uranijum (hemijski element) uranijum (hemijski element)

URAN (lat. Uranium), U (čitaj "uranijum"), radioaktivni hemijski element sa atomskim brojem 92, atomska masa 238,0289. Actinoid. Prirodni uranijum se sastoji od mešavine tri izotopa: 238U, 99,2739%, sa vremenom poluraspada od T 1/2 \u003d 4,51 10 9 godina, 235 U, 0,7024%, s vremenom poluraspada T 1/2 \u003d 7,13 10 8 godina, 234 U, 0,0057%, s vremenom poluraspada T 1/2 = 2,45 10 5 godina. 238 U (uranijum-I, UI) i 235 U (aktinouranijum, AcU) su osnivači radioaktivne serije. Od 11 umjetno proizvedenih radionuklida s masenim brojem 227-240, dugovječnih 233 U ( T 1/2 \u003d 1,62 10 5 godina), dobiva se neutronskim zračenjem torija (cm. TORIJA).
Konfiguracija tri vanjska elektronska sloja 5 s 2 str 6 d 10 f 3 6s 2 str 6 d 1 7 s 2 , odnosi se na uranijum f-elementi. Nalazi se u IIIB grupi u 7. periodu periodnog sistema elemenata. U jedinjenjima pokazuje oksidaciona stanja +2, +3, +4, +5 i +6, valencije II, III, IV, V i VI.
Radijus neutralnog atoma uranijuma je 0,156 nm, poluprečnik jona: U 3 + - 0,1024 nm, U 4 + - 0,089 nm, U 5 + - 0,088 nm i U 6+ - 0,083 nm. Energije uzastopne jonizacije atoma su 6,19, 11,6, 19,8, 36,7 eV. Elektronegativnost prema Paulingu (cm. PAULING Linus) 1,22.
Istorija otkrića
Uranijum je 1789. godine otkrio njemački hemičar M. G. Klaproth (cm. KLAPROT Martin Heinrich) u proučavanju minerala "tar blende". Ime je dobio po planeti Uranu, koju je otkrio W. Herschel (cm. HERSHEL) 1781. U metalnom stanju, uranijum je 1841. dobio francuski hemičar E. Peligot. (cm. PELIGO Eugene Melchior) kod redukcije UCl 4 metalnim kalijem. Radioaktivna svojstva uranijuma otkrio je 1896. godine Francuz A. Becquerel (cm. Becquerel Antoine Henri).
U početku je uranijumu pripisana atomska masa 116, ali 1871. D. I. Mendeljejev (cm. MENDELEEV Dmitrij Ivanovič) došao do zaključka da ga treba udvostručiti. Nakon otkrića elemenata s atomskim brojevima od 90 do 103, američki hemičar G. Seaborg (cm. SEABORG Glenn Theodore) došao do zaključka da ovi elementi (aktinidi) (cm. aktinoidi) ispravnije je staviti u periodni sistem u istu ćeliju sa elementom br. 89 aktinijum. Ovaj aranžman je zbog činjenice da aktinidi prolaze dovršenje 5 f-elektronski podnivo.
Biti u prirodi
Uranijum je karakterističan element za granitni sloj i sedimentnu ljusku zemljine kore. Sadržaj u zemljinoj kori iznosi 2,5 10 -4% po težini. U morskoj vodi koncentracija uranijuma je manja od 10 -9 g/l, a ukupno morska voda sadrži od 10 9 do 10 10 tona uranijuma. Uranijum se ne nalazi u slobodnom obliku u zemljinoj kori. Poznato je oko 100 minerala uranijuma, od kojih su najvažniji smola U 3 O 8, uraninit (cm. URANINIT)(U,Th)O 2, ruda uranijumske smole (sadrži okside uranijuma različitog sastava) i tyuyamunit Ca[(UO 2) 2 (VO 4) 2] 8H 2 O.
Potvrda
Uranijum se dobija iz uranijumskih ruda koje sadrže 0,05-0,5% U. Ekstrakcija uranijuma počinje proizvodnjom koncentrata. Rude se izlužuju rastvorima sumporne, azotne kiseline ili alkalija. Dobivena otopina uvijek sadrži nečistoće drugih metala. Prilikom odvajanja uranijuma od njih koriste se razlike u njihovim redoks svojstvima. Redox procesi su kombinovani sa procesima jonske razmene i ekstrakcije.
Iz dobivene otopine uran se ekstrahuje u obliku oksida ili tetrafluorida UF 4 metalotermnom metodom:
UF 4 + 2Mg = 2MgF 2 + U
Rezultirajući uranijum sadrži male količine nečistoća bora. (cm. BOR (hemijski element)), kadmijum (cm. KADMIJUM) i neki drugi elementi, takozvani reaktorski otrovi. Apsorbirajući neutrone nastale tokom rada nuklearnog reaktora, oni čine uranijum nepodesnim za upotrebu kao nuklearno gorivo.
Da bi se oslobodili nečistoća, metalni uranijum se rastvara u azotnoj kiselini, čime se dobija uranil nitrat UO 2 (NO 3) 2 . Uranil nitrat se ekstrahuje iz vodenog rastvora tributil fosfatom. Produkt prečišćavanja iz ekstrakta ponovo se pretvara u uranijum oksid ili tetrafluorid, iz kojeg se ponovo dobija metal.
Dio uranijuma se dobija regeneracijom istrošenog nuklearnog goriva u reaktoru. Sve operacije regeneracije uranijuma izvode se na daljinu.
Fizička i hemijska svojstva
Uranijum je srebrnobeli sjajni metal. Metalni uranijum postoji u tri alotropna (cm. ALOTROPIJA) modifikacije. Do 669°C stabilna a-modifikacija sa ortorombičnom rešetkom, parametri ali= 0,2854nm, in= 0,5869 nm i od\u003d 0,4956 nm, gustina 19,12 kg / dm 3. Od 669°C do 776°C, b-modifikacija sa tetragonalnom rešetkom je stabilna (parametri ali= 1,0758 nm, od= 0,5656 nm). Do tačke topljenja od 1135°C, g-modifikacija sa kubičnom rešetkom centriranom na tijelo je stabilna ( ali= 0,3525 nm). Tačka ključanja 4200°C.
Hemijska aktivnost metalnog uranijuma je visoka. Na zraku je prekriven oksidnim filmom. Uranijum u prahu je piroforan; tokom sagorevanja uranijuma i termičkog razlaganja mnogih njegovih jedinjenja u vazduhu nastaje uranijum oksid U 3 O 8. Ako se ovaj oksid zagrije u atmosferi vodika (cm. VODIK) na temperaturama iznad 500°C nastaje uran dioksid UO 2:
U 3 O 8 + H 2 \u003d 3UO 2 + 2H 2 O
Ako se uranil nitrat UO 2 (NO 3) 2 zagrije na 500°C, tada se, razlažući, formira uranijum trioksid UO 3 . Pored oksida uranijuma stehiometrijskog sastava UO 2 , UO 3 i U 3 O 8 , poznati su oksidi uranijuma sastava U 4 O 9 i nekoliko metastabilnih oksida i oksida promjenjivog sastava.
Kada se oksidi uranijuma stapaju sa oksidima drugih metala, nastaju uranati: K 2 UO 4 (kalijum uranat), CaUO 4 (kalcijum uranat), Na 2 U 2 O 7 (natrijum diuranat).
Interakcija sa halogenima (cm. HALOGENI), uranijum daje uranijum halide. Među njima, UF 6 heksafluorid je žuta kristalna supstanca koja se lako sublimira čak i pri niskom zagrijavanju (40-60°C) i jednako lako se hidrolizira vodom. Najvažnija praktična vrijednost je uranijum heksafluorid UF 6 . Dobiva se interakcijom metalnog uranijuma, oksida uranijuma ili UF 4 sa fluorom ili fluorirajućim agensima BrF 3 , CCl 3 F (freon-11) ili CCl 2 F 2 (freon-12):
U 3 O 8 + 6CCl 2 F 2 = UF 4 + 3COCl 2 + CCl 4 + Cl 2
UF 4 + F 2 = UF 6
ili
U 3 O 8 + 9F 2 \u003d 3UF 6 + 4O 2
Poznati su fluoridi i hloridi koji odgovaraju oksidacionim stanjima uranijuma +3, +4, +5 i +6. Dobijeni su uranijum bromidi UBr 3 , UBr 4 i UBr 5 , kao i uranijum jodidi UI 3 i UI 4. Sintetizovani su uranijum oksihalidi kao što je UO 2 Cl 2 UOCl 2 i drugi.
Kada uranijum interaguje sa vodonikom, nastaje uranijum hidrid UH 3, koji ima visoku hemijsku aktivnost. Kada se zagrije, hidrid se raspada, formirajući vodonik i uranijum u prahu. Prilikom sinterovanja uranijuma sa borom, u zavisnosti od molarnog odnosa reaktanata i uslova procesa, nastaju boridi UB 2, UB 4 i UB 12.
Sa ugljenikom (cm. UGLJENIK) uranijum formira tri karbida UC, U 2 C 3 i UC 2 .
Interakcija uranijuma sa silicijumom (cm. SILIKON) Dobijeni su silicidi U 3 Si, U 3 Si 2 , USi, U 3 Si 5 , USi 2 i U 3 Si 2.
Dobijeni su uranijum nitridi (UN, UN 2 , U 2 N 3) i uranijum fosfidi (UP, U 3 P 4 , UP 2). Sa sumporom (cm. SUMPOR) uranijum formira niz sulfida: U 3 S 5 , US, US 2 , US 3 i U 2 S 3 .
Metalni uranijum se rastvara u HCl i HNO 3 i polako reaguje sa H 2 SO 4 i H 3 PO 4 . Postoje soli koje sadrže uranilni kation UO 2 2+.
U vodenim rastvorima nalaze se jedinjenja uranijuma u oksidacionim stanjima od +3 do +6. Standardni oksidacioni potencijal para U(IV)/U(III) - 0,52 V, U(V)/U(IV) para 0,38 V, U(VI)/U(V) para 0,17 V, para U(VI)/ U(IV) 0,27. U 3+ jon je nestabilan u rastvoru, ion U 4+ je stabilan u odsustvu vazduha. Kation UO 2 + je nestabilan i neproporcionalan u U 4+ i UO 2 2+ u rastvoru. Joni U 3+ imaju karakterističnu crvenu boju, U 4+ ioni su zeleni, a UO 2 2+ žuti.
U rastvorima su jedinjenja uranijuma u oksidacionom stanju +6 najstabilnija. Sva jedinjenja uranijuma u rastvorima su sklona hidrolizi i formiranju kompleksa, a najjače su kationi U 4+ i UO 2 2+.
Aplikacija
Metalni uran i njegovi spojevi uglavnom se koriste kao nuklearno gorivo u nuklearnim reaktorima. Nisko obogaćena mješavina izotopa uranijuma koristi se u stacionarnim reaktorima nuklearnih elektrana. Proizvod visokog stepena obogaćivanja nalazi se u nuklearnim reaktorima koji rade na brzim neutronima. 235 U je izvor nuklearne energije u nuklearnom oružju. 238 U služi kao izvor sekundarnog nuklearnog goriva - plutonijuma.
Fiziološko djelovanje
U mikrokoličinama (10 -5 -10 -8%) nalazi se u tkivima biljaka, životinja i ljudi. U najvećoj mjeri ga akumuliraju neke gljive i alge. Jedinjenja urana se apsorbuju u gastrointestinalnom traktu (oko 1%), u plućima - 50%. Glavni depoi u organizmu: slezina, bubrezi, skelet, jetra, pluća i bronho-plućni limfni čvorovi. Sadržaj u organima i tkivima ljudi i životinja ne prelazi 10-7 godina.
Uran i njegova jedinjenja su veoma toksični. Posebno su opasni aerosoli uranijuma i njegovih spojeva. Za aerosole u vodi rastvorljivih jedinjenja uranijuma MPC u vazduhu je 0,015 mg/m 3 , za nerastvorljive oblike uranijuma MPC je 0,075 mg/m 3 . Kada uđe u organizam, uranijum deluje na sve organe, kao opšti ćelijski otrov. Molekularni mehanizam djelovanja uranijuma povezan je s njegovom sposobnošću da inhibira aktivnost enzima. Prije svega, zahvaćeni su bubrezi (pojavljuju se proteini i šećer u mokraći, oligurija). Kod hronične intoksikacije mogući su poremećaji hematopoeze i nervnog sistema.

enciklopedijski rječnik. 2009 .

Pogledajte šta je "URAN (hemijski element)" u drugim rječnicima:

U (Uran, uranijum; kod O = 16 atomske težine U = 240) element sa najvećom atomskom težinom; svi elementi, prema atomskoj težini, smješteni su između vodonika i uranijuma. Ovo je najteži član metalne podgrupe grupe VI periodnog sistema (vidi hrom, ... ... Enciklopedijski rječnik F.A. Brockhaus i I.A. Efron

Uranijum (U) Atomski broj 92 Izgled jednostavne supstance Osobine atoma Atomska masa ( molarna masa) 238.0289 a. e.m. (g/mol) ... Wikipedia

Uranijum (lat. Uranium), U, radioaktivni hemijski element III grupe periodnog sistema Mendeljejeva, pripada porodici aktinida, atomski broj 92, atomska masa 238.029; metal. Prirodni U. sastoji se od mješavine tri izotopa: 238U √ 99,2739% ... ... Velika sovjetska enciklopedija

Uranijum (hemijski element)- URAN (Uran), U, radioaktivni hemijski element III grupe periodnog sistema, atomski broj 92, atomska masa 238,0289; odnosi se na aktinide; metal, mp 1135°C. Uranijum je glavni element nuklearne energije (nuklearno gorivo), koji se koristi u ... ... Ilustrovani enciklopedijski rječnik Wikipedia

- (grčko uransko nebo). 1) bog neba, otac Saturna, najstariji od bogova, na grčkom. mitol. 2) rijedak metal koji u čistom stanju ima izgled srebrnih listova. 3) velika planeta koju je otkrio Herschel 1781. Rječnik stranih riječi uključen u ... ... Rečnik stranih reči ruskog jezika

Uran:* Uran (mitologija) starogrčki bog. Sin Geje * Uran (planeta) planeta Sunčevog sistema * Uran (muzički instrument) drevni turski i kazahstanski muzički duvački instrument * Uran (element) hemijski element * Operacija ... ... Wikipedia

- (Uran), U, radioaktivni hemijski element III grupe periodnog sistema, atomski broj 92, atomska masa 238,0289; odnosi se na aktinide; metal, mp 1135shC. Uranijum je glavni element nuklearne energije (nuklearno gorivo), koji se koristi u ... ... Moderna enciklopedija

(prema Paulingu) 1.38 U←U 4+ -1.38V
U←U 3+ -1.66V
U←U 2+ -0.1V 6, 5, 4, 3 Termodinamička svojstva 19.05 / ³ 0,115 /( ) 27,5 /( ) 1405.5 12.6 / 4018 417 / 12,5³/ Kristalna ćelija ortorombni 2.850 c/a odnos N / A N / A

istorija

Još u antičko doba (1. vek pne), prirodni uranijum se koristio za pravljenje žute glazure.

