urán (chemický prvok) urán (chemický prvok)

URÁN (lat. Uranium), U (čítaj "urán"), rádioaktívny chemický prvok s atómovým číslom 92, atómová hmotnosť 238,0289. aktinoid. Prírodný urán pozostáva zo zmesi troch izotopov: 238U, 99,2739 %, s polčasom rozpadu T 1/2 \u003d 4,51 10 9 rokov, 235 U, 0,7024 %, s polčasom rozpadu T 1/2 \u003d 7,13 10 8 rokov, 234 U, 0,0057 %, s polčasom rozpadu T 1/2 = 2,45 10 5 rokov. 238 U (urán-I, UI) a 235 U (aktinourán, AcU) sú zakladateľmi rádioaktívnej série. Z 11 umelo vyrobených rádionuklidov s hmotnostnými číslami 227-240 má dlhovekosť 233 U ( T 1/2 \u003d 1,62 10 5 rokov), získava sa neutrónovým ožarovaním tória (cm. THÓRIUM).
Konfigurácia troch vonkajších elektrónových vrstiev 5 s 2 p 6 d 10 f 3 6s 2 p 6 d 1 7 s 2 , označuje urán f-prvky. Nachádza sa v IIIB skupine v 7. období periodickej sústavy prvkov. V zlúčeninách vykazuje oxidačné stavy +2, +3, +4, +5 a +6, valencie II, III, IV, V a VI.
Polomer neutrálneho atómu uránu je 0,156 nm, polomer iónov: U 3 + - 0,1024 nm, U 4 + - 0,089 nm, U 5 + - 0,088 nm a U 6+ - 0,083 nm. Energie postupnej ionizácie atómu sú 6,19, 11,6, 19,8, 36,7 eV. Elektronegativita podľa Paulinga (cm. PAULING Linus) 1,22.
História objavov
Urán objavil v roku 1789 nemecký chemik M. G. Klaproth (cm. KLAPROT Martin Heinrich) pri štúdiu minerálu „dechtová zmes“. Pomenovaný podľa planéty Urán, ktorú objavil W. Herschel (cm. HERSHEL) v roku 1781. V kovovom stave získal urán v roku 1841 francúzsky chemik E. Peligot (cm. PELIGO Eugene Melchior) pri redukcii UCl 4 kovovým draslíkom. Rádioaktívne vlastnosti uránu objavil v roku 1896 Francúz A. Becquerel (cm. Becquerel Antoine Henri).
Pôvodne bola uránu pridelená atómová hmotnosť 116, ale v roku 1871 D. I. Mendelejev (cm. MENDELEEV Dmitrij Ivanovič) dospel k záveru, že by sa mal zdvojnásobiť. Po objavení prvkov s atómovými číslami od 90 do 103 americký chemik G. Seaborg (cm. SEABORG Glenn Theodore) dospel k záveru, že tieto prvky (aktinidy) (cm. aktinoidy) správnejšie je umiestniť do periodickej sústavy do tej istej bunky s prvkom č. 89 aktínium. Toto usporiadanie je spôsobené skutočnosťou, že aktinidy podliehajú dokončeniu 5 f-elektronická podúroveň.
Byť v prírode
Urán je charakteristickým prvkom pre žulovú vrstvu a sedimentárny obal zemskej kôry. Obsah v zemskej kôre je 2,5 10 -4 % hm. V morskej vode je koncentrácia uránu nižšia ako 10 -9 g/l, celkovo morská voda obsahuje od 10 9 do 10 10 ton uránu. Urán sa v zemskej kôre nenachádza vo voľnej forme. Je známych asi 100 uránových minerálov, z ktorých najvýznamnejšie sú smolinec U 3 O 8, uraninit (cm. URANINIT)(U,Th)O 2, ruda uránovej živice (obsahuje oxidy uránu rôzneho zloženia) a tyuyamunit Ca[(UO 2) 2 (VO 4) 2] 8H 2 O.
Potvrdenie
Urán sa získava z uránových rúd s obsahom 0,05 – 0,5 % U. Ťažba uránu sa začína výrobou koncentrátu. Rudy sa lúhujú roztokmi kyseliny sírovej, dusičnej alebo zásad. Výsledný roztok vždy obsahuje nečistoty iných kovov. Pri oddeľovaní uránu z nich sa využívajú rozdiely v ich redoxných vlastnostiach. Redoxné procesy sú kombinované s procesmi iónovej výmeny a extrakcie.
Z výsledného roztoku sa urán extrahuje vo forme oxidu alebo tetrafluoridu UF 4 metalotermickou metódou:
UF4 + 2 Mg = 2 MgF2 + U
Výsledný urán obsahuje malé množstvo bórových nečistôt. (cm. BOR (chemický prvok)), kadmium (cm. CADMIUM) a niektoré ďalšie prvky, takzvané reaktorové jedy. Tým, že pohlcujú neutróny vznikajúce pri prevádzke jadrového reaktora, robia urán nevhodným na použitie ako jadrové palivo.
Aby sa zbavili nečistôt, kovový urán sa rozpustí v kyseline dusičnej, čím sa získa dusičnan uranyl UO 2 (NO 3) 2 . Dusičnan uranylu sa extrahuje z vodného roztoku tributylfosfátom. Produkt čistenia z extraktu sa opäť premení na oxid uránu alebo tetrafluorid, z ktorého sa opäť získa kov.
Časť uránu sa získava regeneráciou vyhoreného jadrového paliva v reaktore. Všetky operácie regenerácie uránu sa vykonávajú na diaľku.
Fyzikálne a chemické vlastnosti
Urán je strieborno biely lesklý kov. Kovový urán existuje v troch alotropných formách (cm. ALOTROPIA) modifikácií. Do 669°C stabilná a-modifikácia s ortorombickou mriežkou, parametre ale= 0,2854 nm, v= 0,5869 nm a od\u003d 0,4956 nm, hustota 19,12 kg / dm 3. Od 669°C do 776°C je b-modifikácia s tetragonálnou mriežkou stabilná (parametre ale= 1,0758 nm, od= 0,5656 nm). Až do teploty topenia 1135 °C je g-modifikácia s kubickou mriežkou centrovanou na telo stabilná ( ale= 0,3525 nm). Teplota varu 4200°C.
Chemická aktivita kovového uránu je vysoká. Na vzduchu je pokrytý oxidovým filmom. Práškový urán je samozápalný, pri spaľovaní uránu a tepelnom rozklade mnohých jeho zlúčenín na vzduchu vzniká oxid uránu U 3 O 8 . Ak sa tento oxid zahrieva v atmosfére vodíka (cm. VODÍK) pri teplotách nad 500 °C vzniká oxid uraničitý UO 2:
U3O8 + H2 \u003d 3UO2 + 2H20
Ak sa dusičnan uranylu UO 2 (NO 3) 2 zahreje na 500 °C, potom pri rozklade vytvára oxid uránový UO 3 . Okrem oxidov uránu stechiometrického zloženia UO 2, UO 3 a U 3 O 8 je známy oxid uránu zloženia U 4 O 9 a niekoľko metastabilných oxidov a oxidov rôzneho zloženia.
Pri tavení oxidov uránu s oxidmi iných kovov vznikajú uranáty: K 2 UO 4 (uranát draselný), CaUO 4 (uranát vápenatý), Na 2 U 2 O 7 (diuranát sodný).
Interakcia s halogénmi (cm. HALOGÉNY) urán poskytuje halogenidy uránu. Medzi nimi hexafluorid UF 6 je žltá kryštalická látka, ktorá ľahko sublimuje aj pri nízkom zahriatí (40-60 °C) a rovnako ľahko sa hydrolyzuje vodou. Najdôležitejšou praktickou hodnotou je hexafluorid uránu UF 6 . Získava sa interakciou kovového uránu, oxidov uránu alebo UF 4 s fluórom alebo fluoračnými činidlami BrF 3 , CCl 3 F (freón-11) alebo CCl 2 F 2 (freón-12):
U308 + 6CCl2F2 = UF4 + 3COCl2 + CCI4 + Cl2
UF4 + F2 = UF6
alebo
U 3 O 8 + 9F 2 \u003d 3UF 6 + 4O 2
Sú známe fluoridy a chloridy, ktoré zodpovedajú oxidačným stavom uránu +3, +4, +5 a +6. Získali sa bromidy uránu UBr3, UBr4 a UBr5, ako aj jodidy uránu UI3 a UI4. Boli syntetizované oxyhalogenidy uránu, ako je UO2Cl2UOCl2 a iné.
Pri interakcii uránu s vodíkom vzniká hydrid uránu UH 3, ktorý má vysokú chemickú aktivitu. Pri zahrievaní sa hydrid rozkladá, pričom vzniká vodík a práškový urán. Pri spekaní uránu s bórom vznikajú v závislosti od molárneho pomeru reaktantov a podmienok procesu boridy UB 2, UB 4 a UB 12.
S uhlíkom (cm. UHLÍK) urán tvorí tri karbidy UC, U 2 C 3 a UC 2.
Interakcia uránu s kremíkom (cm. SILICON) boli získané silicidy U3Si, U3Si2, USi, U3Si5, USi2 a U3Si2.
Získali sa nitridy uránu (UN, UN 2, U 2 N 3) a fosfidy uránu (UP, U 3 P 4, UP 2). So sírou (cm. SÍRA) urán tvorí sériu sulfidov: U3S5, US, US2, US3 a U2S3.
Kovový urán sa rozpúšťa v HCl a HNO 3 a pomaly reaguje s H 2 SO 4 a H 3 P04. Existujú soli obsahujúce uranylový katión UO 2 2+.
Vo vodných roztokoch sú zlúčeniny uránu v oxidačných stupňoch od +3 do +6. Štandardný oxidačný potenciál páru U(IV)/U(III) - 0,52 V, pár U(V)/U(IV) 0,38 V, pár U(VI)/U(V) 0,17 V, pár U(VI)/ U(IV) 0,27. Ión U 3+ je nestabilný v roztoku, ión U 4+ je stabilný v neprítomnosti vzduchu. Katión UO 2 + je nestabilný a disproporcionálne sa rozkladá na U 4+ a UO 2 2+ v roztoku. Ióny U 3+ majú charakteristickú červenú farbu, ióny U 4+ sú zelené a ióny UO 2 2+ sú žlté.
V roztokoch sú najstabilnejšie zlúčeniny uránu v oxidačnom stave +6. Všetky zlúčeniny uránu v roztokoch sú náchylné na hydrolýzu a tvorbu komplexov, najsilnejšie sú katióny U 4+ a UO 2 2+.
Aplikácia
Kovový urán a jeho zlúčeniny sa používajú najmä ako jadrové palivo v jadrových reaktoroch. Nízko obohatená zmes izotopov uránu sa používa v stacionárnych reaktoroch jadrových elektrární. Produkt vysokého stupňa obohatenia je v jadrových reaktoroch pracujúcich na rýchlych neutrónoch. 235 U je zdrojom jadrovej energie v jadrových zbraniach. 238 U slúži ako zdroj sekundárneho jadrového paliva – plutónia.
Fyziologické pôsobenie
V mikromnožstvách (10 -5 -10 -8%) sa nachádza v tkanivách rastlín, zvierat a ľudí. V najväčšej miere sa hromadí niektorými hubami a riasami. Zlúčeniny uránu sa absorbujú v gastrointestinálnom trakte (asi 1%), v pľúcach - 50%. Hlavné depoty v tele: slezina, obličky, kostra, pečeň, pľúca a bronchopulmonálne lymfatické uzliny. Obsah v orgánoch a tkanivách ľudí a zvierat nepresahuje 10 -7 rokov.
Urán a jeho zlúčeniny sú vysoko toxické. Nebezpečné sú najmä aerosóly uránu a jeho zlúčenín. Pre aerosóly vo vode rozpustných zlúčenín uránu je MPC vo vzduchu 0,015 mg/m 3 , pre nerozpustné formy uránu je MPC 0,075 mg/m 3 . Keď sa urán dostane do tela, pôsobí na všetky orgány a je všeobecným bunkovým jedom. Molekulárny mechanizmus účinku uránu je spojený s jeho schopnosťou inhibovať aktivitu enzýmov. V prvom rade sú postihnuté obličky (v moči sa objavujú bielkoviny a cukor, oligúria). Pri chronickej intoxikácii sú možné poruchy hematopoetiky a nervového systému.

