uraan (keemiline element) uraan (keemiline element)

URAAN (lat. Uranium), U (loe "uraan"), radioaktiivne keemiline element aatomnumbriga 92, aatommass 238,0289. Aktinoid. Looduslik uraan koosneb kolme isotoobi segust: 238U, 99,2739%, poolestusajaga T 1/2 \u003d 4,51 10 9 aastat, 235 U, 0,7024%, poolestusajaga T 1/2 \u003d 7,13 10 8 aastat, 234 U, 0,0057%, poolestusajaga T 1/2 = 2,45 10 5 aastat. 238 U (uraan-I, UI) ja 235 U (aktinouraan, AcU) on radioaktiivse seeria asutajad. 11 kunstlikult toodetud radionukliidist massinumbritega 227–240 on pikaealised 233 U ( T 1/2 \u003d 1,62 10 5 aastat), saadakse tooriumi neutronkiirgusega (cm. TOORIUM).
Kolme välise elektronkihi konfiguratsioon 5 s 2 lk 6 d 10 f 3 6s 2 lk 6 d 1 7 s 2 , viitab uraan f-elemendid. Asub elementide perioodilise tabeli 7. perioodi IIIB rühmas. Ühendites on sellel oksüdatsiooniastmed +2, +3, +4, +5 ja +6, valentsid II, III, IV, V ja VI.
Uraani neutraalse aatomi raadius on 0,156 nm, ioonide raadius: U 3 + - 0,1024 nm, U 4 + - 0,089 nm, U 5 + - 0,088 nm ja U 6+ - 0,083 nm. Aatomi järjestikuse ionisatsiooni energiad on 6,19, 11,6, 19,8, 36,7 eV. Elektronegatiivsus Paulingu järgi (cm. PAULING Linus) 1,22.
Avastamise ajalugu
Uraani avastas 1789. aastal saksa keemik M. G. Klaproth (cm. KLAPROT Martin Heinrich) mineraali "tõrva segu" uurimisel. Nimetatud planeedi Uraani järgi, mille avastas W. Herschel (cm. HERSHEL) aastal 1781. Metallilises olekus uraani hankis 1841. aastal prantsuse keemik E. Peligot. (cm. PELIGO Eugene Melchior) UCl 4 redutseerimisel metallilise kaaliumiga. Uraani radioaktiivsed omadused avastas 1896. aastal prantslane A. Becquerel (cm. Becquerel Antoine Henri).
Algselt määrati uraani aatommassiks 116, kuid 1871. aastal D. I. Mendelejev (cm. MENDELEEV Dmitri Ivanovitš) jõudis järeldusele, et seda tuleks kahekordistada. Pärast elementide avastamist aatomnumbritega 90–103 avastas Ameerika keemik G. Seaborg (cm. SEABORG Glenn Theodore) jõudis järeldusele, et need elemendid (aktiniidid) (cm. aktinoidid)õigem on paigutada perioodilisussüsteemi samasse lahtrisse elemendiga nr 89 aktiinium. See paigutus on tingitud asjaolust, et aktiniidid läbivad 5 f- elektrooniline alamtase.
Looduses olemine
Uraan on maakoore graniidikihi ja settekihi iseloomulik element. Maakoore sisaldus on 2,5 10 -4 massiprotsenti. Merevees on uraani kontsentratsioon alla 10–9 g/l, kokku sisaldab merevesi 10 9–10 10 tonni uraani. Uraani vabal kujul maakoores ei leidu. Uraanimineraale on teada umbes 100, neist olulisemad on pigisegu U 3 O 8, uraniniit (cm. URANIIT)(U,Th)O 2, uraanivaigu maak (sisaldab muutuva koostisega uraanoksiide) ja tüüjamuniit Ca[(UO 2) 2 (VO 4) 2] 8H 2 O.
Kviitung
Uraani saadakse uraanimaakidest, mis sisaldavad 0,05-0,5% U. Uraani ekstraheerimine algab kontsentraadi valmistamisega. Maagid leostatakse väävel-, lämmastikhappe- või leeliselahustega. Saadud lahus sisaldab alati teiste metallide lisandeid. Uraani eraldamisel neist kasutatakse nende redoks-omaduste erinevusi. Redoksprotsesse kombineeritakse ioonivahetus- ja ekstraheerimisprotsessidega.
Saadud lahusest ekstraheeritakse uraan oksiidi või tetrafluoriidi UF 4 kujul metallotermilise meetodi abil:
UF 4 + 2Mg = 2MgF2 + U
Saadud uraan sisaldab vähesel määral boori lisandeid. (cm. BOR (keemiline element)), kaadmium (cm. KAADMIUM) ja mõned muud elemendid, nn reaktorimürgid. Neelades tuumareaktori töötamise käigus tekkivaid neutroneid, muudavad nad uraani tuumakütusena kasutamiseks sobimatuks.
Lisanditest vabanemiseks lahustatakse metalliline uraan lämmastikhappes, saades uranüülnitraadi UO 2 (NO 3) 2 . Uranüülnitraat ekstraheeritakse vesilahusest tributüülfosfaadiga. Ekstraktist saadud puhastusprodukt muundatakse uuesti uraanoksiidiks või tetrafluoriidiks, millest saadakse taas metall.
Osa uraanist saadakse kasutatud tuumkütuse regenereerimisel reaktoris. Kõik uraani regenereerimise toimingud viiakse läbi eemalt.
Füüsilised ja keemilised omadused
Uraan on hõbevalge läikiv metall. Uraani metall esineb kolme allotroopilisena (cm. ALLOTROOPIA) modifikatsioonid. Kuni 669°C stabiilne a-modifikatsioon ortorombilise võrega, parameetrid aga= 0,2854 nm, sisse= 0,5869 nm ja alates\u003d 0,4956 nm, tihedus 19,12 kg / dm 3. Temperatuuridel 669 °C kuni 776 °C on b-modifikatsioon tetragonaalse võrega stabiilne (parameetrid aga= 1,0758 nm, alates= 0,5656 nm). Kuni sulamistemperatuurini 1135°C on kuupkehakeskse võrega g-modifikatsioon stabiilne ( aga= 0,3525 nm). Keemistemperatuur 4200°C.
Metallilise uraani keemiline aktiivsus on kõrge. Õhus on see kaetud oksiidkilega. Uraani pulbrina on pürofooriline, uraani põlemisel ja paljude selle ühendite termilisel lagunemisel õhus tekib uraanoksiid U 3 O 8. Kui seda oksiidi kuumutatakse vesiniku atmosfääris (cm. VESINIK) temperatuuril üle 500 ° C tekib uraandioksiid UO 2:
U 3 O 8 + H 2 \u003d 3UO 2 + 2H 2 O
Kui uranüülnitraati UO 2 (NO 3) 2 kuumutada temperatuuril 500 °C, moodustub see lagunedes uraantrioksiidi UO 3 . Lisaks stöhhiomeetrilise koostisega uraanoksiididele UO 2, UO 3 ja U 3 O 8 on teada uraanoksiid koostisega U 4 O 9 ning mitmed metastabiilsed oksiidid ja muutuva koostisega oksiidid.
Uraanioksiidide sulatamisel teiste metallide oksiididega tekivad uraanid: K 2 UO 4 (kaaliumuranaat), CaUO 4 (kaltsiumuranaat), Na 2 U 2 O 7 (naatriumdiuranaat).
Suhtlemine halogeenidega (cm. HALOGEENID), uraan annab uraanhalogeniidid. Nende hulgas on UF 6 heksafluoriid kollane kristalne aine, mis sublimeerub kergesti isegi madalal kuumutamisel (40–60 °C) ja hüdrolüüsib sama hästi ka vee toimel. Kõige olulisem praktiline väärtus on uraanheksafluoriid UF 6 . See saadakse metallilise uraani, uraanioksiidide või UF 4 interaktsioonil fluori või fluorivate ainetega BrF 3 , CCl 3 F (freoon-11) või CCl 2 F 2 (freoon-12):
U 3 O 8 + 6CCl 2 F 2 = UF 4 + 3COCl 2 + CCl 4 + Cl 2
UF 4 + F 2 = UF 6
või
U 3 O 8 + 9F 2 \u003d 3UF 6 + 4O 2
Teada on fluoriide ja kloriide, mis vastavad uraani oksüdatsiooniastmetele +3, +4, +5 ja +6. Saadi uraanibromiidid UBr 3, UBr 4 ja UBr 5, samuti uraanijodiidid UI 3 ja UI 4. On sünteesitud uraani oksühalogeniide nagu UO 2 Cl 2 UOCl 2 jt.
Uraani interaktsioonil vesinikuga tekib uraanhüdriid UH 3, millel on kõrge keemiline aktiivsus. Kuumutamisel hüdriid laguneb, moodustades vesiniku ja pulbrilise uraani. Uraani paagutamisel booriga tekivad sõltuvalt reagentide molaarsuhtest ja protsessi tingimustest boriidid UB 2, UB 4 ja UB 12.
Süsinikega (cm. CARBON) uraan moodustab kolm karbiidi UC, U 2 C 3 ja UC 2 .
Uraani interaktsioon räniga (cm. RÄNI) Saadi silitsiidid U 3 Si, U 3 Si 2, USi, U 3 Si 5, USi 2 ja U 3 Si 2.
Saadud on uraanitriide (UN, UN 2, U 2 N 3) ja uraanfosfiide (UP, U 3 P 4, UP 2). Väävliga (cm. VÄÄVEL) uraan moodustab rea sulfiide: U 3 S 5, US, US 2, US 3 ja U 2 S 3.
Metalliline uraan lahustub HCl-s ja HNO 3-s ning reageerib aeglaselt H 2 SO 4 ja H 3 PO 4 -ga. Seal on soolad, mis sisaldavad uranüülkatiooni UO 2 2+ .
Vesilahustes on uraaniühendeid oksüdatsiooniastmes +3 kuni +6. U(IV)/U(III) paari standardne oksüdatsioonipotentsiaal - 0,52 V, U(V)/U(IV) paar 0,38 V, U(VI)/U(V) paar 0,17 V, paar U(VI)/ U(IV) 0,27. U 3+ ioon on lahuses ebastabiilne, U 4+ ioon on stabiilne õhu puudumisel. UO 2 + katioon on ebastabiilne ja lahuses on U 4+ ja UO 2 2+ ebaproportsionaalne. U 3+ ioonid on iseloomuliku punase värvusega, U 4+ ioonid on rohelised ja UO 2 2+ ioonid on kollased.
Lahustes on +6 oksüdatsiooniastmes uraaniühendid kõige stabiilsemad. Kõik lahuses olevad uraaniühendid on altid hüdrolüüsile ja komplekside moodustumisele, tugevaimad on U 4+ ja UO 2 2+ katioonid.
Rakendus
Uraanimetalli ja selle ühendeid kasutatakse peamiselt tuumareaktorites tuumakütusena. Tuumaelektrijaamade statsionaarsetes reaktorites kasutatakse väherikastatud uraani isotoopide segu. Kõrge rikastamise produkt on kiiretel neutronitel töötavates tuumareaktorites. 235 U on tuumarelvade tuumaenergia allikas. 238 U toimib sekundaarse tuumkütuse - plutooniumi - allikana.
Füsioloogiline toime
Mikrokogustes (10 -5 -10 -8%) leidub seda taimede, loomade ja inimeste kudedes. Seda akumuleeruvad suurimal määral mõned seened ja vetikad. Uraaniühendid imenduvad seedetraktis (umbes 1%), kopsudes - 50%. Peamised depood kehas: põrn, neerud, luustik, maks, kopsud ja bronhopulmonaalsed lümfisõlmed. Sisaldus inimeste ja loomade elundites ja kudedes ei ületa 10–7 aastat.
Uraan ja selle ühendid on väga mürgised. Eriti ohtlikud on uraani ja selle ühendite aerosoolid. Veeslahustuvate uraaniühendite aerosoolide puhul on MPC õhus 0,015 mg/m 3, uraani lahustumatute vormide puhul on MPC 0,075 mg/m 3 . Uraan mõjutab kehasse sattudes kõiki elundeid, olles raku üldine mürk. Uraani molekulaarne toimemehhanism on seotud selle võimega pärssida ensüümide aktiivsust. Esiteks on mõjutatud neerud (uriinis ilmuvad valgud ja suhkur, oliguuria). Kroonilise mürgistuse korral on võimalikud hematopoeetilised ja närvisüsteemi häired.

entsüklopeediline sõnaraamat. 2009 .

Vaadake, mis on "URANUS (keemiline element)" teistes sõnaraamatutes:

U (Uraan, uraan; O = 16 aatommassiga U = 240) suurima aatommassiga element; kõik elemendid on aatommassi järgi paigutatud vesiniku ja uraani vahele. See on perioodilise süsteemi VI rühma metallide alarühma raskeim liige (vt kroom, ... ... Entsüklopeediline sõnaraamat F.A. Brockhaus ja I.A. Efron

Uraan (U) Aatomarv 92 Lihtaine välimus Aatomi omadused Aatommass ( molaarmass) 238.0289 a. e.m (g / mol) ... Vikipeedia

Uraan (lat. Uranium), U, Mendelejevi perioodilisuse süsteemi III rühma radioaktiivne keemiline element, kuulub aktiniidide perekonda, aatomnumber 92, aatommass 238,029; metallist. Looduslik U. koosneb kolme isotoobi segust: 238U √ 99,2739% ... ... Suur Nõukogude entsüklopeedia

Uraan (keemiline element)- URAAN (Uranium), U, perioodilise süsteemi III rühma radioaktiivne keemiline element, aatomnumber 92, aatommass 238,0289; viitab aktiniididele; metall, st 1135 °C. Uraan on tuumaenergia (tuumakütus) põhielement, mida kasutatakse ... ... Illustreeritud entsüklopeediline sõnaraamat Vikipeedia

- (Kreeka urano taevas). 1) taevajumal, kreeka keeles jumalatest vanima Saturni isa. mütool. 2) haruldane metall, millel on puhtal kujul hõbedased lehed. 3) suur planeet, mille Herschel avastas aastal 1781. Võõrsõnade sõnastik, mis sisaldub ... ... Vene keele võõrsõnade sõnastik

Uraan:* Uraan (mütoloogia) Vana-Kreeka jumal. Gaia poeg * Päikesesüsteemi planeet Uraan * Uraan (muusikainstrument) iidne türgi ja kasahhi muusika puhkpill * Uraan (element) keemiline element * Operatsioon ... ... Wikipedia

- (Uraan), U, perioodilise süsteemi III rühma radioaktiivne keemiline element, aatomnumber 92, aatommass 238,0289; viitab aktiniididele; metall, st 1135 °C. Uraan on tuumaenergia (tuumakütus) põhielement, mida kasutatakse ... ... Kaasaegne entsüklopeedia

(Paulingu järgi) 1.38 U←U 4+ -1,38V
U←U 3+ -1,66V
U←U 2+ -0,1V 6, 5, 4, 3 Termodünaamilised omadused 19.05 / ³ 0,115 /( ) 27,5 /( ) 1405.5 12.6 / 4018 417 / 12,5³/ Kristallrakk ortorombiline 2.850 c/a suhe n/a n/a

Ajalugu

Isegi iidsetel aegadel (1. sajand eKr) kasutati looduslikku uraani kollase glasuuri valmistamiseks.