Uranijum je 1789. godine otkrio nemački hemičar Martin Hajnrih Klaprot (Klaproth) dok je proučavao mineral ("uranov katran"). Ime je dobio po njemu, otkriven 1781. U metalnom stanju, uranijum je 1841. dobio francuski hemičar Eugene Peligot tokom redukcije UCl 4 metalnim kalijumom. uranijum je 1896. godine otkrio Francuz. U početku se 116 pripisivalo uranijumu, ali je 1871. došao do zaključka da ga treba udvostručiti. Nakon otkrića elemenata sa atomskim brojevima od 90 do 103, američki hemičar G. Seaborg došao je do zaključka da je ispravnije smjestiti ove elemente () u periodnom sistemu u istu ćeliju sa elementom br. 89. Ovakav raspored je zbog činjenice da je 5f elektronski podnivo završen u aktinidima.

Biti u prirodi

Uranijum je karakterističan element za granitni sloj i sedimentnu ljusku zemljine kore. Sadržaj u zemljinoj kori 2,5 10 -4% po težini. U morskoj vodi koncentracija uranijuma je manja od 10 -9 g/l, a ukupno morska voda sadrži od 10 9 do 10 10 tona uranijuma. Uranijum se ne nalazi u slobodnom obliku u zemljinoj kori. Poznato je oko 100 minerala uranijuma, od kojih su najvažniji U 3 O 8, uraninit (U,Th)O 2, ruda uranijumske smole (sadrži uranijumove okside promenljivog sastava) i tujamunit Ca [(UO 2) 2 (VO 4 ) 2] 8H 2 Oh

izotopi

Prirodni uran se sastoji od mješavine tri izotopa: 238 U - 99,2739%, vrijeme poluraspada T 1 / 2 = 4,51-10 9 godina, 235 U - 0,7024% (T 1 / 2 = 7,13-10 8 godina) i 234 U - 0,0057% (T 1 / 2 \u003d 2,48 × 10 5 godina).

Poznato je 11 umjetnih radioaktivnih izotopa s masenim brojevima od 227 do 240.

Najdugovječniji - 233 U (T 1 / 2 \u003d 1,62 10 5 godina) dobiva se zračenjem torija neutronima.

Izotopi uranijuma 238 U i 235 U su progenitori dvije radioaktivne serije.

Potvrda

Prva faza proizvodnje uranijuma je koncentracija. Stijena se drobi i miješa sa vodom. Komponente teške suspendirane tvari brže se talože. Ako stijena sadrži primarne minerale uranijuma, oni se brzo talože: to su teški minerali. Sekundarni minerali elementa #92 su lakši, u ovom slučaju teška otpadna stijena se taloži ranije. (Međutim, daleko od toga da je uvijek stvarno prazan; može sadržavati mnogo korisnih elemenata, uključujući uranijum).

Sljedeća faza je ispiranje koncentrata, prebacivanje elementa br. 92 u rastvor. Primijeniti kiselo i alkalno ispiranje. Prvi je jeftiniji, jer se uranijum koristi za ekstrakciju. Ali ako u sirovini, kao, na primjer, u uranijumu tar, uranijum je u tetravalentnom stanju, onda ova metoda nije primenljiva: tetravalentni uranijum u sumpornoj kiselini je praktično nerastvorljiv. I ili trebate pribjeći alkalnom ispiranju, ili unaprijed oksidirati uran u heksavalentno stanje.

Ne koristiti kiselo ispiranje i u slučajevima kada koncentrat uranijuma sadrži ili. Previše kiseline se mora potrošiti na njihovo otapanje i u tim slučajevima je bolje koristiti ().

Problem ispiranja uranijuma iz njega rješava se pročišćavanjem kisikom. Potok se dovodi u mješavinu uranijumske rude i minerala zagrijanu na 150 °C. Istovremeno se formira od sumpornih minerala, koji ispiraju uranijum.

U sljedećoj fazi, uran se mora selektivno izolirati iz rezultirajuće otopine. Savremene metode - i - omogućavaju rješavanje ovog problema.

Otopina sadrži ne samo uranijum, već i druge. Neki od njih se pod određenim uslovima ponašaju na isti način kao i uranijum: ekstrahuju se istim rastvaračima, talože se na istim smolama za izmjenu jona i talože pod istim uvjetima. Stoga, za selektivnu izolaciju uranijuma, potrebno je koristiti mnoge redoks reakcije kako bi se u svakoj fazi riješio jednog ili drugog nepoželjnog pratioca. Na modernim ionizmjenjivačkim smolama uran se oslobađa vrlo selektivno.

Metode jonska izmjena i ekstrakcija dobri su i jer vam omogućavaju da prilično potpuno izvučete uranijum iz loših rastvora, u čijoj litri ima samo desetinki grama elementa br. 92.

Nakon ovih operacija, uranijum se prelazi u čvrsto stanje - u jedan od oksida ili u tetrafluorid UF 4 . Ali ovaj uranijum još treba da se pročisti od nečistoća sa velikim poprečnim presekom hvatanja toplotnih neutrona - , . Njihov sadržaj u finalnom proizvodu ne bi trebao prelaziti stohiljaditi i milioniti dio procenta. Dakle, već dobijeni tehnički čist proizvod mora se ponovo otopiti - ovaj put unutra. Uranil nitrat UO 2 (NO 3) 2 se prilikom ekstrakcije tributil fosfatom i nekim drugim supstancama dodatno prečišćava do željenih uslova. Zatim se ova tvar kristalizira (ili istaloži peroksid UO 4 ·2H 2 O) i počinje pažljivo paliti. Kao rezultat ove operacije nastaje uranijum trioksid UO 3 koji se redukuje u UO 2 .

Ova supstanca je pretposljednja na putu od rude do metala. Na temperaturama od 430 do 600 °C reagira sa suhim fluorovodonikom i pretvara se u UF 4 tetrafluorid. Iz ovog jedinjenja se obično dobija metalni uranijum. Primite uz pomoć ili uobičajeno.

Fizička svojstva

Uranijum je veoma težak, srebrno-beli, sjajni metal. U svom čistom obliku, nešto je mekši od čelika, savitljiv, savitljiv i ima neznatna paramagnetna svojstva. Uranijum ima tri alotropna oblika: alfa (prizmatičan, stabilan do 667,7 °C), beta (četvorougaoni, stabilan od 667,7 do 774,8 °C), gama (sa telo centriranom kubičnom strukturom, postoji od 774,8 °C do tačke topljenja ).

Hemijska svojstva

Hemijska aktivnost metalnog uranijuma je visoka. U vazduhu se prekriva prelivom folijom. Uranijum u prahu, spontano se pali na temperaturi od 150-175 °C. Tokom sagorevanja uranijuma i termičkog razlaganja mnogih njegovih jedinjenja u vazduhu, nastaje uranijum oksid U 3 O 8. Ako se ovaj oksid zagrije u atmosferi na temperaturama iznad 500 °C, nastaje UO 2. Kada se oksidi uranijuma stapaju sa oksidima drugih metala, nastaju uranati: K 2 UO 4 (kalijum uranat), CaUO 4 (kalcijum uranat), Na 2 U 2 O 7 (natrijum diuranat).

Aplikacija

Nuklearno gorivo

Uranijum 235 U ima najveću primenu, u kojoj je moguće samoodrživost. Stoga se ovaj izotop koristi kao gorivo u, kao iu (kritična masa od oko 48 kg). Izolacija izotopa U 235 iz prirodnog uranijuma je složen tehnološki problem (vidi). Izotop U 238 je sposoban za fisiju pod utjecajem bombardiranja neutronima visoke energije, ova karakteristika se koristi za povećanje snage (koriste se neutroni generirani termonuklearnom reakcijom). Kao rezultat hvatanja neutrona praćenog β-raspadom, 238 U se može pretvoriti u 239, koji se zatim koristi kao nuklearno gorivo.

Uranijum-233 koji se veštački dobija u reaktorima (zračenjem neutronima i pretvaranjem u uranijum-233) je nuklearno gorivo za nuklearne elektrane i proizvodnju atomskih bombi (kritična masa oko 16 kg). Uranijum-233 je takođe najperspektivnije gorivo za nuklearne raketne motore u gasnoj fazi.

Ostale aplikacije

• Mali dodatak uranijuma daje prekrasnu zelenkasto-žutu nijansu staklu.
• Uranijum-235 karbid u leguri sa niobijum karbidom i cirkonijum karbidom koristi se kao gorivo za nuklearne mlazne motore (radni fluid je vodonik + heksan).
• Legure željeza i osiromašenog uranijuma (uran-238) koriste se kao moćni magnetostriktivni materijali.
• Početkom dvadesetog veka uranil nitrat se naširoko koristi kao virirajući agens za proizvodnju obojenih fotografskih otisaka.

osiromašenog uranijuma

Nakon ekstrakcije U-235 iz prirodnog uranijuma, preostali materijal se naziva "osiromašeni uranijum" jer je osiromašen 235. izotopom. Prema nekim izvještajima, oko 560.000 tona osiromašenog uranijum heksafluorida (UF 6) je uskladišteno u Sjedinjenim Državama. Osiromašeni uranijum je upola radioaktivniji od prirodnog uranijuma, uglavnom zbog uklanjanja U-234 iz njega. Budući da je glavna upotreba uranijuma proizvodnja energije, osiromašeni uranijum je beskorisni proizvod s malom ekonomskom vrijednošću.

Njegova glavna upotreba povezana je sa visokom gustinom uranijuma i njegovom relativno niskom cijenom: njegova upotreba za zaštitu od zračenja (ma koliko to čudno izgledalo) i kao balast u svemirskim aplikacijama kao što su kontrolne površine aviona. Svaki avion sadrži 1.500 kg osiromašenog uranijuma za ovu svrhu. Ovaj materijal se također koristi u rotorima žiroskopa velike brzine, velikim zamajcima, kao balast u svemirskim vozilima za spuštanje i trkaćim jahtama, pri bušenju naftnih bušotina.

Jezgra projektila za probijanje oklopa

Najpoznatija upotreba uranijuma je kao jezgra za američke . Nakon fuzije sa 2% ili 0,75% i termičke obrade (brzo gašenje metala zagrijanog na 850 °C u vodi ili ulju, dalje držanje na 450 °C 5 sati), metalni uranijum postaje tvrđi i jači (zatezna čvrstoća je veća od 1600 MPa, dok je za čisti uranijum 450 MPa). U kombinaciji sa svojom visokom gustinom, ovo čini ingot kaljenog uranijuma izuzetno efikasnim oruđem za probijanje oklopa, sličnim po efikasnosti skupljim . Proces uništavanja oklopa je praćen mljevenjem uranijumske zatvore u prašinu i paljenjem u zraku na drugoj strani oklopa. Oko 300 tona osiromašenog uranijuma ostalo je na bojnom polju tokom operacije Pustinjska oluja (uglavnom ostaci granata iz 30 mm GAU-8 topa jurišnika A-10, svaka granata sadrži 272 g legure uranijuma).

Takve granate koristile su NATO trupe u borbama u Jugoslaviji. Nakon njihove primjene, razmatran je ekološki problem radijacijske kontaminacije teritorije zemlje.

Osiromašeni uranijum se koristi u modernim tenkovskim oklopima, poput tenkova.

Fiziološko djelovanje

U mikrokoličinama (10 -5 -10 -8%) nalazi se u tkivima biljaka, životinja i ljudi. U najvećoj mjeri ga akumuliraju neke gljive i alge. Jedinjenja urana se apsorbuju u gastrointestinalnom traktu (oko 1%), u plućima - 50%. Glavni depoi u tijelu: slezina i bronho-plućni. Sadržaj u organima i tkivima ljudi i životinja ne prelazi 10-7 g.

Uranijum i njegova jedinjenja toksično. Posebno su opasni aerosoli uranijuma i njegovih spojeva. Za aerosole jedinjenja uranijuma rastvorljivih u vodi, MPC u vazduhu je 0,015 mg/m 3 , za nerastvorljive oblike uranijuma 0,075 mg/m 3 . Kada uđe u organizam, uranijum deluje na sve organe, kao opšti ćelijski otrov. Molekularni mehanizam djelovanja uranijuma povezan je s njegovom sposobnošću da potisne aktivnost. Prije svega, oni su pogođeni (proteini i šećer se pojavljuju u urinu,). U hroničnim slučajevima mogući su poremećaji hematopoeze i nervnog sistema.

Iskopavanje uranijuma u svijetu

Prema "Crvenoj knjizi uranijuma", objavljenoj 2005. godine, iskopano je 41.250 tona uranijuma (2003. godine - 35.492 tone). Prema OECD-u, u svijetu postoji 440 komercijalnih upotreba koje troše 67.000 tona uranijuma godišnje. To znači da njegova proizvodnja osigurava samo 60% njegove potrošnje (ostatak se obnavlja od starih nuklearnih bojevih glava).

Proizvodnja po zemljama u tonama prema sadržaju U za 2005-2006

Proizvodnja u Rusiji

Preostalih 7% dobijeno je podzemnim ispiranjem CJSC Dalur () i OJSC Khiagda ().

Dobivene rude i koncentrat uranijuma prerađuju se u Čepeckoj mašinskoj fabrici.

vidi takođe

Linkovi

Nuklearne tehnologije se u velikoj mjeri zasnivaju na korištenju radiohemijskih metoda, koje se pak temelje na nuklearno-fizičkim, fizičkim, kemijskim i toksičnim svojstvima radioaktivnih elemenata.

U ovom poglavlju ograničavamo se na kratak opis svojstava glavnih fisionih izotopa - uranijuma i plutonijuma.