encyklopedický slovník. 2009 .

Pozrite sa, čo je „URÁN (chemický prvok)“ v iných slovníkoch:

U (urán, urán; pri atómovej hmotnosti O = 16 U = 240) prvok s najvyššou atómovou hmotnosťou; všetky prvky podľa atómovej hmotnosti sú umiestnené medzi vodíkom a uránom. Toto je najťažší člen kovovej podskupiny skupiny VI periodického systému (pozri Chróm, ... ... Encyklopedický slovník F.A. Brockhaus a I.A. Efron

Urán (U) Atómové číslo 92 Vzhľad jednoduchej látky Vlastnosti atómu Atómová hmotnosť ( molárna hmota) 238,0289 a. e.m. (g / mol) ... Wikipedia

Urán (lat. Uranium), U, rádioaktívny chemický prvok III. skupiny Mendelejevovej periodickej sústavy, patrí do skupiny aktinidov, atómové číslo 92, atómová hmotnosť 238,029; kov. Natural U. pozostáva zo zmesi troch izotopov: 238U √ 99,2739% ... ... Veľká sovietska encyklopédia

urán (chemický prvok)- URÁN (Urán), U, rádioaktívny chemický prvok III. skupiny periodickej sústavy, atómové číslo 92, atómová hmotnosť 238,0289; označuje aktinidy; kov, teplota topenia 1135 °C. Urán je hlavným prvkom jadrovej energie (jadrové palivo), ktorý sa používa v ... ... Ilustrovaný encyklopedický slovník Wikipedia

