Raksts stāsta par to, kad tika atklāts tāds ķīmiskais elements kā urāns, un kādās nozarēs šī viela tiek izmantota mūsdienās.
Urāns ir ķīmisks elements enerģētikā un militārajā rūpniecībā
Vienmēr cilvēki ir mēģinājuši atrast ļoti efektīvus enerģijas avotus un ideālā gadījumā - izveidot tā saukto mūžīgo kustību mašīnu. Diemžēl tās pastāvēšanas neiespējamība tika teorētiski pierādīta un pamatota jau 19. gadsimtā, taču zinātnieki joprojām nezaudēja cerību īstenot sapni par kaut kādu ierīci, kas spētu saražot lielu daudzumu "tīras" enerģijas ļoti ilgu laiku. ilgu laiku.
Daļēji tas tika realizēts, atklājot tādu vielu kā urāns. Ķīmiskais elements ar šo nosaukumu veidoja pamatu kodolreaktoru attīstībai, kas mūsdienās nodrošina enerģiju veselām pilsētām, zemūdenēm, polārkuģiem utt. Tiesa, to enerģiju nevar saukt par "tīru", taču pēdējos gados daudzi uzņēmumi ir izstrādājuši kompaktas uz tritija bāzes "atomu akumulatorus" plašai tirdzniecībai - tiem nav kustīgu daļu un tie ir droši veselībai.
Tomēr šajā rakstā mēs detalizēti analizēsim ķīmiskā elementa atklāšanas vēsturisauc par urānu un tā kodolu skaldīšanas reakciju.
Definīcija
Urāns ir ķīmisks elements, kam Mendeļejeva periodiskajā tabulā ir 92. atomu numurs. Tā atommasa ir 238 029. To apzīmē ar simbolu U. Normālos apstākļos tas ir blīvs, smags sudrabains metāls. Ja mēs runājam par tā radioaktivitāti, tad pats urāns ir elements ar vāju radioaktivitāti. Tas nesatur arī pilnīgi stabilus izotopus. Un stabilākais no esošajiem izotopiem ir urāns-338.
Mēs noskaidrojām, kas ir šis elements, un tagad apskatīsim tā atklāšanas vēsturi.
Vēsture
Tāda viela kā dabiskais urāna oksīds cilvēkiem ir zināma kopš seniem laikiem, un senie amatnieki no tās veidoja glazūru, ar kuru klāja dažādus trauku un citu izstrādājumu ūdensizturības keramikas izstrādājumus, kā arī to izstrādājumus. dekorācijas.
1789. gads bija nozīmīgs datums šī ķīmiskā elementa atklāšanas vēsturē. Toreiz ķīmiķis un Vācijā dzimušais Martins Klaprots varēja iegūt pirmo metālisko urānu. Un jaunais elements ieguva savu nosaukumu par godu astoņus gadus iepriekš atklātajai planētai.
Gandrīz 50 gadus toreiz iegūtais urāns tika uzskatīts par tīru metālu, tomēr 1840. gadā ķīmiķis no Francijas Eižens Melhiors Peligot spēja pierādīt, ka Klaprota iegūtais materiāls, neskatoties uz piemērotām ārējām pazīmēm., nebija metāls, bet gan urāna oksīds. Nedaudz vēlāk saņēma tas pats Peligoīstais urāns ir ļoti smags pelēks metāls. Toreiz pirmo reizi tika noteikts tādas vielas kā urāna atomsvars. Ķīmisko elementu 1874. gadā Dmitrijs Mendeļejevs ievietoja savā slavenajā elementu periodiskajā tabulā, un Mendeļejevs divreiz dubultoja vielas atommasu. Un tikai 12 gadus vēlāk tika eksperimentāli pierādīts, ka lielais ķīmiķis savos aprēķinos nav kļūdījies.
Radioaktivitāte
Bet patiesi plašā interese par šo elementu zinātnieku aprindās sākās 1896. gadā, kad Bekerels atklāja faktu, ka urāns izstaro starus, kas tika nosaukti pētnieka vārdā – Bekerela stari. Vēlāk viena no slavenākajām zinātniecēm šajā jomā Marija Kirī šo fenomenu nosauca par radioaktivitāti.
Nākamais nozīmīgais datums urāna izpētē tiek uzskatīts par 1899. gadu: tieši tad Rezerfords atklāja, ka urāna starojums ir neviendabīgs un iedalās divos veidos – alfa un beta staros. Un gadu vēlāk Pols Viljars (Villards) atklāja trešo, pēdējo mums šodien zināmo radioaktīvā starojuma veidu - tā sauktos gamma starus.
Pēc septiņiem gadiem, 1906. gadā, Raterfords, pamatojoties uz savu radioaktivitātes teoriju, veica pirmos eksperimentus, kuru mērķis bija noteikt dažādu minerālu vecumu. Šie pētījumi cita starpā lika pamatu radiooglekļa analīzes teorijas un prakses veidošanai.
Urāna kodolu skaldīšana
Bet, iespējams, vissvarīgākais atklājums, pateicoties kuramplaši izplatītā urāna ieguve un bagātināšana gan miermīlīgiem, gan militāriem nolūkiem ir urāna kodolu skaldīšanas process. Tas notika 1938. gadā, atklājumu veica vācu fiziķi Otto Hāns un Frics Strasmans. Vēlāk šī teorija guva zinātnisku apstiprinājumu vēl vairāku vācu fiziķu darbos.