Uran

Uran ( uranijum) U - element grupe aktinida, 7.-0. period periodnog sistema, Z=92, atomska masa 238.029; najteži od onih koji se nalaze u prirodi.

Poznato je 25 izotopa uranijuma, od kojih su svi radioaktivni. Najlakši 217U (Tj/ 2 = 26 ms), najteži 2 4 2 U (7 T J / 2 = i6,8 min). Postoji 6 nuklearnih izomera. U prirodnom uranijumu postoje tri radioaktivna izotopa: 2 s 8 i (99,2 739%, Ti/2 = 4,47109 l), 2 35U (0,7205%, G, / 2 = 7,04-109 godina) i 2 34U (0,0056%, ti/ 2=2,48-swl). Specifična radioaktivnost prirodnog uranijuma je 2,48104 Bq, podijeljena gotovo na pola između 2 34U i 288 U; 235U daje mali doprinos (specifična aktivnost izotopa 233 u prirodnom uranijumu je 21 puta manja od aktivnosti 238U). Poprečni presjek hvatanja termalnih neutrona je 46, 98 i 2,7 barn za 2 zz, 2 35U i 2 3 8 U, respektivno; presjek fisije 527 i 584 barn za 2 zz i 2 s 8 i, respektivno; prirodna mješavina izotopa (0,7% 235U) 4,2 ambar.

Tab. 1. Nuklearni fizička svojstva 2 h9 Ri i 2 35C.

Tab. 2. Hvatanje neutrona 2 35C i 2 h 8 C.

Šest izotopa uranijuma je sposobno za spontanu fisiju: ​​282 U, 2 szy, 234U, 235U, 2 s 6 u i 2 s 8 u. Prirodni izotopi 233 i 235U cijepaju se pod djelovanjem toplinskih i brzih neutrona, dok su jezgra 238 i sposobna za fisiju samo kada se zahvate neutroni s energijom većom od 1,1 MeV. Kada se zahvate neutroni sa nižom energijom, jezgra 288 U se prvo pretvaraju u jezgra 2 -i9U, koja zatim prolaze kroz p-raspad i prvo idu u 2 - "*9Np, a zatim u 2 39Pu. Efektivni presjeci za hvatanje termalnih neutrona od 2 34U, 2 jezgra 35U i 2 3 8 i jednaki su 98, 683 i 2,7-barns, respektivno. Potpuna fisija 2 35U dovodi do "ekvivalenta toplotne energije" od 2-107 kWh/kg. 2 35U i 2 zzy se koriste kao nuklearno gorivo, sposobno da podrži lančanu reakciju fisije.

Nuklearni reaktori proizvode n umjetnih izotopa uranijuma s masenim brojevima 227-240, od kojih je najdugovječniji 233U (7 V 2 \u003d i.62 *io 5 godina); dobija se neutronskim zračenjem torija. Izotopi uranijuma sa masenim brojevima 239^257 rađaju se u supermoćnim neutronskim tokovima termonuklearne eksplozije.

Uranijum-232- tehnogeni nuklid, a-emiter, T x / 2=68,9 godina, roditeljski izotopi 2 3 6 Pu(a), 23 2 Np(p*) i 23 2 Pa(p), kćer nuklid 228 Th. Intenzitet spontane fisije je 0,47 divizija/s kg.

Uran-232 nastaje kao rezultat sljedećih raspada:

P + - raspad nuklida * 3 a Np (Ti / 2 \u003d 14,7 min):

U nuklearnoj industriji, 2 3 2 U se proizvodi kao nusproizvod u sintezi fisivnog (oružajnog) nuklida 2 33 u ciklusu goriva torija. Kada se ozrači sa 2 3 2 Th neutronima, dolazi do glavne reakcije:

i bočna reakcija u dva koraka:

Proizvodnja 232 U iz torija se dešava samo na brzim neutronima (E„>6 MeV). Ako u početnoj supstanci ima 2 s°Th, tada se formiranje 2 3 2 U dopunjuje reakcijom: 2 s°Th + u-> 2 3'Th. Ova reakcija se odvija na termalnim neutronima. Generacija 2 3 2 U je nepoželjna iz više razloga. Suzbija se upotrebom torija sa minimalnom koncentracijom od 23°Th.

Propadanje 2 od 2 događa se u sljedećim smjerovima:

Raspad u 228 Th (vjerovatnoća 100%, energija raspada 5,414 MeV):

energija emitovanih a-čestica je 5,263 MeV (u 31,6% slučajeva) i 5,320 MeV (u 68,2% slučajeva).

• - spontana fisija (vjerovatnoća manja od ~ 12%);
• - raspad klastera sa formiranjem nuklida 28 Mg (vjerovatnoća raspada je manja od 5 * 10 "12%):

Raspad klastera sa formiranjem nuklida 2

Uran-232 je predak dugog lanca raspadanja, koji uključuje nuklide - emitere tvrdih y-kvanta:

^U-(3,64 dana, a, y)-> 220 Rn-> (55,6 s, a)-> 21b Po->(0,155 s, a)-> 212 Pb->(10,64 h, p, y) - > 212 Bi -> (60,6 m, p, y) -> 212 Po a, y) -> 208x1, 212 Po -> (3" 10' 7 s, a) -> 2o8 Pb (stub), 2o8 T1 - > (3,06 m, p, y -> 2o8 Pb.

Akumulacija 2 3 2 U je neizbježna u proizvodnji 2 zzy u energetskom ciklusu torijuma. Intenzivno y-zračenje koje nastaje raspadom 2 3 2 U ometa razvoj energije torijuma. Neobično je da ravnomjerni izotop 2 3 2 11 ima veliki presjek fisije pod djelovanjem neutrona (75 barn za termalne neutrone), kao i veliki presjek hvatanja neutrona - 73 barn. 2 3 2 U se koristi u metodi radioaktivnih tragova u hemijskim istraživanjima.

2 z 2 i predak je dugog lanca raspada (prema šemi 2 z 2 Th), koji uključuje nuklide koji emituju tvrde y-kvantove. Akumulacija 2 3 2 U je neizbježna u proizvodnji 2 zzy u energetskom ciklusu torijuma. Intenzivno γ-zračenje koje nastaje raspadom 232 U ometa razvoj energije torijuma. Neobično je da ravnomjerni izotop 2 3 2 U ima veliki presjek fisije pod djelovanjem neutrona (75 barn za termalne neutrone), kao i veliki presjek hvatanja neutrona - 73 barn. 2 3 2 U se često koristi u metodi radioaktivnih tragova u hemijskim i fizičkim istraživanjima.

Uranijum-233- tehnogeni radionuklid, a-emiter (energije 4.824 (82.7%) i 4.783 MeV (14.9%)), Tvi= 1,585105 godina, roditeljski nuklidi 2 37Pu(a)-? 2 33Np(p +) -> 2 33Pa(p), kćer nuklid 22 9Th. 2 zzi se dobija u nuklearnim reaktorima iz torija: 2 s 2 Th hvata neutron i pretvara se u 2 zz Th, koji se raspada u 2 zz Pa, a zatim u 2 zz. Jezgra 2 zzi (neparni izotop) su sposobna i za spontanu fisiju i za fisiju pod dejstvom neutrona bilo koje energije, što ga čini pogodnim za proizvodnju i atomskog oružja i reaktorskog goriva. Efektivni poprečni presek fisije je 533 barna, presek hvatanja je 52 barna, prinos neutrona je 2,54 po događaju fisije i 2,31 po apsorbovanom neutronu. Kritična masa od 2 zz je tri puta manja od kritične mase od 2 35U (-16 kg). Intenzitet spontane fisije je 720 slučajeva/s kg.

Uran-233 nastaje kao rezultat sljedećih raspada:

- (3 + -raspad nuklida 2 33Np (7^=36,2 min):

U industrijskoj skali, 2 zzi se dobija iz 2 32Th neutronskim zračenjem:

Kada se neutron apsorbuje, jezgro 234 se obično fisije, ali povremeno uhvati neutron, pretvarajući se u 234U. Iako 2 zzy, nakon što je apsorbirao neutron, obično se fisije, ipak ponekad štedi neutron, pretvarajući se u 2 34U. Vrijeme rada od 2 zz provodi se kako u brzim tako iu termičkim reaktorima.

Sa stanovišta oružja, 2 zzi je uporedivo sa 2 39 Pu: njegova radioaktivnost je 1/7 aktivnosti 2 39 Pu (Ti/ 2 = 159200 l naspram 24100 l za Pu), kritična masa od 2 szi je 6o% veća od IgPu (16 kg naspram 10 kg), a stopa spontane fisije je 20 puta veća (bu - ' naspram 310 10). Tok neutrona iz 239Pu je 3 puta veći od fluksa iz 239Pu. Stvaranje nuklearnog naboja na bazi 2 sz zahtijeva više napora nego na ^Pu. Glavna prepreka je prisustvo nečistoće 232U u 232U, čije y-zračenje projekata raspadanja otežava rad sa 2zzi i olakšava otkrivanje gotovog oružja. Osim toga, kratko vrijeme poluraspada od 2 3 2 U čini ga aktivnim izvorom a-čestica. 2 zzi sa 1% 232 i ima 3 puta jaču a-aktivnost od plutonijuma za oružje i, shodno tome, veću radiotoksičnost. Ova a-aktivnost uzrokuje rađanje neutrona u svjetlosnim elementima punjenja oružja. Da bi se ovaj problem minimizirao, prisustvo takvih elemenata kao što su Be, B, F, Li treba biti minimalno. Prisustvo neutronske pozadine ne utiče na rad implozijskih sistema, ali je za šeme topova potreban visok nivo čistoće lakih elemenata.zgi nije štetan, pa čak ni poželjan, jer smanjuje mogućnost upotrebe uranijuma u svrhe oružja .Nakon prerade istrošenog nuklearnog goriva i ponovne upotrebe goriva, sadržaj 232U dostiže 0,1 + 0,2%.

Propadanje 2 zzy događa se u sljedećim smjerovima:

A-raspad u 22 9Th (vjerovatnoća 100%, energija raspada 4,909 MeV):

energija emitovanih n-čestica je 4,729 MeV (u 1,61% slučajeva), 4,784 MeV (u 13,2% slučajeva) i 4,824 MeV (u 84,4% slučajeva).

• - spontana fisija (vjerovatnoća
• - raspad klastera sa formiranjem nuklida 28 Mg (verovatnoća raspada je manja od 1,3*10 -13%):

Raspad klastera sa formiranjem nuklida 24 Ne (verovatnoća raspada 7,3-10-“%):

Lanac raspada 2 zz pripada seriji Neptunijuma.

Specifična radioaktivnost je 2 zzi 3,57-8 Bq/g, što odgovara a-aktivnosti (i radiotoksičnosti) od -15% plutonijuma. Samo 1% 2 3 2 U povećava radioaktivnost na 212 mCi/g.

Uranijum-234(Uran II, UII) je dio prirodnog uranijuma (0,0055%), 2,445105 godina, a-emiter (energija a-čestica 4,777 (72%) i

4.723 (28%) MeV), izvorni radionuklidi: 2 s 8 Pu(a), 234 Pa(P), 234 Np(p +),

kćerki izotop u 2 s"t.

Obično je 234 U u ravnoteži sa 2 3 8 u, raspadajući se i formirajući istom brzinom. Otprilike polovina radioaktivnosti prirodnog uranijuma je doprinos 234U. Obično se 234U dobija jono-izmjenjivačkom hromatografijom starih preparata čistog 238 Pu. U a-raspadu, *34U se prilagođava 234U, tako da su stari preparati 238Pu dobri izvori 234U. 100 g 2s8Pu sadrži 776 mg 234U nakon godinu dana, nakon 3 godine

2,2 g 2 34U. Koncentracija 2 34U u visoko obogaćenom uranijumu je prilično visoka zbog preferencijalnog obogaćivanja lakim izotopima. Budući da je 234u jak y-emiter, postoje ograničenja njegove koncentracije u uranijumu namijenjenom preradi u gorivo. Povećani nivo 234i je prihvatljiv za reaktore, ali reprocesirani SNF sadrži već neprihvatljive nivoe ovog izotopa.

Raspad 234u se dešava na sledećim linijama:

A-raspad u 23°T (vjerovatnoća 100%, energija raspada 4,857 MeV):

energija emitovanih a-čestica je 4,722 MeV (u 28,4% slučajeva) i 4,775 MeV (u 71,4% slučajeva).

• - spontana fisija (vjerovatnoća 1,73-10-9%).
• - raspad klastera sa formiranjem nuklida 28 Mg (verovatnoća raspada je 1,4-10 "n%, prema drugim izvorima 3,9-10-"%):

• - raspad klastera sa formiranjem nuklida 2 4Ne i 26 Ne (verovatnoća raspada je 9-10", 2%, prema ostalim podacima 2,3-10 - 11%):

Jedini izomer 2 34ti je poznat (Tx/ 2 = 33,5 μs).

Poprečni presjek apsorpcije 2 34U termalnih neutrona je 10 barn, a za rezonantni integral prosječen za različite međuneutrone, 700 barn. Stoga se u reaktorima na termalnim neutronima pretvara u fisijski 235U brže nego što se mnogo veća količina od 238U (sa poprečnim presjekom od 2,7 barn) pretvara u 239Pu. Kao rezultat toga, SNF sadrži manje 234U od svježeg goriva.

Uranijum-235 pripada porodici 4P + 3, sposoban je proizvesti lančanu reakciju fisije. Ovo je prvi izotop na kojem je otkrivena reakcija prisilne fisije jezgri pod djelovanjem neutrona. Apsorbirajući neutron, 235U prelazi u 2 zbi, koji je podijeljen na dva dijela, oslobađajući energiju i emitujući nekoliko neutrona. Fisibilan neutronima bilo koje energije, sposoban za spontanu fisiju, izotop 2 35U je dio prirodnog utanuma (0,72%), a-emitera (energije 4,397 (57%) i 4,367 (18%) MeV), Ti/j=7,038-th 8 godina, matični nuklidi 2 35Pa, 2 35Np i 2 39Pu, kćerka - 23"Th. Intenzitet spontane fisije 2 3su 0,16 divizija/s kg. Fisijom jednog jezgra 2 35U oslobađa se 200 MeV energije = 3,2 Yu p J, tj. 18 TJ/mol=77 TJ/kg. Poprečni presjek fisije termalnim neutronima je 545 barna, a brzim neutronima - 1,22 barna, prinos neutrona: po događaju fisije - 2,5, po apsorbovanom neutronu - 2,08.