- (Grécka uranosová obloha). 1) boh neba, otec Saturna, najstarší z bohov, v gréčtine. mýtus. 2) vzácny kov, ktorý má v čistom stave vzhľad striebristých listov. 3) veľká planéta objavená Herschelom v roku 1781. Slovník cudzích slov zahrnutých v ... ... Slovník cudzích slov ruského jazyka

Urán:* Urán (mytológia) starogrécky boh. Syn Gaie * Urán (planéta) planéta slnečnej sústavy * Urán (hudobný nástroj) staroveký turkický a kazašský hudobný dychový nástroj * Urán (prvok) chemický prvok * Operácia ... ... Wikipedia

- (Urán), U, rádioaktívny chemický prvok III. skupiny periodickej sústavy, atómové číslo 92, atómová hmotnosť 238,0289; označuje aktinidy; kov, teplota topenia 1135 shC. Urán je hlavným prvkom jadrovej energie (jadrové palivo), ktorý sa používa v ... ... Moderná encyklopédia

(podľa Paulinga) 1.38 U←U 4+ -1,38V
U←U 3+ -1,66V
U←U 2+ -0,1V 6, 5, 4, 3 Termodynamické vlastnosti 19,05 / ³ 0,115 /( ) 27,5 /( ) 1405.5 12.6 / 4018 417 / 12,5³/ Kryštálová bunka ortorombický 2.850 pomer c/a n/a n/a

História

Už v staroveku (1. storočie pred Kristom) sa prírodný urán používal na výrobu žltej glazúry na.

Urán objavil v roku 1789 nemecký chemik Martin Heinrich Klaproth (Klaproth) pri štúdiu minerálu ("uránový decht"). Bol po ňom pomenovaný, objavený v roku 1781. V kovovom stave získal urán v roku 1841 francúzsky chemik Eugene Peligot pri redukcii UCl 4 kovovým draslíkom. urán objavil v roku 1896 Francúz. Pôvodne sa 116 pripisovalo uránu, no v roku 1871 dospel k záveru, že by sa mal zdvojnásobiť. Americký chemik G. Seaborg po objavení prvkov s atómovými číslami od 90 do 103 dospel k záveru, že správnejšie je tieto prvky () umiestniť do periodickej sústavy do jednej bunky s prvkom č.89. Toto usporiadanie je spôsobené skutočnosťou, že elektrónová podúroveň 5f je dokončená v aktinidoch.

Byť v prírode

Urán je charakteristickým prvkom pre žulovú vrstvu a sedimentárny obal zemskej kôry. Obsah v zemskej kôre 2,5 10 -4 % hm. V morskej vode je koncentrácia uránu nižšia ako 10 -9 g/l, celkovo morská voda obsahuje od 10 9 do 10 10 ton uránu. Urán sa v zemskej kôre nenachádza vo voľnej forme. Známych je asi 100 uránových minerálov, najvýznamnejšie z nich sú U 3 O 8, uraninit (U,Th)O 2, ruda uránovej živice (obsahuje oxidy uránu rôzneho zloženia) a tuyamunit Ca [(UO 2) 2 (VO 4 )2] 8H20

izotopy

Prírodný urán pozostáva zo zmesi troch izotopov: 238 U - 99,2739 %, polčas rozpadu T 1 / 2 = 4,51-10 9 rokov, 235 U - 0,7024 % (T 1 / 2 = 7,13-10 8 rokov) a 234 U - 0,0057 % (T 1/2 \u003d 2,48 × 10 5 rokov).

Existuje 11 známych umelých rádioaktívnych izotopov s hmotnostnými číslami od 227 do 240.

Najdlhšie - 233 U (T 1 / 2 \u003d 1,62 10 5 rokov) sa získa ožiarením tória neutrónmi.

Izotopy uránu 238 U a 235 U sú predchodcami dvoch rádioaktívnych sérií.

Potvrdenie

Úplne prvou fázou výroby uránu je koncentrácia. Hornina sa rozdrví a zmieša s vodou. Zložky ťažkých suspendovaných látok sa zrážajú rýchlejšie. Ak hornina obsahuje primárne uránové minerály, rýchlo sa vyzrážajú: ide o ťažké minerály. Sekundárne minerály prvku #92 sú ľahšie, v tomto prípade sa ťažká odpadová hornina usadzuje skôr. (Zďaleka však nie je vždy skutočne prázdny, môže obsahovať množstvo užitočných prvkov vrátane uránu).

Ďalšou etapou je lúhovanie koncentrátov, prenesenie prvku č. 92 do roztoku. Aplikujte kyslé a alkalické lúhovanie. Prvý je lacnejší, keďže sa na ťažbu používa urán. Ale ak v surovine, ako napríklad v uráne decht, urán je v štvormocnom stave, potom táto metóda nie je použiteľná: štvormocný urán v kyseline sírovej je prakticky nerozpustný. A buď sa musíte uchýliť k alkalickému lúhovaniu, alebo predoxidovať urán na šesťmocný stav.

Nepoužívajte kyslé lúhovanie a v prípadoch, keď uránový koncentrát obsahuje resp. Na ich rozpustenie sa musí minúť príliš veľa kyseliny av týchto prípadoch je lepšie použiť ().

Problém vylúhovania uránu je vyriešený preplachovaním kyslíkom. Prúd sa privádza do zmesi uránovej rudy a minerálov zahriatej na 150 °C. Zároveň vzniká zo sírnatých minerálov, čím sa vyplavuje urán.

V ďalšej fáze musí byť urán selektívne izolovaný z výsledného roztoku. Moderné metódy - a - umožňujú vyriešiť tento problém.

Roztok obsahuje nielen urán, ale aj iné. Niektoré z nich sa za určitých podmienok správajú rovnako ako urán: extrahujú sa rovnakými rozpúšťadlami, nanášajú sa na rovnaké iónomeničové živice a vyzrážajú sa za rovnakých podmienok. Na selektívnu izoláciu uránu je preto potrebné použiť veľa redoxných reakcií, aby sa v každej fáze zbavili jedného alebo druhého nežiaduceho spoločníka. Na moderných iónomeničových živiciach sa urán uvoľňuje veľmi selektívne.

Metódy iónová výmena a extrakcia sú dobré aj preto, že umožňujú celkom plnohodnotne extrahovať urán z chudobných roztokov, v litri ktorých sú len desatiny gramu prvku č.92.

Po týchto operáciách sa urán prevedie do pevného skupenstva - do jedného z oxidov alebo do tetrafluoridu UF 4 . Tento urán však ešte musí byť očistený od nečistôt s veľkým prierezom zachytávania tepelných neutrónov - , . Ich obsah v konečnom produkte by nemal presiahnuť stotisíciny a milióntiny percenta. Takže už získaný technicky čistý produkt sa musí znova rozpustiť - tentoraz v. Uranylnitrát UO 2 (NO 3) 2 sa počas extrakcie tributylfosfátom a niektorými ďalšími látkami dodatočne čistí na požadované podmienky. Potom sa táto látka vykryštalizuje (alebo sa vyzráža peroxid UO 4 · 2H 2 O) a začne sa opatrne vznietiť. V dôsledku tejto operácie vzniká oxid uránový UO 3, ktorý sa redukuje na UO 2 .

