavnici ukazuju na jedinstvenost urana-235, koji nema zamjenu, jer alternativni izotopi koji se cijepaju toplinskim neutronima - plutonij-239 i uran-233 - zbog vremena poluraspada od tisuća godina, nisu pronađeni u prirodi. I oni se dobivaju upravo kao rezultat fisije urana-235. Ako ga ponestane, nestat će prekrasan prirodni izvor neutrona za nuklearnu lančanu reakciju. Kao rezultat takve rasipnosti, čovječanstvo će u budućnosti izgubiti priliku uključiti torij-232, čije su rezerve nekoliko puta veće od urana, u energetski ciklus.

Teoretski, akceleratori čestica mogu se koristiti za proizvodnju toka brzih neutrona s megaelektronvoltnom energijom. Međutim, ako govorimo, na primjer, o međuplanetarnim letovima na nuklearnom motoru, tada će implementacija sheme s glomaznim akceleratorom biti vrlo teška. Osiromašenje urana-235 stavlja točku na takve projekte.

Što je uran za oružje? Ovo je visoko obogaćeni uran-235. Njegova kritična masa - ona odgovara veličini komada tvari u kojem spontano dolazi do lančane reakcije - dovoljno je mala da proizvede streljivo. Takav se uran može koristiti za izradu atomske bombe, ali i kao fitilj za termonuklearnu bombu.

Koje su katastrofe povezane s uporabom urana? Energija pohranjena u jezgrama fisijskih elemenata je ogromna. Ako izmakne kontroli zbog previda ili namjerno, ova energija može izazvati mnogo problema. Dvije najveće nuklearne katastrofe dogodile su se 6. i 8. kolovoza 1945., kada su američke zračne snage bacile atomske bombe na Hirošimu i Nagasaki, ubivši i ranivši stotine tisuća civila. Katastrofe manjih razmjera povezane su s nesrećama u nuklearnim elektranama i poduzećima nuklearnog ciklusa. Prva veća nesreća dogodila se 1949. u SSSR-u u tvornici Mayak kod Čeljabinska, gdje se proizvodio plutonij; Tekući radioaktivni otpad završio je u rijeci Techa. U rujnu 1957. na njemu se dogodila eksplozija pri čemu je ispuštena velika količina radioaktivnog materijala. Jedanaest dana kasnije izgorio je britanski reaktor za proizvodnju plutonija u Windscaleu, a oblak s produktima eksplozije raspršio se nad zapadnom Europom. Godine 1979. izgorio je reaktor u nuklearnoj elektrani Three Mail Island u Pennsylvaniji. Najraširenije posljedice izazvale su nesreće u nuklearnoj elektrani Černobil (1986.) i nuklearnoj elektrani Fukushima (2011.), kada su milijuni ljudi bili izloženi zračenju. Prvi su zatrpali ogromna područja, ispustivši 8 tona uranovog goriva i produkata raspada kao rezultat eksplozije, koja se proširila Europom. Drugi je zagađivao i, tri godine nakon nesreće, nastavlja zagađivati ​​Tihi ocean u ribolovnim područjima. Otklanjanje posljedica ovih nesreća bilo je jako skupo, a kada bi se ti troškovi raščlanili na trošak električne energije, on bi se značajno povećao.

Posebno pitanje su posljedice po zdravlje ljudi. Prema službenim statistikama, mnogi ljudi koji su preživjeli bombardiranje ili živjeli u kontaminiranim područjima imali su koristi od zračenja - prvi imaju duži životni vijek, drugi manje obolijevaju od raka, a stručnjaci pripisuju određeni porast smrtnosti društvenom stresu. Broj poginulih upravo od posljedica nesreća ili uslijed njihove likvidacije broji se stotinama ljudi. Protivnici nuklearnih elektrana ističu da su nesreće dovele do nekoliko milijuna preuranjenih smrti na europskom kontinentu, ali su jednostavno nevidljive u statističkom kontekstu.

Uklanjanje zemljišta iz ljudske upotrebe u zonama nesreća dovodi do zanimljivog rezultata: oni postaju svojevrsni prirodni rezervati u kojima raste bioraznolikost. Istina, neke životinje pate od bolesti povezanih s radijacijom. Ostaje otvoreno pitanje koliko će se brzo prilagoditi povećanoj pozadini. Također postoji mišljenje da je posljedica kroničnog zračenja "selekcija za budale" (vidi "Kemija i život", 2010., br. 5): čak iu embrionalnoj fazi preživljavaju primitivniji organizmi. Konkretno, u odnosu na ljude, to bi trebalo dovesti do smanjenja mentalnih sposobnosti kod generacije rođene u zagađenim područjima nedugo nakon nesreće.

Što je osiromašeni uran? Ovo je uran-238, koji ostaje nakon odvajanja urana-235 iz njega. Količine otpada od proizvodnje urana i gorivih elemenata za oružje su velike - samo u Sjedinjenim Državama nakupljeno je 600 tisuća tona takvog uranovog heksafluorida (za probleme s njim vidi Chemistry and Life, 2008, br. 5) . Sadržaj urana-235 u njemu je 0,2%. Ovaj otpad treba ili uskladištiti do boljih vremena, kada će se stvoriti reaktori na brzim neutronima i moći preraditi uran-238 u plutonij, ili nekako iskoristiti.

Našli su mu primjenu. Uran se, kao i drugi prijelazni elementi, koristi kao katalizator. Primjerice, autori članka u ACS Nano od 30. lipnja 2014. pišu da katalizator od urana ili torija s grafenom za redukciju kisika i vodikovog peroksida “ima ogroman potencijal za korištenje u energetskom sektoru”. Budući da uran ima veliku gustoću, služi kao balast za brodove i protuutege za zrakoplove. Ovaj je metal također prikladan za zaštitu od zračenja u medicinskim uređajima s izvorima zračenja.

Koje se oružje može napraviti od osiromašenog urana? Meci i jezgre za oklopne projektile. Računica je ovdje sljedeća. Što je projektil teži, njegova kinetička energija je veća. Ali što je veći projektil, to je njegov udar bio manje koncentriran. To znači da su potrebni teški metali visoke gustoće. Meci su napravljeni od olova (uralski lovci svojedobno su koristili i samorodnu platinu, dok nisu shvatili da je to plemeniti metal), dok su jezgre čahure izrađene od legure volframa. Ekolozi ističu da olovo zagađuje tlo na mjestima vojnih operacija ili lova te bi ga bilo bolje zamijeniti nečim manje štetnim, primjerice volframom. Ali volfram nije jeftin, a uran, slične gustoće, štetan je otpad. Istodobno je dopuštena kontaminacija tla i vode uranom približno dvostruko veća nego olovom. To se događa jer se zanemaruje slaba radioaktivnost osiromašenog urana (a ona je također 40% manja od prirodnog urana) i uzima u obzir doista opasan kemijski faktor: uran je, kao što se sjećamo, otrovan. Istodobno, njegova gustoća je 1,7 puta veća od gustoće olova, što znači da se veličina uranovih metaka može smanjiti za pola; uran je mnogo vatrostalniji i tvrđi od olova - manje isparava pri ispaljivanju, a kada pogodi metu stvara manje mikročestica. Općenito, uranov metak manje zagađuje okoliš od olovnog metka, iako takva uporaba urana nije pouzdano poznata.

Ali poznato je da se ploče od osiromašenog urana koriste za ojačavanje oklopa američkih tenkova (tome doprinosi njegova visoka gustoća i točka taljenja), a također umjesto legure volframa u jezgrama za oklopne projektile. Uranova jezgra je također dobra jer je uran piroforan: njegove vruće male čestice nastale pri udaru o oklop se rasplamsaju i pale sve oko sebe. Obje primjene smatraju se sigurnima od zračenja. Tako je izračun pokazao da bi posada čak i nakon godinu dana sjedenja u spremniku s uranskim oklopom napunjenim uranskim streljivom primila samo četvrtinu dopuštene doze. A da biste dobili godišnju dopuštenu dozu, trebate pričvrstiti takvo streljivo na površinu kože 250 sati.