Uraani avastas 1789. aastal saksa keemik Martin Heinrich Klaproth (Klaproth) mineraali ("uraanitõrva") uurimisel. See sai oma nime selle järgi, avastati 1781. Metallilises olekus uraani sai 1841. aastal prantsuse keemik Eugene Peligot UCl 4 redutseerimisel metallilise kaaliumiga. uraani avastas 1896. aastal prantslane. Algselt omistati 116 uraanile, kuid 1871. aastal jõudis ta järeldusele, et seda tuleks kahekordistada. Pärast aatomnumbritega 90 kuni 103 elementide avastamist jõudis Ameerika keemik G. Seaborg järeldusele, et õigem on paigutada need elemendid () perioodilises süsteemis samasse lahtrisse elemendiga nr 89. See paigutus on tingitud asjaolust, et 5f elektronide alamtase on aktiniidides lõpule viidud.

Looduses olemine

Uraan on maakoore graniidikihi ja settekihi iseloomulik element. Sisaldus maakoores 2,5 10 -4 massiprotsenti. Merevees on uraani kontsentratsioon alla 10–9 g/l, kokku sisaldab merevesi 10 9–10 10 tonni uraani. Uraani vabal kujul maakoores ei leidu. Uraanimineraale on teada umbes 100, neist olulisemad on U 3 O 8, uraniniit (U,Th)O 2, uraanivaigu maak (sisaldab muutuva koostisega uraanoksiide) ja tuyamuniit Ca [(UO 2) 2 (VO 4) ) 2] 8H 2 Oh

isotoobid

Looduslik uraan koosneb kolme isotoobi segust: 238 U - 99,2739%, poolestusaeg T 1 / 2 = 4,51-10 9 aastat, 235 U - 0,7024% (T 1 / 2 = 7,13-10 8 aastat) ja 234 U - 0,0057% (T 1 / 2 \u003d 2,48 × 10 5 aastat).

Teada on 11 kunstlikku radioaktiivset isotoopi massinumbritega 227–240.

Kõige pikaajalisem - 233 U (T 1 / 2 \u003d 1,62 10 5 aastat) saadakse tooriumi kiiritamisel neutronitega.

Uraani isotoobid 238 U ja 235 U on kahe radioaktiivse seeria eellased.

Kviitung

Uraani tootmise esimene etapp on kontsentreerimine. Kivi purustatakse ja segatakse veega. Rasked heljumi komponendid sadestuvad kiiremini. Kui kivim sisaldab primaarseid uraanimineraale, sadestuvad need kiiresti: need on rasked mineraalid. Elemendi #92 sekundaarsed mineraalid on kergemad, sel juhul settib raske aheraine varem. (Kuid see pole kaugeltki alati päris tühi, see võib sisaldada palju kasulikke elemente, sealhulgas uraani).

Järgmine etapp on kontsentraatide leostumine, elemendi nr 92 viimine lahusesse. Rakendage happelist ja leelist leotamist. Esimene on odavam, kuna ekstraheerimiseks kasutatakse uraani. Aga kui lähteaines, nagu näiteks uraanis tõrva, uraan on neljavalentses olekus, siis see meetod ei ole rakendatav: neljavalentne uraan väävelhappes on praktiliselt lahustumatu. Ja kas peate kasutama leeliselist leostumist või eeloksüdeerima uraani kuuevalentseks olekuks.

Ärge kasutage happeleostumist ja juhtudel, kui uraanikontsentraat sisaldab või. Nende lahustamiseks tuleb kulutada liiga palju hapet ja sellistel juhtudel on parem kasutada ().

Uraani leostumise probleem lahendatakse hapniku puhastamisega. Voog juhitakse 150 °C-ni kuumutatud uraanimaagi ja mineraalide segusse. Samas tekib see väävlisisaldusega mineraalidest, mis uhub välja uraani.

Järgmises etapis tuleb uraan saadud lahusest valikuliselt eraldada. Kaasaegsed meetodid - ja - võimaldavad seda probleemi lahendada.

Lahus ei sisalda mitte ainult uraani, vaid ka teisi. Mõned neist käituvad teatud tingimustel samamoodi nagu uraan: neid ekstraheeritakse samade lahustitega, sadestatakse samadele ioonvahetusvaikudele ja sadestuvad samadel tingimustel. Seetõttu tuleb uraani selektiivseks eraldamiseks kasutada palju redoksreaktsioone, et igas etapis vabaneda ühest või teisest soovimatust kaaslasest. Kaasaegsetel ioonivahetusvaikudel vabaneb uraan väga selektiivselt.

meetodid ioonivahetus ja ekstraheerimine need on head ka seetõttu, et võimaldavad üsna täielikult ekstraheerida uraani kehvadest lahustest, mille liitris on elementi nr 92 vaid kümnendikud grammi.

Pärast neid toiminguid viiakse uraan üle tahkesse olekusse – ühte oksiididest või tetrafluoriidiks UF 4 . Kuid see uraan tuleb veel puhastada lisanditest suure termilise neutronite püüdmise ristlõikega - , . Nende sisaldus lõpptootes ei tohiks ületada sadat tuhandikku ja miljondikkuid protsenti. Seega tuleb juba saadud tehniliselt puhas toode uuesti lahustada – seekord sisse. Uranüülnitraat UO 2 (NO 3) 2 puhastatakse ekstraheerimisel tributüülfosfaadi ja mõne muu ainega täiendavalt soovitud tingimusteni. Seejärel see aine kristalliseeritakse (või sadestatakse peroksiid UO 4 · 2H 2 O) ja hakkab ettevaatlikult süttima. Selle toimingu tulemusena moodustub uraantrioksiid UO 3, mis redutseeritakse UO 2 -ks.

See aine on teel maagist metallini eelviimane. Temperatuuril 430–600 ° C reageerib see kuiva vesinikfluoriidiga ja muutub UF 4 tetrafluoriidiks. Sellest ühendist saadakse tavaliselt metallist uraani. Saate abiga või tavapäraselt.

Füüsikalised omadused

Uraan on väga raske, hõbevalge läikiv metall. Puhtal kujul on see terasest veidi pehmem, tempermalmist, painduv ja kergete paramagnetiliste omadustega. Uraanil on kolm allotroopset vormi: alfa (prismaatiline, stabiilne kuni 667,7 °C), beeta (nelinurkne, stabiilne 667,7–774,8 °C), gamma (kehakeskse kuubikujulise struktuuriga, eksisteerib 774,8 °C kuni sulamistemperatuurini). ).

Keemilised omadused

Metallilise uraani keemiline aktiivsus on kõrge. Õhus kattub see sillerdava kilega. Uraani pulbrina süttib see iseeneslikult temperatuuril 150-175 °C. Uraani põlemisel ja paljude selle ühendite termilisel lagunemisel õhus tekib uraanoksiid U 3 O 8. Kui seda oksiidi kuumutatakse atmosfääris temperatuuril üle 500 °C, tekib UO 2. Uraanioksiidide sulatamisel teiste metallide oksiididega tekivad uraanid: K 2 UO 4 (kaaliumuranaat), CaUO 4 (kaltsiumuranaat), Na 2 U 2 O 7 (naatriumdiuranaat).

Rakendus

Tuumakütus

Uraanil 235 U on suurim rakendus, kus on võimalik isemajandav. Seetõttu kasutatakse seda isotoopi nii kütusena kui ka (kriitiline mass umbes 48 kg). Isotoobi U 235 eraldamine looduslikust uraanist on keeruline tehnoloogiline probleem (vt). Isotoop U 238 on võimeline lõhustuma suure energiaga neutronitega pommitamise mõjul, seda omadust kasutatakse võimsuse suurendamiseks (kasutatakse termotuumareaktsiooni käigus tekkivaid neutroneid). Neutronite kinnipüüdmise ja sellele järgneva β-lagunemise tulemusena võib 238 U muutuda 239-ks, mida seejärel kasutatakse tuumakütusena.

Reaktorites kunstlikult saadud uraan-233 (neutronitega kiiritades ja uraaniks-233 muutmisel) on tuumakütus tuumaelektrijaamade ja aatomipommide tootmiseks (kriitiline mass umbes 16 kg). Uraan-233 on ka kõige lootustandvam kütus gaasifaasi tuumarakettmootorite jaoks.

Muud rakendused

• Väike uraani lisand annab klaasile kauni rohekaskollase varjundi.
• Uraan-235 karbiidi sulamis nioobiumkarbiidi ja tsirkooniumkarbiidiga kasutatakse tuumareaktiivmootorite kütusena (töövedelik on vesinik + heksaan).
• Raua ja vaesestatud uraani sulameid (uraan-238) kasutatakse võimsate magnetostriktiivsete materjalidena.
• Kahekümnenda sajandi alguses uranüülnitraat on laialdaselt kasutatud vireeriva ainena toonitud fotoprintide tootmiseks.

vaesestatud uraan

Pärast U-235 ekstraheerimist looduslikust uraanist nimetatakse järelejäänud materjali "vaesestatud uraaniks", kuna see on vaesestatud 235. isotoobis. Mõnede teadete kohaselt hoitakse USA-s umbes 560 000 tonni vaesestatud uraanheksafluoriidi (UF 6). Vaesestatud uraan on poole radioaktiivsem kui looduslik uraan, peamiselt tänu U-234 eemaldamisele sellest. Kuna uraani peamine kasutusala on energia tootmine, on vaesestatud uraan kasutu toode, millel on väike majanduslik väärtus.

Selle peamine kasutusala on seotud uraani suure tiheduse ja suhteliselt madala hinnaga: selle kasutamine kiirguskaitseks (nii kummaline, kui see ka ei tundu) ja ballastina kosmoserakendustes, näiteks lennukite juhtimispindadel. Igas lennukis on selleks otstarbeks 1500 kg vaesestatud uraani. Seda materjali kasutatakse ka kiiretes güroskoobi rootorites, suurtes hooratastes, ballastina kosmoselaskuvates sõidukites ja võidusõidujahtides naftapuuraukude puurimisel.

Soomust läbistavad mürsusüdamikud

Uraani tuntuim kasutusala on Ameerika tuumadena. 2% või 0,75% sulatamisel ja kuumtöötlemisel (850 °C-ni kuumutatud metalli kiire karastamine vees või õlis, edasine hoidmine 450 °C juures 5 tundi) muutub metalliline uraan kõvemaks ja tugevamaks (tõmbetugevus on üle 1600 MPa, samas kui puhta uraani puhul on see 450 MPa). Koos suure tihedusega muudab see karastatud uraani valuploki äärmiselt tõhusaks soomuse läbitungimisvahendiks, mis on oma efektiivsuselt sarnane kallimaga. Soomuk hävitamise protsessiga kaasneb uraanitooriku jahvatamine tolmuks ja õhus süütamine soomuki teisel poolel. Operatsiooni Desert Storm käigus jäi lahinguväljale umbes 300 tonni vaesestatud uraani (enamasti ründelennuki A-10 30 mm GAU-8 kahuri kestade jäänused, iga kest sisaldab 272 g uraanisulamit).

Selliseid mürske kasutasid NATO väed lahingutes Jugoslaavias. Pärast nende rakendamist arutati riigi territooriumi kiirgussaaste ökoloogilist probleemi.

Vaesestatud uraani kasutatakse tänapäevastes tankisoomustes, näiteks tankis.

Füsioloogiline toime

Mikrokogustes (10 -5 -10 -8%) leidub seda taimede, loomade ja inimeste kudedes. Seda akumuleeruvad suurimal määral mõned seened ja vetikad. Uraaniühendid imenduvad seedetraktis (umbes 1%), kopsudes - 50%. Peamised depood kehas: põrn ja bronhopulmonaalne. Sisaldus inimeste ja loomade elundites ja kudedes ei ületa 10–7 g.

Uraan ja selle ühendid mürgine. Eriti ohtlikud on uraani ja selle ühendite aerosoolid. Veeslahustuvate uraaniühendite aerosoolide puhul on MPC õhus 0,015 mg/m 3, uraani lahustumatute vormide puhul 0,075 mg/m 3 . Uraan mõjutab kehasse sattudes kõiki elundeid, olles raku üldine mürk. Uraani molekulaarne toimemehhanism on seotud selle võimega aktiivsust maha suruda. Esiteks on need mõjutatud (valk ja suhkur ilmuvad uriinis). Krooniliste hematopoeesi ja närvisüsteemi häirete korral on võimalikud.

Uraani kaevandamine maailmas

2005. aastal välja antud "Uraani punase raamatu" andmetel kaevandati 41 250 tonni uraani (2003. aastal - 35 492 tonni). OECD andmetel on maailmas 440 kaubanduslikku kasutust, mis tarbivad 67 000 tonni uraani aastas. See tähendab, et selle toodang moodustab vaid 60% tarbimisest (ülejäänu saadakse vanadest tuumalõhkepeadest).

Tootmine riikide kaupa tonnides U-sisalduse järgi aastatel 2005-2006.

Tootmine Venemaal

Ülejäänud 7% saadakse CJSC Daluri () ja OJSC Khiagda () maa-aluse leostumise teel.

Saadud maagid ja uraanikontsentraat töödeldakse Tšepetski mehaanilises tehases.

Vaata ka

Lingid

Tuumatehnoloogiad põhinevad suuresti radiokeemiliste meetodite kasutamisel, mis omakorda põhinevad radioaktiivsete elementide tuumafüüsikalistel, füüsikalistel, keemilistel ja toksilistel omadustel.

Selles peatükis piirdume peamiste lõhustuvate isotoopide – uraani ja plutooniumi – omaduste lühikirjeldusega.

Uraan

Uraan ( uraan) U - aktiniidirühma element, perioodilisuse süsteemi 7.-0. periood, Z=92, aatommass 238,029; raskeim looduses leiduvatest.