Táto látka je predposlednou na ceste od rudy ku kovu. Pri teplotách od 430 do 600 °C reaguje so suchým fluorovodíkom a mení sa na UF 4 tetrafluorid. Práve z tejto zlúčeniny sa zvyčajne získava kovový urán. Prijímajte s pomocou alebo obvyklým spôsobom.

Fyzikálne vlastnosti

Urán je veľmi ťažký, strieborno-biely, lesklý kov. Vo svojej čistej forme je o niečo mäkšia ako oceľ, kujná, flexibilná a má mierne paramagnetické vlastnosti. Urán má tri alotropné formy: alfa (prizmatická, stabilná do 667,7 °C), beta (štvorhranná, stabilná od 667,7 do 774,8 °C), gama (s kubickou štruktúrou sústredenou na telo, existujúca od 774,8 °C do bodu topenia ).

Chemické vlastnosti

Chemická aktivita kovového uránu je vysoká. Vo vzduchu sa pokryje dúhovým filmom. Práškový urán sa samovoľne vznieti pri teplote 150-175 °C. Pri spaľovaní uránu a tepelnom rozklade mnohých jeho zlúčenín na vzduchu vzniká oxid uránu U 3 O 8. Ak sa tento oxid zahrieva v atmosfére pri teplotách nad 500 °C, vzniká UO 2 . Pri tavení oxidov uránu s oxidmi iných kovov vznikajú uranáty: K 2 UO 4 (uranát draselný), CaUO 4 (uranát vápenatý), Na 2 U 2 O 7 (diuranát sodný).

Aplikácia

Jadrové palivo

Najväčšie uplatnenie má urán 235 U, pri ktorom je možná samoudržateľnosť. Preto sa tento izotop používa ako palivo v, aj v (kritická hmotnosť asi 48 kg). Izolácia izotopu U 235 z prírodného uránu je zložitý technologický problém (pozri). Izotop U 238 je schopný štiepenia pod vplyvom bombardovania vysokoenergetickými neutrónmi, táto vlastnosť sa využíva na zvýšenie výkonu (využívajú sa neutróny generované termonukleárnou reakciou). V dôsledku záchytu neutrónov, po ktorom nasleduje β-rozpad, sa 238 U môže zmeniť na 239, ktoré sa potom používa ako jadrové palivo.

Urán-233 umelo získaný v reaktoroch (ožiarením neutrónmi a premenou na urán-233) je jadrové palivo pre jadrové elektrárne a výrobu atómových bômb (kritická hmotnosť cca 16 kg). Urán-233 je tiež najsľubnejším palivom pre jadrové raketové motory v plynnej fáze.

Iné aplikácie

• Malý prídavok uránu dodáva sklu krásny zelenožltý odtieň.
• Karbid uránu-235 v zliatine s karbidom nióbu a karbidom zirkónia sa používa ako palivo pre prúdové jadrové motory (pracovnou kvapalinou je vodík + hexán).
• Zliatiny železa a ochudobneného uránu (urán-238) sa používajú ako silné magnetostrikčné materiály.
• Na začiatku dvadsiateho storočia dusičnan uranyl sa široko používa ako virizačné činidlo na výrobu farebných fotografických výtlačkov.

ochudobnený urán

Po extrakcii U-235 z prírodného uránu sa zvyšný materiál nazýva „ochudobnený urán“, pretože je ochudobnený o 235. izotop. Podľa niektorých správ je v Spojených štátoch uložených asi 560 000 ton hexafluoridu ochudobneného uránu (UF 6). Ochudobnený urán je o polovicu menej rádioaktívny ako prírodný urán, a to najmä vďaka odstraňovaniu U-234 z neho. Keďže hlavným využitím uránu je výroba energie, ochudobnený urán je zbytočný produkt s malou ekonomickou hodnotou.

Jeho hlavné využitie je spojené s vysokou hustotou uránu a jeho relatívne nízkymi nákladmi: jeho použitie na radiačnú ochranu (aj keď sa to môže zdať zvláštne) a ako záťaž v aplikáciách v letectve, ako sú riadiace plochy lietadiel. Každé lietadlo obsahuje na tento účel 1500 kg ochudobneného uránu. Tento materiál sa používa aj vo vysokorýchlostných rotoroch gyroskopov, veľkých zotrvačníkov, ako záťaž vo vesmírnych vozidlách a pretekárskych jachtách pri vŕtaní ropných vrtov.

Pancierové jadrá projektilov

Najznámejšie použitie uránu je ako jadro pre americký . Po roztavení s 2 % alebo 0,75 % a tepelnom spracovaní (rýchle kalenie kovu zahriateho na 850 °C vo vode alebo oleji, ďalšie udržiavanie pri 450 °C počas 5 hodín) sa kovový urán stáva tvrdším a pevnejším (pevnosť v ťahu je viac ako 1600 MPa, kým pre čistý urán je to 450 MPa). V kombinácii s vysokou hustotou to robí z tvrdeného uránového ingotu mimoriadne účinný nástroj na prenikanie panciera, ktorý je svojou účinnosťou podobný drahším . Proces deštrukcie panciera je sprevádzaný rozomletím uránového polotovaru na prach a jeho zapálením na vzduchu na druhej strane panciera. Počas operácie Púštna búrka zostalo na bojisku asi 300 ton ochudobneného uránu (väčšinou zvyšky nábojov z 30 mm kanónu GAU-8 útočného lietadla A-10, každý náboj obsahuje 272 g zliatiny uránu).

Takéto náboje používali vojaci NATO v bojoch v Juhoslávii. Po ich aplikácii sa diskutovalo o ekologickom probléme radiačnej kontaminácie územia krajiny.

Ochudobnený urán sa používa v moderných pancieroch tankov, ako je napríklad tank.

Fyziologické pôsobenie

V mikromnožstvách (10 -5 -10 -8%) sa nachádza v tkanivách rastlín, zvierat a ľudí. V najväčšej miere sa hromadí niektorými hubami a riasami. Zlúčeniny uránu sa absorbujú v gastrointestinálnom trakte (asi 1%), v pľúcach - 50%. Hlavné depoty v tele: slezina a bronchopulmonálna. Obsah v orgánoch a tkanivách ľudí a zvierat nepresahuje 10 -7 g.

Urán a jeho zlúčeniny toxický. Nebezpečné sú najmä aerosóly uránu a jeho zlúčenín. Pre aerosóly vo vode rozpustných zlúčenín uránu je MPC vo vzduchu 0,015 mg/m 3 , pre nerozpustné formy uránu 0,075 mg/m 3 . Keď sa urán dostane do tela, pôsobí na všetky orgány a je všeobecným bunkovým jedom. Molekulárny mechanizmus účinku uránu súvisí s jeho schopnosťou potláčať aktivitu. V prvom rade sú ovplyvnené (bielkoviny a cukor sa objavujú v moči). V chronických prípadoch sú možné poruchy hematopoézy a nervového systému.