Granate s uranovim jezgrama – za zrakoplovne topove od 30 mm ili podkalibre topništva – koristili su Amerikanci u posljednjim ratovima, počevši od iračke kampanje 1991. godine. Te su se godine obrušili na iračke oklopne jedinice u Kuvajtu i tijekom njihova povlačenja ispaljeno je 300 tona osiromašenog urana, od čega je 250 tona, odnosno 780 tisuća metaka, ispaljeno na zrakoplovne topove. U BiH je tijekom bombardiranja vojske nepriznate Republike Srpske potrošeno 2,75 tona urana, a tijekom granatiranja jugoslavenske vojske na području Kosova i Metohije 8,5 tona, odnosno 31 tisuća metaka. Budući da je WHO u to vrijeme bio zabrinut zbog posljedica korištenja urana, provedeno je praćenje. Pokazao je da se jedna salva sastoji od približno 300 metaka, od kojih je 80% sadržavalo osiromašeni uran. 10% je pogodilo ciljeve, a 82% je palo unutar 100 metara od njih. Ostali su se razbježali unutar 1,85 km. Granata koja je pogodila tenk izgorjela je i pretvorila se u aerosol, a uranova granata probila je lake mete poput oklopnih transportera. Tako bi se najviše jedna i pol tona granata mogla pretvoriti u uranovu prašinu u Iraku. Prema stručnjacima američkog centra za strateška istraživanja RAND Corporation, više od 10 do 35% iskorištenog urana pretvorilo se u aerosol. Hrvatski aktivist protiv uranskog streljiva Asaf Duraković, koji je radio u raznim organizacijama od bolnice King Faisal u Rijadu do Washingtonskog medicinskog istraživačkog centra za uran, procjenjuje da je samo u južnom Iraku 1991. godine formirano 3-6 tona submikronskih čestica urana, koji su bili raštrkani na širokom području, to jest, kontaminacija uranom tamo je usporediva s Černobilom.

Integrirani brzi reaktor (IFR) nije samo nova vrsta reaktora, to je novi gorivni ciklus. Integralni brzi reaktor je brzi neutronski reaktor bez moderatora. Ima samo aktivnu zonu i nema pokrivač.
IBR koristi metalno gorivo− legura urana i plutonija.
Njegov ciklus goriva koristi smanjenje goriva izravno u samom reaktoru pomoću piroprocesiranja. U IBR piroprocesu, gotovo čisti uran skuplja se na čvrstoj katodi, a mješavina plutonija, americija, neptunija, kurija, urana i nekih produkata fisije skuplja se u tekuću kadmijevu katodu koja pluta u soli elektrolita. Preostali produkti fisije skupljaju se u soli elektrolita i u sloju kadmija.
Integrirani brzi reaktor hladi se tekućim natrijem ili olovom. Proizvodnja metalnog goriva je jednostavnija i jeftinija od keramičkog goriva. Metalno gorivo čini piroproces prirodnim izborom. Metalno gorivo ima bolju toplinsku vodljivost i toplinski kapacitet od oksidnog goriva.Gorivo je legura urana i plutonija.
Početno punjenje u integrirani brzi reaktor trebalo bi sadržavati više izotopa koji se fisiraju pod utjecajem toplinskih neutrona ( > 20%) nego u reaktoru s toplinskim neutronima. To bi mogao biti visoko obogaćeni uran ili plutonij, povučeno nuklearno oružje itd. Tijekom rada reaktor pretvara materijale (plodne) koji pod utjecajem toplinskih neutrona nisu fisijski u fisijske. Plodni materijali u brzom reaktoru mogu biti osiromašeni uran (uglavnom U-238), prirodni uran, torij ili uran prerađen iz ozračenog goriva iz konvencionalnog vodenog reaktora.
Gorivo se nalazi u čeličnom kućištu s tekućim natrijem koji se nalazi između goriva i kućišta. Slobodni prostor iznad goriva omogućuje heliju i radioaktivnom ksenonu da se slobodno sakupljaju bez značajnog povećanja tlaka unutar gorivnog elementa i omogućuje širenje goriva bez oštećenja obloge reaktora.
Prednost olova u odnosu na natrij je njegova kemijska inertnost, posebno u odnosu na vodu ili zrak. S druge strane, olovo je mnogo viskoznije, što otežava pumpanje. Osim toga, sadrži izotope aktivirane neutronom, kojih u natriju praktički nema.
Rashladni krugovi su dizajnirani na takav način da omogućuju prijenos topline konvekcijom. Dakle, ako dođe do gubitka snage crpki ili neočekivanog gašenja reaktora, toplina oko jezgre bit će dovoljna za cirkuliranje rashladnog sredstva.
U IBR-u se fisijski izotopi ne odvajaju od izotopa plutonija, kao ni od produkata fisije, pa je korištenje takvog procesa za proizvodnju oružja praktički nemoguće. Osim toga, plutonij se ne uklanja iz reaktora, što njegovu neovlaštenu upotrebu čini nerealnim. Nakon što se aktinodi (uran, plutonij i manji aktinodi) obrade, preostali otpad su fisijski produkti Sm-151 s vremenom poluraspada od 90 l ili oni dugovječni poput Tc-99 s poluživotom od 211 000 l ili više .
IBR otpad ima ili kratak poluživot ili vrlo dug, što znači da je slabo radioaktivan. Ukupna količina IBR otpada je 1/20 prerađenog goriva (koje se inače smatra otpadom) reaktora s toplinskim neutronima iste snage. 70% produkata fisije je ili stabilno ili ima poluživot od oko godinu dana. Tehnecij-99 i jod-129, od kojih 6% u fisijskim produktima, imaju vrlo duga vremena poluraspada, ali se u reaktoru mogu transformirati u izotope s kratkim poluživotima (15,46 s i 12,36 h) apsorpcijom neutrona u reaktoru . Cirkonij-93 (5% u otpadu) može se reciklirati u omotač goriva gdje radioaktivnost nije problem. Preostale komponente otpada manje su radioaktivne od prirodnog urana.
IDB koristi ciklus goriva koji je za dva reda veličine učinkovitiji u smislu korištenja goriva u usporedbi s tradicionalnim ciklusima u sporim neutronskim reaktorima, sprječavajući širenje nuklearnog oružja, minimizirajući otpad visoke razine i, štoviše, korištenje nekog otpada kao goriva .
U IBR-u, gorivo i obloga dizajnirani su tako da kako se temperatura povećava i oni šire, sve više i više neutrona napušta jezgru, smanjujući intenzitet lančane reakcije. Odnosno, radi negativni koeficijent reaktivnosti. U IBR-u je ovaj učinak toliko jak da može zaustaviti lančanu reakciju bez intervencije operatera

Piroprocesiranje ‒ metoda visoke temperature elektrolitička prerada istrošenog nuklearnog goriva. U usporedbi s hidrometalurškom metodom(na primjer PUREX) , piroprocesiranje se koristi izravno u reaktoru. Otapala su rastaljene soli (na primjer, LiCl + KCl ili LiF + CaF 2) i rastaljeni metali (na primjer, kadmij, bizmut, magnezij), a ne voda i organski spojevi. U piroprocesu, ekstrakcija urana, kao i plutonija i minornih aktinoida odvija se istovremeno i oni se mogu odmah koristiti kao gorivo. Volumen otpada je manji i sadrži uglavnom produkte fisije. pirotehnika Obrada se koristi u IBR-ovima i reaktorima za rastaljenu sol.

()
239 Pu ()

Spin I paritet jezgre 7/2 − Kanal raspadanja Energija raspada α raspad 4,6783(7) MeV 20 Ne, 25 Ne, 28 mg

Za razliku od drugog, najčešćeg izotop uran 238 U, na 235 U moguća je samoodrživost nuklearna lančana reakcija. Stoga se ovaj izotop koristi kao gorivo u nuklearni reaktori, kao i u nuklearno oružje.

Nastanak i propadanje

Uran-235 nastaje kao rezultat sljedećih raspada:

texvc nije pronađeno; Za pomoć pri postavljanju pogledajte math/README.): \mathrm(^(235)_(91)Pa) \rightarrow \mathrm(^(235)_(92)U) + e^- + \bar(\nu )_e ; Nije moguće raščlaniti izraz (izvršna datoteka texvc nije pronađeno; Pogledajte math/README - pomoć za postavljanje.): \mathrm(^(235)_(93)Np) + e^- \rightarrow \mathrm(^(235)_(92)U) + \bar(\nu ) _e; Nije moguće raščlaniti izraz (izvršna datoteka texvc nije pronađeno; Pogledajte math/README za pomoć pri postavljanju.): \mathrm(^(239)_(94)Pu) \rightarrow \mathrm(^(235)_(92)U) + \mathrm(^(4)_( 2) On).