Teada on 25 uraani isotoopi, mis kõik on radioaktiivsed. Lihtsaim 217U (Tj/ 2 = 26 ms), kõige raskem 2 4 2 U (7 T J / 2 = i6,8 min). Tuumaisomeeri on 6. Looduslikus uraanis on kolm radioaktiivset isotoopi: 2 s 8 ja (99,2 739%, Ti/2 = 4,47109 l), 2 35U (0,7205%, G, / 2 = 7,04-109 aastat) ja 2 34U ( 0,0056% Ti/ 2=2,48-swl). Loodusliku uraani eriradioaktiivsus on 2,48104 Bq, mis jaguneb peaaegu pooleks 2 34 U ja 288 U vahel; 235U annab väikese panuse (isotoobi 233 eriaktiivsus looduslikus uraanis on 21 korda väiksem kui 238U aktiivsus). Termilise neutronite püüdmise ristlõige on vastavalt 46, 98 ja 2,7 barni 2 zz, 2 35U ja 2 3 8 U jaoks; lõhustumise ristlõige 527 ja 584 laut vastavalt 2 zz ja 2 s 8 ja vastavalt; looduslik isotoopide segu (0,7% 235U) 4,2 ait.

Tab. 1. Tuuma füüsikalised omadused 2 h9 Ri ja 2 35C.

Tab. 2. Neutronite püüdmine 2 35C ja 2 h 8 C.

Kuus uraani isotoopi on võimelised spontaanseks lõhustumiseks: 282 U, 2 szy, 234U, 235U, 2 s 6 u ja 2 s 8 u. Looduslikud isotoobid 233 ja 235U lõhustuvad nii termiliste kui ka kiirete neutronite toimel, samas kui tuumad 238 ja on lõhustuvad ainult siis, kui püütakse kinni neutronid energiaga üle 1,1 MeV. Madalama energiaga neutronite kinnipüüdmisel muundatakse 288 U tuumad esmalt 2 -i9U tuumadeks, mis seejärel läbivad p-lagunemise ja lähevad esmalt 2-"*9Np-ks ja seejärel 2-ks 39Pu. Efektiivsed ristlõiked termilised neutronid 2 34U, 2 tuumaga 35U ja 2 3 8 ning võrdub vastavalt 98, 683 ja 2,7 barniga. 2 35U täielik lõhustumine annab "soojusenergia ekvivalendi" 2-107 kWh/kg. Isotoobid 2 35U ja 2 zzy kasutatakse tuumakütusena, mis on võimelised toetama lõhustumisahelreaktsiooni.

Tuumareaktorid toodavad n uraani tehisisotoopi massinumbritega 227-240, millest pikima elueaga on 233U (7 V 2 \u003d i.62 *io 5 aastat); see saadakse tooriumi neutronkiirguse teel. Uraani isotoobid massiarvuga 239^257 sünnivad termotuumaplahvatuse ülivõimsates neutronivoogudes.

Uraan-232- tehnogeenne nukliid, a-emitter, T x / 2=68,9 aastat, vanemisotoobid 2 3 6 Pu(a), 23 2 Np(p*) ja 23 2 Pa(p), tütarnukliid 228 Th. Spontaanse lõhustumise intensiivsus on 0,47 jagu / s kg.

Uraan-232 moodustub järgmiste lagunemiste tulemusena:

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

Tuumatööstuses tekib 2 3 2 U tooriumi kütusetsüklis lõhustuva (relvakvaliteediga) nukliidi 2 33 sünteesil kõrvalsaadusena. 2 3 2 Th neutroniga kiiritamisel toimub põhireaktsioon:

ja kõrvalreaktsioon kaheastmeline:

232 U tootmine tooriumist toimub ainult kiiretel neutronitel (E">6 MeV). Kui lähteaines on 2 s°Th, siis 2 3 2 U tekkele lisandub reaktsioon: 2 s°Th + u-> 2 3'Th. See reaktsioon toimub termilistel neutronitel. Põlvkond 2 3 2 U on mitmel põhjusel ebasoovitav. Seda pärsib tooriumi kasutamine minimaalse kontsentratsiooniga 23°Th.

2 lagunemine 2-st toimub järgmistes suundades:

Lagunemine 228 Th-s (tõenäosus 100%, lagunemisenergia 5,414 MeV):

emiteeritud a-osakeste energia on 5,263 MeV (31,6% juhtudest) ja 5,320 MeV (68,2% juhtudest).

• - spontaanne lõhustumine (tõenäosus alla ~ 12%);
• - klastri lagunemine nukliidi 28 Mg moodustumisega (lagunemise tõenäosus on väiksem kui 5 * 10 "12%):

Klastrite lagunemine koos nukliidi 2 moodustumisega

Uraan-232 on pika lagunemisahela esivanem, mis sisaldab nukliide - kõvade y-kvantide emiteerijaid:

^U-(3,64 päeva, 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.

2 3 2 U kogunemine on vältimatu 2 zzy tootmisel tooriumi energiatsüklis. 2 3 2 U lagunemisel tekkiv intensiivne y-kiirgus takistab tooriumi energia arengut. On ebatavaline, et ühtlasel isotoobil 2 3 2 11 on neutronite toimel suur lõhustumise ristlõige (termiliste neutronite puhul 75 barni), samuti kõrge neutronite püüdmise ristlõige - 73 barn. 2 3 2 U kasutatakse radioaktiivsete märgistusainete meetodis keemiauuringutes.

2 z 2 ja on pika lagunemisahela eellane (skeemi 2 z 2 Th järgi), mis sisaldab kõvasid y-kvante kiirgavaid nukliide. 2 3 2 U kogunemine on vältimatu 2 zzy tootmisel tooriumi energiatsüklis. 232 U lagunemisel tekkiv intensiivne γ-kiirgus takistab tooriumi energia arengut. Ebatavaline on see, et ühtlasel isotoobil 2 3 2 U on neutronite toimel suur lõhustumise ristlõige (termiliste neutronite puhul 75 barni), samuti kõrge neutronite püüdmise ristlõige - 73 barn. 2 3 2 U-d kasutatakse sageli radioaktiivsete märgistusainete meetodis keemilistes ja füüsikalistes uuringutes.

uraan-233- tehnogeenne radionukliid, a-emitter (energiad 4,824 (82,7%) ja 4,783 MeV (14,9%), Tvi= 1,585105 aastat, vanemnukliidid 2 37Pu(a)-? 2 33Np(p +) -> 2 33Pa(p), tütarnukliid 22 9Th. 2 zzi saadakse tuumareaktorites tooriumist: 2 s 2 Th haarab kinni neutroni ja muutub 2 zz Th-ks, mis laguneb 2 zz Pa-ks ja seejärel 2 zz-ks. Tuumad 2 zzi (paaritu isotoop) on võimelised nii spontaanseks lõhustumiseks kui ka lõhustumiseks mis tahes energiaga neutronite toimel, mistõttu sobib see nii aatomirelvade kui ka reaktori kütuse tootmiseks. Efektiivne lõhustumise ristlõige on 533 barni, püüdmise ristlõige on 52 barni, neutronite saagis on 2,54 lõhustumise kohta ja 2,31 neeldunud neutroni kohta. Kriitiline mass 2 zz on kolm korda väiksem kui kriitiline mass 2 35U (-16 kg). Spontaanse lõhustumise intensiivsus on 720 juhtu / s kg.

Uraan-233 moodustub järgmiste lagunemiste tulemusena:

- (3 + -nukliidi 2 lagunemine 33Np (7^=36,2 min):

Tööstuslikus mastaabis saadakse neutronkiirgusega 2 32 Th-st 2 zzi:

Neutroni neeldumisel 234 tuum tavaliselt lõhustub, kuid aeg-ajalt püüab neutroni kinni, muutudes 234U-ks. Kuigi 2 zzy, olles neelanud neutroni, tavaliselt lõhustub, päästab see mõnikord siiski neutroni, muutudes 2 34U-ks. Tööaeg 2 zz viiakse läbi nii kiir- kui ka termoreaktorites.

Relva seisukohalt on 2 zzi võrreldav 2 39 Puga: selle radioaktiivsus on 1/7 2 39 Pu aktiivsusest. (Ti/ 2 \u003d 159200 l versus 24100 l Pu puhul), 2 szi kriitiline mass on 6o% kõrgem kui IgPu oma (16 kg versus 10 kg) ja spontaanse lõhustumise kiirus on 20 korda suurem (bu - ' versus 310 10). 239Pu neutronivoog on 3 korda suurem kui 239Pu neutronivoog. Tuumalaengu loomine 2 sz baasil nõuab rohkem pingutust kui ^Pu peal. Peamiseks takistuseks on 232U lisandi olemasolu 2zzi-s, mille lagunemisprojektide γ-kiirgus raskendab 2zzi-ga töötamist ja muudab valmisrelvade tuvastamise lihtsaks. Lisaks muudab 2 3 2 U lühike poolestusaeg sellest aktiivse a-osakeste allika. 2 zzi 1% 232-ga ja sellel on 3 korda tugevam a-aktiivsus kui relvaklassi plutooniumil ja vastavalt suurem radiotoksilisus. See a-tegevus põhjustab neutronite sündi relvalaengu valguselementides. Selle probleemi minimeerimiseks peaks selliste elementide nagu Be, B, F, Li olemasolu olema minimaalne. Neutronifooni olemasolu ei mõjuta implosioonisüsteemide tööd, kuid relvade skeemide jaoks on vaja kõrget puhtuse taset kergete elementide jaoks. zgi ei ole kahjulik, ja isegi soovitav, kuna vähendab uraani kasutamise võimalust relvastuses .Pärast kasutatud tuumkütuse töötlemist ja kütuse taaskasutamist ulatub 232U sisaldus 0,1 + 0,2%.

2 zzy lagunemine toimub järgmistes suundades:

A-lagunemine 22 9th (tõenäosus 100%, lagunemisenergia 4,909 MeV):

emiteeritud n-osakeste energia on 4,729 MeV (1,61% juhtudest), 4,784 MeV (13,2% juhtudest) ja 4,824 MeV (84,4% juhtudest).

• - spontaanne lõhustumine (tõenäosus
• - klastri lagunemine nukliidi 28 Mg moodustumisega (lagunemise tõenäosus on väiksem kui 1,3*10 -13%):

Klastrite lagunemine nukliidi 24 Ne tekkega (lagunemise tõenäosus 7,3-10-“%):

2 zz lagunemisahel kuulub Neptunium seeriasse.

Spetsiifiline radioaktiivsus on 2 zzi 3,57-8 Bq/g, mis vastab -15% plutooniumi a-aktiivsusele (ja radiotoksilisusele). Ainult 1% 2 3 2 U suurendab radioaktiivsust 212 mCi/g-ni.

Uraan-234(Uraan II, UII) on loodusliku uraani osa (0,0055%), 2,445105 aastat, a-emitter (a-osakeste energia 4,777 (72%) ja

4,723 (28%) MeV), lähteradionukliidid: 2 s 8 Pu(a), 234 Pa(P), 234 Np(p+),

tütarisotoop 2 s"t.

Tavaliselt on 234 U tasakaalus 2 3 8 u-ga, lagunedes ja moodustades sama kiirusega. Ligikaudu poole loodusliku uraani radioaktiivsusest moodustab 234U. Tavaliselt saadakse 234U puhta 238 Pu vanade preparaatide ioonvahetuskromatograafia abil. A-lagunemise korral sobib *34U 234U-ks, seega on vanad 238Pu preparaadid head 234U allikad. 100 g 2s8Pu sisaldab aasta pärast 776 mg 234U, 3 aasta pärast

2,2 g 2 34U. 2 34U kontsentratsioon kõrgelt rikastatud uraanis on kergete isotoopide eelistatud rikastamise tõttu üsna kõrge. Kuna 234u on tugev y-emitter, kehtivad selle kontsentratsioonile kütuseks töötlemiseks mõeldud uraanis piirangud. Kõrgendatud tase 234i on reaktorite jaoks vastuvõetav, kuid ümbertöödeldud SNF sisaldab selle isotoobi juba vastuvõetamatus koguses.

234u lagunemine toimub järgmiselt:

A-lagunemine temperatuuril 23°T (tõenäosus 100%, lagunemisenergia 4,857 MeV):

emiteeritud a-osakeste energia on 4,722 MeV (28,4% juhtudest) ja 4,775 MeV (71,4% juhtudest).

• - spontaanne lõhustumine (tõenäosus 1,73-10-9%).
• - klastri lagunemine nukliidi 28 Mg moodustumisega (lagunemise tõenäosus on 1,4-10 "n%, teistel allikatel 3,9-10-"%):

• - klastri lagunemine nukliidide 2 4Ne ja 26 Ne moodustumisega (lagunemise tõenäosus on 9-10 ", 2%, muudel andmetel 2,3-10 - 11%):

Ainus isomeer 2 34ti on teada (Tx/2 = 33,5 μs).

2 34U termilise neutroni neeldumisristlõige on 10 barni ja resonantsintegraali puhul, mis on keskmistatud erinevate vahepealsete neutronite kohta, 700 barni. Seetõttu muundatakse see termilistes neutronreaktorites lõhustuvaks 235U-ks kiiremini kui palju suurem kogus 238U (ristlõikega 2,7 barni) muundatakse 239Pu-ks. Selle tulemusena sisaldab SNF vähem 234U kui värske kütus.

Uraan-235 kuulub 4P + 3 perekonda, on võimeline tekitama lõhustumisahelreaktsiooni. See on esimene isotoop, millel avastati tuumade sundlõhustumise reaktsioon neutronite toimel. Neutroni neelates läheb 235U 2 zbi-ks, mis jaguneb kaheks osaks, vabastades energiat ja kiirgades mitu neutronit. Mis tahes energiaga neutronite poolt lõhustuv, spontaanselt lõhustuv isotoop 2 35U on osa looduslikust utaanist (0,72%), a-emitterist (energiad 4,397 (57%) ja 4,367 (18%) MeV), Ti/j=7,038-th 8 aastat, vanemnukliidid 2 35Pa, 2 35Np ja 2 39Pu, tütar - 23"Th. Spontaanse lõhustumise intensiivsus 2 3su 0,16 jagu/s kg. Ühe 2 35U tuuma lõhustumisel vabaneb 200 MeV energiat = 3,2 Yu p J, s.o. 18 TJ/mol=77 TJ/kg. Lõhustumise ristlõige termiliste neutronitega on 545 barni ja kiirete neutronitega - 1,22 barni, neutronite saagis: lõhustumise kohta - 2,5, neeldunud neutroni kohta - 2,08.

kommenteerida. Aeglaste neutronite püüdmise ristlõige isotoobi 2 moodustamiseks si (10 barni), nii et aeglaste neutronite koguneeldumise ristlõige on 645 barni.

• - spontaanne lõhustumine (tõenäosus 7*10~9%);
• - klastrite lagunemine nukliidide 2 °Ne, 2 5Ne ja 28 Mg moodustumisega (tõenäosused on vastavalt 8-io - 10%, 8-kg 10%, 8 * 10 ",0%):

Riis. üks.

Ainus teadaolev isomeer on 2 35n»u (7/2 = 26 min).

Eriaktiivsus 2 35C 7,77-u 4 Bq/g. Relvakvaliteediga uraani (93,5% 2 35U) kriitiline mass helkuriga kuuli jaoks on 15-7-23 kg.