Ťažba uránu vo svete

Podľa "Červenej knihy uránu", vydanej v roku 2005, sa vyťažilo 41 250 ton uránu (v roku 2003 - 35 492 ton). Podľa OECD je na svete 440 komerčných využití, ktoré spotrebujú 67 000 ton uránu ročne. To znamená, že jeho produkcia zabezpečuje len 60 % jeho spotreby (zvyšok sa získava zo starých jadrových hlavíc).

Výroba podľa krajín v tonách podľa obsahu U za roky 2005-2006

Výroba v Rusku

Zvyšných 7 % sa získava podzemným lúhovaním CJSC Dalur () a OJSC Khiagda ().

Výsledné rudy a uránový koncentrát sa spracovávajú v Chepetskom mechanickom závode.

pozri tiež

Odkazy

Jadrové technológie sú z veľkej časti založené na využívaní rádiochemických metód, ktoré sú zasa založené na jadrovo-fyzikálnych, fyzikálnych, chemických a toxických vlastnostiach rádioaktívnych prvkov.

V tejto kapitole sa obmedzíme na stručný popis vlastností hlavných štiepnych izotopov – uránu a plutónia.

Urán

Urán ( urán) U - prvok aktinidovej skupiny, 7.-0. perióda periodickej sústavy, Z=92, atómová hmotnosť 238,029; najťažšie z tých, ktoré sa nachádzajú v prírode.

Existuje 25 známych izotopov uránu, z ktorých všetky sú rádioaktívne. Najľahší 217U (Tj/ 2 = 26 ms), najťažšie 2 4 2 U (7 T J / 2 = i6,8 min). Existuje 6 jadrových izomérov. V prírodnom uráne sú tri rádioaktívne izotopy: 2 s 8 a (99,2 739 %, Ti/ 2 = 4,47109 l), 2 35U (0,7205 %, G, / 2 = 7,04-109 rokov) a 2 34U ( 0,0056 %, Ti/ 2 = 2,48-swl). Špecifická rádioaktivita prírodného uránu je 2,48104 Bq, rozdelená takmer na polovicu medzi 2 34U a 288 U; 235U má malý príspevok (špecifická aktivita izotopu 233 v prírodnom uráne je 21-krát menšia ako aktivita 238U). Prierez zachytávania tepelných neutrónov je 46, 98 a 2,7 barna pre 2 zz, 2 35 U, respektíve 2 3 8 U; štiepny prierez 527 a 584 stodola pre 2 zz a 2 s 8, resp.; prírodná zmes izotopov (0,7% 235U) 4,2 barn.

Tab. 1. Jadrový fyzikálne vlastnosti 2 h9 Ri a 2 35C.

Tab. 2. Záchyt neutrónov 2 35C a 2 h 8 C.

Šesť izotopov uránu je schopných spontánneho štiepenia: 282 U, 2 szy, 234U, 235U, 2 s 6 u a 2 s 8 u. Prirodzené izotopy 233 a 235U sa štiepia pôsobením tepelných aj rýchlych neutrónov, kým jadrá 238 a sú schopné štiepenia len vtedy, keď sú zachytené neutróny s energiou vyššou ako 1,1 MeV. Keď sa zachytia neutróny s nižšou energiou, jadrá 288 U sa najskôr premenia na jadrá 2 -i9U, ktoré potom podliehajú rozpadu p a prechádzajú najskôr na 2 - "*9Np a potom na 2 39Pu. Efektívne prierezy na zachytenie tepelné neutróny 2 34U, 2 jadrá 35U a 2 3 8 a rovnajú sa 98, 683 a 2,7 barnam. Úplné štiepenie 2 35U vedie k „ekvivalentu tepelnej energie“ 2-107 kWh/kg. Izotopy 2 35U a 2 zzy sa používajú ako jadrové palivo, schopné podporovať štiepnu reťazovú reakciu.

Jadrové reaktory produkujú n umelých izotopov uránu s hmotnostnými číslami 227-240, z ktorých najdlhšia životnosť je 233U (7 V 2 \u003d i.62 *io 5 rokov); získava sa neutrónovým ožarovaním tória. Izotopy uránu s hmotnostnými číslami 239^257 sa rodia v supersilných neutrónových tokoch termonukleárneho výbuchu.

Urán-232- technogénny nuklid, a-emitor, T x / 2=68,9 rokov, rodičovské izotopy 2 3 6 Pu(a), 23 2 Np(p*) a 23 2 Pa(p), dcérsky nuklid 228 Th. Intenzita spontánneho štiepenia je 0,47 dielov / s kg.

Urán-232 vzniká v dôsledku nasledujúcich rozpadov:

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

V jadrovom priemysle vzniká 2 3 2 U ako vedľajší produkt pri syntéze štiepneho (zbraňového) nuklidu 2 33 v tóriovom palivovom cykle. Pri ožiarení 2 3 2 Th neutrónmi nastáva hlavná reakcia:

a vedľajšia dvojkroková reakcia:

K produkcii 232 U z tória dochádza len na rýchlych neutrónoch (E">6 MeV). Ak je vo východiskovej látke 2 s°Th, tak vznik 2 3 2 U je doplnený o reakciu: 2 s°Th + u-> 2 3'Th. Táto reakcia prebieha na tepelných neutrónoch. Generácia 2 3 2 U je nežiaduca z viacerých dôvodov. Potláča sa použitím tória s minimálnou koncentráciou 23°Th.

Rozpad 2 z 2 prebieha v týchto smeroch:

Pokles v 228 Th (pravdepodobnosť 100 %, energia rozpadu 5,414 MeV):

energia emitovaných a-častíc je 5,263 MeV (v 31,6 % prípadov) a 5,320 MeV (v 68,2 % prípadov).

• - spontánne štiepenie (pravdepodobnosť menšia ako ~ 12 %);
• - rozpad klastra s tvorbou nuklidu 28 Mg (pravdepodobnosť rozpadu je menšia ako 5 * 10 "12%):

Rozpad klastra s tvorbou nuklidu 2

Urán-232 je predchodcom dlhého rozpadového reťazca, ktorý zahŕňa nuklidy - žiariče tvrdých y-kvantát:

^U-(3,64 dňa, 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.

Akumulácia 2 3 2 U je nevyhnutná pri produkcii 2 zzy v cykle energie tória. Intenzívne y-žiarenie vznikajúce pri rozpade 2 3 2 U bráni rozvoju energie tória. Je nezvyčajné, že párny izotop 2 3 2 11 má vysoký štiepny prierez pri pôsobení neutrónov (75 barn pre tepelné neutróny), ako aj vysoký prierez zachytávania neutrónov - 73 barn. 2 3 2 U sa používa v metóde rádioaktívnych indikátorov v chemickom výskume.