Raspad urana-235 odvija se u sljedećim smjerovima:

Nije moguće raščlaniti izraz (izvršna datoteka texvc nije pronađeno; Za pomoć pri postavljanju pogledajte math/README.): \mathrm(^(235)_(92)U) \rightarrow \mathrm(^(231)_(90)Th) + \mathrm(^(4)_( 2) On); Nije moguće raščlaniti izraz (izvršna datoteka texvc nije pronađeno; Za pomoć pri postavljanju pogledajte math/README.): \mathrm(^(235)_(92)U) \rightarrow \mathrm(^(215)_(82)Pb) + \mathrm(^(20)_( 10) Ne); Nije moguće raščlaniti izraz (izvršna datoteka texvc nije pronađeno; Pogledajte math/README za pomoć pri postavljanju.): \mathrm(^(235)_(92)U) \rightarrow \mathrm(^(210)_(82)Pb) + \mathrm(^(25)_( 10) Ne); Nije moguće raščlaniti izraz (izvršna datoteka texvc nije pronađeno; Za pomoć pri postavljanju pogledajte math/README.): \mathrm(^(235)_(92)U) \rightarrow \mathrm(^(207)_(80)Hg) + \mathrm(^(28)_( 12) Mg).

Prisilna podjela

Pogreška pri izradi minijature: datoteka nije pronađena

Krivulja prinosa fisijskog produkta urana-235 za različite energije fisijskih neutrona.

U produktima fisije urana-235 otkriveno je oko 300 izotopa različitih vrsta. elementi: od =30 ( cinkov) do Z=64 ( gadolinij). Krivulja relativnog prinosa izotopa nastalih tijekom ozračivanja urana-235 sporim neutronima na maseni broj je simetrična i po obliku nalikuje slovu "M". Dva izrazita maksimuma ove krivulje odgovaraju maseni brojevi 95 i 134, a minimum se javlja u rasponu masenih brojeva od 110 do 125. Dakle, fisija urana na fragmente jednake mase (s masenim brojevima 115-119) događa se s manjom vjerojatnošću nego asimetrična fisija, tendencija uočena u svi fisijski izotopi i nije povezan s bilo kojim pojedinačnim svojstvima jezgre ili čestica, već je svojstven mehanizmu same nuklearne fisije. Međutim, asimetrija se smanjuje s povećanjem energije ekscitacije fisione jezgre i kada je energija neutrona veća od 100 MeV Raspodjela mase fisijskih fragmenata ima jedan maksimum, koji odgovara simetričnoj fisiji jezgre.

Fragmenti nastali tijekom fisije jezgre urana su zauzvrat radioaktivni i podliježu lančanom β − -raspadi, u kojem se dodatna energija postupno oslobađa tijekom dugog vremenskog razdoblja. Prosječna energija oslobođena tijekom raspada jedne jezgre urana-235, uzimajući u obzir raspad fragmenata, iznosi približno 202,5 ​​MeV = 3,244 10 −11 J, odnosno 19,54 TJ/ madež= 83,14 TJ/kg.

Nuklearna fisija je samo jedan od mnogih procesa mogućih tijekom interakcije neutrona s jezgrama; to je ono što je u osnovi rada bilo kojeg nuklearni reaktor.

Lančana nuklearna reakcija

Pri raspadu jedne jezgre 235 U obično se emitira 1 do 8 (u prosjeku 2,416) slobodnih neutrona. Svaki neutron proizveden tijekom raspada jezgre 235 U, podložan interakciji s drugom jezgrom 235 U, može uzrokovati novi događaj raspada, taj se fenomen naziva lančana reakcija nuklearne fisije .

Hipotetski, broj neutrona druge generacije (nakon druge faze nuklearnog raspada) može premašiti 3² = 9. Sa svakom sljedećom fazom reakcije fisije, broj proizvedenih neutrona može rasti poput lavine. U stvarnim uvjetima, slobodni neutroni možda neće generirati novi fisijski događaj, napuštajući uzorak prije nego što uhvate 235 U, ili ih može uhvatiti sam izotop 235 U, pretvarajući ga u 236 U, ili drugi materijali (na primjer, 238 U, ili nastali fragmenti nuklearne fisije, poput 149 Sm ili 135 Xe).

U stvarnim uvjetima postizanje kritičnog stanja urana nije tako lako, budući da na tijek reakcije utječe niz faktora. Na primjer, prirodni uran sastoji se od samo 0,72% 235 U, 99,2745% je 238 U, koji apsorbira neutrone proizvedene tijekom fisije jezgri 235 U. To dovodi do činjenice da u prirodnom uranu lančana reakcija fisije trenutno vrlo brzo blijedi. Kontinuirana lančana reakcija fisije može se izvesti na nekoliko glavnih načina:

  • Povećajte volumen uzorka (za uran izoliran iz rude moguće je postići kritična masa zbog povećanja volumena);
  • Provedite odvajanje izotopa povećanjem koncentracije 235 U u uzorku;
  • Smanjite gubitak slobodnih neutrona kroz površinu uzorka korištenjem različitih vrsta reflektora;
  • Upotrijebite tvar moderatora neutrona za povećanje koncentracije toplinski neutroni.

Izomeri

  • Prekomjerna masa: 40 920,6(1,8) keV
  • Energija pobude: 76,5(4) eV
  • Poluživot: 26 min
  • Nuklearni spin i paritet: 1/2 +

Raspad izomernog stanja provodi se pomoću izomerni prijelaz u osnovno stanje.

Primjena

  • Uran-235 koristi se kao gorivo za nuklearni reaktori, u kojem se provodi uspio lančana reakcija nuklearne fisije;
  • Uran s visokim stupnjem obogaćivanje koristi za stvaranje nuklearno oružje. U ovom slučaju, za oslobađanje velike količine energije (eksplozija), nekontroliran nuklearna lančana reakcija.

vidi također

Napišite recenziju o članku "Uran-235"

Bilješke

  1. G. Audi, A.H. Wapstra i C. Thibault (2003). "". Nuklearna fizika A 729 : 337-676. DOI :. Bibcode : .
  2. G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot i A. H. Wapstra (2003). "". Nuklearna fizika A 729 : 3–128. DOI :. Bibcode : .
  3. Hoffman K.- 2. izd. izbrisani - L.: Kemija, 1987. - P. 130. - 232 str. - 50.000 primjeraka.
  5. Fialkov Yu. Ya. Primjena izotopa u kemiji i kemijskoj industriji. - Kijev: Tehnika, 1975. - P. 87. - 240 str. - 2.000 primjeraka.
  6. . Kaye & Laby Online. .
  7. Bartolomey G. G., Baibakov V. D., Alkhutov M. S., Bat G. A. Osnove teorije i metode proračuna nuklearnih reaktora. - M.: Energoatomizdat, 1982. - P. 512.
Lakše:
uran-234 		Uran-235 je
izotop uran 		Teže:
uran-236
Izotopi elemenata · Tablica nuklida

Izvadak koji opisuje Uran-235

Kristal je bio materijal. A u isto vrijeme uistinu čarobno. Bio je isklesan od vrlo lijepog kamena, poput nevjerojatno prozirnog smaragda. Ali Magdalena je smatrala da je to nešto mnogo složenije od jednostavnog dragulja, čak i onog najčišćeg. Bio je u obliku dijamanta i izdužen, veličine Radomirova dlana. Svaki rez kristala bio je potpuno prekriven nepoznatim runama, očito još starijim od onih koje je Magdalena znala...
– O čemu on “priča”, radosti moja?.. A zašto mi ove rune nisu poznate? Oni su malo drugačiji od onih kojima su nas Magi naučili. A otkud ti to?!
“Nekoć su ga na Zemlju donijeli naši mudri preci, naši bogovi, da ovdje stvore Hram Vječnog Znanja,” započeo je Radomir, zamišljeno gledajući u kristal. – Da bi pomogao dostojnoj Djeci Zemlje pronaći Svjetlost i Istinu. ON je bio taj koji je na zemlji rodio kastu Magova, Veduna, Mudraca, Darina i ostalih prosvijetljenih. I od njega su crpili svoje ZNANJE i RAZUMIJEVANJE i od njega su nekada stvorili Meteoru. Kasnije, odlazeći zauvijek, Bogovi su ovaj Hram ostavili ljudima, zavještavši da ga čuvaju i brinu o njemu, kao što će se brinuti o samoj Zemlji. A Ključ Hrama je dat Magima, da ne bi slučajno pao u ruke "mračnoumnih" i da Zemlja ne bi propala od njihove zle ruke. Tako od tada ovo čudo stoljećima čuvaju magi i povremeno ga predaju dostojnoj osobi, da slučajni “čuvar” ne iznevjeri red i vjeru koju su naši Bogovi napustili.