Fission 2 » 5U kasutatakse aatomirelvades, energia tootmiseks ja oluliste aktiniidide sünteesiks. Ahelreaktsioon säilib tänu 2 35C lõhustumisel tekkivate neutronite liigsele kogusele.

Uraan-236 esineb Maal looduses mikrokogustes (Kuul on seda rohkem), a-emitter (?

Riis. 2. Radioaktiivne perekond 4/7+2 (sh -3 8 ja).

Aatomireaktoris neelab 233 termilise neutroni, misjärel see lõhustub 82% tõenäosusega ja kiirgab y-kvanti 18% tõenäosusega ning muutub 236-ks ja . Väikestes kogustes on see osa värskest kütusest; akumuleerub uraani kiiritamisel reaktoris neutronitega ja seetõttu kasutatakse seda SNF-i "signaalseadmena". 2 h b ja tekib kõrvalsaadusena kasutatud tuumkütuse regenereerimise käigus gaasilise difusiooni teel isotoopide eraldamisel. Jõureaktoris tekkiv 236 U on neutronmürk, selle esinemine tuumakütuses on kompenseeritud kõrge tase rikastus 2 35U.

2b ja seda kasutatakse ookeanivete segamismärgistina.

uraan-237,T&= 6,75 päeva, beeta- ja gamma-kiirgur, võib saada tuumareaktsioonide abil:

Tuvastamine 287 ja viiakse läbi vastavalt joonele eu= o.v MeV (36%), 0,114 MeV (0,06%), 0,165 MeV (2,0%), 0,208 MeV (23%)

237U kasutatakse keemiauuringutes radioaktiivsete märgistusainete meetodis. Aatomirelvakatsetuse sademete kontsentratsiooni (2 4°Am) mõõtmine annab väärtuslikku teavet laengu tüübi ja kasutatava varustuse kohta.

uraan-238- kuulub 4P + 2 perekonda, lõhustub suure energiaga neutronitega (üle 1,1 MeV), on spontaanse lõhustumise võimeline, moodustab loodusliku uraani aluse (99,27%), a-emitter, 7'; /2=4>468-109 aastat, laguneb vahetult 2 34Th, moodustab hulga geneetiliselt seotud radionukliide ja 18 produkti pärast muutub 206 Pb. Puhta 2 3 8 U eriradioaktiivsus on 1,22-104 Bq. Poolväärtusaeg on väga pikk - umbes 10 16 aastat, nii et lõhustumise tõenäosus põhiprotsessi - a-osakese emissiooni - suhtes on vaid 10 "7. Üks kilogramm uraani annab ainult 10 spontaanset lõhustumist. teiseks ja sama aja jooksul kiirgab a-osake 20 miljonit tuuma Põhinukliidid: 2 4 2 Pu(a), *spa(p-) 234Th, tütar T,/ 2 = 2 :i 4 th.

Uraan-238 moodustub järgmiste lagunemiste tulemusena:

2 (V0 4) 2] 8Н 2 0. Sekundaarsetest mineraalidest on levinud hüdraatunud kaltsiumuranüülfosfaat Ca (U0 2) 2 (P0 4) 2 -8H 2 0. Sageli kaasneb uraaniga mineraalides ka teisi kasulikke elemente - titaani. , tantaal, haruldased muldmetallid. Seetõttu on loomulik, et püüeldakse uraani sisaldavate maakide kompleksse töötlemise poole.

Uraani füüsikalised põhiomadused: aatommass 238,0289 a.m.u. (g/mol); aatomiraadius 138 pm (1 pm = 12 m); ionisatsioonienergia (esimene elektron 7,11 eV; elektrooniline konfiguratsioon -5f36d‘7s 2; oksüdatsiooniastmed 6, 5, 4, 3; G P l \u003d 113 2, 2 °; T t,1 = 3818°; tihedus 19,05; erisoojusvõimsus 0,115 JDKmol); tõmbetugevus 450 MPa, sulamissoojus 12,6 kJ/mol, aurustumissoojus 417 kJ/mol, erisoojusmaht 0,115 J/(mol-K); molaarmaht 12,5 cm3/mol; iseloomulik Debye temperatuur © D = 200K, ülijuhtivasse olekusse ülemineku temperatuur on 0,68K.

Uraan on raske, hõbevalge läikiv metall. See on terasest veidi pehmem, tempermalmist, painduv, kergete paramagnetiliste omadustega ja pulbrilisel kujul pürofooriline. Uraanil on kolm allotroopset vormi: alfa (rombiline, a-U, võre parameetrid 0=285, b= 587, c=49b pm, stabiilne kuni 667,7°), beeta (tetragonaalne, pU, stabiilne 667,7 kuni 774,8°), gamma (kuubikujulise kehakeskse võrega, yU, olemas 774,8° kuni sulamistemperatuurini, frm= ii34 0), mille juures uraan on kõige tempermalmist ja töötlemiseks mugavam.

Toatemperatuuril on rombikujuline a-faas stabiilne, prismaatiline struktuur koosneb tasapinnaga paralleelsetest lainelistest aatomikihtidest abc,äärmiselt asümmeetrilises prismaatilises võres. Kihtide sees on aatomid tihedalt seotud, samas kui külgnevate kihtide aatomite vaheliste sidemete tugevus on palju nõrgem (joonis 4). See anisotroopne struktuur raskendab uraani sulatamist teiste metallidega. Ainult molübdeen ja nioobium loovad uraaniga tahkissulameid. Kuid metalliline uraan võib suhelda paljude sulamitega, moodustades metallidevahelisi ühendeid.

Intervallis 668 ^ 775 ° on (3-uraan. Tetragonaalset tüüpi võrel on kihiline struktuur tasapinnaga paralleelsete kihtidega ab positsioonides 1/4С, 1/2 alates ja 3/4C ühikelement. Temperatuuridel üle 775° moodustub y-uraan kehakeskse kuupvõrega. Molübdeeni lisamine võimaldab hoida y-faasi toatemperatuuril. Molübdeen moodustab y-uraaniga laias valikus tahkeid lahuseid ja stabiliseerib y-faasi toatemperatuuril. Y-Uraan on palju pehmem ja tempermalmist kui rabe a- ja (3-faasiline.

Neutronkiirgusel on oluline mõju uraani füüsikalistele ja mehaanilistele omadustele, põhjustades proovi suuruse suurenemist, kuju muutumist, aga ka uraaniplokkide mehaaniliste omaduste (libisemine, rabestumine) järsu halvenemise ajal. tuumareaktori töö. Mahu suurenemine on tingitud uraani akumuleerumisest väiksema tihedusega elementide lisandite lõhustumisel (tõlge 1% uraan killustamiselementideks suurendab mahtu 3,4%.

Riis. 4. Mõned uraani kristallstruktuurid: a - a-uraan, b - p-uraan.

Kõige tavalisemad meetodid metallilises olekus uraani saamiseks on nende fluoriidide redutseerimine leelis- või leelismuldmetallidega või nende soolasulamite elektrolüüs. Uraani võib saada ka metallotermilise redutseerimise teel karbiididest volframi või tantaaliga.

Võime kergesti loovutada elektrone määrab uraani redutseerivad omadused ja selle kõrge keemilise aktiivsuse. Uraan võib suhelda peaaegu kõigi elementidega, välja arvatud väärisgaasid, omandades samal ajal oksüdatsiooniastmed +2, +3, +4, +5, +6. Lahuses on põhivalents 6+.

Õhus kiiresti oksüdeeruv metalliline uraan on kaetud sillerdava oksiidikilega. Peen uraanipulber süttib õhus spontaanselt (temperatuuril 1504-175°), moodustades ja;) Ov. 1000° juures ühineb uraan lämmastikuga, moodustades kollase uraannitriidi. Vesi on võimeline reageerima metalliga aeglaselt madalal temperatuuril ja kiiresti kõrgel temperatuuril. Uraan reageerib ägedalt keeva vee ja auruga, vabastades vesiniku, mis moodustab uraaniga hüdriidi.

See reaktsioon on jõulisem kui uraani põlemine hapnikus. Sellise uraani keemilise aktiivsuse tõttu on vaja kaitsta tuumareaktorites olevat uraani kokkupuute eest veega.

Uraan lahustub vesinikkloriid-, lämmastik- ja teistes hapetes, moodustades U(IV) soolad, kuid ei interakteeru leelistega. Uraan tõrjub välja vesiniku anorgaanilistest hapetest ja metallide, näiteks elavhõbeda, hõbeda, vase, tina, plaatina ja kulla soolalahustest. Tugeva raputamise korral hakkavad uraani metallosakesed hõõguma.

Uraani aatomi elektronkestade struktuuri tunnused (^/-elektronite olemasolu) ja mõned selle füüsikalis-keemilised omadused on aluseks uraani aktiniidiks klassifitseerimisel. Siiski on uraani ja Cr, Mo ja W vahel keemiline analoogia. Uraan on väga reaktsioonivõimeline ja reageerib kõigi elementidega, välja arvatud väärisgaasid. Tahkes faasis on U(VI) näiteks uranüültrioksiid U03 ja uranüülkloriid U02C12. Uraantetrakloriid UC1 4 ja uraandioksiid U0 2

U(IV) näited. U(IV) sisaldavad ained on tavaliselt ebastabiilsed ja muutuvad kuuevalentseks pikaajalisel kokkupuutel õhuga.

Uraani-hapniku süsteemi on paigaldatud kuus oksiidi: UO, U0 2 , U 4 0 9 ja 3 Ov, U0 3 . Neid iseloomustab lai homogeensus. U02 on aluseline oksiid, samas kui U03 on amfoteerne. U0 3 – interakteerub veega, moodustades mitmeid hüdraate, millest olulisemad on diuroonhape H 2 U 2 0 7 ja uraanhape H 2 1U 4. Leelistega moodustab U0 3 nende hapete sooli - uranaate. Kui U0 3 lahustatakse hapetes, tekivad kahekordse laenguga uranüülkatiooni U0 2 a+ soolad.

Uraandioksiid, U0 2, on stöhhiomeetrilise koostisega pruun. Kui hapnikusisaldus oksiidis suureneb, muutub värvus tumepruunist mustaks. CaF 2 tüüpi kristallstruktuur, aga = 0,547 nm; tihedus 10,96 g / cm "* (suurim tihedus uraanoksiidide hulgas). T , pl \u003d 2875 0, T kn „ \u003d 3450 °, D # ° 298 \u003d -1084,5 kJ / mol. Uraandioksiid on aukjuhtivusega pooljuht, tugev paramagnet. MAC = 0,015 mg/m3. Ärgem lahustugem vees. Temperatuuril -200° lisab hapnikku, saavutades koostise U0 2>25.

Uraan(IV)oksiidi võib saada järgmiste reaktsioonide kaudu:

Uraandioksiidil on ainult aluselised omadused, see vastab aluselisele hüdroksiidile U (OH) 4, mis muutub seejärel hüdraaditud hüdroksiidiks U0 2 H 2 0. Uraandioksiid lahustub õhuhapniku puudumisel aeglaselt tugevates mitteoksüdeerivates hapetes, moodustades W. + ioonid:

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

See lahustub kontsentreeritud hapetes ja fluorioonide lisamisega saab lahustumiskiirust oluliselt suurendada.

Lämmastikhappes lahustatuna moodustub uranüülioon 1U 2 2+:

Triuran octoxide U 3 0s (uraanoksiid) - pulber, mille värvus varieerub mustast tumeroheliseks; tugeval purustamisel - oliivroheline värv. Suured mustad kristallid jätavad portselanile rohelised jooned. U30 on teada kolm kristallilist modifikatsiooni h: a-U 3 C>8 - rombiline kristallstruktuur (sp. gr. C222; 0 = 0,671 nm; 6 = 1,197 nm; c = 0,83 nm; d =0,839 nm); p-U 3 0e - rombiline kristallstruktuur (ruumirühm Stst; 0 = 0,705 nm; 6 = 1,172 nm; 0 = 0,829 nm. Lagunemise algus on 100° (läheb 110 2-ni), MPC = 0,075 mg / m3.

U 3 C>8 võib saada reaktsiooniga:

U0 2, U0 2 (N0 3) 2, U0 2 C 2 0 4 3H 2 0, U0 4 -2H 2 0 või (NH 4) 2 U 2 0 7 kaltsineerimisel 750 0 õhus või hapniku atmosfääris ( p = 150 + 750 mm Hg) saavad stöhhiomeetriliselt puhast U 3 08.

Kui U 3 0s kaltsineeritakse temperatuuril T > 100°, väheneb see 110 2-ni, kuid õhu käes jahutamisel naaseb U 3 0s. U 3 0e lahustub ainult kontsentreeritud tugevates hapetes. Vesinikkloriid- ja väävelhappes tekib U(IV) ja U(VI) segu ning lämmastikhappes uranüülnitraat. Lahjendatud väävel- ja vesinikkloriidhape reageerivad väga nõrgalt U 3 Os-ga ka kuumutamisel, oksüdeerivate ainete (lämmastikhape, püroluliit) lisamine suurendab järsult lahustumiskiirust. Kontsentreeritud H 2 S0 4 lahustab U 3 Os, moodustades U(S0 4) 2 ja U0 2 S0 4. Lämmastikhape lahustab U 3 Oe koos uranüülnitraadi moodustumisega.

Uraantrioksiid, U0 3 - erekollase värvusega kristalne või amorfne aine. Reageerib veega. MPC \u003d 0,075 mg / m 3.

See saadakse ammooniumpolüuranaatide, uraanperoksiidi, uranüüloksalaadi 300-500 ° juures ja heksahüdraadi uranüülnitraadi kaltsineerimisel. Sel juhul moodustub tihedusega amorfse struktuuriga oranž pulber

6,8 g/cm. Kristallivormi IO3 võib saada U 3 0 8 oksüdeerimisel hapnikuvoos temperatuuril 450–750 °. U0 3 on kuus kristallilist modifikatsiooni (a, (3, y> §> ?, n) - U0 3 on hügroskoopne ja muutub niiskes õhus uranüülhüdroksiidiks. edasine kuumutamine 6oo°-ni võimaldab saada U 3 Os.

Vesinik, ammoniaak, süsinik, leelis- ja leelismuldmetallid redutseerivad U0 3 kuni U0 2 . HF ja NH 3 gaaside segu läbilaskmisel tekib UF 4. Suurima valentsusega uraanil on amfoteersed omadused. U0 3 hapete või selle hüdraatide toimel tekivad uranüülsoolad (U0 2 2+), mis on kollakasrohelised:

Enamik uranüülsoolasid lahustuvad vees hästi.

Leelistega moodustab U03 sulatamisel uraanhappe soolad - uraanid MDKH,:

Aluseliste lahustega moodustab uraantrioksiid polüuraanhapete soolad - polüuraanaadid dgM 2 0y110 3 pH^O.