2 z 2 a je predchodcom dlhého rozpadového reťazca (podľa schémy 2 z 2 Th), ktorý zahŕňa nuklidy emitujúce tvrdé y-kvantá. Akumulácia 2 3 2 U je nevyhnutná pri produkcii 2 zzy v cykle energie tória. Intenzívne γ-žiarenie vznikajúce pri rozpade 232 U bráni rozvoju energie tória. Nezvyčajné je, že párny izotop 2 3 2 U má vysoký štiepny prierez pri pôsobení neutrónov (75 barn pre tepelné neutróny), ako aj vysoký prierez zachytávania neutrónov – 73 barn. 2 3 2 U sa často používa v metóde rádioaktívnych indikátorov v chemickom a fyzikálnom výskume.

Urán-233- technogénny rádionuklid, a-emitor (energie 4,824 (82,7 %) a 4,783 MeV (14,9 %),), Tvi= 1,585105 rokov, materské nuklidy 2 37Pu(a)-? 2 33Np(p +) -> 2 33Pa(p), dcérsky nuklid 22 9Th. 2 zzi sa získavajú v jadrových reaktoroch z tória: 2 s 2 Th zachytí neutrón a zmení sa na 2 zz Th, ktorý sa rozpadne na 2 zz Pa a potom na 2 zz. Jadrá 2 zzi (nepárny izotop) sú schopné samovoľného štiepenia aj štiepenia pôsobením neutrónov akejkoľvek energie, vďaka čomu sú vhodné na výrobu atómových zbraní aj reaktorového paliva. Efektívny štiepny prierez je 533 barn, zachytávací prierez je 52 barn, výťažok neutrónov je 2,54 na štiepnu udalosť a 2,31 na absorbovaný neutrón. Kritická hmotnosť 2 zz je trikrát menšia ako kritická hmotnosť 2 35 U (-16 kg). Intenzita spontánneho štiepenia je 720 prípadov / s kg.

Urán-233 vzniká v dôsledku nasledujúcich rozpadov:

- (3 + -rozpad nuklidu 2 33Np (7^=36,2 min):

V priemyselnom meradle sa 2 zzi získava z 2 32Th ožiarením neutrónmi:

Keď je neutrón absorbovaný, jadro 234 sa zvyčajne štiepi, ale občas zachytí neutrón a zmení sa na 234U. Hoci 2 zzy absorbuje neutrón, zvyčajne sa štiepi, napriek tomu niekedy zachráni neutrón a zmení sa na 2 34U. Prevádzkový čas 2 zz sa uskutočňuje v rýchlych aj v tepelných reaktoroch.

Zo zbraňového hľadiska je 2 zzi porovnateľný s 2 39 Pu: jeho rádioaktivita je 1/7 aktivity 2 39 Pu. (Ti/ 2 \u003d 159200 l oproti 24100 l pre Pu), kritická hmotnosť 2 szi je o 6o % vyššia ako u IgPu (16 kg oproti 10 kg) a rýchlosť spontánneho štiepenia je 20-krát vyššia (bu - “ oproti 310 10). Tok neutrónov z 239Pu je 3-krát vyšší ako z 239Pu. Vytvorenie jadrovej nálože na báze 2 sz vyžaduje väčšie úsilie ako na ^Pu. Hlavnou prekážkou je prítomnosť nečistoty 232U v 232U, ktorej y-žiarenie rozpadových projektov sťažuje prácu s 2zzi a uľahčuje detekciu hotových zbraní. Navyše, krátky polčas rozpadu 2 3 2 U z neho robí aktívny zdroj a-častíc. 2 zzi s 1 % 232 a má 3-krát silnejšiu a-aktivitu ako plutónium na úrovni zbraní, a teda vyššiu rádiotoxicitu. Táto a-aktivita spôsobuje vznik neutrónov v ľahkých prvkoch náboja zbrane. Na minimalizáciu tohto problému by mala byť prítomnosť prvkov ako Be, B, F, Li minimálna. Prítomnosť neutrónového pozadia neovplyvňuje činnosť implozívnych systémov, ale pre schémy zbraní sa vyžaduje vysoká úroveň čistoty ľahkých prvkov. zgi nie je škodlivý a dokonca žiaduci, pretože znižuje možnosť použitia uránu na účely zbraní .Po spracovaní vyhoretého jadrového paliva a opätovnom použití paliva dosahuje obsah 232U 0,1 + 0,2 %.

Rozpad 2 zzy prebieha v nasledujúcich smeroch:

A-rozpad za 22 9th (pravdepodobnosť 100 %, energia rozpadu 4,909 MeV):

energia emitovaných n-častíc je 4,729 MeV (v 1,61 % prípadov), 4,784 MeV (v 13,2 % prípadov) a 4,824 MeV (v 84,4 % prípadov).

• - spontánne štiepenie (pravdepodobnosť
• - rozpad klastra za vzniku nuklidu 28 Mg (pravdepodobnosť rozpadu je menšia ako 1,3*10 -13%):

Rozpad klastra za vzniku nuklidu 24 Ne (pravdepodobnosť rozpadu 7,3-10-“%):

Decay chain 2 zz patrí do série Neptunium.

Špecifická rádioaktivita je 2 zzi 3,57-8 Bq/g, čo zodpovedá a-aktivite (a rádiotoxicite) -15 % plutónia. Len 1 % 2 3 2 U zvyšuje rádioaktivitu na 212 mCi/g.

Urán-234(Urán II, UII) je súčasťou prírodného uránu (0,0055 %), 2,445105 rokov, a-emitor (energia a-častíc 4,777 (72 %) a

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

dcérsky izotop v 2 s't.

Obvykle je 234 U v rovnováhe s 2 3 8 u, rozpadá sa a formuje sa rovnakou rýchlosťou. Približne polovicu rádioaktivity prírodného uránu tvorí príspevok 234U. Zvyčajne sa 234U získava iónovo-výmennou chromatografiou starých prípravkov čistého 238 Pu. Pri a-rozpade sa *34U prepožičiava na 234U, takže staré prípravky 238Pu sú dobrým zdrojom 234U. 100 g 2s8Pu obsahuje 776 mg 234U po roku, po 3 rokoch

2,2 g 2 34U. Koncentrácia 2 34U vo vysoko obohatenom uráne je pomerne vysoká v dôsledku preferenčného obohatenia ľahkými izotopmi. Keďže 234u je silný y-emitor, existujú obmedzenia na jeho koncentráciu v uráne určenom na spracovanie na palivo. Zvýšená hladina 234i je pre reaktory prijateľná, ale prepracované VJP obsahuje už neprijateľné hladiny tohto izotopu.

Rozpad 234u prebieha v nasledujúcich líniách:

A-rozpad pri 23°T (pravdepodobnosť 100 %, energia rozpadu 4,857 MeV):

energia emitovaných a-častíc je 4,722 MeV (v 28,4 % prípadov) a 4,775 MeV (v 71,4 % prípadov).

• - spontánne štiepenie (pravdepodobnosť 1,73-10-9%).
• - rozpad klastra za vzniku nuklidu 28 Mg (pravdepodobnosť rozpadu je 1,4-10 "n%, podľa iných zdrojov 3,9-10-"%):

• - rozpad klastra za vzniku nuklidov 2 4Ne a 26 Ne (pravdepodobnosť rozpadu je 9-10", 2%, podľa iných údajov 2,3-10 - 11%):

Známy je jediný izomér 2 34ti (Tx/ 2 = 33,5 μs).