– Je li ovo stvarno Gral, Sever? – nisam mogao odoljeti, upitao sam.
- Ne, Isidora. Gral nikada nije bio ono što je ovaj nevjerojatni Smart Crystal. Radomiru su ljudi jednostavno “pripisivali” ono što su htjeli... kao i sve ostalo, “vanzemaljcu”. Radomir je cijeli svoj odrasli život bio čuvar ključa bogova. Ali ljudi to, naravno, nisu mogli znati i zato se nisu smirili. Prvo su tražili Kalež koji je navodno “pripadao” Radomiru. A ponekad su njegovu djecu ili samu Magdalenu nazivali Gralom. A sve se to dogodilo samo zato što su “pravi vjernici” stvarno željeli imati kakav-takav dokaz istinitosti onoga u što vjeruju... Nešto materijalno, nešto “sveto” što se može dotaknuti... (što, Nažalost, ovaj događa se čak i sada, nakon mnogo stotina godina). Pa su im tada “mračni” smislili lijepu priču da njome zapale osjetljiva “vjernička” srca... Relikvije su, nažalost, uvijek bile potrebne ljudima, Isidora, a ako ih nije bilo, netko jednostavno izmislio ih. Radomir nikada nije imao takvu čašu, jer nije imao ni samu “Posljednju večeru”... na kojoj je navodno iz nje pio. Pehar “Posljednje večere” bio je kod proroka Jošue, ali ne i kod Radomira.
A Josip iz Arimateje zapravo je tamo jednom skupio nekoliko kapi prorokove krvi. Ali ta poznata “Gralska čaša” zapravo je bila samo obična glinena čaša iz koje su svi Židovi obično pili u to vrijeme, a koju kasnije nije bilo tako lako pronaći. Zlatna ili srebrna zdjela, potpuno posuta dragim kamenjem (kako to svećenici vole prikazati) nikada nije postojala u stvarnosti, ni u vrijeme židovskog proroka Jošue, a još više u Radomirovo vrijeme.
Ali ovo je druga, iako najzanimljivija priča.

Nemaš puno vremena, Isidora. I mislim da ćeš htjeti saznati nešto sasvim drugo, nešto što ti je na srcu i što će ti možda pomoći da u sebi nađeš više snage da izdržiš. Pa, u svakom slučaju, ovo zamršeno klupko dvaju tuđih života (Radomir i Joshua), pretijesno povezanih “mračnim” silama, ne može se tako brzo raspetljati. Kao što rekoh, jednostavno nemaš dovoljno vremena za ovo, prijatelju. Oprosti mi...
Samo sam kimnula u odgovor, pokušavajući ne pokazati koliko me zanima cijela ova prava istinita priča! I kako sam želio znati, makar i umirao, svu nevjerojatnu količinu laži koju je crkva srušila na naše lakovjerne zemaljske glave... Ali prepustio sam Sjeveru da odluči što mi točno želi reći. Bila je njegova slobodna volja da mi kaže ili ne kaže ovo ili ono. Već sam mu bila nevjerojatno zahvalna na njegovom dragocjenom vremenu i iskrenoj želji da nam uljepša tužne preostale dane.
Opet smo se našli u mračnoj noćnoj bašti, “prisluškujući” posljednje sate Radomira i Magdalene...
– Gdje je taj Veliki hram, Radomire? – iznenađeno je upitala Magdalena.
“U jednoj divnoj, dalekoj zemlji... Na samom “vrhu” svijeta... (misli se na Sjeverni pol, bivša država Hiperboreja – Daarija), tiho je šaputao Radomir, kao da odlazi u beskrajno daleku prošlost. “Tamo stoji sveta planina koju je napravio čovjek, koju ni priroda, ni vrijeme, ni ljudi ne mogu uništiti. Jer ova planina je vječna... Ovo je Hram Vječnog Znanja. Hram naših starih bogova Marije...
Jednom davno, davno, na vrhu svete planine svjetlucao je njihov Ključ - taj zeleni kristal koji je Zemlji štitio, otvarao duše i poučavao vrijedne. Tek sada su naši bogovi otišli. I od tada je Zemlja utonula u tamu, koju čovjek sam još nije uspio uništiti. U njemu je još previše zavisti i ljutnje. I lijenost također...

– Ljudi moraju vidjeti svjetlo, Maria. – Nakon kratkog ćutanja reče Radomir. – A TI si taj koji ćeš im pomoći! – I kao da ne primjećuje njenu protestnu gestu, mirno nastavi. – VI ćete ih naučiti ZNANJU i RAZUMIJEVANJU. I daj im pravu VJERU. Ti ćeš im postati Zvijezda vodilja, što god se meni dogodilo. Obećaj mi!.. Nemam kome drugome povjeriti ono što sam sama morala učiniti. Obećaj mi, draga moja.
Radomir je pažljivo uzeo njeno lice u ruke, pažljivo se zagledao u njene blistave plave oči i... neočekivano se nasmešio... Koliko je beskrajne ljubavi blistalo u tim čudesnim, poznatim očima!.. I koliko je najdublje boli bilo u njima... Znao je koliko je bila uplašena i usamljena. Znala je koliko ga želi spasiti! I pored svega toga, Radomir nije mogao a da se ne osmjehne - čak i u tako strašnom vremenu za nju, Magdalena je nekako ostala jednako sjajna i još ljepša!.. Kao čisti izvor sa životvornom bistrom vodom...
Otresajući se, nastavio je što je mirnije mogao.
– Pogledaj, pokazat ću ti kako se otvara ovaj drevni ključ...
Smaragdni plamen plamtio je na Radomirovom otvorenom dlanu... Svaka najmanja runa počela se otvarati u cijeli sloj nepoznatih prostora, šireći se i otvarajući u milijune slika koje su glatko tekle jedna kroz drugu. Čudesna prozirna "struktura" rasla je i vrtjela se, otkrivajući sve više i više katova Znanja, koje današnji čovjek nikada nije vidio. Bilo je zapanjujuće i beskrajno!.. A Magdalene, nesposobna odvojiti pogled od sve te magije, strmoglavo je zaronila u dubine nepoznatog, proživljavajući goruću, cvrčuću žeđ svakim vlaknom svoje duše!.. Upijala je mudrost stoljeća, osjećajući, poput snažnog vala, ispunjavajući svaku njegovu stanicu, kroz njega teče nepoznata drevna magija! Znanje predaka je preplavilo, bilo je doista golemo - iz života najmanjeg kukca prenijelo se u život svemira, teklo milijunima godina u živote stranih planeta, i opet se, u snažnoj lavini, vratilo na Zemlju...
Širom otvorenih očiju, Magdalena je slušala čudesno Znanje drevnog svijeta... Njezino svjetlosno tijelo, oslobođeno ovozemaljskih “okova”, kupalo se poput zrna pijeska u oceanu dalekih zvijezda, uživajući u veličini i tišini univerzalnog mir...
Odjednom se pred njom otvorio veličanstveni Zvjezdani most. Protezavši se, činilo se, u beskraj, svjetlucala je i svjetlucala beskrajnim grozdovima velikih i malih zvijezda, rasprostirući se pod njezinim nogama poput srebrne ceste. U daljini, na samoj sredini te iste ceste, potpuno obavijen zlatnim sjajem, Magdalenu je čekao Čovjek... Bio je vrlo visok i izgledao je vrlo snažno. Prišavši bliže, Magdalena je vidjela da nije sve u ovom neviđenom stvorenju tako “ljudsko”... Ono što je najupečatljivije bile su njegove oči - ogromne i blistave, kao da su isklesane iz dragog kamena, iskrile su hladnim rubovima, poput pravog dijamanta . Ali baš kao dijamant, bijahu neosjetljivi i povučeni... Nepoznate hrabre crte lica iznenadile su svojom oštrinom i nepomičnošću, kao da pred Magdalenom stoji kip... Vrlo duga, bujna kosa iskrila je i ljeskala srebrom, kao da je netko slučajno po njemu rasuo zvijezde ... "Čovjek" je, doista, bio vrlo neobičan ... Ali čak i uz svu njegovu "ledenu" hladnoću, Magdalena je jasno osjećala divan, dušu obavijajući mir i toplu, iskrenu dobrotu dolazi od čudnog stranca. Samo je iz nekog razloga pouzdano znala da ta ljubaznost nije uvijek ista prema svima.
“Čovjek” je podigao dlan prema njoj u znak pozdrava i nježno rekao:
– Stani, Zvjezdo... Tvoj Put još nije gotov. Ne možeš ići kući. Vrati se na Midgard, Maria... I pobrini se za Ključ bogova. Neka te Vječnost čuva.
A onda, moćni lik stranca odjednom je počeo polako oscilirati, postajući potpuno proziran, kao da će nestati.