Komentar. Presjek hvatanja sporih neutrona za formiranje izotopa 2 si (10 barn), tako da je ukupni presjek apsorpcije sporih neutrona 645 barn.

• - spontana fisija (vjerovatnoća 7*10~9%);
• - raspad klastera sa formiranjem nuklida 2 °Ne, 2 5Ne i 28 Mg (verovatnoće su respektivno 8-io - 10%, 8-kg 10%, 8 * 10 ".0%):

Rice. jedan.

Jedini poznati izomer je 2 35n»u (7/2 = 26 min).

Specifična aktivnost 2 35C 7.77-u 4 Bq/g. Kritična masa uranijuma za oružje (93,5% 2 35U) za loptu sa reflektorom je 15-7-23 kg.

Fisija 2 » 5U se koristi u atomskom oružju, za proizvodnju energije i za sintezu važnih aktinida. Lančana reakcija se održava zbog viška neutrona nastalih tokom fisije od 2 35C.

Uranijum-236 javlja se na Zemlji u prirodi u tragovima (na Mjesecu je više), a-emiter (?

Rice. 2. Radioaktivna porodica 4/7+2 (uključujući -3 8 i).

U atomskom reaktoru, 233 apsorbira termalni neutron, nakon čega se fisije sa vjerovatnoćom od 82%, a emituje y-kvant sa vjerovatnoćom od 18% i pretvara se u 236 i . U malim količinama je dio svježeg goriva; akumulira se kada se uranijum ozrači neutronima u reaktoru, pa se stoga koristi kao SNF „signalni uređaj“. 2 h b i nastaje kao nusproizvod prilikom odvajanja izotopa plinovitom difuzijom tokom regeneracije istrošenog nuklearnog goriva. 236 U proizveden u energetskom reaktoru je neutronski otrov, njegovo prisustvo u nuklearnom gorivu je kompenzirano visoki nivo obogaćivanje 2 35U.

2b i koristi se kao trag za miješanje okeanskih voda.

uran-237,T&= 6,75 dana, beta i gama emiter, može se dobiti nuklearnim reakcijama:

Detekcija 287 i izvršena duž linija sa eu= o.v MeV (36%), 0,114 MeV (0,06%), 0,165 MeV (2,0%), 0,208 MeV (23%)

237U se koristi u metodi radioaktivnih tragova u hemijskim istraživanjima. Mjerenje koncentracije (2 4°Am) u ispadima iz testa atomskog oružja daje vrijedne informacije o vrsti punjenja i opremi koja se koristi.

Uranijum-238- pripada porodici 4P + 2, fisilan sa visokoenergetskim neutronima (više od 1,1 MeV), sposoban za spontanu fisiju, čini osnovu prirodnog uranijuma (99,27%), a-emiter, 7'; /2=4>468-109 godina, direktno se razlaže u 2 34Th, formira niz genetski srodnih radionuklida, a nakon 18 produkata prelazi u 206 Pb. Čisti 2 3 8 U ima specifičnu radioaktivnost od 1,22-104 Bq. Period poluraspada je veoma dug - oko 10 16 godina, tako da je verovatnoća fisije u odnosu na glavni proces - emisiju a-čestice - samo 10"7. Jedan kilogram uranijuma daje samo 10 spontanih fisija po drugo, a u isto vrijeme a-čestica emituje 20 miliona jezgara Matični nuklidi: 2 4 2 Pu(a), *spa(p-) 234Th, kćer T,/ 2 = 2 :i 4 th.

Uran-238 nastaje kao rezultat sljedećih raspada:

2 (V0 4) 2] 8N 2 0. Od sekundarnih minerala uobičajen je hidratizirani kalcijum uranil fosfat Ca (U0 2) 2 (P0 4) 2 -8H 2 0. Često uranijum u mineralima prati i drugi korisni elementi - titan , tantal, rijetke zemlje. Stoga je prirodno težiti složenoj preradi ruda koje sadrže uranijum.

Osnovna fizička svojstva uranijuma: atomska masa 238,0289 a.m.u. (g/mol); atomski radijus 138 pm (1 pm = 12 m); energija ionizacije (prvi elektron 7,11 eV; elektronska konfiguracija -5f36d‘7s 2; oksidacijska stanja 6, 5, 4, 3; G P l = 113 2, 2 °; T t,1=3818°; gustina 19,05; specifični toplotni kapacitet 0,115 JDKmol); vlačna čvrstoća 450 MPa, toplota fuzije 12,6 kJ/mol, toplota isparavanja 417 kJ/mol, specifični toplotni kapacitet 0,115 J/(mol-K); molarni volumen 12,5 cm3/mol; karakteristična Debajeva temperatura © D = 200K, temperatura prijelaza u supravodljivo stanje je 0,68K.

Uranijum je težak, srebrno-bijeli, sjajni metal. Nešto je mekši od čelika, savitljiv, savitljiv, ima neznatna paramagnetna svojstva i piroforan je u praškastom stanju. Uranijum ima tri alotropna oblika: alfa (rombični, a-U, parametri rešetke 0=285, b= 587, c=49b pm, stabilno do 667,7°), beta (tetragonalno, pU, stabilno od 667,7 do 774,8°), gama (sa kubnom telo centriranom rešetkom, yU, postoji od 774,8° do tačaka topljenja, frm= ii34 0), pri čemu je uranijum najpogodniji za obradu.

Na sobnoj temperaturi, rombična a-faza je stabilna, prizmatična struktura se sastoji od valovitih atomskih slojeva paralelnih s ravninom abc, u izuzetno asimetričnoj prizmatičnoj rešetki. Unutar slojeva atomi su tijesno povezani, dok je jačina veza između atoma susjednih slojeva znatno slabija (slika 4). Ova anizotropna struktura otežava spajanje uranijuma s drugim metalima. Samo molibden i niobijum stvaraju čvrste legure sa uranijumom. Ipak, metalni uranijum može da stupi u interakciju sa mnogim legurama, formirajući intermetalna jedinjenja.

U intervalu 668 ^ 775 ° nalazi se (3-uranija. Rešetka tetragonalnog tipa ima slojevitu strukturu sa slojevima paralelnim ravnini ab na pozicijama 1/4S, 1/2 od i 3/4C jedinične ćelije. Na temperaturama iznad 775°, y-uranijum se formira sa kubičnom rešetkom usredsređenom na telo. Dodatak molibdena omogućava da y-faza bude na sobnoj temperaturi. Molibden formira širok spektar čvrstih rastvora sa y-uranijem i stabilizuje y-fazu na sobnoj temperaturi. y-Uranijum je mnogo mekši i savitljiviji od krhkih a- i (3-faza.

Neutronsko zračenje ima značajan uticaj na fizička i mehanička svojstva uranijuma, uzrokujući povećanje veličine uzorka, promjenu oblika, kao i naglo pogoršanje mehaničkih svojstava (puzanje, krhkost) blokova uranijuma tokom rad nuklearnog reaktora. Povećanje zapremine je posledica akumulacije u uranijumu tokom fisije nečistoća elemenata manje gustine (prevod 1% uranijum u fragmentacione elemente povećava zapreminu za 3,4%).

Rice. 4. Neke kristalne strukture uranijuma: a - a-uranijum, b - p-uranijum.

Najčešći načini za dobijanje uranijuma u metalnom stanju su redukcija njihovih fluorida sa alkalnim ili zemnoalkalnim metalima ili elektroliza njihovih solnih talina. Uranijum se takođe može dobiti metalotermnom redukcijom iz karbida sa volframom ili tantalom.

Sposobnost lakog doniranja elektrona određuje redukciona svojstva uranijuma i njegovu visoku hemijsku aktivnost. Uranijum može da stupi u interakciju sa skoro svim elementima, osim sa plemenitim gasovima, dok dobija oksidaciona stanja +2, +3, +4, +5, +6. U rastvoru, glavna valencija je 6+.

Brzo oksidirajući na zraku, metalni uranijum je prekriven prelijevim filmom oksida. Fini prah uranijuma se spontano zapali na vazduhu (na temperaturama od 1504-175°), formirajući i;) Ov. Na 1000°, uranijum se kombinuje sa azotom i formira žuti uranijum nitrid. Voda može sporo reagirati s metalom na niskim temperaturama i brzo na visokim temperaturama. Uranijum burno reaguje sa kipućom vodom i parom da bi se oslobodio vodonik, koji sa uranijumom formira hidrid.

Ova reakcija je snažnija od sagorevanja uranijuma u kiseoniku. Takva hemijska aktivnost uranijuma čini neophodnom da se uranijum u nuklearnim reaktorima zaštiti od kontakta sa vodom.

Uran se rastvara u hlorovodoničnom, azotnom i drugim kiselinama, formirajući U(IV) soli, ali ne stupa u interakciju sa alkalijama. Uranijum istiskuje vodonik iz neorganskih kiselina i rastvora soli metala kao što su živa, srebro, bakar, kalaj, platina i zlato. S jakim drhtanjem, metalne čestice uranijuma počinju svijetliti.

Karakteristike strukture elektronskih omotača atoma uranijuma (prisustvo ^/-elektrona) i neka njegova fizičko-hemijska svojstva služe kao osnova za klasifikaciju uranijuma kao aktinida. Međutim, postoji hemijska analogija između uranijuma i Cr, Mo i W. Uranijum je visoko reaktivan i reaguje sa svim elementima osim sa plemenitim gasovima. U čvrstoj fazi, primjeri U(VI) su uranil trioksid U0 3 i uranil hlorid U0 2 C1 2 . Uranijum tetrahlorid UC1 4 i uranijum dioksid U0 2

U(IV) primjeri. Supstance koje sadrže U(IV) su obično nestabilne i postaju heksavalentne nakon dužeg izlaganja vazduhu.

U sistem uranijum-kiseonik ugrađeno je šest oksida: UO, U0 2 , U 4 0 9 i 3 Ov, U0 3 . Odlikuje ih široka oblast homogenosti. U0 2 je bazični oksid, dok je U0 3 amfoteričan. U0 3 - u interakciji s vodom formira niz hidrata, od kojih su najvažniji diuronska kiselina H 2 U 2 0 7 i uranska kiselina H 2 1U 4. Sa alkalijama, U0 3 formira soli ovih kiselina - uranate. Kada se U0 3 otopi u kiselinama, nastaju soli dvostruko nabijenog uranil katjona U0 2 a+.

Uranijum dioksid, U0 2 , je smeđe boje u stehiometrijskom sastavu. Kako se sadržaj kisika u oksidu povećava, boja se mijenja iz tamno smeđe u crnu. Kristalna struktura tipa CaF 2, ali = 0,547 nm; gustina 10,96 g/cm"* (najveća gustina među uranijum oksidima). , pl \u003d 2875 0, T kn „ \u003d 3450 °, D # ° 298 \u003d -1084,5 kJ / mol. Uranijum dioksid je poluprovodnik sa provodljivošću rupa, jak paramagnet. MAC = 0,015 mg/m3. Ne otapajmo u vodi. Na temperaturi od -200° dodaje kiseonik, dostižući sastav U0 2>25.

Uranijum (IV) oksid se može dobiti reakcijama:

Uran-dioksid pokazuje samo osnovna svojstva, odgovara bazičnom hidroksidu U (OH) 4, koji se zatim pretvara u hidratizirani hidroksid U0 2 H 2 0. Uran-dioksid se polako otapa u jakim neoksidirajućim kiselinama u odsustvu atmosferskog kisika i formira W + joni:

U0 2 + 2H 2 S0 4 ->U(S0 4) 2 + 2N 2 0. (38)

Rastvorljiv je u koncentriranim kiselinama, a brzina rastvaranja može se znatno povećati dodatkom jona fluora.

Kada se rastvori u azotnoj kiselini, formira se uranilni jon 1U 2 2+:

Triuran okoksid U 3 0s (uranijev oksid) - prah, čija boja varira od crne do tamnozelene; pri jakom drobljenju - maslinasto zelene boje. Veliki crni kristali ostavljaju zelene crte na porculanu. Postoje tri poznate kristalne modifikacije U 3 0 h: a-U 3 C>8 - rombična kristalna struktura (sp. gr. C222; 0=0,671 nm; 6=1,197 nm; c=0,83 nm; d =0,839 nm); p-U 3 0e - rombična kristalna struktura (prostorna grupa Stst; 0=0,705 nm; 6=1,172 nm; 0=0,829 nm. Početak razlaganja je 100° (ide na 110 2), MPC = 0,075 mg/m3.

U 3 C>8 se može dobiti reakcijom:

Kalciniranjem U0 2, U0 2 (N0 3) 2, U0 2 C 2 0 4 3H 2 0, U0 4 -2H 2 0 ili (NH 4) 2 U 2 0 7 na 750 0 na zraku ili u atmosferi kisika ( p = 150 + 750 mm Hg) primaju stehiometrijski čist U 3 08.

Kada se U 3 0s kalcinira na T > 100°, smanjuje se na 110 2, međutim, kada se ohladi na zraku, vraća se u U 3 0s. U 3 0e se rastvara samo u koncentrisanim jakim kiselinama. U hlorovodoničnoj i sumpornoj kiselini nastaje mješavina U(IV) i U(VI), a u dušičnoj kiselini nastaje uranil nitrat. Razrijeđene sumporne i hlorovodonične kiseline reaguju vrlo slabo sa U 3 Os čak i kada se zagreju, dodavanjem oksidacionih sredstava (dušična kiselina, piroluzit) naglo povećava brzinu rastvaranja. Koncentrovani H 2 S0 4 rastvara U 3 Os sa stvaranjem U(S0 4) 2 i U0 2 S0 4 . Dušična kiselina otapa U 3 Oe sa stvaranjem uranil nitrata.

Uranijum trioksid, U0 3 - kristalna ili amorfna supstanca jarko žute boje. Reaguje sa vodom. MPC \u003d 0,075 mg / m 3.

Dobija se kalciniranjem amonijum poliuranata, uranijum peroksida, uranil oksalata na 300-500° i heksahidrata uranil nitrata. U ovom slučaju se formira narandžasti prah amorfne strukture sa gustinom

6,8 g/cm. Kristalni oblik IO 3 može se dobiti oksidacijom U 3 0 8 na temperaturama od 450°-750° u struji kiseonika. Postoji šest kristalnih modifikacija U0 3 (a, (3, y> §> ?, n) - U0 3 je higroskopan i u vlažnom vazduhu prelazi u uranil hidroksid. Daljnjim zagrevanjem do 6oo° moguće je dobiti U 3 Os.