Absorpčný prierez 2 34U tepelných neutrónov je 10 barnov a pre rezonančný integrál spriemerovaný na rôzne stredné neutróny 700 barnov. Preto sa v tepelných neutrónových reaktoroch mení na štiepny 235U rýchlejším tempom ako oveľa väčšie množstvo 238U (s prierezom 2,7 barna) na 239Pu. Výsledkom je, že VJP obsahuje menej 234 U ako čerstvé palivo.

Urán-235 patrí do rodiny 4P + 3, je schopný vyvolať štiepnu reťazovú reakciu. Ide o prvý izotop, na ktorom bola objavená reakcia núteného štiepenia jadier pôsobením neutrónov. Absorbovaním neutrónu prechádza 235U do 2 zbi, ktoré sú rozdelené na dve časti, pričom uvoľňujú energiu a vyžarujú niekoľko neutrónov. Izotop 2 35U štiepiteľný neutrónmi akejkoľvek energie, schopný spontánneho štiepenia, je súčasťou prírodného utánu (0,72 %), a-emitor (energie 4,397 (57 %) a 4,367 (18 %) MeV), Ti/j=7,038-tých 8 rokov, materské nuklidy 2 35Pa, 2 35Np a 2 39Pu, dcérska - 23"Th. Intenzita samovoľného štiepenia 2 3su 0,16 dielikov/s kg. Štiepením jedného 2 35U jadra sa uvoľní 200 MeV energie = 3,2 Yu p J, t.j. 18 TJ/mol = 77 TJ/kg. Prierez štiepenia tepelnými neutrónmi je 545 barnov a rýchlymi neutrónmi - 1,22 barnov, výťažok neutrónov: na štiepnu udalosť - 2,5, na absorbovaný neutrón - 2,08.

Komentujte. Prierez zachytávania pomalých neutrónov na vytvorenie izotopu 2 ​​si (10 barn), takže celkový absorpčný prierez pomalých neutrónov je 645 barn.

• - spontánne štiepenie (pravdepodobnosť 7*10~9%);
• - rozpad klastra za vzniku nuklidov 2 °Ne, 2 5Ne a 28 Mg (pravdepodobnosti sú 8-io - 10%, 8-kg 10%, 8 * 10 ",0%):

Ryža. jeden.

Jediný známy izomér je 2 35n»u (7/ 2 = 26 min).

Špecifická aktivita 2 35C 7,77-u 4 Bq/g. Kritická hmotnosť uránu na zbrane (93,5% 2 35U) pre guľu s reflektorom je 15-7-23 kg.

Fission 2 » 5U sa používa v atómových zbraniach, na výrobu energie a na syntézu dôležitých aktinoidov. Reťazová reakcia je udržiavaná vďaka prebytku neutrónov vznikajúcich pri štiepení 2 35C.

Urán-236 vyskytuje sa na Zemi v prírode v stopových množstvách (na Mesiaci je to viac), a-emitor (?

Ryža. 2. Rádioaktívna rodina 4/7+2 (vrátane -3 8 a).

V atómovom reaktore 233 absorbuje tepelný neutrón, potom sa štiepi s pravdepodobnosťou 82% a emituje y-kvantum s pravdepodobnosťou 18% a mení sa na 236 a . V malých množstvách je súčasťou čerstvého paliva; sa hromadí pri ožarovaní uránu neutrónmi v reaktore, a preto sa používa ako „signalizačné zariadenie“ VJP. 2 h b a vzniká ako vedľajší produkt pri separácii izotopov plynnou difúziou pri regenerácii vyhoretého jadrového paliva. 236 U vyrobených v energetickom reaktore je neutrónový jed, jeho prítomnosť v jadrovom palive je kompenzovaná vysoký stupeň obohatenie 2 35U.

2b a používa sa ako indikátor miešania pre oceánske vody.

urán-237,T&= 6,75 dňa, beta a gama žiarič, možno získať jadrovými reakciami:

Detekcia 287 a vykonaná pozdĺž liniek s eu= o.v MeV (36 %), 0,114 MeV (0,06 %), 0,165 MeV (2,0 %), 0,208 MeV (23 %)

237U sa používa v metóde rádioaktívnych indikátorov v chemickom výskume. Meranie koncentrácie (2 4°Am) v spade z testu atómovej zbrane poskytuje cenné informácie o type nálože a použitom zariadení.

Urán-238- patrí do rodiny 4P + 2, štiepny s vysokoenergetickými neutrónmi (viac ako 1,1 MeV), schopný samovoľného štiepenia, tvorí základ prírodného uránu (99,27 %), a-emitor, 7'; /2=4>468-109 rokov, priamo sa rozkladá na 2 34Th, tvorí množstvo geneticky príbuzných rádionuklidov a po 18 produktoch sa mení na 206 Pb. Čistý 2 3 8 U má špecifickú rádioaktivitu 1,22-104 Bq. Polčas rozpadu je veľmi dlhý - asi 10 16 rokov, takže pravdepodobnosť štiepenia vo vzťahu k hlavnému procesu - emisii a-častice - je len 10 "7. Jeden kilogram uránu dáva iba 10 spontánnych štiepení na druhá a za rovnaký čas a-častica emituje 20 miliónov jadier Rodičovské nuklidy: 2 4 2 Pu(a), *spa(p-) 234Th, dcéra T,/ 2 = 2 :i 4 th.

Urán-238 vzniká v dôsledku nasledujúcich rozpadov:

2 (V0 4) 2] 8Н 2 0. Zo sekundárnych minerálov je bežný hydratovaný fosforečnan vápenatý uranyl Ca (U0 2) 2 (P0 4) 2 -8H 2 0. Často je urán v mineráloch sprevádzaný ďalšími užitočnými prvkami - titánom. , tantal, vzácne zeminy. Preto je prirodzené snažiť sa o komplexné spracovanie rúd s obsahom uránu.

Základné fyzikálne vlastnosti uránu: atómová hmotnosť 238,0289 am.u. (g/mol); atómový polomer 138 pm (1 pm = 12 m); ionizačná energia (prvý elektrón 7,11 eV; elektronická konfigurácia -5f36d‘7s 2; oxidačné stavy 6, 5, 4, 3; G P l \u003d 113 2, 2 °; T t 1 = 3818°; hustota 19,05; merná tepelná kapacita 0,115 JDKmol); pevnosť v ťahu 450 MPa, skupenské teplo topenia 12,6 kJ/mol, vyparovacie teplo 417 kJ/mol, merná tepelná kapacita 0,115 J/(mol-K); molárny objem 12,5 cm3/mol; charakteristická Debyeova teplota © D = 200K, teplota prechodu do supravodivého stavu je 0,68K.