Uraanhappe soolad on vees praktiliselt lahustumatud.

U(VI) happelised omadused on vähem väljendunud kui aluselised.

Uraan reageerib toatemperatuuril fluoriga. Kõrgemate halogeniidide stabiilsus väheneb fluoriididelt jodiidideks. Fluoriidid UF 3 , U4F17, U2F9 ja UF 4 on mittelenduvad ning UFe on lenduvad. Fluoriididest on olulisemad UF 4 ja UFe.

Ftpppippyanir okgilya t "yanya ppptrkart praktikas:

Reaktsioon keevkihis viiakse läbi vastavalt võrrandile:

Võimalik on kasutada fluorivaid aineid: BrF 3, CC1 3 F (freoon-11) või CC1 2 F 2 (freoon-12):

Uraan (1U) fluoriid UF 4 ("roheline sool") - pulber sinakasrohelisest kuni smaragdvärvini. G 11L \u003d SW6 °; G kuni ",. \u003d -1730 °. DYa ° 29 8 = 1856 kJ / mol. Kristallstruktuur on monokliiniline (sp. gp C2/c; 0=1,273 nm; 5=1,075 nm; 0=0,843 nm; d= 6,7 nm; p \u003d 12b ° 20 "; tihedus 6,72 g / cm3. UF 4 on stabiilne, inaktiivne, mittelenduv ühend, vees halvasti lahustuv. Parim UF 4 lahusti on suitsev perkloorhape HC10 4. See lahustub oksüdeerivates hapetes moodustada uranüülsool lahustub kiiresti kuumas Al(N0 3) 3 või A1C1 3 lahuses, samuti H 2 S0 4 , HC10 4 või HC1 või boorhappega hapestatud boorhappe lahuses, samuti aitab kaasa UF 4 lahustumine. Moodustab hulga raskesti lahustuvaid kaksiksooli teiste metallide fluoriididega (MeUFe, Me 2 UF6, Me 3 UF 7 jne). NH 4 UF 5 on tööstusliku tähtsusega.

U(IV)fluoriid on preparaadi vaheprodukt

nii UF6 kui ka uraani metall.

UF4 võib saada järgmiste reaktsioonide kaudu:

või uranüülfluoriidi elektrolüütilise redutseerimise teel.

Uraanheksafluoriid UFe - toatemperatuuril kõrge murdumisnäitajaga elevandiluust kristallid. Tihedus

5,09 g/cm3, vedela UFe tihedus on 3,63 g/cm3. Lendav ühendus. Tvoag = 5^>5°> Gil=64,5° (rõhu all). Küllastunud aururõhk jõuab atmosfääri 560° juures. AR° 29 8 moodustumise entalpia = -2116 kJ/mol. Kristallstruktuur on rombjas (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. Tahkest olekust saab UF6 tahkest faasist (sublimeeruda) gaasiks, möödudes vedelast faasist laias rõhuvahemikus. Sublimatsioonisoojus 50 0 50 kJ/mg. Molekulil ei ole dipoolmomenti, seega UF6 ei assotsieeru. Aurud UFr, - ideaalne gaas.

See saadakse fluori toimel selle ühendite U-le:

Lisaks gaasifaasi reaktsioonidele on olemas ka vedelfaasi reaktsioonid.

UF6 saamine näiteks halofluoriidide abil

On olemas viis UF6 saamiseks ilma fluori kasutamata – UF 4 oksüdeerimise teel:

UFe ei reageeri kuiva õhu, hapniku, lämmastiku ja CO 2 -ga, kuid kokkupuutel veega, isegi selle jälgedega, läbib see hüdrolüüsi:

See interakteerub enamiku metallidega, moodustades nende fluoriide, mis raskendab selle säilitamise meetodeid. UF6-ga töötamiseks sobivad anumamaterjalid on: Ni, Monel ja Pt kuumutamisel, teflon, absoluutselt kuiv kvarts ja klaas, külm vask ja alumiinium. Temperatuuril 25 yuo 0 moodustab see kompleksühendeid leelismetallide fluoriididega ja hõbedaga 3NaFUFr>, 3KF2UF6.

See lahustub hästi erinevates orgaanilistes vedelikes, anorgaanilistes hapetes ja kõigis halogeenfluoriidides. Kuivatamiseks inertne 0 2, N 2, CO 2, C1 2, Br 2. UFr-i iseloomustavad redutseerimisreaktsioonid enamiku puhaste metallidega. UF6 reageerib intensiivselt süsivesinike ja muude orgaaniliste ainetega, mistõttu UFe suletud mahutid võivad plahvatada. UF6 vahemikus 25–100° moodustab leeliste ja teiste metallide fluoriididega komplekssooli. Seda omadust kasutatakse UF selektiivse ekstraheerimise tehnoloogias

Uraanhüdriidid UH 2 ja UH 3 asuvad vahepealses asendis soolataoliste hüdriidide ja hüdriidide, nagu vesiniku tahked lahused metallis, vahel.

Uraani reageerimisel lämmastikuga tekivad nitriidid. U-N süsteemis on teada neli faasi: UN (uraannitriid), a-U 2 N 3 (seskvinitriid), p-U 2 N 3 ja ÜRO If90. UN 2 (dinitriid) koostist ei ole võimalik saavutada. Usaldusväärsed ja hästi kontrollitavad on uraanmononitriidi UN sünteesid, mida on kõige parem teha otse elementidest. Uraaninitriidid on pulbrilised ained, mille värvus varieerub tumehallist hallini; näevad välja nagu metall. UN-l on kuubikujuline näokeskne kristallstruktuur, näiteks NaCl (0=4,8892 A); (/ = 14,324, 7 ^ = 2855 °, stabiilne vaakumis kuni 1700 0. See saadakse U- või U-hüdriidi reageerimisel N2-ga või NH 3 , kõrgemate nitriidide U lagunemine 1300 ° juures või nende redutseerimine metallilise uraaniga. U 2 N 3 on tuntud kahes polümorfses modifikatsioonis: kuup-a ja kuusnurkne p (0=0,3688 nm, 6=0,5839 nm), vabastab N2 vaakumis üle 8oo°. See saadakse UN 2 redutseerimisel vesinikuga. Dinitriid UN 2 sünteesitakse U reaktsioonil N 2 -ga kõrgel rõhul N 2 . Uraaninitriidid lahustuvad hästi hapetes ja leeliste lahustes, kuid lagunevad sula leelistega.

Uraannitriid saadakse uraanoksiidi kaheastmelise karbotermilise redutseerimise teel:

Kuumutamine argoonis temperatuuril 7M450 0 10 * 20 tundi

Dinitriidile UN 2 lähedase koostisega uraannitriidi on võimalik saada ammoniaagi toimel UF 4 kõrgel temperatuuril ja rõhul.

Uraanidinitriid laguneb kuumutamisel:

Uraannitriidil, mis on rikastatud 2 35 U-ga, on suurem lõhustumistihedus, soojusjuhtivus ja sulamistemperatuur kui uraanoksiididel, mis on tänapäevaste elektrireaktorite traditsiooniline kütus. Sellel on ka hea mehaaniline ja stabiilsus, mis ületab traditsioonilist kütust. Seetõttu peetakse seda ühendit paljulubavaks aluseks tuumkütusel töötavate kiirneutronreaktorite (IV põlvkonna tuumareaktorite) jaoks.

kommenteerida. ÜRO on väga kasulik 5N-ga rikastada, sest ,4 N kipub püüdma neutroneid, tekitades (n, p) reaktsiooniga radioaktiivse isotoobi 14 C.

Uraankarbiid UC 2 (a-faas) on helehall kristalne aine, millel on metalliline läige. U-C süsteemis (uraankarbiidid) on UC 2 (a-faas), UC 2 (b 2-faas), U 2 C 3 (e-faas), UC (b 2-faas) - uraankarbiidid. Uraani dikarbiidi UC 2 võib saada järgmiste reaktsioonide abil:

U + 2C ^ UC 2 (54v)

Uraanikarbiide kasutatakse tuumareaktorite kütusena, need on paljulubavad kosmoserakettide mootorite kütusena.

Uranüülnitraat, uranüülnitraat, U0 2 (N0 3) 2 -6H 2 0. Metalli rolli selles soolas mängib uranüülkatioon 2+. Kollased, vees kergesti lahustuvad roheka läikega kristallid. Vesilahus on happeline. Lahustub etanoolis, atsetoonis ja eetris, ei lahustu benseenis, tolueenis ja kloroformis. Kuumutamisel kristallid sulavad ja eraldavad HN0 3 ja H 2 0. Kristalne hüdraat erodeerub õhu käes kergesti. Iseloomulik reaktsioon on see, et NH3 toimel moodustub kollane ammooniumuraadi sade.

Uraan on võimeline moodustama metalli orgaanilisi ühendeid. Näited on tsüklopentadienüülderivaadid koostisega U(C5H5)4 ja nende halogeenitud u(C5H5)3G või u(C5H5)2G2.

Vesilahustes on uraan kõige stabiilsem oksüdatsiooniastmes U(VI) uranüüliooni U0 2 2+ kujul. Vähemal määral iseloomustab seda U(IV) olek, kuid see võib eksisteerida isegi U(III) kujul. U(V) oksüdatsiooniaste võib esineda IO 2 + ioonina, kuid seda olekut täheldatakse harva disproportsioonide ja hüdrolüüsi kalduvuse tõttu.

Neutraalsetes ja happelistes lahustes esineb U(VI) U0 2 2+ - kollase uranüülioonina. Hästi lahustuvate uranüülsoolade hulka kuuluvad nitraat U0 2 (N0 3) 2, sulfaat U0 2 S0 4, kloriid U0 2 C1 2, fluoriid U0 2 F 2, atsetaat U0 2 (CH 3 C00) 2. Need soolad eraldatakse lahustest erineva arvu veemolekulidega kristalsete hüdraatide kujul. Uranüüli vähelahustuvad soolad on: oksalaat U0 2 C 2 0 4, fosfaadid U0 2 HP0. ja UO2P2O4, ammooniumuranüülfosfaat UO2NH4PO4, naatriumuranüülvanadaat NaU0 2 V0 4, ferrotsüaniid2 (U0 2 V0 4). Uranüüliooni iseloomustab kalduvus moodustada kompleksühendeid. Seega on teada kompleksid tüüpi -, 4- fluorioonidega; nitraadikompleksid" ja 2 *; sulfaatkompleksid 2 "ja 4-; karbonaatkompleksid 4" ja 2 " jne. Leeliste toimel uranüülsoolade lahustele eralduvad Me 2 U 2 0 7 tüüpi diuranaatide raskesti lahustuvad sademed (Me 2 U0 4 monouranaate lahustest ei eraldata, need saadakse uraanoksiidide liitmisel leelistega) Tuntud on Me 2 U n 0 3 n+i polüuranaate (näiteks Na 2 U60i 9).

U(VI) redutseeritakse happelistes lahustes U(IV)-ks raua, tsingi, alumiiniumi, naatriumvesiniksulfiti ja naatriumamalgaami toimel. Lahused on värvitud roheliseks. Leelised sadestavad hüdroksiidi ja nendest 0 2 (0H) 2, vesinikfluoriidhape - fluoriid UF 4 -2,5H 2 0, oksaalhape - oksalaat U (C 2 0 4) 2 -6H 2 0. Kalduvus komplekside tekkeks U-s 4+ iooni vähem kui uranüülioonidel.

Uraan (IV) lahuses on U 4+ ioonide kujul, mis on tugevalt hüdrolüüsitud ja hüdreeritud:

Happelistes lahustes on hüdrolüüs alla surutud.

Uraan (VI) lahuses moodustab uranüüloksokatsiooni - U0 2 2+ Teada on palju uranüülühendeid, mille näited on: 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 jne.

Uranüüliooni hüdrolüüsi käigus moodustub hulk mitmetuumalisi komplekse:

Edasisel hüdrolüüsil ilmub U 3 0s (0H) 2 ja seejärel U 3 0 8 (0H) 4 2 -.

Uraani kvalitatiivseks tuvastamiseks kasutatakse keemilise, luminestsents-, radiomeetrilise ja spektraalanalüüsi meetodeid. Keemilised meetodid põhinevad peamiselt värviliste ühendite moodustamisel (näiteks ühendi punakaspruun värvus ferrotsüaniidiga, kollane vesinikperoksiidiga, sinine arsenasoreagendiga). Luminestsentsmeetod põhineb paljude uraaniühendite võimel anda UV-kiirte toimel kollakasrohelist helki.

Uraani kvantitatiivne määramine toimub erinevate meetoditega. Olulisemad neist on: mahumeetodid, mis seisnevad U(VI) redutseerimises U(IV)-ks, millele järgneb tiitrimine oksüdeerivate ainete lahustega; kaalumeetodid - uranaatide, peroksiidi, U(IV)kupferranaatide, oksükinolaadi, oksalaadi jne sadestamine. millele järgneb nende kaltsineerimine 100° juures kaaluga U 3 0s; polarograafilised meetodid nitraadilahuses võimaldavad määrata 10 x 7 x 10-9 g uraani; arvukad kolorimeetrilised meetodid (näiteks H202-ga aluselises keskkonnas, arsenasoreagendiga EDTA juuresolekul, dibensoüülmetaaniga, tiotsüanaatkompleksi kujul jne); luminestsentsmeetod, mis võimaldab kindlaks teha, millal sulatatakse NaF-iga jah 11 g uraani.

235U kuulub kiirgusohu A rühma, minimaalne oluline aktiivsus MZA=3,7-10 4 Bq, 2 s 8 ja - rühma D, MZA=3,7-10 6 Bq (300 g).

Kust tuli uraan? Tõenäoliselt ilmub see supernoova plahvatuste ajal. Fakt on see, et rauast raskemate elementide nukleosünteesiks peab olema võimas neutronivoog, mis tekib just supernoova plahvatuse ajal. Näib, et hiljem, selle moodustatud uute tähesüsteemide pilvest kondenseerudes, peaks protoplanetaarsesse pilve kogunenud ja väga raske uraan planeetide sügavusse vajuma. Aga ei ole. Uraan on radioaktiivne element ja see eraldab lagunemisel soojust. Arvutus näitab, et kui uraan oleks jaotunud ühtlaselt kogu planeedi paksusele, vähemalt sama kontsentratsiooniga kui pinnal, eraldaks see liiga palju soojust. Pealegi peaks selle vool vähenema uraani tarbimisel. Kuna midagi sellist ei täheldata, usuvad geoloogid, et vähemalt kolmandik uraanist ja võib-olla kogu see on koondunud maakooresse, kus selle sisaldus on 2,5∙10–4%. Miks see juhtus, sellest ei räägita.