Vodik, amonijak, ugljenik, alkalni i zemnoalkalni metali redukuju U0 3 do U0 2 . Propuštanjem mješavine plinova HF i NH 3 nastaje UF 4. U najvećoj valentnosti, uranijum pokazuje amfoterna svojstva. Pod dejstvom U0 3 kiselina ili njegovih hidrata nastaju soli uranila (U0 2 2+), obojene žuto-zeleno:

Većina soli uranila je visoko rastvorljiva u vodi.

Sa alkalijama, kada se stapa, U0 3 formira soli uranske kiseline - uranati MDKH,:

Sa alkalnim rastvorima, uran-trioksid stvara soli poliuranskih kiselina - poliuranata dgM 2 0y110 3 pH^O.

Soli uranove kiseline su praktično nerastvorljive u vodi.

Kisela svojstva U(VI) su manje izražena od baznih.

Uranijum reaguje sa fluorom na sobnoj temperaturi. Stabilnost viših halogenida opada od fluorida do jodida. Fluoridi UF 3 , U4F17, U2F9 i UF 4 su neisparljivi, a UFe je isparljiv. Najvažniji od fluorida su UF 4 i UFe.

Ftpppippyanir okgilya t "yanya ppptrkart u praksi:

Reakcija u fluidiziranom sloju se izvodi prema jednadžbi:

Moguće je koristiti sredstva za fluoriranje: BrF 3, CC1 3 F (freon-11) ili CC1 2 F 2 (freon-12):

Uranijum (1U) fluorid UF 4 ("zelena so") - prah od plavkasto-zelene do smaragdne boje. G 11L \u003d SW6 °; G do, ",. \u003d -1730 °. DYa ° 29 8 = 1856 kJ / mol. Kristalna struktura je monoklinska (sp. gp C2/c; 0=1,273 nm; 5=1,075 nm; 0=0,843 nm; d= 6,7 nm; p \u003d 12b ° 20 "; gustina 6,72 g / cm3. UF 4 je stabilno, neaktivno, neisparljivo jedinjenje, slabo rastvorljivo u vodi. Najbolji rastvarač za UF 4 je dima perhlorna kiselina HC10 4. Otapa se u oksidirajućim kiselinama formiranju soli uranila koja se brzo otapa u vrućem rastvoru Al(N0 3) 3 ili A1C1 3 , kao iu rastvoru borne kiseline zakiseljene sa H 2 S0 4 , HC10 4 ili HC1 ili borne kiseline, takođe doprinose rastvaranje UF 4. Formira niz teško rastvorljivih dvostrukih soli sa fluoridima drugih metala (MeUFe, Me 2 UF6, Me 3 UF 7 itd.) NH 4 UF 5 je od industrijskog značaja.

U(IV) fluorid je međuproizvod u preparatu

i UF6 i metalni uranijum.

UF 4 se može dobiti reakcijama:

ili elektrolitičkom redukcijom uranil fluorida.

Uranijum heksafluorid UFe - na sobnoj temperaturi kristali slonovače sa visokim indeksom prelamanja. Gustina

5,09 g/cm3, gustina tečnog UFe je 3,63 g/cm3. Leteća veza. Tvoag = 5^>5°> Gil=64,5° (pod pritiskom). Pritisak zasićene pare dostiže atmosferu na 560°. Entalpija formiranja AR° 29 8 = -2116 kJ/mol. Kristalna struktura je rombična (sp. gr. Rpta; 0=0,999 nm; fe= 0,8962 nm; c=0,5207 nm; d 5.060 nm (250). MPC - 0,015 mg / m3. Iz čvrstog stanja, UF6 može sublimirati iz čvrste faze (sublimirati) u plin, zaobilazeći tečnu fazu u širokom rasponu pritisaka. Toplina sublimacije na 50 0 50 kJ/mg. Molekul nema dipolni moment, tako da se UF6 ne povezuje. Pare UFr, - idealan gas.

Dobija se djelovanjem fluora na U njegovih jedinjenja:

Pored reakcija u gasnoj fazi, postoje i reakcije u tečnoj fazi.

dobijanje UF6 korišćenjem halofluorida, na primer

Postoji način da se UF6 dobije bez upotrebe fluora - oksidacijom UF 4:

UFe ne reaguje sa suvim vazduhom, kiseonikom, azotom i CO 2, ali u kontaktu sa vodom, čak i sa njenim tragovima, prolazi kroz hidrolizu:

U interakciji je s većinom metala, formirajući njihove fluoride, što otežava metode njegovog skladištenja. Pogodni materijali posuda za rad sa UF6 su: Ni, Monel i Pt kada su zagrejani, Teflon, apsolutno suvi kvarc i staklo, bakar i aluminijum kada su hladni. Na temperaturama od 25 yuo 0 formira kompleksna jedinjenja sa fluoridima alkalnih metala i srebra tipa 3NaFUFr>, 3KF2UF6.

Dobro se otapa u raznim organskim tečnostima, neorganskim kiselinama i svim halogen fluoridima. Inertan za sušenje 0 2 , N 2 , CO 2 , C1 2 , Br 2 . UFr karakteriziraju reakcije redukcije s većinom čistih metala. UF6 snažno reaguje sa ugljovodonicima i drugim organskim materijama, tako da zatvoreni kontejneri sa UFe mogu eksplodirati. UF6 u opsegu 25 - 100° formira kompleksne soli sa fluoridima alkalnih i drugih metala. Ovo svojstvo se koristi u tehnologiji za selektivnu ekstrakciju UF

Uranijum hidridi UH 2 i UH 3 zauzimaju međupoziciju između hidrida sličnih soli i hidrida kao što su čvrsti rastvori vodonika u metalu.

Kada uranijum reaguje sa azotom, nastaju nitridi. U sistemu U-N poznate su četiri faze: UN (uranijum nitrid), a-U 2 N 3 (seskvinitrid), p-U 2 N 3 i UN If90. Nije moguće doći do sastava UN 2 (dinitrid). Pouzdane i dobro kontrolisane su sinteze uranijum mononitrida UN, koje se najbolje obavljaju direktno iz elemenata. Uranijum nitridi su praškaste supstance, čija boja varira od tamnosive do sive; izgledaju kao metal. UN ima kubičnu kristalnu strukturu sa licem, kao što je NaCl (0=4,8892 A); (/ = 14,324, 7 ^ = 2855 °, stabilan u vakuumu do 1700 0. Dobiva se reakcijom U ili U hidrida sa N 2 ili NH 3 , razlaganje viših nitrida U na 1300° ili njihova redukcija metalnim uranijumom. U 2 N 3 je poznat u dvije polimorfne modifikacije: kubnoj a i heksagonalnoj p (0=0,3688 nm, 6=0,5839 nm), oslobađa N 2 u vakuumu iznad 8oo°. Dobija se redukcijom UN 2 vodonikom. Dinitrid UN 2 se sintetiše reakcijom U sa N 2 pod visokim pritiskom N 2 . Uranijum nitridi su lako rastvorljivi u kiselinama i alkalnim rastvorima, ali se raspadaju sa rastopljenim alkalijama.

Uranijum nitrid se dobija dvostepenom karbotermalnom redukcijom uranovog oksida:

Zagrijavanje u argonu na 7M450 0 10 * 20 sati

Moguće je dobiti uranijum nitrid sastava bliskog dinitridu, UN 2, djelovanjem amonijaka na UF 4 pri visokoj temperaturi i pritisku.

Uranijum dinitrid se raspada kada se zagrije:

Uranijum nitrid, obogaćen sa 2 35U, ima veću gustinu fisije, toplotnu provodljivost i tačku topljenja od uranijumovih oksida, tradicionalnog goriva modernih energetskih reaktora. Takođe ima dobru mehaničku i stabilnost, nadmašujući tradicionalno gorivo. Stoga se ovaj spoj smatra perspektivnom osnovom za reaktore na brze neutrone na nuklearno gorivo (nuklearni reaktori IV generacije).

Komentar. UN je veoma korisno obogatiti na ‘5N, jer ,4 N teži da uhvati neutrone, stvarajući radioaktivni izotop 14 C reakcijom (n, p).

Uranijum karbid UC 2 (?-faza) je svetlosiva kristalna supstanca sa metalnim sjajem. U U-C sistemu (uranijum karbidi) postoje UC 2 (?-faza), UC 2 (b 2-faza), U 2 C 3 (e-faza), UC (b 2-faza) - karbidi uranijuma. Uranijum dikarbid UC 2 može se dobiti reakcijama:

U + 2C ^ UC 2 (54v)

Uranijum karbidi se koriste kao gorivo za nuklearne reaktore, perspektivni su kao gorivo za svemirske raketne motore.

Uranil nitrat, uranil nitrat, U0 2 (N0 3) 2 -6H 2 0. Ulogu metala u ovoj soli ima uranil katjon 2+. Žuti kristali sa zelenkastim sjajem, lako rastvorljivi u vodi. Vodeni rastvor je kisel. Rastvorljiv u etanolu, acetonu i eteru, nerastvorljiv u benzenu, toluenu i hloroformu. Kada se zagreju, kristali se tope i oslobađaju HN0 3 i H 2 0. Kristalni hidrat lako erodira na vazduhu. Karakteristična reakcija je da pod dejstvom NH 3 nastaje žuti talog amonijum urata.

Uranijum je u stanju da formira metalna organska jedinjenja. Primjeri su ciklopentadienil derivati ​​sastava U(C 5 H 5) 4 i njihovi halogenirani u(C 5 H 5) 3 G ili u(C 5 H 5) 2 G 2 .

U vodenim rastvorima uran je najstabilniji u oksidacionom stanju U(VI) u obliku uranil jona U0 2 2+ . U manjoj mjeri karakteriše ga U(IV) stanje, ali može postojati čak i u U(III) obliku. U(V) oksidaciono stanje može postojati kao jon IO 2 +, ali se to stanje rijetko opaža zbog sklonosti disproporcioniranju i hidrolizi.

U neutralnim i kiselim rastvorima, U(VI) postoji kao U0 2 2+ - žuti uranilni jon. Dobro rastvorljive soli uranila uključuju nitrat U0 2 (N0 3) 2, sulfat U0 2 S0 4, hlorid U0 2 C1 2, fluorid U0 2 F 2, acetat U0 2 (CH 3 C00) 2. Ove soli se izoluju iz rastvora u obliku kristalnih hidrata sa različitim brojem molekula vode. Slabo rastvorljive soli uranila su: oksalat U0 2 C 2 0 4, fosfati U0 2 HP0., i UO2P2O4, amonijum uranil fosfat UO2NH4PO4, natrijum uranil vanadat NaU0 2 V0 4, ferocijanid (ferocijanid). Uranil jon karakteriše sklonost formiranju kompleksnih jedinjenja. Tako su poznati kompleksi sa jonima fluora tipa -, 4-; nitratni kompleksi' i 2 *; sulfatni kompleksi 2" i 4-; karbonatni kompleksi 4" i 2" itd. Pod dejstvom lužina na rastvore soli uranila oslobađaju se slabo rastvorljivi precipitati diuranata tipa Me 2 U 2 0 7 (Me 2 U0 4 monouranati se ne izoluju iz rastvora, dobijaju se fuzijom uranijum oksida sa alkalijama) Poznati su Me 2 U n 0 3 n+i poliurati (npr. Na 2 U60i 9).

U(VI) se redukuje u kiselim rastvorima u U(IV) gvožđem, cinkom, aluminijumom, natrijum hidrosulfitom i natrijum amalgamom. Rešenja su obojena zelenom bojom. Alkalije talože hidroksid i 0 2 (0H) 2 iz njih, fluorovodonična kiselina - fluorid UF 4 -2,5H 2 0, oksalna kiselina - oksalat U (C 2 0 4) 2 -6H 2 0. Sklonost formiranju kompleksa u U 4+ jona manje od jona uranila.

Uran (IV) u rastvoru je u obliku U 4+ jona, koji su visoko hidrolizovani i hidratisani:

Hidroliza je potisnuta u kiselim rastvorima.

Uran (VI) u rastvoru formira uranil oksokaciju - U0 2 2+ Poznata su brojna uranilna jedinjenja, primeri kojih su: U0 3, U0 2 (C 2 H 3 0 2) 2, U0 2 C0 3 -2 (NH 4) 2 C0 3 U0 2 C0 3 , U0 2 C1 2 , U0 2 (0H) 2 , U0 2 (N0 3) 2 , UO0SO4, ZnU0 2 (CH 3 C00) 4 itd.

Tokom hidrolize uranil jona nastaje niz multinuklearnih kompleksa:

Daljnjom hidrolizom pojavljuje se U 3 0s (0H) 2, a zatim U 3 0 8 (0H) 4 2 -.

Za kvalitativnu detekciju uranijuma koriste se metode hemijske, luminiscentne, radiometrijske i spektralne analize. Hemijske metode se uglavnom zasnivaju na formiranju obojenih spojeva (na primjer, crveno-smeđa boja spoja sa ferocianidom, žuta sa vodikovim peroksidom, plava sa arsenazo reagensom). Luminescentna metoda se zasniva na sposobnosti mnogih spojeva uranijuma da daju žućkasto-zelkasti sjaj pod dejstvom UV zraka.

Kvantitativno određivanje uranijuma se provodi različitim metodama. Najvažnije od njih su: volumetrijske metode, koje se sastoje od redukcije U(VI) u U(IV) nakon čega slijedi titracija rastvorima oksidirajućih sredstava; težinske metode - precipitacija uranata, peroksida, U(IV) kupferranata, oksihinolata, oksalata itd. nakon čega slijedi njihovo kalciniranje na 100° i težine U 3 0s; polarografske metode u rastvoru nitrata omogućavaju određivanje 10 x 7 x 10-9 g uranijuma; brojne kolorimetrijske metode (npr. sa H 2 0 2 u alkalnoj sredini, sa arsenazo reagensom u prisustvu EDTA, sa dibenzoilmetanom, u obliku tiocijanatnog kompleksa, itd.); luminescentna metoda, koja omogućava da se odredi kada je spojen sa NaF do yu 11 g uranijum.