Uran-235(engleski uranium-235), povijesni naziv aktinuranij(lat. Actin Uranium, označava se simbolom AcU) je radioaktivni nuklid kemijskog elementa urana s atomskim brojem 92 i masenim brojem 235. Izotopna zastupljenost urana-235 u prirodi je 0,7200(51)%. Utemeljitelj je radioaktivne obitelji 4n+3, nazvane aktinijev niz. Otkrio ga je 1935. Arthur Jeffrey Dempster.

Za razliku od drugog, najčešćeg izotopa urana 238U, kod 235U moguća je samoodrživa nuklearna lančana reakcija. Stoga se ovaj izotop koristi kao gorivo u nuklearnim reaktorima, kao i u nuklearnom oružju.

Aktivnost jednog grama ovog nuklida je približno 80 kBq.

  • 1 Formiranje i kolaps
  • 2 Prisilna podjela
  • 2.1 Lančana nuklearna reakcija
  • 3 Izomeri
  • 4 Primjena
  • 5 Vidi također
  • 6 Bilješke

    • Nastanak i propadanje

    Uran-235 nastaje kao rezultat sljedećih raspada:

    • β− raspad nuklida 235Pa (vrijeme poluraspada je 24,44(11) min):
    • K-hvatanje izvedeno nuklidom 235Np (vrijeme poluraspada je 396,1(12) dana):
    • α-raspad nuklida 239Pu (vrijeme poluraspada je 2,411(3)·104 godine):

    Raspad urana-235 odvija se u sljedećim smjerovima:

    • α-raspad u 231Th (100% vjerojatnost, energija raspada 4678,3(7) keV):
    • Spontana fisija (vjerojatnost 7(2)·10−9%);
    • Raspad klastera uz stvaranje nuklida 20Ne, 25Ne i 28Mg (vjerojatnosti su 8(4)·10−10%, 8·10−10%, 8·10−10%, respektivno):

    Prisilna podjela

    Glavni članak: Nuklearna fizija Krivulja prinosa fisijskog produkta urana-235 za različite energije fisijskih neutrona.

    Početkom 1930-ih. Enrico Fermi je ozračio uran neutronima kako bi dobio transuranijske elemente. Ali 1939. O. Hahn i F. Strassmann uspjeli su pokazati da kada neutron apsorbira jezgra urana, dolazi do reakcije prisilne fisije. U pravilu se jezgra razdvoji na dva fragmenta, pri čemu se oslobađaju 2-3 neutrona (vidi dijagram).

    U produktima fisije urana-235 otkriveno je oko 300 izotopa raznih elemenata: od Z=30 (cink) do Z=64 (gadolinij). Krivulja relativnog prinosa izotopa nastalih tijekom ozračivanja urana-235 sporim neutronima na maseni broj je simetrična i po obliku nalikuje slovu "M". Dva izražena maksimuma ove krivulje odgovaraju masenim brojevima 95 i 134, a minimum se javlja u rasponu masenih brojeva od 110 do 125. Dakle, dolazi do fisije urana na fragmente jednake mase (s masenim brojevima 115-119). s manjom vjerojatnošću od asimetrične fisije, Ova tendencija se opaža kod svih fisijskih izotopa i nije povezana s bilo kojim pojedinačnim svojstvima jezgre ili čestica, već je svojstvena mehanizmu same nuklearne fisije. Međutim, asimetrija se smanjuje s povećanjem energije pobude fisijske jezgre i kada je energija neutrona veća od 100 MeV, raspodjela mase fisijskih fragmenata ima jedan maksimum, koji odgovara simetričnoj fisiji jezgre.

    Jedna od opcija za prisilnu fisiju urana-235 nakon apsorpcije neutrona (dijagram)

    Fragmenti nastali tijekom fisije jezgre urana su pak radioaktivni i prolaze kroz lanac β− raspada, tijekom kojih se postupno oslobađa dodatna energija tijekom dugog vremenskog razdoblja. Prosječna energija oslobođena pri raspadu jedne jezgre urana-235, uzimajući u obzir raspad fragmenata, iznosi približno 202,5 ​​MeV = 3,244·10−11 J, odnosno 19,54 TJ/mol = 83,14 TJ/kg.

    Nuklearna fisija samo je jedan od mnogih procesa mogućih tijekom interakcije neutrona s jezgrama; ona je u osnovi rada svakog nuklearnog reaktora.

    Lančana nuklearna reakcija

    Glavni članak: Lančana nuklearna reakcija

    Pri raspadu jedne jezgre 235U obično se emitira 1 do 8 (u prosjeku 2,5) slobodnih neutrona. Svaki neutron proizveden tijekom raspada jezgre 235U, podložan interakciji s drugom jezgrom 235U, može izazvati novi čin raspada; taj se fenomen naziva lančana reakcija nuklearne fisije.

    Hipotetski, broj neutrona druge generacije (nakon druge faze nuklearnog raspada) može premašiti 3² = 9. Sa svakom sljedećom fazom reakcije fisije, broj proizvedenih neutrona može rasti poput lavine. U stvarnim uvjetima, slobodni neutroni možda neće generirati novi fisijski događaj, napuštajući uzorak prije nego što uhvate 235U, ili ih može uhvatiti sam izotop 235U, pretvarajući ga u 236U, ili drugi materijali (na primjer, 238U ili rezultirajući fragmenti nuklearne fisije, kao što je 149Sm ili 135Xe).

    Ako, u prosjeku, svaki čin fisije generira još jedan novi čin fisije, tada reakcija postaje samoodrživa; ovo se stanje naziva kritičnim. (vidi i faktor množenja neutrona)

    U stvarnim uvjetima postizanje kritičnog stanja urana nije tako lako, budući da na tijek reakcije utječe niz faktora. Na primjer, prirodni uran sastoji se od samo 0,72% 235U, 99,2745% je 238U, koji apsorbira neutrone proizvedene tijekom fisije jezgri 235U. To dovodi do činjenice da se fisijska lančana reakcija u prirodnom uranu trenutno vrlo brzo raspada. Kontinuirana lančana reakcija fisije može se izvesti na nekoliko glavnih načina:

    • Povećati volumen uzorka (za uran izoliran iz rude, moguće je postići kritičnu masu povećanjem volumena);
    • Provedite odvajanje izotopa povećanjem koncentracije 235U u uzorku;
    • Smanjite gubitak slobodnih neutrona kroz površinu uzorka korištenjem različitih vrsta reflektora;
    • Upotrijebite tvar moderatora neutrona za povećanje koncentracije toplinskih neutrona.

    Izomeri

    Jedini poznati izomer je 235Um sa sljedećim karakteristikama:

    • Prekomjerna masa: 40 920,6(1,8) keV
    • Energija pobude: 76,5(4) eV
    • Poluživot: 26 min
    • Nuklearni spin i paritet: 1/2+

    Razgradnja izomernog stanja događa se kroz izomerni prijelaz u osnovno stanje.

    Primjena

    • Uran-235 koristi se kao gorivo za nuklearne reaktore, koji provode kontroliranu lančanu reakciju nuklearne fisije;
    • Visoko obogaćeni uran koristi se za stvaranje nuklearnog oružja. U ovom slučaju koristi se nekontrolirana nuklearna lančana reakcija za oslobađanje velike količine energije (eksplozija).

    vidi također

    • Izotopi urana
    • Izotopsko odvajanje

    Bilješke

    1. 12345 G. Audi, A.H. Wapstra i C. Thibault (2003). “Procjena atomske mase AME2003 (II). Tablice, grafikoni i reference." Nuklearna fizika A 729 : 337-676. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. Bibcode: 2003NuPhA.729..337A.
    2. 123456789101112 G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot i A. H. Wapstra (2003). "NUBASE procjena nuklearnih svojstava i svojstava raspada." Nuklearna fizika A 729 : 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. Bibcode: 2003NuPhA.729….3A.
    3. Hoffman K. Je li moguće napraviti zlato? - 2. izd. izbrisani - L.: Kemija, 1987. - P. 130. - 232 str. - 50.000 primjeraka.
    4. Danas u povijesti znanosti
    5. 123 Fialkov Yu. Ya. Primjena izotopa u kemiji i kemijskoj industriji. - Kijev: Tehnika, 1975. - P. 87. - 240 str. - 2.000 primjeraka.
    6. Tablica fizikalnih i kemijskih konstanti, odjeljak 4.7.1: Nuklearna fisija. Kaye & Laby Online. Arhivirano iz originala 08.04.2012.
    7. Bartolomei G. G., Baibakov V. D., Alkhutov M. S., Bat G. A. Osnove teorije i metode za proračun nuklearnih energetskih reaktora. - M.: Energoatomizdat, 1982. - P. 512.