Kust uraani kaevandatakse? Uraan Maal polegi nii väike – levimuse poolest on see 38. kohal. Ja kõige rohkem on seda elementi settekivimites - süsinikkildades ja fosforiitides: vastavalt kuni 8∙10 -3 ja 2,5∙10 -2%. Kokku sisaldab maakoor 10 14 tonni uraani, kuid peamine probleem selle poolest, et see on väga hajutatud ega moodusta võimsaid ladestusi. Umbes 15 uraani mineraali on tööstusliku tähtsusega. See on uraani pigi - selle aluseks on neljavalentne uraanioksiid, uraani vilgukivi - mitmesugused silikaadid, fosfaadid ja keerukamad ühendid vanaadiumi või kuuevalentse uraani baasil titaaniga.

Mis on Becquereli kiired? Pärast seda, kui Wolfgang Roentgen avastas röntgenikiirguse, hakkas prantsuse füüsik Antoine-Henri Becquerel huvi tundma uraanisoolade kuma vastu, mis tekib päikesevalguse mõjul. Ta tahtis aru saada, kas siin on ka röntgenikiirgus. Tõepoolest, nad olid kohal – sool valgustas fotoplaati läbi musta paberi. Ühes katses aga soola ei valgustatud ja fotoplaat tumenes siiski. Kui soola ja fotoplaadi vahele asetati metallese, oli selle all tumenemine väiksem. Järelikult ei tekkinud uued kiired uraani valguse ergastamise tõttu üldse ega läbinud metalli osaliselt. Neid kutsuti alguses "Becquereli kiirteks". Seejärel leiti, et tegemist on peamiselt alfakiirtega, millele on lisatud väike beetakiirte sisaldus: tõsiasi on see, et uraani peamised isotoobid eraldavad lagunemise käigus alfaosakesi ja ka tütarproduktid kogevad beeta-lagunemist.

Kui kõrge on uraani radioaktiivsus? Uraanil pole stabiilseid isotoope, need kõik on radioaktiivsed. Pikima elueaga on uraan-238, mille poolestusaeg on 4,4 miljardit aastat. Järgmine on uraan-235 - 0,7 miljardit aastat. Mõlemad läbivad alfalagunemise ja neist saavad vastavad tooriumi isotoobid. Uraan-238 moodustab üle 99% kogu looduslikust uraanist. Pika poolestusaja tõttu on selle elemendi radioaktiivsus madal ja pealegi ei suuda alfaosakesed ületada inimkeha pinnal olevat sarvkihti. Nad ütlevad, et IV Kurchatov pühkis pärast uraaniga töötamist lihtsalt käed taskurätikuga ega kannatanud radioaktiivsusega seotud haiguste all.

Teadlased on korduvalt pöördunud uraanikaevanduste ja -töötlemistehaste töötajate haiguste statistika poole. Näiteks siin on Kanada ja Ameerika ekspertide hiljutine artikkel, mis analüüsis enam kui 17 000 töötaja terviseandmeid Kanadas Saskatchewani provintsis asuvas Eldorado kaevanduses aastatel 1950–1999 ( keskkonnauuringud, 2014, 130, 43–50, DOI:10.1016/j.envres.2014.01.002). Nad lähtusid sellest, et kiiritus mõjutab kõige tugevamalt kiiresti paljunevaid vererakke, mis viib vastavate vähiliikideni. Statistika näitas ka, et kaevandustöötajatel esineb erinevat tüüpi verevähki vähem kui keskmisel kanadalal. Samas ei peeta peamiseks kiirgusallikaks mitte uraani ennast, vaid selle tekitatud gaasilist radooni ja selle lagunemissaadusi, mis võivad kopsude kaudu organismi sattuda.

Miks on uraan kahjulik?? See, nagu ka teised raskmetallid, on väga mürgine ja võib põhjustada neeru- ja maksapuudulikkust. Seevastu uraan on hajutatud elemendina paratamatult vees, pinnases ja toiduahelasse koondudes satub inimkehasse. On mõistlik eeldada, et evolutsiooni käigus on elusolendid õppinud neutraliseerima uraani looduslikus kontsentratsioonis. Kõige ohtlikum uraan on vees, mistõttu WHO seadis piiri: algul oli see 15 µg/l, kuid 2011. aastal tõsteti norm 30 µg/g-ni. Reeglina on vees uraani palju vähem: USA-s keskmiselt 6,7 μg / l, Hiinas ja Prantsusmaal - 2,2 μg / l. Kuid on ka tugevaid kõrvalekaldeid. Nii et mõnes California piirkonnas on see sada korda suurem kui standard - 2,5 mg / l ja Lõuna-Soomes ulatub see 7,8 mg / l. Teadlased püüavad mõista, kas WHO standard on liiga range, uurides uraani mõju loomadele. Siin on tüüpiline töö BioMed Research International, 2014, ID 181989; DOI:10.1155/2014/181989). Prantsuse teadlased toitsid rotte üheksa kuud veega, millele oli lisatud vaesestatud uraani, ja suhteliselt kõrge kontsentratsiooniga - 0,2–120 mg / l. Alumine väärtus on vesi kaevanduse lähedal, ülemist aga kuskil ei leidu - uraani maksimaalne kontsentratsioon, mõõdetuna samas Soomes, on 20 mg/l. Autorite üllatuseks - artikkel kannab pealkirja: "Uraani märgatava mõju ootamatu puudumine füsioloogilistele süsteemidele ..." - uraanil ei olnud rottide tervist praktiliselt mingit mõju. Loomad sõid hästi, võtsid korralikult kaalus juurde, ei kurtnud haiguste üle ega surnud vähki. Uraan, nagu peabki, ladestus peamiselt neerudesse ja luudesse ning sada korda väiksemas koguses - maksa ning selle kogunemine, nagu arvata oli, sõltus vee sisaldusest. Kuid see ei põhjustanud neerupuudulikkust ega isegi põletiku molekulaarsete markerite märgatavat ilmnemist. Autorid soovitasid alustada WHO rangete juhiste läbivaatamist. Siiski on üks hoiatus: mõju ajule. Rottide ajus oli uraani vähem kui maksas, kuid selle sisaldus ei sõltunud kogusest vees. Kuid uraan mõjutas aju antioksüdantide süsteemi tööd: katalaasi aktiivsus suurenes 20%, glutatioonperoksidaasi aktiivsus suurenes 68–90%, superoksiiddismutaasi aktiivsus aga langes 50% sõltumata annusest. See tähendab, et uraan põhjustas ajus selgelt oksüdatiivse stressi ja keha reageeris sellele. Sellist mõju - uraani tugevat mõju ajule selle akumuleerumise puudumisel, muide, nagu ka suguelundites - märgati varem. Veelgi enam, uraani sisaldav vesi kontsentratsiooniga 75–150 mg/l, mida Nebraska ülikooli teadlased rottidele kuus kuud toitsid ( Neurotoksikoloogia ja teratoloogia, 2005, 27, 1, 135–144; DOI:10.1016/j.ntt.2004.09.001) mõjutas põllule lastud loomade, peamiselt isaste käitumist: nad ületasid jooni, tõusid tagajalgadele püsti ja harjasid erinevalt kontrollrühma loomadest karva. On tõendeid selle kohta, et uraan põhjustab loomadel ka mäluhäireid. Käitumise muutus korreleerus lipiidide oksüdatsiooni tasemega ajus. Selgub, et uraaniveest pärit rotid muutusid terveks, aga rumalaks. Need andmed on meile endiselt kasulikud nn Pärsia lahe sündroomi (lahesõja sündroomi) analüüsimisel.

Kas uraan saastab põlevkivigaasi kaevandamiskohti? See sõltub sellest, kui palju uraani on gaasi sisaldavates kivimites ja kuidas see on nendega seotud. Näiteks on Buffalo ülikooli dotsent Tracy Bank uurinud Marcelus Shale'i, mis ulatub New Yorgi osariigi lääneosast Pennsylvania ja Ohio kaudu Lääne-Virginiasse. Selgus, et uraan on keemiliselt seotud täpselt süsivesinike allikaga (meenutagem, et kõige suurema uraanisisaldusega on seotud süsinikkivikildad). Katsed on näidanud, et õmbluse purustamiseks kasutatav lahus lahustab uraani suurepäraselt. "Kui nende vete uraan on pinnal, võib see põhjustada ümbritseva piirkonna reostust. See ei sisalda kiirgusohtu, kuid uraan on mürgine element, ”märkab Tracey Bank ülikooli 25. oktoobril 2010 avaldatud pressiteates. Täpsemaid artikleid uraani või tooriumiga keskkonnareostuse ohust kildagaasi kaevandamisel ei ole veel koostatud.

Miks on uraani vaja? Varem kasutati seda pigmendina keraamika ja värvilise klaasi valmistamisel. Nüüd on uraan tuumaenergia ja tuumarelvade aluseks. Sel juhul kasutatakse selle ainulaadset omadust - tuuma jagunemisvõimet.

Mis on tuuma lõhustumine? Tuuma lagunemine kaheks ebavõrdseks suureks tükiks. Just selle omaduse tõttu tekivad neutronkiirgusest tingitud nukleosünteesi käigus suurte raskustega uraanist raskemad tuumad. Nähtuse olemus on järgmine. Kui neutronite ja prootonite arvu suhe tuumas ei ole optimaalne, muutub see ebastabiilseks. Tavaliselt paiskab selline tuum välja kas alfaosakese – kaks prootonit ja kaks neutronit või beetaosakese – positroni, millega kaasneb ühe neutroni muundumine prootoniks. Esimesel juhul saadakse perioodilisustabeli element, mis on paigutatud kaks lahtrit tagasi, teisel - üks lahter edasi. Uraani tuum on aga lisaks alfa- ja beetaosakeste kiirgamisele võimeline ka lõhustuma – lagunema kahe perioodilisustabeli keskel oleva elemendi, näiteks baariumi ja krüptoni tuumadeks, mida ta teebki, olles saanud uue neutron. See nähtus avastati vahetult pärast radioaktiivsuse avastamist, kui füüsikud paljastasid kõik, mis neil oli, äsja avastatud kiirgusega. Siin kirjutab sellest sündmustes osaleja Otto Frisch (Uspekhi fizicheskikh nauk, 1968, 96, 4). Pärast berülliumkiirte – neutronite – avastamist kiiritas Enrico Fermi neid, eelkõige uraani, et põhjustada beetalagunemist –, lootis ta oma kulul saada järgmise, 93. elemendi, mida nüüd nimetatakse neptuuniumiks. Just tema avastas kiiritatud uraanis uut tüüpi radioaktiivsuse, mida ta seostas transuraanielementide ilmumisega. Sel juhul suurendas indutseeritud radioaktiivsust neutronite aeglustamine, mille puhul berülliumi allikas oli kaetud parafiinikihiga. Ameerika raadiokeemik Aristide von Grosse oletas, et üks neist elementidest oli protaktiinium, kuid ta eksis. Kuid Otto Hahn, kes töötas toona Viini ülikoolis ja pidas 1917. aastal avastatud protaktiinumit oma vaimusünnituseks, otsustas, et ta on kohustatud välja selgitama, milliseid elemente sel juhul saadi. Koos Lise Meitneriga tegi Hahn 1938. aasta alguses katsete tulemuste põhjal ettepaneku, et moodustuvad terved radioaktiivsete elementide ahelad, mis tekivad neutronit ja selle tütarelemente neelanud uraan-238 tuumade mitmekordsest beetalagunemisest. Peagi oli Lise Meitner sunnitud põgenema Rootsi, kartes natside võimalikku kättemaksu pärast Austria anšlussi. Hahn avastas Fritz Strassmanniga katseid jätkates, et toodete hulgas on ka baariumit, elementi number 56, mida uraanist kuidagi saada poleks saanud: kõik uraani alfa lagunemise ahelad lõpevad palju raskema pliiga. Teadlased olid tulemusest nii üllatunud, et nad ei avaldanud seda, nad kirjutasid ainult kirju sõpradele, eriti Lise Meitnerile Göteborgis. Seal käis 1938. aasta jõulude ajal tema vennapoeg Otto Frisch külas ja talvise linna läheduses jalutades – tema on suuskadel, tädi jalgsi – arutasid nad baariumi ilmumise võimalust uraani kiiritamise ajal. tuuma lõhustumise tõttu (Lise Meitneri kohta vt lähemalt "Keemia ja elu", 2013, nr 4). Kopenhaagenisse naastes püüdis Frisch, sõna otseses mõttes USA-sse suunduva auriku käiguteel, kinni Niels Bohri ja teavitas teda jagunemise ideest. Bor ütles laubale patsutades: “Oi, millised lollid me olime! Oleksime pidanud seda varem märkama." 1939. aasta jaanuaris avaldasid Frisch ja Meitner artikli uraani tuumade lõhustumisest neutronite toimel. Selleks ajaks oli Otto Frisch juba loonud kontrollkatse, aga ka paljud Ameerika rühmad, kes said Bohrilt sõnumi. Nad ütlevad, et füüsikud hakkasid oma laboritesse laiali minema just tema ettekande ajal 26. jaanuaril 1939 Washingtonis teoreetilise füüsika aastakonverentsil, kui nad mõistsid idee olemust. Pärast lõhustumise avastamist vaatasid Hahn ja Strassman oma katsed üle ja leidsid, nagu ka nende kolleegid, et kiiritatud uraani radioaktiivsust ei seostata transuraanidega, vaid perioodilisustabeli keskelt pärinevate lõhustumise käigus tekkinud radioaktiivsete elementide lagunemisega.

Kuidas ahelreaktsioon uraanis toimib? Varsti pärast seda, kui uraani ja tooriumi tuumade lõhustumise võimalikkus oli eksperimentaalselt tõestatud (ja muid lõhustuvaid elemente Maal märkimisväärses koguses ei leidu), ilmusid Princetonis töötanud Niels Bohr ja John Wheeler ning ka iseseisvalt Nõukogude teoreetiline füüsik Ya. I. Frenkel ja sakslased Siegfried Flügge ja Gottfried von Droste lõid tuuma lõhustumise teooria. Sellest järgnes kaks mehhanismi. Üks on seotud kiirete neutronite neeldumislävega. Tema sõnul peab neutron lõhustumise algatamiseks olema üsna suure energiaga, peamiste isotoopide - uraan-238 ja toorium-232 - tuumade jaoks üle 1 MeV. Madalama energia korral on neutroni neeldumine uraan-238 poolt resonantse iseloomuga. Seega on 25 eV energiaga neutroni püüdmisristlõige tuhandeid kordi suurem kui teiste energiate puhul. Sel juhul lõhustumist ei toimu: uraan-238-st saab uraan-239, mis poolväärtusajaga 23,54 minutit muutub neptuunium-239-ks, 2,33-päevase poolestusajaga pikaks. elas plutoonium-239. Toorium-232 muutub uraan-233-ks.