235U pripada grupi A radijacijske opasnosti, minimalna značajna aktivnost MZA=3,7-10 4 Bq, 2 s 8 i - grupi D, MZA=3,7-10 6 Bq (300 g).

Odakle je došao uranijum? Najvjerovatnije se pojavljuje tokom eksplozija supernove. Činjenica je da za nukleosintezu elemenata težih od željeza mora postojati snažan tok neutrona, koji se javlja upravo za vrijeme eksplozije supernove. Činilo bi se da bi kasnije, kada se kondenzuje iz oblaka novih zvezdanih sistema formiranih njime, uranijum, koji se skupio u protoplanetarni oblak i veoma težak, trebalo da potone u dubine planeta. Ali nije. Uranijum je radioaktivni element i pri raspadu oslobađa toplotu. Proračun pokazuje da kada bi uranijum bio ravnomjerno raspoređen po cijeloj debljini planete, barem u istoj koncentraciji kao na površini, tada bi oslobađao previše topline. Štaviše, njegov protok bi se trebao smanjiti kako se uranij troši. Pošto ništa slično nije uočeno, geolozi smatraju da je najmanje trećina uranijuma, a možda i sav, koncentrisana u zemljinoj kori, gde je njegov sadržaj 2,5∙10 -4%. Zašto se to dogodilo nije diskutovano.

Gdje se kopa uranijum? Uranijum na Zemlji nije tako mali – po rasprostranjenosti je na 38. mestu. A najviše ovog elementa ima u sedimentnim stijenama - karbonskim škriljcima i fosforitima: do 8∙10 -3 i 2,5∙10 -2%, respektivno. Ukupno, zemljina kora sadrži 10 14 tona uranijuma, ali glavni problem po tome što je veoma raspršen i ne stvara snažne naslage. Oko 15 minerala uranijuma su od industrijskog značaja. Ovo je uranijumska smola - njegova baza je tetravalentni uranijum oksid, uranijum liskun - razni silikati, fosfati i složenija jedinjenja sa vanadijem ili titanijumom na bazi heksavalentnog uranijuma.

Šta su Becquerel zraci? Nakon otkrića X-zraka od strane Wolfganga Roentgena, francuski fizičar Antoine-Henri Becquerel zainteresirao se za sjaj soli uranijuma, koji nastaje pod djelovanjem sunčeve svjetlosti. Hteo je da shvati da li i ovde ima rendgenskih zraka. Zaista, bili su prisutni - sol je osvetljavala fotografsku ploču kroz crni papir. U jednom od eksperimenata, međutim, sol nije bila osvijetljena, a fotografska ploča je i dalje potamnila. Kada se metalni predmet stavi između soli i fotografske ploče, tamnjenje ispod njega je bilo manje. Posljedično, novi zraci uopće nisu nastali zbog pobuđivanja uranijuma svjetlošću i nisu djelomično prošli kroz metal. U početku su se zvali "Bekerelovi zraci". Naknadno je utvrđeno da su to uglavnom alfa zraci sa malim dodatkom beta zraka: činjenica je da glavni izotopi uranijuma emituju alfa česticu tokom raspada, a kćerni proizvodi također doživljavaju beta raspad.

Koliko je visoka radioaktivnost uranijuma? Uranijum nema stabilne izotope, svi su radioaktivni. Najdugovječniji je uranijum-238 s vremenom poluraspada od 4,4 milijarde godina. Sljedeći je uranijum-235 - 0,7 milijardi godina. Oba se podvrgavaju alfa raspadu i postaju odgovarajući izotopi torija. Uran-238 čini preko 99% ukupnog prirodnog uranijuma. Zbog dugog poluraspada, radioaktivnost ovog elementa je niska, a osim toga, alfa čestice nisu u stanju da savladaju stratum corneum na površini ljudskog tijela. Kažu da je IV Kurčatov, nakon rada s uranijumom, jednostavno obrisao ruke maramicom i nije patio od bolesti povezanih s radioaktivnošću.

Istraživači su se više puta obraćali statistici bolesti radnika u rudnicima i pogonima za preradu urana. Na primjer, evo nedavnog članka kanadskih i američkih stručnjaka koji su analizirali zdravstvene podatke više od 17.000 radnika u rudniku Eldorado u kanadskoj provinciji Saskatchewan za godine 1950-1999 ( istraživanje životne sredine, 2014, 130, 43–50, DOI:10.1016/j.envres.2014.01.002). Polazili su od činjenice da zračenje najjače djeluje na krvna zrnca koja se brzo množe, što dovodi do odgovarajućih vrsta raka. Statistike su također pokazale da radnici rudnika imaju manju učestalost raznih vrsta raka krvi od prosječnog Kanađana. Istovremeno, glavnim izvorom zračenja ne smatra se sam uran, već plinoviti radon koji on stvara i proizvodi njegovog raspadanja, koji mogu ući u tijelo kroz pluća.

Zašto je uranijum štetan?? Kao i drugi teški metali, vrlo je toksičan i može uzrokovati zatajenje bubrega i jetre. S druge strane, uranijum, kao dispergovani element, neizbežno je prisutan u vodi, zemljištu i, koncentrišući se u lancu ishrane, ulazi u ljudsko telo. Razumno je pretpostaviti da su u procesu evolucije živa bića naučila neutralizirati uran u prirodnim koncentracijama. Najopasniji uranijum je u vodi, pa je SZO postavila granicu: u početku je iznosila 15 µg/l, ali je 2011. standard povećan na 30 µg/g. Po pravilu, u vodi ima mnogo manje uranijuma: u SAD-u u prosjeku 6,7 μg / l, u Kini i Francuskoj - 2,2 μg / l. Ali postoje i jaka odstupanja. Tako je u nekim područjima Kalifornije sto puta više od standarda - 2,5 mg/l, au južnoj Finskoj dostiže 7,8 mg/l. Istraživači pokušavaju da shvate da li je standard SZO prestrog proučavajući uticaj uranijuma na životinje. Evo tipičnog posla BioMed Research International, 2014, ID 181989; DOI:10.1155/2014/181989). Francuski naučnici su pacove devet mjeseci hranili vodom sa dodatkom osiromašenog uranijuma, i to u relativno visokoj koncentraciji - od 0,2 do 120 mg/l. Donja vrijednost je voda u blizini rudnika, dok se gornja nigdje ne nalazi - maksimalna koncentracija uranijuma, mjerena u istoj Finskoj, iznosi 20 mg/l. Na iznenađenje autora - članak se zove upravo ovako: "Neočekivano odsustvo primjetnog efekta uranijuma na fiziološke sisteme..." - uran praktički nije utjecao na zdravlje pacova. Životinje su dobro jele, ugojile su se kako treba, nisu se žalile na bolest i nisu umrle od raka. Uranijum se, kako i priliči, taložio prvenstveno u bubrezima i kostima, a u stostruko manjoj količini - u jetri, a njegovo nakupljanje je, očekivano, zavisilo od sadržaja u vodi. Međutim, to nije dovelo do zatajenja bubrega, pa čak ni do primjetne pojave bilo kakvih molekularnih markera upale. Autori su predložili početak revizije strogih smjernica SZO. Međutim, postoji jedno upozorenje: učinak na mozak. U mozgu pacova bilo je manje uranijuma nego u jetri, ali njegov sadržaj nije zavisio od količine u vodi. Ali uranijum je uticao na rad antioksidativnog sistema mozga: aktivnost katalaze se povećala za 20%, glutation peroksidaze za 68-90%, dok je aktivnost superoksid dismutaze pala za 50% bez obzira na dozu. To znači da je uranijum jasno izazvao oksidativni stres u mozgu i da je tijelo reagiralo na njega. Takav efekat - snažan učinak uranijuma na mozak u odsustvu njegovog nakupljanja u njemu, inače, kao i u genitalnim organima - primijećen je ranije. Štaviše, voda sa uranijumom u koncentraciji od 75-150 mg/l, kojom su istraživači sa Univerziteta Nebraska hranili pacove šest meseci ( Neurotoksikologija i teratologija, 2005, 27, 1, 135–144; DOI:10.1016/j.ntt.2004.09.001) uticali su na ponašanje životinja, uglavnom mužjaka, puštenih u polje: prelazile su linije, ustajale na zadnje noge i češljale krzno, za razliku od kontrolnih. Postoje dokazi da uranijum takođe dovodi do oštećenja pamćenja kod životinja. Promjena ponašanja bila je u korelaciji s nivoom oksidacije lipida u mozgu. Ispostavilo se da su pacovi iz uranijumske vode postali zdravi, ali glupi. Ovi podaci će nam i dalje biti korisni u analizi takozvanog sindroma Perzijskog zaljeva (Gulf War Syndrome).

Da li uranijum zagađuje lokacije za eksploataciju gasa iz škriljaca? Zavisi od toga koliko je uranijuma u stijenama koje sadrže plin i kako je povezan s njima. Na primjer, vanredni profesor Tracy Bank sa Univerziteta u Buffalu istražio je Marcelus Shale, koji se proteže od zapadne države New York preko Pennsylvanije i Ohaja do Zapadne Virdžinije. Pokazalo se da je uranijum hemijski vezan upravo za izvor ugljikovodika (podsjetimo da srodni ugljični škriljci imaju najveći sadržaj uranijuma). Eksperimenti su pokazali da rastvor koji se koristi za lomljenje šava savršeno otapa uranijum. “Kada je uranijum u ovim vodama na površini, to može uzrokovati zagađenje okolnog područja. Ne nosi opasnost od radijacije, ali je uranijum otrovan element”, napominje Trejsi Bank u univerzitetskom saopštenju za štampu od 25. oktobra 2010. Detaljni članci o riziku od zagađenja životne sredine uranijumom ili torijumom prilikom vađenja gasa iz škriljaca još nisu pripremljeni.

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

Šta je nuklearna fisija? Raspad jezgra na dva nejednaka velika dijela. Upravo zbog ove osobine tokom nukleosinteze usled neutronskog zračenja, teško nastaju jezgra teža od uranijuma. Suština fenomena je sledeća. Ako omjer broja neutrona i protona u jezgru nije optimalan, ono postaje nestabilno. Obično takvo jezgro izbacuje ili alfa česticu - dva protona i dva neutrona, ili beta česticu - pozitron, što je praćeno transformacijom jednog od neutrona u proton. U prvom slučaju dobija se element periodnog sistema, razmaknut dvije ćelije unazad, u drugom - jedna ćelija naprijed. Međutim, jezgro urana, osim što emituje alfa i beta čestice, sposobno je i za fisiju - raspadanje na jezgra dva elementa u sredini periodnog sistema, na primjer, barija i kriptona, što i čini, nakon što je primila novu neutron. Ovaj fenomen je otkriven ubrzo nakon otkrića radioaktivnosti, kada su fizičari izložili sve što su imali novootkrivenom zračenju. Evo kako o tome piše Otto Frisch, učesnik događaja (Uspekhi fizicheskikh nauk, 1968, 96, 4). Nakon otkrića berilijumskih zraka - neutrona - Enrico Fermi ih je ozračio, posebno uranijumom da izazove beta raspad - nadao se da će o svom trošku dobiti sledeći, 93. element, koji se sada zove neptunijum. Upravo je on otkrio novu vrstu radioaktivnosti u ozračenom uranijumu, koju je povezao s pojavom transuranijumskih elemenata. U ovom slučaju usporavanje neutrona, za koje je izvor berilijuma bio prekriven slojem parafina, povećalo je ovu indukovanu radioaktivnost. Američki radiohemičar Aristide von Grosse sugerirao je da je jedan od ovih elemenata protaktinijum, ali je pogriješio. Ali Otto Hahn, koji je tada radio na Univerzitetu u Beču i smatrao da je protaktinijum otkriven 1917. godine njegova ideja, odlučio je da je dužan otkriti koji su elementi dobiveni u ovom slučaju. Zajedno sa Lise Meitner, početkom 1938. godine, Hahn je sugerisao, na osnovu rezultata eksperimenata, da se formiraju čitavi lanci radioaktivnih elemenata, koji nastaju višestrukim beta raspadima jezgara uranijuma-238 koje su apsorbovale neutron i njegove ćerke elemente. Ubrzo je Lise Meitner bila prisiljena pobjeći u Švedsku, bojeći se moguće odmazde od nacista nakon anšlusa Austrije. Hahn je, nastavljajući svoje eksperimente sa Fritzom Strassmannom, otkrio da se među proizvodima nalazi i barijum, element broj 56, koji se ni na koji način nije mogao dobiti iz uranijuma: svi lanci alfa raspada uranijuma završavaju mnogo težim olovom. Istraživači su bili toliko iznenađeni rezultatom da ga nisu objavili, već su samo pisali pisma prijateljima, posebno Lise Meitner u Geteborgu. Tamo ju je, na Božić 1938. godine, posjetio njen nećak, Otto Frisch, i, šetajući okolinom zimskog grada - on je na skijama, njegova tetka pješke - razgovarali su o mogućnosti pojave barijuma prilikom ozračivanja uranijuma. zbog nuklearne fisije (više o Lise Meitner, vidi "Chemistry and Life", 2013, br. 4). Vraćajući se u Kopenhagen, Frisch je, doslovno na prolazu parobroda koji je polazio za SAD, uhvatio Nielsa Bohra i obavijestio ga o ideji podjele. Bor se lupi po čelu i reče: „Ma, kakve smo mi budale! Trebali smo to ranije primijetiti." U januaru 1939. Frisch i Meitner objavili su članak o fisiji jezgri uranijuma pod dejstvom neutrona. U to vrijeme, Otto Frisch je već postavio kontrolni eksperiment, kao i mnoge američke grupe koje su primile poruku od Bohra. Kažu da su fizičari počeli da se razilaze u svoje laboratorije upravo za vreme njegovog izveštaja 26. januara 1939. u Vašingtonu na godišnjoj konferenciji o teorijskoj fizici, kada su shvatili suštinu ideje. Nakon otkrića fisije, Hahn i Strassman su revidirali svoje eksperimente i otkrili, baš kao i njihove kolege, da radioaktivnost ozračenog uranijuma nije povezana sa transuranijumima, već sa raspadom radioaktivnih elemenata koji nastaju tokom fisije iz sredine periodnog sistema.