    Uran-235 Informacije o

    Uran-235
    Uran-235

    Uran-235 Informacijski video


    Uran-235 Pogledaj temu.
    Uran-235 što, Uran-235 tko, Uran-235 objašnjenje

    U ovom članku i videu nalaze se izvatci iz wikipedije

    Uran je radioaktivni metal. U prirodi se uran sastoji od tri izotopa: uran-238, uran-235 i uran-234. Najveća razina stabilnosti zabilježena je u uranu-238.

    KarakteristikeVrijednost
    Opće informacije
    Ime, simbol Uran-238, 238U
    Alternativna imena uran jedan, UI
    Neutroni 146
    Protoni 92
    Svojstva nuklida
    Atomska masa 238.0507882(20) a. jesti.
    Višak mase 47 308,9 (19) keV
    Specifična energija vezanja (po nukleonu) 7 570,120(8) keV
    Izotopsko obilje 99,2745(106) %
    Pola zivota 4.468(3) 109 godina
    Produkti raspadanja 234Th, 238Pu
    Roditeljski izotopi 238Pa(β−)
    242Pu(α)
    Spin i parnost jezgre 0+
    Kanal raspadanja Energija raspada
    α raspad 4,2697 (29) MeV
    SF
    ββ 1,1442 (12) MeV

    Radioaktivni raspad urana

    Radioaktivni raspad je proces nagle promjene u sastavu ili unutarnjoj strukturi atomskih jezgri, koje karakterizira nestabilnost. U tom slučaju se emitiraju elementarne čestice, gama zrake i/ili nuklearni fragmenti. Radioaktivne tvari sadrže radioaktivnu jezgru. Jezgra kćer koja nastaje radioaktivnim raspadom također može postati radioaktivna i nakon određenog vremena dolazi do raspada. Ovaj proces se nastavlja sve dok se ne formira stabilna jezgra bez radioaktivnosti. E. Rutherford je 1899. eksperimentalno dokazao da uranove soli emitiraju tri vrste zraka:

    • α-zrake – tok pozitivno nabijenih čestica
    • β-zrake – tok negativno nabijenih čestica
    • γ-zrake - ne stvaraju odstupanja u magnetskom polju.
    Vrsta zračenja Nuklid Poluživot
    Ο Uran - 238 U 4,47 milijardi godina
    α ↓
    Ο Torij - 234 Th 24,1 dana
    β ↓
    Ο Protaktinij – 234 Pa 1.17 minuta
    β ↓
    Ο Uran - 234 U 245 000 godina
    α ↓
    Ο Torij – 230 Th 8000 godina
    α ↓
    Ο Radij – 226 Ra 1600 godina
    α ↓
    Ο Polonij - 218 Po 3.05 minuta
    α ↓
    Ο Olovo - 214 Pb 26,8 minuta
    β ↓
    Ο Bizmut - 214 Bi 19,7 minuta
    β ↓
    Ο Polonij - 214 Po 0,000161 sekundi
    α ↓
    Ο Olovo - 210 Pb 22,3 godine
    β ↓
    Ο Bizmut - 210 Bi 5,01 dana
    β ↓
    Ο Polonij - 210 Po 138,4 dana
    α ↓
    Ο Olovo - 206 Pb stabilan

    Radioaktivnost urana

    Prirodna radioaktivnost ono je što razlikuje radioaktivni uran od ostalih elemenata. Atomi urana, bez obzira na sve čimbenike i uvjete, postupno se mijenjaju.

    Uran (element)

    U ovom slučaju emitiraju se nevidljive zrake. Nakon transformacija koje se događaju s atomima urana, dobiva se drugi radioaktivni element i proces se ponavlja. Ponovit će onoliko puta koliko je potrebno da dobije neradioaktivni element. Na primjer, neki lanci transformacija imaju do 14 stupnjeva. U ovom slučaju, srednji element je radij, a posljednja faza je stvaranje olova. Ovaj metal nije radioaktivni element, pa je niz transformacija prekinut. Međutim, potrebno je nekoliko milijardi godina da se uran potpuno transformira u olovo.
    Radioaktivna uranova ruda često uzrokuje trovanje u poduzećima koja se bave rudarstvom i preradom uranovih sirovina. U ljudskom tijelu uran je opći stanični otrov. Prvenstveno zahvaća bubrege, ali i jetru i gastrointestinalni trakt.
    Uran nema potpuno stabilne izotope. Najduži životni vijek zabilježen je za uran-238. Polu-raspad urana-238 događa se tijekom 4,4 milijarde godina. Nešto manje od jedne milijarde godina odvija se poluraspad urana-235 - 0,7 milijardi godina. Uran-238 zauzima preko 99% ukupnog volumena prirodnog urana. Zbog svog kolosalnog vremena poluraspada, radioaktivnost ovog metala nije visoka; na primjer, alfa čestice ne mogu prodrijeti kroz stratum corneum ljudske kože. Nakon niza istraživanja, znanstvenici su otkrili da glavni izvor zračenja nije sam uran, već plin radon koji proizvodi, kao i njegovi produkti raspada koji ulaze u ljudsko tijelo tijekom disanja.

    radioaktivni uran, radioaktivnost, radioaktivni raspad

    Izotopi i proizvodnja urana

    Prirodni uran sastoji se od mješavine tri izotopa: 238U - 99,2739% (vrijeme poluraspada T 1/2 = 4,468×109 godina), 235U - 0,7024% ( T 1/2 = 7,038×108 godina) i 234U - 0,0057% ( T 1/2 = 2,455×105 godina). Potonji izotop nije primarni, već radiogeni; dio je radioaktivnog niza 238U.

    Radioaktivnost prirodnog urana uglavnom je posljedica izotopa 238U i 234U, au ravnoteži su njihove specifične aktivnosti jednake. Specifična aktivnost izotopa 235U u prirodnom uranu je 21 puta manja od aktivnosti 238U.

    Poznato je 11 umjetnih radioaktivnih izotopa urana s masenim brojevima od 227 do 240. Najdugovječniji od njih je 233U ( T 1/2 = 1,62×105 godina) dobiva se zračenjem torijevim neutronima i sposoban je za spontanu fisiju toplinskim neutronima.

    Izotopi urana 238U i 235U su preci dviju radioaktivnih serija. Posljednji elementi ovih serija su izotopi olova 206Pb i 207Pb.

    U prirodnim uvjetima najčešći izotopi su 234U: 235U: 238U = 0,0054: 0,711: 99,283. Polovica radioaktivnosti prirodnog urana je zbog izotopa 234U. Izotop 234U nastaje raspadom 238U. Posljednja dva, za razliku od ostalih parova izotopa i bez obzira na veliku migracijsku sposobnost urana, karakterizira geografska postojanost omjera U238/U235 = 137,88. Veličina ovog omjera ovisi o starosti urana. Brojna terenska mjerenja pokazala su njegova blaga kolebanja. Dakle, u rolama vrijednost ovog omjera u odnosu na standard varira u rasponu od 0,9959 - 1,0042, u soli - 0,996 - 1,005. U mineralima koji sadrže uran (umoljena smola, uranova crnica, cirtolit, rude rijetkih zemalja) vrijednost ovog omjera kreće se od 137,30 do 138,51; Štoviše, razlika između UIV i UVI oblika nije utvrđena; u sfeni - 138,4. Nedostatak izotopa 235U otkriven je u nekim meteoritima. Najnižu koncentraciju u kopnenim uvjetima utvrdio je 1972. godine francuski istraživač Bujigues u mjestu Oklo u Africi (nalazište u Gabonu). Tako normalni uran sadrži 0,7025% urana 235U, dok je u Oklu smanjen na 0,557%. Ovo je potvrdilo hipotezu o prirodnom nuklearnom reaktoru koji dovodi do sagorijevanja izotopa, koju su predvidjeli George W. Wetherill sa Sveučilišta Kalifornije u Los Angelesu i Mark G. Inghram sa Sveučilišta u Chicagu i Paul K. Kuroda, kemičar sa Sveučilišta iz Arkansasa, koji je proces opisao još 1956. Osim toga, prirodni nuklearni reaktori pronađeni su u tim istim okruzima: Okelobondo, Bangombe itd. Trenutno je poznato oko 17 prirodnih nuklearnih reaktora.