Teiseks mehhanismiks on neutroni läveta neeldumine, millele järgneb kolmas enam-vähem levinud lõhustuv isotoop - uraan-235 (nagu ka plutoonium-239 ja uraan-233, mis looduses puuduvad): neelates mis tahes neutronit. , isegi aeglane, nn termiline, mille energia soojusliikumises osalevate molekulide jaoks on 0,025 eV, selline tuum jaguneb. Ja see on väga hea: termiliste neutronite puhul on püüdmise ristlõikepindala neli korda suurem kui kiirete, megaelektronvoltide puhul. See on uraan-235 tähtsus kogu järgneva tuumaenergia ajaloo jaoks: just see tagab neutronite paljunemise looduslikus uraanis. Pärast neutroni tabamust muutub uraan-235 tuum ebastabiilseks ja jaguneb kiiresti kaheks ebavõrdseks osaks. Teel lendab välja mitu (keskmiselt 2,75) uut neutronit. Kui nad tabavad sama uraani tuumasid, panevad nad neutronite eksponentsiaalset paljunema – algab ahelreaktsioon, mis toob kaasa plahvatuse tohutu hulga soojuse kiire eraldumise tõttu. Ei uraan-238 ega toorium-232 ei saa niimoodi töötada: lõhustumise käigus eralduvad ju neutronid keskmise energiaga 1-3 MeV ehk kui energialävi on 1 MeV, siis märkimisväärne osa neutronid ei saa kindlasti reaktsiooni tekitada ja paljunemist ei toimu. See tähendab, et need isotoobid tuleks unustada ja neutronid tuleb aeglustada soojusenergiaks, et nad saaksid võimalikult tõhusalt suhelda uraan-235 tuumadega. Samal ajal ei saa lubada nende resonantsne neeldumist uraan-238 poolt: lõppude lõpuks on looduslikus uraanis see isotoop veidi alla 99,3% ja neutronid põrkuvad sagedamini sellega, mitte aga sihtmärgiga uraan-235. Ja moderaatorina tegutsedes on võimalik hoida neutronite paljunemist konstantsel tasemel ja vältida plahvatust – juhtida ahelreaktsiooni.

Samal saatuslikul aastal 1939 Ya. B. Zeldovitši ja Yu. B. Kharitoni tehtud arvutused näitasid, et selleks on vaja kasutada neutronite moderaatorit raske vee või grafiidi kujul ja rikastada looduslikku uraani uraan-235-ga. vähemalt 1,83 korda. Siis tundus see idee neile puhta fantaasiana: "Tuleb märkida, et ahela plahvatuse läbiviimiseks vajalike üsna oluliste uraanikoguste rikastamine umbes kahekordne,<...>on äärmiselt tülikas ülesanne, mis on peaaegu praktiliselt võimatu." Nüüd on see probleem lahendatud ja tuumatööstus toodab elektrijaamade jaoks uraan-235-ga rikastatud uraani massiliselt kuni 3,5%.

Mis on tuuma spontaanne lõhustumine? 1940. aastal avastasid G. N. Flerov ja K. A. Petrzhak, et uraani lõhustumine võib toimuda spontaanselt, ilma igasuguse välismõjuta, kuigi poolestusaeg on palju pikem kui tavalise alfalagunemise korral. Kuna selline lõhustumine tekitab ka neutroneid, siis kui neil ei lasta reaktsioonitsoonist eemale lennata, toimivad nad ahelreaktsiooni initsiaatoritena. Just seda nähtust kasutatakse tuumareaktorite loomisel.

Miks on tuumaenergiat vaja? Zel'dovich ja Khariton olid esimeste seas, kes arvutasid välja tuumaenergia majandusliku mõju (Uspekhi fizicheskikh nauk, 1940, 23, 4). “... Hetkel on veel võimatu teha lõplikke järeldusi tuuma lõhustumise reaktsiooni teostamise võimalikkuse või võimatuse kohta lõpmatult hargnevate ahelatega uraanis. Kui selline reaktsioon on teostatav, reguleeritakse reaktsiooni kiirust automaatselt, et tagada selle sujuv kulgemine, hoolimata katsetaja käsutuses olevast tohutust energiahulgast. See asjaolu on reaktsiooni energiakasutamiseks erakordselt soodne. Seetõttu, kuigi see on tapmata karu naha jaotus, esitame mõned numbrid, mis iseloomustavad uraani energiakasutuse võimalusi. Kui lõhustumisprotsess toimub kiiretel neutronitel, haarab reaktsioon seega uraani peamise isotoobi (U238), siis<исходя из соотношения теплотворных способностей и цен на уголь и уран>uraani peamise isotoobi kalori maksumus osutub umbes 4000 korda odavamaks kui kivisöel (muidugi juhul, kui "põletamise" ja soojuse eemaldamise protsessid ei osutu uraani puhul palju kallimaks kui kivisöe puhul). Aeglaste neutronite puhul on "uraani" kalori maksumus (eespool toodud arvude põhjal), võttes arvesse, et isotoobi U235 arvukus on 0,007, juba vaid 30 korda odavam kui "söe" kalor, kõik muud asjad on võrdsed.

Esimese kontrollitud ahelreaktsiooni viis 1942. aastal läbi Enrico Fermi Chicago ülikoolis ning reaktorit juhiti käsitsi, lükates ja tõmmates välja neutronivoo muutudes grafiitvardaid. Esimene elektrijaam ehitati Obninskisse 1954. aastal. Lisaks energia tootmisele töötasid esimesed reaktorid ka relvade kvaliteediga plutooniumi tootmiseks.

Kuidas tuumaelektrijaam töötab? Enamik reaktoreid töötab nüüd aeglastel neutronitel. Rikastatud uraan metalli, sulami, näiteks alumiiniumiga või oksiidi kujul pannakse pikkadesse silindritesse - kütuseelementidesse. Need paigaldatakse teatud viisil reaktorisse ja nende vahele viiakse moderaatori vardad, mis juhivad ahelreaktsiooni. Aja jooksul kogunevad kütuseelemendis reaktori mürgid - uraani lõhustumisproduktid, mis on samuti võimelised neutroneid absorbeerima. Kui uraan-235 kontsentratsioon langeb alla kriitilise taseme, siis element dekomisjoneeritakse. See sisaldab aga palju tugeva radioaktiivsusega lõhustumisfragmente, mis aastatega vähenevad, mistõttu eraldavad elemendid pikka aega märkimisväärsel hulgal soojust. Neid hoitakse jahutusbasseinides ja siis kas maetakse maha või üritatakse neid töödelda – ekstraheerida põlemata uraan-235, kogunenud plutooniumi (sellest valmistati aatomipomme) ja muid kasutatavaid isotoope. Kasutamata osa saadetakse matmispaika.

Niinimetatud kiirneutronreaktorites ehk aretusreaktorites paigaldatakse elementide ümber uraan-238 või toorium-232 reflektorid. Need aeglustavad ja saadavad liiga kiired neutronid reaktsioonitsooni tagasi. Resonantskiiruseni aeglustunud neutronid neelavad need isotoobid, muutudes vastavalt plutoonium-239 või uraan-233, mis võivad olla tuumaelektrijaama kütuseks. Kuna kiired neutronid uraan-235-ga hästi ei reageeri, on vaja selle kontsentratsiooni oluliselt tõsta, kuid see tasub end ära tugevama neutronivooga. Hoolimata asjaolust, et aretusreaktoreid peetakse tuumaenergia tulevikuks, kuna need annavad rohkem tuumakütust kui tarbivad, on katsed näidanud, et neid on raske hallata. Nüüd on maailmas alles vaid üks selline reaktor - Belojarski tuumaelektrijaama neljandas energiaplokis.

Kuidas tuumaenergiat kritiseeritakse? Kui õnnetustest mitte rääkida, siis tuumaenergeetika vastaste tänaste argumentide põhipunktiks oli ettepanek lisada selle efektiivsuse arvutusse keskkonnakaitse kulud pärast jaama dekomisjoneerimist ja kütusega töötamisel. Mõlemal juhul tekib radioaktiivsete jäätmete usaldusväärse kõrvaldamise ülesanne ja need on kulud, mida riik kannab. Arvatakse, et kui need nihutada energiakuludele, siis selle majanduslik atraktiivsus kaob.

Vastuseis on ka tuumaenergia pooldajate seas. Selle esindajad viitavad uraan-235 ainulaadsusele, millel pole asendust, kuna termiliste neutronitega lõhustuvad alternatiivsed isotoobid - plutoonium-239 ja uraan-233 - puuduvad looduses tuhandete aastate pikkuse poolestusaja tõttu. Ja need saadakse just uraan-235 lõhustumise tulemusena. Kui see lõpeb, kaob suurepärane looduslik neutronite allikas tuuma ahelreaktsiooni jaoks. Sellise ekstravagantsuse tagajärjel kaotab inimkond tulevikus võimaluse kaasata energiaringesse toorium-232, mille varud on kordades suuremad kui uraanil.

Teoreetiliselt saab osakeste kiirendajaid kasutada megaelektronvoldi energiaga kiirete neutronite voo saamiseks. Kui aga räägime näiteks planeetidevahelistest lendudest aatomimootoril, siis on mahuka kiirendiga skeemi rakendamine väga keeruline. Uraan-235 ammendumine teeb sellistele projektidele lõpu.

Mis on relvakvaliteediga uraan? See on kõrgelt rikastatud uraan-235. Selle kriitiline mass – see vastab ainetüki suurusele, milles toimub spontaanselt ahelreaktsioon – on laskemoona valmistamiseks piisavalt väike. Sellisest uraanist saab valmistada aatomipommi, aga ka termotuumapommi süütenööri.

Millised katastroofid on seotud uraani kasutamisega? Lõhustuvate elementide tuumadesse salvestatud energia on tohutu. Kui see energia on möödalaskmise või kavatsuse tõttu kontrolli alt pääsenud, võib see palju probleeme teha. Kaks kõige hullemat tuumakatastroofi toimusid 6. ja 8. augustil 1945, kui USA õhujõud viskasid Hiroshimale ja Nagasakile aatomipommid, tappes ja vigastades sadu tuhandeid tsiviilisikuid. Väiksema ulatusega katastroofe seostatakse õnnetustega tuumaelektrijaamades ja tuumatsükli ettevõtetes. Esimene suurem õnnetus juhtus 1949. aastal NSV Liidus Tšeljabinski lähedal asuvas Majaki tehases, kus toodeti plutooniumi; vedelad radioaktiivsed jäätmed sattusid Techa jõkke. Septembris 1957 toimus sellel plahvatus, mille käigus paiskus välja suur hulk radioaktiivset materjali. Üksteist päeva hiljem põles Briti plutooniumireaktor Windscale'is maha ja plahvatusproduktide pilv hajus üle Lääne-Euroopa. 1979. aastal põles Pennsylvanias Trimaili saare tuumaelektrijaama reaktor. Tšernobõli tuumaelektrijaamas (1986) ja Fukushima tuumaelektrijaamas (2011) toimunud õnnetused tõid kaasa kõige levinumad tagajärjed, mil miljonid inimesed puutusid kiirgusega kokku. Esimesed risustasid tohutuid maid, paiskades plahvatuse tagajärjel välja 8 tonni uraanikütust koos lagunemissaadustega, mis levisid üle kogu Euroopa. Teine reostunud ja kolm aastat pärast õnnetust saastab jätkuvalt Vaikse ookeani kalanduspiirkondades. Nende õnnetuste tagajärgede likvideerimine oli väga kulukas ja kui need kulud elektrikuluks lagundada, kasvaks see oluliselt.

Omaette teema on tagajärjed inimeste tervisele. Ametliku statistika kohaselt said kokkupuutest kasu paljud pommitamise üle elanud või saastunud aladel elanud inimesed – esimestel on pikem eluiga, teistel vähem vähki ning eksperdid peavad teatud suremuse tõusu sotsiaalse stressi arvele. Just õnnetuste tagajärgedesse või nende likvideerimise tagajärjel hukkunute arvu hinnatakse sadadele inimestele. Tuumajaamade vastased juhivad tähelepanu, et õnnetused on toonud Euroopa mandril kaasa mitu miljonit enneaegset surma, need on statistika taustal lihtsalt nähtamatud.

Maade eemaldamine inimkasutusest õnnetustsoonides annab huvitava tulemuse: neist saavad omamoodi kaitsealad, kus kasvab elurikkus. Tõsi, mõned loomad kannatavad kiirgusega seotud haiguste all. Küsimus, kui kiiresti nad suurenenud taustaga kohanevad, jääb lahtiseks. Samuti on levinud arvamus, et kroonilise kiiritamise tagajärjeks on “lolli valik” (vt Chemistry and Life, 2010, nr 5): primitiivsemad organismid jäävad ellu ka embrüonaalses staadiumis. Eelkõige inimeste puhul peaks see kaasa tooma vahetult pärast õnnetust saastunud aladel sündinud põlvkonna vaimsete võimete vähenemise.

Mis on vaesestatud uraan? See on uraan-238, mis on üle jäänud uraan-235 kaevandamisest. Relvakvaliteediga uraani ja kütuseelementide tootmisel tekkivate jäätmete mahud on suured - ainuüksi USA-s on sellist uraanheksafluoriidi kogunenud 600 tuhat tonni (sellega seotud probleemide kohta vt "Keemia ja elu", 2008, nr. 5). Uraan-235 sisaldus selles on 0,2%. Neid jäätmeid tuleb kas hoida kuni paremate aegadeni, mil luuakse kiired neutronreaktorid ja uraan-238 on võimalik töödelda plutooniumiks, või kuidagi ära kasutada.

Nad leidsid sellele kasutuse. Uraani, nagu ka teisi siirdeelemente, kasutatakse katalüsaatorina. Näiteks artikli autorid aastal ACS Nano 30. juunil 2014, kirjutavad nad, et grafeeniga uraani- või tooriumikatalüsaatoril hapniku ja vesinikperoksiidi redutseerimiseks "on suur potentsiaal energiarakenduste jaoks". Suure tiheduse tõttu on uraan laevade ballastiks ja lennukite vastukaaluks. See metall sobib ka kiirgusallikaga meditsiiniseadmete kiirguskaitseks.