Kako funkcionira lančana reakcija u uranijumu? Ubrzo nakon što je eksperimentalno dokazana mogućnost fisije jezgara uranijuma i torijuma (a na Zemlji nema drugih fisionih elemenata u značajnijoj količini), Niels Bohr i John Wheeler, koji su radili na Princetonu, kao i nezavisno 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 se odnosi na prag apsorpcije brzih neutrona. Prema njegovim riječima, da bi pokrenuo fisiju, neutron mora imati prilično visoku energiju, veću od 1 MeV za jezgra glavnih izotopa - uranijuma-238 i torijuma-232. Pri nižim energijama, apsorpcija neutrona uranijumom-238 ima rezonantni karakter. Dakle, neutron sa energijom od 25 eV ima poprečni presek hvatanja koji je hiljadama puta veći nego kod drugih energija. U ovom slučaju neće doći do fisije: uranijum-238 će postati uranijum-239, koji će se sa vremenom poluraspada od 23,54 minuta pretvoriti u neptunijum-239, onaj sa poluživotom od 2,33 dana će se pretvoriti u dugo- živio plutonijum-239. Torijum-232 će postati uranijum-233.

Drugi mehanizam je apsorpcija neutrona bez praga, nakon čega slijedi treći manje-više uobičajen fisijski izotop - uran-235 (kao i plutonij-239 i uran-233, kojih nema u prirodi): apsorpcijom bilo kojeg neutrona , čak i spora, takozvana toplotna, sa energijom za molekule koji učestvuju u toplotnom kretanju - 0,025 eV, takvo jezgro će se podeliti. I ovo je vrlo dobro: za termičke neutrone, površina poprečnog presjeka hvatanja je četiri puta veća nego za brze, megaelektronvoltne. Ovo je značaj uranijuma-235 za čitavu kasniju istoriju nuklearne energije: to je ono što osigurava umnožavanje neutrona u prirodnom uranijumu. Nakon udara u neutron, jezgro uranijuma-235 postaje nestabilno i brzo se dijeli na dva nejednaka dijela. Na tom putu izleti nekoliko (u prosjeku 2,75) novih neutrona. Ako udare u jezgre istog uranijuma, uzrokovat će eksponencijalno umnožavanje neutrona - pokrenut će se lančana reakcija koja će dovesti do eksplozije zbog brzog oslobađanja ogromne količine topline. Ni uran-238 ni torijum-232 ne mogu raditi na ovaj način: na kraju krajeva, tokom fisije se emituju neutroni sa prosječnom energijom od 1-3 MeV, odnosno ako postoji energetski prag od 1 MeV, značajan dio neutroni sigurno neće moći izazvati reakciju i neće biti reprodukcije. To znači da ove izotope treba zaboraviti i neutrone će morati usporiti do toplotne energije kako bi što efikasnije stupili u interakciju sa jezgrima uranijuma-235. Istovremeno, njihova rezonantna apsorpcija uranijumom-238 ne može se dozvoliti: uostalom, u prirodnom uranijumu ovaj izotop je nešto manji od 99,3% i neutroni se češće sudaraju s njim, a ne sa ciljnim uranijumom-235. I djelujući kao moderator, moguće je održavati umnožavanje neutrona na konstantnom nivou 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 koristiti moderator neutrona u obliku teške vode ili grafita i obogatiti prirodni uran uranijumom-235 pomoću najmanje 1,83 puta. Tada im se ova ideja učinila čistom fantazijom: „Treba napomenuti da je otprilike udvostručeno obogaćivanje onih prilično značajnih količina uranijuma koje su neophodne za izvođenje lančane eksplozije,<...>je izuzetno težak zadatak, blizak praktičnoj nemogućnosti." Sada je ovaj problem riješen, a nuklearna industrija masovno proizvodi uranijum obogaćen uranijumom-235 do 3,5% za elektrane.

Šta je spontana nuklearna fisija? G. N. Flerov i K. A. Petrzhak su 1940. otkrili da se fisija uranijuma može dogoditi spontano, bez ikakvog vanjskog utjecaja, iako je vrijeme poluraspada mnogo duže nego kod običnog alfa raspada. Budući da takva fisija proizvodi i neutrone, ako im se ne dozvoli da odlete iz reakcione 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 efekat nuklearne energije (Uspekhi fizicheskikh nauk, 1940, 23, 4). “... Trenutno je još uvijek nemoguće donijeti konačne zaključke o mogućnosti ili nemogućnosti provedbe reakcije nuklearne fisije u uranijumu sa beskonačno razgranatim lancima. Ako je takva reakcija izvodljiva, tada se brzina reakcije automatski prilagođava kako bi se osiguralo da ona teče glatko, uprkos ogromnoj količini energije kojom raspolaže eksperimentator. Ova okolnost je izuzetno povoljna za iskorištenje energije reakcije. Stoga, iako se radi o podjeli kože neubijenog medvjeda, donosimo neke brojke koje karakteriziraju mogućnosti energetske upotrebe uranijuma. Ako se proces fisije odvija na brzim neutronima, reakcija zahvata glavni izotop uranijuma (U238), tada<исходя из соотношения теплотворных способностей и цен на уголь и уран>cijena kalorije iz glavnog izotopa uranijuma ispada oko 4000 puta jeftinija nego iz uglja (osim, naravno, ako se procesi "sagorijevanja" i uklanjanja topline pokažu mnogo skuplji u slučaju uranijuma od u slučaju uglja). U slučaju sporih neutrona, trošak "uranske" kalorije (na osnovu gornjih brojki) će, uzimajući u obzir da je zastupljenost izotopa U235 0,007, već samo 30 puta jeftiniji od kalorije "uglja", sve ostale stvari jednake.

Prvu kontrolisanu lančanu reakciju izveo je 1942. Enriko Fermi na Univerzitetu u Čikagu, a reaktor je ručno kontrolisan guranjem i izvlačenjem grafitnih šipki kako se fluks neutrona menjao. Prva elektrana izgrađena je u Obninsku 1954. godine. Pored proizvodnje energije, prvi reaktori su radili i na proizvodnji plutonijuma za oružje.

Kako radi nuklearna elektrana? Većina reaktora sada radi na sporim neutronima. Obogaćeni uranijum u obliku metala, legure, na primer sa aluminijumom, ili u obliku oksida stavlja se u dugačke cilindre - gorive elemente. Ugrađuju se na određeni način u reaktor, a između njih se ubacuju šipke iz moderatora koje kontrolišu lančanu reakciju. Vremenom se reaktorski otrovi nakupljaju u gorivom elementu - produktima fisije uranijuma, koji su također sposobni apsorbirati neutrone. Kada koncentracija uranijuma-235 padne ispod kritičnog nivoa, element se povlači. Međutim, sadrži mnogo fisionih fragmenata sa jakom radioaktivnošću, koja se s godinama smanjuje, zbog čega elementi dugo emituju značajnu količinu toplote. Čuvaju se u rashladnim bazenima, a zatim se ili zakopavaju ili pokušavaju da ih prerade – da izvuku neizgoreli uranijum-235, akumulirani plutonijum (koristio se za izradu atomskih bombi) i druge izotope koji se mogu koristiti. Neiskorišteni dio šalje se na groblje.

U takozvanim reaktorima na brzim neutronima, ili reaktorima za razmnožavanje, oko elemenata su ugrađeni reflektori od uranijuma-238 ili torija-232. Oni usporavaju i šalju prebrze neutrone nazad u zonu reakcije. Usporeni na rezonantne brzine, neutroni apsorbuju ove izotope, pretvarajući se u plutonijum-239 ili uranijum-233, koji mogu poslužiti kao gorivo za nuklearnu elektranu. Kako brzi neutroni ne reaguju dobro sa uranijumom-235, potrebno je značajno povećati njegovu koncentraciju, ali se to isplati jačim neutronskim tokom. Unatoč činjenici da se reaktori za razmnožavanje smatraju budućnošću nuklearne energije, budući da daju više nuklearnog goriva nego što ga troše, eksperimenti su pokazali da ih je teško kontrolirati. Sada je na svetu ostao samo jedan takav reaktor - na četvrtom bloku elektrane Belojarsk.

Kako se kritizira nuklearna energija? Ako ne govorimo o nesrećama, glavna poenta u argumentima protivnika nuklearne energije danas je bio prijedlog da se u proračun njene djelotvornosti dodaju troškovi zaštite okoliša nakon stavljanja postrojenja iz pogona i pri radu s gorivom. U oba slučaja postavlja se zadatak pouzdanog odlaganja radioaktivnog otpada, a to su troškovi koje snosi država. Postoji mišljenje da ako se prebace na cijenu energije, onda će njegova ekonomska privlačnost nestati.

Postoji i opozicija među pristalicama nuklearne energije. Njegovi predstavnici ukazuju na jedinstvenost uranijuma-235, koji nema zamjenu, jer alternativni izotopi koji se fisiraju termalnim neutronima - plutonijum-239 i uranijum-233 - odsutni u prirodi zbog poluraspada od hiljadama godina. A oni se dobijaju upravo kao rezultat fisije uranijuma-235. Ako se završi, nestat će izvrstan prirodni izvor neutrona za nuklearnu lančanu reakciju. Kao rezultat takve ekstravagancije, čovječanstvo će u budućnosti izgubiti priliku da uključi torij-232 u energetski ciklus, čije su rezerve nekoliko puta veće od uranijuma.

Teoretski, akceleratori čestica se mogu koristiti za dobijanje fluksa brzih neutrona sa megaelektronvoltnim energijama. Međutim, ako govorimo, na primjer, o međuplanetarnim letovima na atomskom motoru, tada će biti vrlo teško implementirati shemu s glomaznim akceleratorom. Iscrpljivanje uranijuma-235 stavlja tačku na takve projekte.

Šta je uranijum za oružje? Ovo je visoko obogaćeni uranijum-235. Njegova kritična masa - odgovara veličini komada materije u kojem spontano dolazi do lančane reakcije - dovoljno je mala da napravi municiju. Takav uranijum se može koristiti za izradu atomske bombe, kao i fitilja za termonuklearnu bombu.

Koje su katastrofe povezane sa upotrebom uranijuma? Energija pohranjena u jezgrima fisilnih elemenata je ogromna. Nakon što je pobjegla kontroli zbog previda ili zbog namjere, ova energija može napraviti mnogo problema. Dve najveće nuklearne katastrofe dogodile su se 6. i 8. avgusta 1945. godine, kada je američko ratno vazduhoplovstvo bacilo atomske bombe na Hirošimu i Nagasaki, ubivši i ranivši stotine hiljada civila. Katastrofe manjeg razmjera povezane su s nesrećama u nuklearnim elektranama i preduzećima nuklearnog ciklusa. Prva veća nesreća dogodila se 1949. u SSSR-u u fabrici Mayak u blizini Čeljabinska, gdje se proizvodio plutonijum; tečni radioaktivni otpad dospio je u rijeku Teča. U septembru 1957. na njemu je došlo do eksplozije sa ispuštanjem velike količine radioaktivnog materijala. Jedanaest dana kasnije, britanski plutonijumski reaktor u Windscaleu je izgorio, a oblak produkata eksplozije raspršio se nad zapadnom Evropom. Godine 1979. izgorio je reaktor nuklearne elektrane na ostrvu Trimail u Pensilvaniji. Nesreće u nuklearnoj elektrani Černobil (1986.) i nuklearnoj elektrani u Fukušimi (2011.) dovele su do najrasprostranjenijih posljedica, kada su milioni ljudi bili izloženi zračenju. Prvi su zasuli ogromne zemlje, izbacivši 8 tona uranijumskog goriva sa produktima raspadanja kao rezultat eksplozije, koja se proširila po celoj Evropi. Drugi je zagađen i, tri godine nakon nesreće, nastavlja da zagađuje Tihi okean u oblastima ribarstva. Otklanjanje posljedica ovih nesreća bilo je veoma skupo, a ako bi se ovi troškovi razložili na cijenu električne energije, značajno bi se povećali.

Posebno pitanje su posljedice po ljudsko zdravlje. Prema službenim statistikama, mnogi ljudi koji su preživjeli bombardovanje ili žive u kontaminiranim područjima imali su koristi od izloženosti - prvi imaju duži životni vijek, drugi imaju manje karcinoma, a stručnjaci određeni porast smrtnosti pripisuju socijalnom stresu. Broj ljudi koji su poginuli upravo od posljedica nesreća ili uslijed njihove likvidacije procjenjuje se na stotine ljudi. Protivnici nuklearnih elektrana ističu da su nesreće dovele do nekoliko miliona preranih smrti na evropskom kontinentu, one su jednostavno nevidljive na statističkoj pozadini.

Povlačenje zemljišta iz ljudske upotrebe u zonama akcidenta dovodi do zanimljivog rezultata: one postaju svojevrsni rezervati u kojima raste biodiverzitet. Istina, neke životinje pate od bolesti povezanih sa zračenjem. Pitanje koliko će se brzo prilagoditi povećanoj pozadini ostaje otvoreno. Postoji i mišljenje da je posledica hroničnog zračenja „odabir za budalu” (videti Hemija i život, 2010, br. 5): primitivniji organizmi opstaju čak iu embrionalnoj fazi. Konkretno, u odnosu na ljude, to bi trebalo dovesti do smanjenja mentalnih sposobnosti generacije rođene na kontaminiranim teritorijama ubrzo nakon nesreće.

Šta je osiromašeni uranijum? Ovo je uranijum-238 zaostao od ekstrakcije uranijuma-235. Količine otpada od proizvodnje uranijuma za oružje i gorivnih elemenata su velike - samo u Sjedinjenim Državama nakupilo se 600 hiljada tona takvog uranijum heksafluorida (za probleme s njim, vidi Chemistry and Life, 2008, br. 5) . Sadržaj uranijuma-235 u njemu je 0,2%. Ovaj otpad se mora ili skladištiti do boljih vremena, kada će se stvoriti reaktori na brzim neutronima i kada će biti moguće preraditi uranijum-238 u plutonijum, ili na neki način iskoristiti.

Našli su upotrebu za to. Uran, kao i drugi prijelazni elementi, koristi se kao katalizator. Na primjer, autori članka u ACS Nano od 30. juna 2014. pišu da uranijumski ili torijumski katalizator sa grafenom za redukciju kiseonika i vodikovog peroksida "ima veliki potencijal za energetske primene". Zbog svoje velike gustine, uranijum služi kao balast za brodove i protivteg za avione. Ovaj metal je takođe pogodan za zaštitu od zračenja u medicinskim uređajima sa izvorima zračenja.