    Priznanica

    Prva faza proizvodnje urana je koncentracija. Stijena se drobi i miješa s vodom. Teške komponente ovjesa brže se talože. Ako stijena sadrži primarne minerale urana, oni se brzo talože: to su teški minerali. Sekundarni minerali urana su lakši, u kojem slučaju se teška otpadna stijena taloži ranije. (Međutim, nije uvijek doista prazan; može sadržavati mnogo korisnih elemenata, uključujući uran).

    Sljedeća faza je ispiranje koncentrata, prevođenje urana u otopinu. Koriste se kiselo i alkalno ispiranje. Prvi je jeftiniji jer se za ekstrakciju urana koristi sumporna kiselina. Ali ako u sirovini, kao što je uran katran, uran je u četverovalentnom stanju, onda ova metoda nije primjenjiva: četverovalentni uran je praktički netopljiv u sumpornoj kiselini. U tom slučaju morate ili pribjeći alkalnom ispiranju ili prethodno oksidirati uran do heksavalentnog stanja.

    Kiselo ispiranje također se ne koristi u slučajevima kada koncentrat urana sadrži dolomit ili magnezit, koji reagiraju sa sumpornom kiselinom.

    U tim slučajevima upotrijebite kaustičnu sodu (natrijev hidroksid).

    Problem ispiranja urana iz ruda rješava se upuhivanjem kisika. Mješavina uranove rude i sulfidnih minerala zagrijana na 150 °C dovodi se strujom kisika. U tom slučaju iz minerala sumpora nastaje sumporna kiselina koja ispire uran.

    U sljedećoj fazi potrebno je selektivno izolirati uran iz nastale otopine. Suvremene metode - ekstrakcija i ionska izmjena - mogu riješiti ovaj problem.

    Otopina ne sadrži samo uran, već i druge katione. Neki od njih se pod određenim uvjetima ponašaju na isti način kao i uran: ekstrahiraju se istim organskim otapalima, talože se na istim smolama ionske izmjene i talože pod istim uvjetima. Stoga, za selektivnu izolaciju urana, potrebno je koristiti mnoge redoks reakcije kako bi se riješili jednog ili drugog neželjenog pratioca u svakoj fazi. Na modernim smolama za ionsku izmjenu uran se oslobađa vrlo selektivno.

    Metode ionska izmjena i ekstrakcija Oni su također dobri jer omogućuju da se uran potpuno ekstrahira iz loših otopina (sadržaj urana je desetinke grama po litri).

    Nakon ovih operacija uran se pretvara u čvrsto stanje - u jedan od oksida ili u UF4 tetrafluorid. Ali ovaj uran još treba pročistiti od nečistoća s velikim presjekom hvatanja toplinskih neutrona - bor, kadmij, hafnij. Njihov sadržaj u konačnom proizvodu ne smije prelaziti stotisućinke i milijuntinke postotka. Da bi se uklonile te nečistoće, komercijalno čisti spoj urana otapa se u dušičnoj kiselini. Pritom nastaje uranilnitrat UO2(NO3)2 koji se ekstrakcijom tributilfosfatom i nekim drugim tvarima dalje pročišćava do potrebnih standarda. Zatim se ova tvar kristalizira (ili se istaloži peroksid UO4 · 2H2O) i pažljivo kalcinira. Kao rezultat ove operacije nastaje uranov trioksid UO3, koji se vodikom reducira u UO2.

    Uranov dioksid UO2 izlaže se suhom fluorovodiku na temperaturama od 430 do 600 °C kako bi se proizveo UF4 tetrafluorid. Metalni uran se reducira iz ovog spoja pomoću kalcija ili magnezija.

    Osiromašeni uran

    Nakon što se 235U i 234U ekstrahiraju iz prirodnog urana, preostali materijal (uran-238) naziva se "osiromašeni uran" jer je osiromašen izotopom 235. Prema nekim procjenama, SAD skladišti oko 560.000 tona osiromašenog urana heksafluorida (UF6).

    Osiromašeni uran je upola manje radioaktivan od prirodnog urana, uglavnom zbog uklanjanja 234U iz njega. Budući da je primarna uporaba urana proizvodnja energije, osiromašeni uran je proizvod koji se malo koristi i ima malu ekonomsku vrijednost.

    Njegova se uporaba uglavnom povezuje s velikom gustoćom urana i njegovom relativno niskom cijenom. Osiromašeni uran se koristi za zaštitu od zračenja (ironično) i kao balast u zrakoplovnim aplikacijama kao što su kontrolne površine zrakoplova. Svaki zrakoplov Boeing 747 sadrži 1500 kg osiromašenog urana za te potrebe. Ovaj se materijal također koristi u rotorima žiroskopa velike brzine, velikim zamašnjacima, kao balast u svemirskim lenderima i trkaćim jahtama te pri bušenju naftnih bušotina.

    Fiziološko djelovanje

    Nalazi se u mikrokoličinama (10−5-10−8%) u tkivima biljaka, životinja i ljudi. Najviše ga nakupljaju neke gljive i alge. Spojevi urana apsorbiraju se u gastrointestinalnom traktu (oko 1%), u plućima - 50%. Glavni depoi u tijelu: slezena, bubrezi, kostur, jetra, pluća i bronhopulmonalni limfni čvorovi. Sadržaj u organima i tkivima ljudi i životinja ne prelazi 10-7 g.

    Uran i njegovi spojevi su otrovni. Posebno su opasni aerosoli urana i njegovih spojeva. Za aerosole spojeva urana topivih u vodi, MPC u zraku je 0,015 mg/m³, za netopljive oblike urana MPC je 0,075 mg/m³. Kada uran uđe u tijelo, utječe na sve organe, kao opći stanični otrov. Uran se, kao i mnogi drugi teški metali, gotovo nepovratno veže na proteine, prvenstveno na sulfidne skupine aminokiselina, remeteći njihovu funkciju. Molekularni mehanizam djelovanja urana povezan je s njegovom sposobnošću suzbijanja aktivnosti enzima. Prvenstveno su zahvaćeni bubrezi (u mokraći se javljaju bjelančevine i šećer, oligurija). Kod kronične intoksikacije mogući su poremećaji hematopoeze i živčanog sustava.

    Rudarstvo urana u svijetu

    10 zemalja odgovornih za 94% svjetske proizvodnje urana

    Prema Crvenoj knjizi urana OECD-a, 2005. godine iskopano je 41 250 tona urana (35 492 tone 2003.). Prema podacima OECD-a, u svijetu radi 440 komercijalnih reaktora koji godišnje troše 67 tisuća tona urana. To znači da njegova proizvodnja osigurava samo 60% potrošnje (ostatak se dobiva iz starih nuklearnih bojevih glava). Proizvodnja po zemlji u tonama po sadržaju U za 2005.-2006. (vidi tablicu br. 13, Dodatak A).

    Proizvodnja u Rusiji

    U SSSR-u su glavna područja rude urana bila Ukrajina (naslage Zheltorechenskoye, Pervomaiskoye itd.), Kazahstan (Sjeverno - Balkašin rudno polje itd.; Južno - Kizilsajsko rudno polje itd.; Vostočni; svi oni pripadaju pretežno vulkanogeno-hidrotermalni tip); Transbaikalija (Antey, Streltsovskoe, itd.); Središnja Azija, uglavnom Uzbekistan s mineralizacijom u crnim škriljevcima sa središtem u gradu Uchkuduk. Mnogo je malih rudnih pojava i manifestacija. U Rusiji Transbaikalija ostaje glavno područje rude urana. Oko 93% ruskog urana iskopava se na nalazištu u regiji Chita (u blizini grada Krasnokamensk). Rudarstvo se metodom okna izvodi Priargunskoye Production Mining and Chemical Association (PPMCU), koje je dio OJSC Atomredmetzoloto (Uranium Holding).

    Preostalih 7% dobiva se podzemnim ispiranjem od strane JSC Dalur (regija Kurgan) i JSC Khiagda (Buryatia).