Viņu atklātā mehānisma būtība bija šāda: ja urāna-235 izotopa kodolu apstaro ar neitronu, tad, notverot brīvo neitronu, tas sāk dalīties. Un, kā mēs visi tagad zinām, šo procesu pavada milzīga enerģijas daudzuma atbrīvošanās. Tas notiek galvenokārt paša starojuma un kodola fragmentu kinētiskās enerģijas dēļ. Tātad tagad mēs zinām, kā notiek urāna skaldīšanās.
Šī mehānisma atklāšana un tā rezultāti ir sākumpunkts urāna izmantošanai gan miermīlīgiem, gan militāriem mērķiem.
Ja runājam par tā izmantošanu militāriem mērķiem, tad pirmo reizi teorija, ka ir iespējams radīt apstākļus tādam procesam kā nepārtraukta urāna kodola skaldīšanas reakcija (jo detonācijai ir nepieciešama milzīga enerģija kodolbumba) pierādīja padomju fiziķi Zeldovičs un Haritons. Bet, lai radītu šādu reakciju, urāns ir jābagātina, jo normālā stāvoklī tam nepiemīt vajadzīgās īpašības.
Iepazināmies ar šī elementa vēsturi, tagad izdomāsim, kur tas tiek izmantots.
Urāna izotopu lietojumi un veidi
Pēc tāda procesa kā urāna ķēdes skaldīšanas reakcijas atklāšanas fiziķi saskārās ar jautājumu, kur to izmantot?
Šobrīd ir divas galvenās jomas, kurās tiek izmantoti urāna izotopi. Šī ir mierīga (vai enerģētikas) nozare un militārā nozare. Gan pirmajā, gan otrajā izmanto urāna-235 izotopa kodola skaldīšanas reakciju, atšķiras tikai izejas jauda. Vienkārši sakot, kodolreaktorā nav nepieciešams izveidot un uzturēt šo procesu ar tādu pašu jaudu, kāda nepieciešama kodolbumbas sprādziena veikšanai.
Tātad tika uzskaitītas galvenās nozares, kurās tiek izmantota urāna skaldīšanas reakcija.
Taču urāna-235 izotopa iegūšana ir ārkārtīgi sarežģīts un dārgs tehnoloģisks uzdevums, un ne katra valsts var atļauties būvēt bagātināšanas rūpnīcas. Piemēram, lai iegūtu divdesmit tonnas urāna degvielas, kurā urāna 235 izotopa saturs būs no 3-5%, būs nepieciešams bagātināt vairāk nekā 153 tonnas dabiskā, "jēl" urāna.
Urāna-238 izotopu galvenokārt izmanto kodolieroču konstruēšanā, lai palielinātu to jaudu. Turklāt, kad tas uztver neitronu, kam seko beta sabrukšanas process, šis izotops galu galā var pārvērsties par plutoniju-239 - parastu degvielu lielākajai daļai mūsdienu kodolreaktoru.
Neskatoties uz visiem šādu reaktoru trūkumiem (augstas izmaksas, apkopes sarežģītība, avārijas briesmas), to darbība atmaksājas ļoti ātri, turklāt tie ražo nesalīdzināmi vairāk enerģijas nekā klasiskās termoelektrostacijas vai hidroelektrostacijas.
Arī urāna kodola skaldīšanas reakcija ļāva radīt masu iznīcināšanas kodolieročus. Tas izceļas ar milzīgo spēku, relatīvukompaktums un tas, ka tas spēj padarīt lielas zemes platības nepiemērotas cilvēku apdzīvošanai. Tiesa, mūsdienu atomieročos izmanto plutoniju, nevis urānu.
Noplicināts urāns
Ir arī tik daudzveidīgs urāns kā noplicināts. Tam ir ļoti zems radioaktivitātes līmenis, kas nozīmē, ka tas nav bīstams cilvēkiem. To atkal izmanto militārajā sfērā, piemēram, pievieno amerikāņu tanka Abrams bruņām, lai piešķirtu tai papildu spēku. Turklāt gandrīz visās augsto tehnoloģiju armijās var atrast dažādus čaulas ar noplicinātu urānu. Papildus lielajai masai tiem ir vēl viena ļoti interesanta īpašība - pēc šāviņa iznīcināšanas tā lauskas un metāla putekļi aizdegas spontāni. Un, starp citu, pirmo reizi šāds šāviņš tika izmantots Otrā pasaules kara laikā. Kā redzam, urāns ir elements, kas izmantots dažādās cilvēka darbības jomās.
Secinājums
Saskaņā ar zinātnieku prognozēm, ap 2030. gadu visas lielās urāna atradnes būs pilnībā izsmeltas, pēc tam sāksies tā grūti sasniedzamo slāņu veidošanās un cenas celšanās. Starp citu, urāna rūda pati par sevi ir absolūti nekaitīga cilvēkiem - daži kalnrači ir strādājuši pie tās ieguves paaudzēm. Tagad mēs esam sapratuši šī ķīmiskā elementa atklāšanas vēsturi un to, kā tiek izmantota tā kodolu skaldīšanas reakcija.
Starp citu, ir zināms interesants fakts - urāna savienojumus jau sen izmanto kā krāsas porcelānam unstikls (tā sauktais urāna stikls) līdz 1950. gadiem.