Koje se oružje može napraviti od osiromašenog uranijuma? Meci i jezgra za oklopne projektile. Evo kalkulacije. Što je projektil teži, to je veća njegova kinetička energija. Ali što je veći projektil, to je manje koncentriran njegov udar. To znači da su potrebni teški metali velike gustine. Meci su napravljeni od olova (uralski lovci svojevremeno su koristili i autohtonu platinu, dok nisu shvatili da je to plemeniti metal), dok su jezgra čaura bila od legure volframa. Zaštitnici prirode ističu da olovo zagađuje tlo na mjestima ratovanja ili lova i da bi ga bilo bolje zamijeniti nečim manje štetnim, na primjer, istim volframom. Ali volfram nije jeftin, a uranijum, sličan njemu po gustini, štetan je otpad. Istovremeno, dozvoljena kontaminacija tla i vode uranijumom je otprilike dvostruko veća nego za olovo. To se događa zato što se zanemaruje slaba radioaktivnost osiromašenog uranijuma (a ona je i 40% manja od prirodnog uranijuma) i uzima se u obzir zaista opasan hemijski faktor: uranijum je, kao što se sjećamo, otrovan. Istovremeno, njegova gustina je 1,7 puta veća od gustoće olova, što znači da se veličina uranijumskih metaka može prepoloviti; uran je mnogo vatrostalniji i tvrđi od olova – kada je ispaljen, manje isparava, a kada pogodi metu, proizvodi manje mikročestica. Generalno, uranijumski metak manje zagađuje okruženje nego olovo, međutim, nije pouzdano poznato o takvoj upotrebi uranijuma.

No, poznato je da se ploče s osiromašenim uranijumom koriste za jačanje oklopa američkih tenkova (to je olakšano njegovom visokom gustoćom i talištem), a također i umjesto legure volframa u jezgrama za oklopne projektile. Uranijumsko jezgro je takođe dobro jer je uranijum piroforan: njegove vruće male čestice, nastale kada udare u oklop, pale i zapaljuju sve oko sebe. Obje aplikacije se smatraju bezbednim od zračenja. Dakle, računica je pokazala da bi posada, čak i nakon godinu dana bez izlaska u tenk sa uranijumskim oklopom napunjenim uranijumskom municijom, primila samo četvrtinu dozvoljene doze. A da bi se dobila godišnja dozvoljena doza, takva municija mora biti pričvršćena na površinu kože 250 sati.

Projektile sa uranijumskim jezgrom - za topove od 30 mm ili za artiljerijske potkalibre - koristili su Amerikanci u nedavnim ratovima, počevši od kampanje u Iraku 1991. godine. Te godine su izlili 300 tona osiromašenog uranijuma na iračke oklopne jedinice u Kuvajtu, a prilikom njihovog povlačenja 250 tona, ili 780.000 metaka, palo je na avionske topove. U Bosni i Hercegovini je tokom bombardovanja vojske nepriznate Republike Srpske utrošeno 2,75 tona uranijuma, a prilikom granatiranja Vojske Jugoslavije na Kosovu i Metohiji - 8,5 tona, odnosno 31.000 metaka. S obzirom da se SZO do tada pobrinula za posljedice upotrebe uranijuma, vršen je monitoring. Pokazao je da se jedan rafal sastojao od otprilike 300 metaka, od kojih je 80% sadržavalo osiromašeni uranijum. 10% je pogodilo mete, a 82% je palo u krugu od 100 metara od njih. Ostali su se raspršili u krugu od 1,85 km. Granata koja je pogodila tenk je izgorjela i pretvorila se u aerosol, lake mete poput oklopnih transportera probijale su uranijumskom granatom. Tako bi se u Iraku u uranijumsku prašinu mogla pretvoriti najviše jedna i po tona granata. Prema stručnjacima američkog strateškog istraživačkog centra RAND Corporation, više od 10 do 35% iskorištenog uranijuma pretvorilo se u aerosol. Hrvatski borac za uranijumsku municiju Asaf Durakovich, koji je radio u raznim organizacijama od bolnice King Faisal u Rijadu do Washingtonskog medicinskog istraživačkog centra za uran, smatra da je samo u južnom Iraku 1991. godine formirano 3-6 tona submikronskih čestica uranijuma, koja se raspršila na širokom području, odnosno tamošnje zagađenje uranijumom je uporedivo sa Černobilom.

Uran je sedma planeta u Sunčevom sistemu i treći gasni gigant. Planeta je treća po veličini i četvrta po masi, a ime je dobila u čast oca rimskog boga Saturna.

Upravo Uran počašćen da bude prva planeta otkrivena u modernoj istoriji. Međutim, u stvarnosti, njegovo prvobitno otkriće planete nije se dogodilo. Godine 1781. astronom William Herschel kada je posmatrao zvezde u sazvežđu Blizanaca, primetio je neki objekat u obliku diska, koji je u početku snimio kao kometu, što je prijavio Kraljevskom naučnom društvu Engleske. Međutim, kasnije je i sam Herschel bio zbunjen činjenicom da se orbita objekta pokazala praktički kružnom, a ne eliptičnom, kao što je slučaj s kometama. I tek kada su ovo zapažanje potvrdili drugi astronomi, Herschel je došao do zaključka da je on zapravo otkrio planetu, a ne kometu, i otkriće je konačno dobilo široko priznanje.

Nakon što je potvrdio podatak da je otkriveni objekt planeta, Herschel je dobio izuzetnu privilegiju - da mu da svoje ime. Astronom je bez oklijevanja odabrao ime engleskog kralja Džordža III i dao planetu Georgium Sidus, što znači "Džordžova zvijezda". Međutim, ime nikada nije dobilo naučno priznanje i naučnici, uglavnom, došao do zaključka da je bolje pridržavati se određene tradicije u nazivu planeta Sunčevog sistema, odnosno imenovati ih u čast drevnih rimskih bogova. Tako je Uran dobio svoje moderno ime.

Trenutno, jedina planetarna misija koja je uspjela prikupiti podatke o Uranu je Voyager 2.

Ovaj sastanak, koji se održao 1986. godine, omogućio je naučnicima da dobiju prilično veliku količinu podataka o planeti i naprave mnoga otkrića. Svemirska letjelica je prenijela hiljade fotografija Urana, njegovih mjeseci i prstenova. Iako su mnoge fotografije planete pokazivale nešto više od plavo-zelene boje koja se takođe mogla posmatrati sa zemaljskih teleskopa, druge slike su pokazale prisustvo deset ranije nepoznatih satelita i dva nova prstena. U bliskoj budućnosti nisu planirane nove misije na Uran.

Zbog tamnoplave boje Urana, pokazalo se da je mnogo teže sastaviti atmosferski model planete nego modele istog ili čak. Srećom, slike snimljene sa svemirskog teleskopa Hubble dale su širu sliku. Modernije tehnologije snimanja teleskopa omogućile su dobijanje mnogo detaljnijih slika od onih na Voyageru 2. Tako je, zahvaljujući Hubbleovim fotografijama, bilo moguće otkriti da na Uranu postoje geografske širine, kao i na drugim plinskim divovima. Osim toga, brzina vjetrova na planeti može doseći i preko 576 km/h.

Smatra se da je razlog za pojavu monotone atmosfere sastav njenog najgornjeg sloja. Vidljivi slojevi oblaka se sastoje prvenstveno od metana, koji apsorbuje ove uočene crvene talasne dužine. Dakle, reflektovani talasi su predstavljeni kao plavi i zeleni.

Ispod ovog vanjskog sloja metana, atmosfera je oko 83% vodonika (H2) i 15% helijuma, uz nešto metana i acetilena. Ovaj sastav je sličan ostalim gasnim divovima Sunčevog sistema. Međutim, atmosfera Urana se oštro razlikuje u drugom pogledu. Dok su atmosfere Jupitera i Saturna uglavnom gasovite, atmosfera Urana sadrži mnogo više leda. Dokaz za to su ekstremno niske temperature na površini. S obzirom na činjenicu da temperatura atmosfere Urana dostiže -224 ° C, može se nazvati najhladnijom atmosferom u Sunčevom sistemu. Osim toga, dostupni podaci ukazuju da su tako ekstremno niske temperature prisutne oko gotovo cijele površine Urana, čak i na strani koja nije osvijetljena Suncem.

Uran se, prema planetarnim naučnicima, sastoji od dva sloja: jezgra i plašta. Trenutni modeli sugeriraju da je jezgro uglavnom sastavljeno od stijena i leda i da ima oko 55 puta veću masu. Plašt planete težak je 8,01 x 10 na snagu od 24 kg, ili oko 13,4 zemaljske mase. Osim toga, plašt se sastoji od vode, amonijaka i drugih isparljivih elemenata. Glavna razlika između plašta Urana i Jupitera i Saturna je u tome što je leden, iako ne u tradicionalnom smislu te riječi. Činjenica je da je led veoma vruć i debeo, a debljina plašta je 5.111 km.

Ono što je najnevjerovatnije u vezi sa sastavom Urana i ono što ga izdvaja od ostalih plinovitih divova u našem zvjezdanom sistemu je to što ne zrači više energije nego što prima od Sunca. Uzimajući u obzir činjenicu da čak, koji je po veličini veoma blizak Uranu, proizvodi oko 2,6 puta više toplote nego što prima od Sunca, naučnici su danas veoma zaintrigirani tako slabom snagom koju generiše Uran. Trenutno postoje dva objašnjenja za ovaj fenomen. Prvi ukazuje da je Uran u prošlosti bio pogođen velikim svemirskim objektom, što je dovelo do gubitka većine unutrašnje toplote planete (stečene tokom formiranja) u svemir. Druga teorija tvrdi da unutar planete postoji barijera koja ne dozvoljava unutrašnjoj toplini planete da pobjegne na površinu.

Orbita i rotacija Urana

Samo otkriće Urana omogućilo je naučnicima da prošire radijus poznatog Sunčevog sistema za skoro dva puta. To znači da je prosječna orbita Urana oko 2,87 x 10 na snagu od 9 km. Razlog tako velike udaljenosti je trajanje prolaska sunčevog zračenja od Sunca do planete. Sunčevoj svjetlosti je potrebno oko dva sata i četrdeset minuta da stigne do Urana, što je skoro dvadeset puta duže nego što je potrebno sunčevoj svjetlosti da stigne do Zemlje. Ogromna udaljenost utiče i na dužinu godine na Uranu, ona traje skoro 84 zemaljske godine.

Ekscentricitet orbite Urana je 0,0473, što je tek nešto manje od Jupiterovog - 0,0484. Ovaj faktor čini Uran četvrtom od svih planeta u Sunčevom sistemu u smislu kružne orbite. Razlog za tako mali ekscentricitet orbite Urana je razlika između njegovog perihela od 2,74 x 10 na snagu od 9 km i afela od 3,01 x 109 km je samo 2,71 x 10 na snagu od 8 km.

Najzanimljiviji momenat u procesu rotacije Urana je položaj ose. Činjenica je da je osa rotacije za svaku planetu osim Urana otprilike okomita na njihovu orbitalnu ravan, međutim, Uranova osa je nagnuta za skoro 98°, što zapravo znači da Uran rotira na svojoj strani. Rezultat ovakvog položaja ose planete je da je sjeverni pol Urana pola planetarne godine na Suncu, a druga polovina pada na južni pol planete. Drugim riječima, dan na jednoj hemisferi Urana traje 42 zemaljske godine, a noć na drugoj hemisferi isto traje. Razlog zašto se Uran "okrenuo na bok" naučnici ponovo nazivaju sudar sa ogromnim kosmičkim tijelom.

S obzirom na činjenicu da su Saturnovi prstenovi dugo vremena bili najpopularniji od prstenova u našem Sunčevom sistemu, Uranovi prstenovi nisu mogli biti otkriveni sve do 1977. godine. Međutim, razlog nije samo ovo, postoje još dva razloga za tako kasno otkriće: udaljenost planete od Zemlje i niska refleksivnost samih prstenova. Godine 1986. svemirski brod Voyager 2 uspio je utvrditi prisustvo još dva prstena na planeti, pored onih poznatih u to vrijeme. Godine 2005. svemirski teleskop Hubble uočio je još dva. Do danas, planetarni naučnici poznaju 13 Uranovih prstenova, od kojih je najsjajniji Epsilon prsten.

Prstenovi Urana razlikuju se od Saturnovih u gotovo svemu - od veličine čestica do sastava. Prvo, čestice koje čine prstenove Saturna su male, nešto više od nekoliko metara u prečniku, dok prstenovi Urana sadrže mnoga tela prečnika do dvadeset metara. Drugo, čestice Saturnovih prstenova su uglavnom led. Međutim, prstenovi Urana se sastoje od leda i velike prašine i krhotina.

William Herschel otkrio je Uran tek 1781. godine, jer je planeta bila previše zatamnjena da bi je mogli vidjeti predstavnici drevnih civilizacija. Sam Herschel je u početku vjerovao da je Uran kometa, ali je kasnije revidirao svoje mišljenje i nauka je potvrdila planetarni status objekta. Tako je Uran postao prva planeta otkrivena u modernoj istoriji. Originalni naziv koji je predložio Herschel bilo je "George's Star" - u čast kralja Georgea III, ali ga naučna zajednica nije prihvatila. Ime "Uran" predložio je astronom Johann Bode, u čast starorimskog boga Urana.
Uran rotira oko svoje ose svakih 17 sati i 14 minuta. Isto tako, planeta rotira u retrogradnom smjeru, suprotnom smjeru Zemlje i ostalih šest planeta.
Vjeruje se da bi neobičan nagib Uranove ose mogao uzrokovati grandiozni sudar sa drugim kosmičkim tijelom. Teorija je da se planeta, koja je navodno bila veličine Zemlje, oštro sudarila sa Uranom, koji je pomerio svoju osu za skoro 90 stepeni.
Brzina vjetra na Uranu može doseći i do 900 km na sat.
Masa Urana je oko 14,5 puta veća od mase Zemlje, što ga čini najlakšim od četiri gasna giganta u našem Sunčevom sistemu.
Uran se često naziva "ledenim divom". Osim vodonika i helijuma u gornjem sloju (kao i drugi plinoviti divovi), Uran također ima ledeni omotač koji okružuje njegovo željezno jezgro. Gornji sloj atmosfere sastoji se od amonijaka i ledenih kristala metana, dajući Uranu karakterističnu blijedoplavu boju.
Uran je druga planeta najmanje gustine u Sunčevom sistemu, nakon Saturna.