    Dobivene rude i koncentrat urana prerađuju se u Chepetsk mehaničkom pogonu.

    Proizvodnja u Kazahstanu

    U Kazahstanu je koncentrirana oko petina svjetskih rezervi urana (21% i 2. mjesto u svijetu). Ukupni resursi urana iznose oko 1,5 milijuna tona, od čega se oko 1,1 milijun tona može iskopati ispiranjem na licu mjesta.

    Kazahstan je 2009. zauzeo prvo mjesto u svijetu po proizvodnji urana (iskopano je 13 500 tona).

    Proizvodnja u Ukrajini

    Glavno poduzeće je Istočni rudarski i prerađivački pogon u gradu Zhovti Vody.

    Primjena

    Iako se uran-238 ne može koristiti kao primarni fisijski materijal, zbog neutrona visoke energije potrebne za njegovu fisiju, on ima važno mjesto u nuklearnoj industriji.

    Uz visoku gustoću i atomsku težinu, U-238 je prikladan za izradu reflektorskih čahura naboja u uređajima za fuziju i fisiju. Činjenica da ga cijepaju brzi neutroni povećava izlaznu energiju naboja: neizravno, umnožavanjem reflektiranih neutrona; izravno tijekom fisije ljuskastih jezgri brzim neutronima (tijekom fuzije). Otprilike 40% neutrona proizvedenih fisijom i svi fuzijski neutroni imaju dovoljnu energiju za fisiju U-238.

    U-238 ima stopu spontane fisije 35 puta veću od U-235, 5,51 fisije/s*kg. Zbog toga se ne može koristiti kao čaura za reflektorsko punjenje u topovskim bombama, jer će njegova odgovarajuća masa (200-300 kg) stvoriti previsoku neutronsku pozadinu.

    Čisti U-238 ima specifičnu radioaktivnost od 0,333 mikrokurija/g.

    Važna primjena ovog izotopa urana je proizvodnja plutonija-239. Plutonij nastaje kroz nekoliko reakcija koje započinju nakon što atom U-238 uhvati neutron. Svako reaktorsko gorivo koje sadrži prirodni ili djelomično obogaćeni uran u 235. izotopu sadrži određeni udio plutonija nakon završetka gorivnog ciklusa.

    Lanac raspada urana-238

    Izotop urana je 238; nalazi se u više od 99% prirodnog urana. Ovaj izotop je i najstabilniji, njegovu jezgru ne mogu razdvojiti toplinski neutroni. Da bi razdvojio 238U, neutron treba dodatnu kinetičku energiju od 1,4 MeV. Nuklearni reaktor napravljen od čistog urana-238 neće raditi ni pod kojim uvjetima.

    Atom urana-238, u čijoj se jezgri protoni i neutroni jedva drže zajedno kohezijskim silama. S vremena na vrijeme iz njega izbije kompaktna skupina od četiri čestice: dva protona i dva neutrona (α-čestica). Uran-238 se tako pretvara u torij-234, čija jezgra sadrži 90 protona i 144 neutrona. Ali torij-234 je također nestabilan. Njegova se transformacija, međutim, događa drugačije nego u prethodnom slučaju: jedan od njegovih neutrona pretvara se u proton, a torij-234 pretvara se u protaktinij-234, čija jezgra sadrži 91 proton i 143 neutrona. Ova metamorfoza koja se dogodila u jezgri također utječe na elektrone koji se kreću u svojim orbitama: jedan od njih postaje nesparen i leti iz atoma. Protaktinij je vrlo nestabilan i potrebno mu je vrlo malo vremena za transformaciju. Nakon toga slijede druge transformacije, popraćene zračenjem, a cijeli ovaj lanac na kraju završava stabilnim nuklidom olova (vidi sliku br. 7, Dodatak B).

    Najvažnija okolnost za nuklearnu energiju je da je najčešći izotop urana, 238U, također potencijalni izvor nuklearnog goriva. I Szilard i Fermi bili su u pravu kada su pretpostavili da će apsorpcija neutrona uranom dovesti do stvaranja novih elemenata.

    Izotopi urana

    Doista, pri sudaru s toplinskim neutronom, uran-238 ne fisira; umjesto toga, jezgra apsorbira neutron. U prosjeku se za 23,5 minuta jedan od neutrona u jezgri pretvara u proton (emisijom elektrona, reakcija β raspada), a jezgra urana-239 postaje jezgra neptunija-239 (239Np). Nakon 2,4 dana dolazi do drugog β - raspada i nastaje plutonij-239 (239Pu).

    Kao rezultat sekvencijalne apsorpcije neutrona u nuklearnom reaktoru mogu se proizvesti elementi čak i teži od plutonija.

    Samo tragovi 239Pu, 244Pu i 237Np pronađeni su u prirodnim mineralima i uranovoj rudi, tako da se transuranijevi elementi (teži od urana) praktički nikada ne nalaze u prirodnom okruženju.

    Izotopi urana koji postoje u prirodi nisu posve stabilni u odnosu na α raspad i spontanu fisiju, ali se raspadaju vrlo sporo: Pola zivota uran-238 je 4,5 milijardi godina, a uran-235 je 710 milijuna godina. Zbog niske učestalosti nuklearnih reakcija takvi dugovječni izotopi nisu opasni izvori zračenja. Ingot prirodnog urana može se držati u rukama bez štete po zdravlje. Njegov specifičan aktivnost jednako 0,67 mCi/kg (Ci – curie, izvansistemska jedinica aktivnosti jednaka 3,7 * 1010 raspada u sekundi).

    Primanje - urana

    Stranica 1

    Proizvodnja urana iz pepela domaćeg ugljena, pišu novine, može se smatrati riješenim pitanjem. 1 tona pepela od nekih ugljena sadrži atomsku energiju ekvivalentnu 6 tisuća tona ugljena.

    Dobivanje urana, zlata; odvajanje produkata fisije urana; dobivanje obojenih metala i elemenata rijetkih zemalja.

    Proizvodnji urana i torija prethodi složena integrirana prerada rudnih sirovina.

    Za proizvodnju urana, čvrsti UF4 se reducira kalcijem ili magnezijem.

    Koristi se za proizvodnju urana, torija i drugih metala, kao iu organskoj sintezi.

    Potrošnja energije za proizvodnju idealno ugašenog urana u reakcijskoj smjesi je 71 eV po atomu metala.

    Glavni izvor urana je mineral uraninit i njegove varijante - smolasta mješavina, uranov tinjac, smola, uranova crnica. Od velike važnosti za proizvodnju urana i njegovih spojeva su uran-vanadijeve, uran-fosforne, uran-arsenske kisele soli kalcija, bakra, barija, nazvane uranijeve tinjce.

    Posljednjih godina za dobivanje urana koristi se podzemno ispiranje s naknadnim pročišćavanjem otopina. Za podzemno ispiranje koriste se otopine sumporne kiseline i karbonata.

    Drugi veliki potencijalni izvor urana u Sjedinjenim Državama je škriljac koji se nalazi u državama Tennessee, Kentucky, Indiana, Illinois i Ohio.

    Postoje mnoge druge metode za proizvodnju uranovog tetrafluorida, uključujući reakciju fluorovodika s kompaktnim metalnim uranom u atmosferi vodika, počevši od 250 C.

    Praktički ne postoje metode za proračun lončanih peći za proizvodnju urana. Pri njihovom projektiranju mogu se uzeti u obzir samo čimbenici kao što je količina topline oslobođena reakcijom i izgubljena u okolnom prostoru, kao i (u slučaju magnezijsko-toplinske redukcije) količina topline koja se mora dobiti pomoću vanjski grijači.

    Japan je razvio novu tehnologiju za proizvodnju urana iz otopine fosforne kiseline koja se koristi za proizvodnju fosfatnih gnojiva. Prije izgradnje postrojenja za ekstrakciju urana iz 3 - 4 milijuna tona fosfata koje Japan godišnje uvozi kao sirovinu za proizvodnju gnojiva, planira se izgraditi pilot postrojenje.

    Treba naglasiti da proces dobivanja urana nije tako jednostavan kako je ovdje opisan. Treba imati na umu da se svi procesi provode u složenoj opremi izrađenoj od posebnih materijala. U tom slučaju potrebno je poštivati ​​vrlo precizno doziranje reagensa i održavati potrebnu temperaturu. Proces proizvodnje urana zahtijeva velike količine izuzetno čistih reagensa, koji moraju biti čišći od tzv. kemijski čistih tvari.

    Stranice:      1    2    3    4