Milliseid relvi saab valmistada vaesestatud uraanist? Kuulid ja südamikud soomust läbistavate mürskude jaoks. Siin on arvutus. Mida raskem on mürsk, seda suurem on selle kineetiline energia. Kuid mida suurem on mürsk, seda vähem kontsentreeritud on selle löök. See tähendab, et vaja on suure tihedusega raskmetalle. Kuulid on valmistatud pliist (Uurali jahimehed kasutasid omal ajal ka looduslikku plaatinat, kuni said aru, et tegemist on väärismetalliga), kestade südamikud aga volframisulamist. Looduskaitsjad juhivad tähelepanu, et plii saastab pinnast sõja- või jahipaikades ning parem oleks asendada see millegi vähemkahjulikuga, näiteks sama volframiga. Kuid volfram ei ole odav ja uraan, mille tihedus on sarnane, on kahjulik jäätmed. Samal ajal on pinnase ja vee lubatud saastatus uraaniga ligikaudu kaks korda kõrgem kui plii puhul. See juhtub seetõttu, et vaesestatud uraani nõrk radioaktiivsus (ja see on ka 40% väiksem loodusliku uraani omast) jäetakse tähelepanuta ja võetakse arvesse tõeliselt ohtlikku keemilist tegurit: uraan, nagu mäletame, on mürgine. Samal ajal on selle tihedus 1,7 korda suurem kui plii oma, mis tähendab, et uraani kuulide suurust saab poole võrra vähendada; uraan on palju tulekindlam ja kõvem kui plii – põletamisel aurustub see vähem ja sihtmärki tabades tekitab see vähem mikroosakesi. Üldiselt saastab uraani kuul vähem keskkond Uraani sellise kasutamise kohta pole aga kindlalt teada.

Kuid on teada, et vaesestatud uraaniplaate kasutatakse Ameerika tankide soomuse tugevdamiseks (sellele aitavad kaasa selle kõrge tihedus ja sulamistemperatuur) ning soomust läbistavate mürskude südamike jaoks ka volframisulami asemel. Uraani tuum on hea ka seetõttu, et uraan on pürofooriline: selle kuumad väikesed osakesed, mis tekivad soomust tabades, süttivad ja süttivad kõik ümberringi. Mõlemat rakendust peetakse kiirgusohutuks. Seega näitas arvutus, et isegi pärast aasta möödumist ilma uraanilaskemoonaga laetud uraanisoomusega tankist väljumata saaks meeskond vaid veerandi lubatud doosist. Ja aastase lubatud doosi saamiseks tuleb sellist laskemoona 250 tunniks nahapinnale kruvida.

Ameeriklased kasutasid viimastes sõdades uraanisüdamikuga mürske – 30-mm lennukirelvade või suurtükiväe alamkaliibrite jaoks – alates 1991. aasta Iraagi kampaaniast. Sel aastal valasid nad Kuveidis Iraagi soomusüksustele 300 tonni vaesestatud uraani ja nende taganemise ajal langes lennukirelvadele 250 tonni ehk 780 000 padrunit. Bosnias ja Hertsegoviinas kasutati tunnustamata Serblaste Vabariigi armee pommitamisel 2,75 tonni uraani ning Jugoslaavia armee pommitamisel Kosovo ja Metohija provintsis - 8,5 tonni ehk 31 000 padrunit. Kuna WHO oli selleks ajaks hoolitsenud uraani kasutamise tagajärgede eest, viidi läbi seiret. Ta näitas, et üks löök koosnes ligikaudu 300 padrunist, millest 80% sisaldas vaesestatud uraani. 10% tabas sihtmärke ja 82% kukkus neist 100 meetri kaugusele. Ülejäänud hajusid 1,85 km kaugusele. Tanki tabanud kest põles maha ja muutus aerosooliks, kerged sihtmärgid nagu soomustransportöörid tungisid läbi uraani kestaga. Seega võib Iraagis uraanitolmuks muutuda maksimaalselt poolteist tonni kestasid. Ameerika strateegiliste uuringute keskuse RAND Corporation ekspertide sõnul on enam kui 10–35% kasutatud uraanist muutunud aerosooliks. Horvaatia uraanimoona hävitaja Asaf Durakovich, kes on töötanud erinevates organisatsioonides alates Riyadhis asuvast King Faisali haiglast kuni Washingtoni Uraani meditsiiniuuringute keskuseni, usub, et ainuüksi Lõuna-Iraagis moodustus 1991. aastal 3-6 tonni submikronseid uraaniosakesi, mis on laiali laiali, st uraanireostus on võrreldav Tšernobõliga.

Uraan on päikesesüsteemi seitsmes planeet ja kolmas gaasihiiglane. Planeet on suuruselt kolmas ja suuruselt neljas ning sai oma nime Rooma jumala Saturni isa auks.

Täpselt nii Uraan au olla esimene uusaja ajaloos avastatud planeet. Kuid tegelikkuses tema algset avastamist planeedist tegelikult ei juhtunud. Aastal 1781 astronoom William Herschel jälgides tähti Kaksikute tähtkujus, märkas ta mingit kettakujulist objekti, mille ta algul salvestas komeedina, millest ta teatas Inglismaa Kuninglikule Teadusseltsile. Hiljem hämmastas aga Herscheli ennast asjaolu, et objekti orbiit osutus praktiliselt ringikujuliseks, mitte elliptiliseks, nagu komeetide puhul. Ja alles siis, kui seda tähelepanekut kinnitasid ka teised astronoomid, jõudis Herschel järeldusele, et ta oli tegelikult avastanud planeedi, mitte komeedi, ja avastus pälvis lõpuks laialdase tunnustuse.

Pärast andmete kinnitamist, et avastatud objekt on planeet, sai Herschel erakordse privileegi – anda sellele oma nimi. Kõhklemata valis astronoom Inglismaa kuninga George III nimeks ja pani planeedile nimeks Georgium Sidus, mis tähendab "George'i tähte". Nimetus ei saanud aga kunagi teaduslikku tunnustust ja teadlased, enamasti jõudis järeldusele, et Päikesesüsteemi planeetide nimel on parem kinni pidada teatud traditsioonist, nimelt nimetada neid Vana-Rooma jumalate auks. Nii sai Uraan oma kaasaegse nime.

Praegu on ainus planeedi missioon, mis on suutnud Uraani kohta andmeid koguda, Voyager 2.

See 1986. aastal toimunud kohtumine võimaldas teadlastel saada planeedi kohta üsna suurel hulgal andmeid ja teha palju avastusi. Kosmoselaev edastas tuhandeid fotosid Uraanist, selle kuudest ja rõngastest. Kuigi paljudel planeedi fotodel oli näha vaid sinakasrohelist värvi, mida võis jälgida ka maapealsete teleskoopide abil, näitasid teised pildid kümne senitundmatu satelliidi ja kahe uue rõnga olemasolu. Uusi missioone Uraanile lähiajal plaanis ei ole.

Uraani tumesinise värvuse tõttu osutus planeedi atmosfäärimudeli koostamine palju keerulisemaks kui sama või ühtlase mudeli tegemine. Õnneks on Hubble'i kosmoseteleskoobist tehtud pildid andnud laiema pildi. Moodsamad teleskoobi pildistamise tehnoloogiad võimaldasid saada palju detailsemaid pilte kui Voyager 2 omad. Seega õnnestus tänu Hubble’i fotodele välja selgitada, et Uraanil on laiuskraadivööte nagu ka teistel gaasihiiglastel. Lisaks võib tuulte kiirus planeedil ulatuda üle 576 km/h.

Arvatakse, et monotoonse atmosfääri ilmnemise põhjuseks on selle ülemise kihi koostis. Nähtavad pilvekihid koosnevad peamiselt metaanist, mis neelab neid vaadeldud punaseid lainepikkusi. Peegeldunud lained on seega kujutatud sinise ja rohelisena.

Selle välise metaanikihi all on atmosfäär umbes 83% vesinikust (H2) ja 15% heeliumist, koos metaani ja atsetüleeniga. See koostis sarnaneb teiste päikesesüsteemi gaasihiiglastega. Uraani atmosfäär erineb aga järsult teisest aspektist. Kui Jupiteri ja Saturni atmosfäär on enamasti gaasiline, siis Uraani atmosfäär sisaldab palju rohkem jääd. Selle tõestuseks on äärmiselt madalad temperatuurid pinnal. Arvestades asjaolu, et Uraani atmosfääri temperatuur ulatub -224 ° C-ni, võib seda nimetada Päikesesüsteemi kõige külmemaks atmosfääriks. Lisaks näitavad olemasolevad andmed, et sellised ülimadalad temperatuurid on peaaegu kogu Uraani pinna ümber, isegi sellel küljel, mida Päike ei valgusta.

Planeediteadlaste sõnul koosneb Uraan kahest kihist: südamikust ja vahevööst. Praegused mudelid näitavad, et tuum koosneb enamasti kivist ja jääst ning selle mass on umbes 55 korda suurem. Planeedi vahevöö kaalub 8,01 x 10 võimsusega 24 kg ehk umbes 13,4 Maa massi. Lisaks koosneb mantel veest, ammoniaagist ja muudest lenduvatest elementidest. Peamine erinevus Uraani ning Jupiteri ja Saturni vahevöö vahel on see, et see on jäine, ehkki mitte selle sõna traditsioonilises tähenduses. Fakt on see, et jää on väga kuum ja paks ning vahevöö paksus on 5,111 km.

Uraani koostise juures on kõige hämmastavam ja see, mis eristab seda meie tähesüsteemi teistest gaasihiiglastest, on see, et see ei kiirga rohkem energiat, kui Päikeselt saab. Arvestades tõsiasja, et isegi Uraanile väga lähedase suurusega see toodab umbes 2,6 korda rohkem soojust kui Päikeselt saab, on tänapäeval teadlastel suur huvi Uraani genereeritud nõrgast energiast. Sellel nähtusel on praegu kaks seletust. Esimene näitab, et Uraani mõjutas minevikus suur kosmoseobjekt, mis tõi kaasa suurema osa planeedi sisemisest soojusest (tekkimisel saadud) kadu avakosmosesse. Teine teooria väidab, et planeedi sees on barjäär, mis ei lase planeedi sisemisel soojusel pinnale pääseda.

Uraani orbiit ja pöörlemine

Uraani avastamine võimaldas teadlastel laiendada teadaoleva päikesesüsteemi raadiust peaaegu kaks korda. See tähendab, et Uraani keskmine orbiit on umbes 2,87 x 10 võimsusega 9 km. Sellise tohutu vahemaa põhjuseks on päikesekiirguse Päikeselt planeedile liikumise kestus. Päikesevalgusel kulub Uraanile jõudmiseks umbes kaks tundi ja nelikümmend minutit, mis on peaaegu kakskümmend korda pikem kui päikesevalgusel Maale jõudmiseks. Tohutu vahemaa mõjutab ka aasta pikkust Uraanil, see kestab ligi 84 maa-aastat.

Uraani orbiidi ekstsentrilisus on 0,0473, mis on vaid veidi väiksem kui Jupiteril - 0,0484. See tegur teeb Uraanist ringikujulise orbiidi poolest Päikesesüsteemi planeetidest neljanda koha. Uraani orbiidi nii väikese ekstsentrilisuse põhjuseks on erinevus selle periheeli 2,74 x 10 võimsusega 9 km ja afeeli 3,01 x 109 km vahel on vaid 2,71 x 10 võimsusega 8 km.

Kõige huvitavam hetk Uraani pöörlemisprotsessis on telje asend. Fakt on see, et kõigi planeetide, välja arvatud Uraani, pöörlemistelg on nende orbiidi tasapinnaga ligikaudu risti, kuid Uraani telg on peaaegu 98° kallutatud, mis tähendab, et Uraan pöörleb külili. Planeedi telje sellise asendi tulemuseks on see, et poole planeediaastast asub Uraani põhjapoolus Päikesel ja teine ​​pool planeedi lõunapoolusele. Teisisõnu, päevane aeg Uraani ühel poolkeral kestab 42 Maa aastat ja ööaeg teisel poolkeral sama palju. Põhjust, miks Uraan "küljele pööras", nimetavad teadlased taas kokkupõrget tohutu kosmilise kehaga.

Arvestades asjaolu, et Saturni rõngad olid meie päikesesüsteemi rõngastest pikka aega populaarseimad, õnnestus Uraani rõngaid tuvastada alles 1977. aastal. Põhjus pole aga ainult selles, nii hilisel avastusel on veel kaks põhjust: planeedi kaugus Maast ja rõngaste endi madal peegeldusvõime. 1986. aastal suutis kosmoseaparaat Voyager 2 määrata planeedil lisaks tol ajal teadaolevatele veel kahe rõnga olemasolu. 2005. aastal märkas Hubble'i kosmoseteleskoop veel kahte. Praeguseks teavad planeediteadlased 13 Uraani rõngast, millest eredaim on Epsiloni rõngas.

Uraani rõngad erinevad Saturni omadest peaaegu kõige poolest – osakeste suurusest koostiseni. Esiteks on Saturni rõngaid moodustavad osakesed väikesed, nende läbimõõt on veidi üle paari meetri, samas kui Uraani rõngad sisaldavad palju kuni kahekümnemeetrise läbimõõduga kehasid. Teiseks koosnevad Saturni rõngaste osakesed peamiselt jääst. Uraani rõngad koosnevad aga nii jääst kui ka märkimisväärsest tolmust ja prahist.

William Herschel avastas Uraani alles 1781. aastal, kuna planeet oli iidsete tsivilisatsioonide esindajate jaoks liiga hämar. Herschel ise uskus alguses, et Uraan on komeet, kuid hiljem muutis oma arvamust ja teadus kinnitas objekti planeedi staatust. Nii sai Uraanist esimene tänapäeva ajaloos avastatud planeet. Herscheli pakutud esialgne nimi oli "George's Star" - kuningas George III auks, kuid teadusringkond ei võtnud seda vastu. Nime "Uraan" pakkus välja astronoom Johann Bode Vana-Rooma jumala Uraani auks.
Uraan pöörleb ümber oma telje kord 17 tunni ja 14 minuti järel. Samamoodi pöörleb planeet retrograadses suunas, vastupidiselt Maa ja ülejäänud kuue planeedi suunale.
Arvatakse, et Uraani telje ebatavaline kalle võib põhjustada suurejoonelise kokkupõrke mõne teise kosmilise kehaga. Teooria kohaselt põrkas väidetavalt Maa-suurune planeet järsult kokku Uraaniga, mis nihutas oma telge ligi 90 kraadi võrra.
Tuule kiirus Uraanil võib ulatuda kuni 900 km/h.
Uraani mass on umbes 14,5 korda suurem kui Maa mass, mis teeb sellest meie päikesesüsteemi neljast gaasihiiglasest kergeima.
Uraani nimetatakse sageli "jäähiiglaseks". Lisaks ülemises kihis olevale vesinikule ja heeliumile (nagu ka teistel gaasihiiglastel) on Uraanil ka jäine vahevöö, mis ümbritseb tema raudsüdamikku. Ülemine atmosfäärikiht koosneb ammoniaagist ja jäistest metaanikristallidest, mis annab Uraanile iseloomuliku kahvatusinise värvuse.
Uraan on Päikesesüsteemis Saturni järel teine ​​väikseima tihedusega planeet.