Urán je ťažký, strieborno-biely, lesklý kov. Je o niečo mäkšia ako oceľ, kujná, pružná, má mierne paramagnetické vlastnosti a v práškovom stave je samozápalná. Urán má tri alotropné formy: alfa (rombický, a-U, mriežkové parametre 0=285, b= 587, c=49b pm, stabilný do 667,7°), beta (tetragonálny, pU, stabilný od 667,7 do 774,8°), gama (s kubickou mriežkou centrovanou na telo, yU, existujúcou od 774,8° do bodov topenia, frm= ii34 0), pri ktorej je urán najviac tvárny a vhodný na spracovanie.

Pri izbovej teplote je rombická a-fáza stabilná, prizmatická štruktúra pozostáva z vlnitých atómových vrstiev rovnobežných s rovinou abc, v extrémne asymetrickej hranolovej mriežke. V rámci vrstiev sú atómy tesne spojené, pričom sila väzieb medzi atómami susedných vrstiev je oveľa slabšia (obr. 4). Táto anizotropná štruktúra sťažuje tavenie uránu s inými kovmi. Len molybdén a niób vytvárajú zliatiny v tuhom stave s uránom. Kovový urán však môže interagovať s mnohými zliatinami a vytvárať intermetalické zlúčeniny.

V intervale 668 ^ 775 ° sa nachádza (3-uránová. mriežka tetragonálneho typu má vrstvenú štruktúru s vrstvami rovnobežnými s rovinou ab v pozíciách 1/4С, 1/2 od a 3/4C základná bunka. Pri teplotách nad 775° vzniká y-urán s kubickou mriežkou centrovanou na telo. Prídavok molybdénu umožňuje mať y-fázu pri izbovej teplote. Molybdén tvorí s y-uránom širokú škálu tuhých roztokov a stabilizuje y-fázu pri izbovej teplote. y-Urán je oveľa mäkší a tvárnejší ako krehké a- a (3-fázové.

Neutrónové ožarovanie má významný vplyv na fyzikálne a mechanické vlastnosti uránu, spôsobuje zväčšenie veľkosti vzorky, zmenu tvaru, ako aj prudké zhoršenie mechanických vlastností (tečenie, krehnutie) uránových blokov počas prevádzka jadrového reaktora. Nárast objemu je spôsobený akumuláciou uránu pri štiepení nečistôt prvkov s nižšou hustotou (prekl. 1% urán na fragmentačné prvky zväčšuje objem o 3,4 %).

Ryža. 4. Niektoré kryštálové štruktúry uránu: a - a-urán, b - p-urán.

Najbežnejšími spôsobmi získavania uránu v kovovom stave sú redukcia ich fluoridov alkalickými kovmi alebo kovmi alkalických zemín alebo elektrolýza tavenín ich solí. Urán možno získať aj metalotermickou redukciou z karbidov volfrámom alebo tantalom.

Schopnosť ľahko darovať elektróny určuje redukčné vlastnosti uránu a jeho vysokú chemickú aktivitu. Urán môže interagovať s takmer všetkými prvkami, okrem vzácnych plynov, pričom nadobúda oxidačné stavy +2, +3, +4, +5, +6. V riešení je hlavná valencia 6+.

Kovový urán, ktorý rýchlo oxiduje na vzduchu, je pokrytý dúhovým filmom oxidu. Jemný prášok uránu sa na vzduchu samovoľne vznieti (pri teplotách 1504-175°), tvorí a;) Ov. Pri 1000° sa urán spája s dusíkom za vzniku žltého nitridu uránu. Voda je schopná reagovať s kovom pomaly pri nízkych teplotách a rýchlo pri vysokých teplotách. Urán prudko reaguje s vriacou vodou a parou a uvoľňuje vodík, ktorý tvorí s uránom hydrid.

Táto reakcia je intenzívnejšia ako spaľovanie uránu v kyslíku. Takáto chemická aktivita uránu si vyžaduje ochranu uránu v jadrových reaktoroch pred kontaktom s vodou.

Urán sa rozpúšťa v kyseline chlorovodíkovej, dusičnej a iných kyselinách, pričom vytvára soli U(IV), ale neinteraguje s alkáliami. Urán vytláča vodík z anorganických kyselín a soľných roztokov kovov, ako je ortuť, striebro, meď, cín, platina a zlato. Pri silnom trasení začnú kovové častice uránu žiariť.

Vlastnosti štruktúry elektrónových obalov atómu uránu (prítomnosť ^/-elektrónov) a niektoré jeho fyzikálno-chemické vlastnosti slúžia ako základ pre klasifikáciu uránu ako aktinidu. Existuje však chemická analógia medzi uránom a Cr, Mo a W. Urán je vysoko reaktívny a reaguje so všetkými prvkami okrem vzácnych plynov. V pevnej fáze sú príkladmi U(VI) oxid uranyl U03 a chlorid uranyl U02C12. Chlorid uraničitý UC1 4 a oxid uraničitý U0 2

Príklady U(IV). Látky obsahujúce U(IV) sú zvyčajne nestabilné a po dlhšom vystavení vzduchu sa stávajú šesťmocnými.

V systéme urán-kyslík je inštalovaných šesť oxidov: UO, U0 2, U 4 0 9 a 3 Ov, U0 3 . Vyznačujú sa širokou oblasťou homogénnosti. U02 je zásaditý oxid, zatiaľ čo U03 je amfotérny. U0 3 - interaguje s vodou za vzniku množstva hydrátov, z ktorých najdôležitejšie sú kyselina diurónová H 2 U 2 0 7 a kyselina uránová H 2 1U 4. S alkáliami U0 3 tvorí soli týchto kyselín - uranáty. Keď sa U03 rozpustí v kyselinách, vytvoria sa soli s dvojitým nábojom uranylového katiónu U02a+.

Oxid uraničitý U02 má stechiometrické zloženie hnedej farby. Keď sa obsah kyslíka v oxide zvyšuje, farba sa mení z tmavohnedej na čiernu. Kryštalická štruktúra typu CaF 2, ale = 0,547 nm; hustota 10,96 g/cm* (najvyššia hustota spomedzi oxidov uránu). T , pl \u003d 2875 0, T kn „ \u003d 3450 °, D # ° 298 \u003d -1084,5 kJ / mol. Oxid uraničitý je polovodič s dierovou vodivosťou, silný paramagnet. MAC = 0,015 mg/m3. Nerozpúšťajme vo vode. Pri teplote -200° pridáva kyslík, pričom dosahuje zloženie U0 2>25.

Oxid uránový (IV) možno získať reakciami:

Oxid uraničitý má iba zásadité vlastnosti, zodpovedá zásaditému hydroxidu U (OH) 4, ktorý sa následne mení na hydratovaný hydroxid U0 2 H 2 0. Oxid uraničitý sa v neprítomnosti vzdušného kyslíka pomaly rozpúšťa v silných neoxidačných kyselinách za vzniku W + ióny:

U02 + 2H2S04 ->U(S04)2 + 2H20. (38)

Je rozpustný v koncentrovaných kyselinách a rýchlosť rozpúšťania sa môže výrazne zvýšiť pridaním iónu fluóru.

Po rozpustení v kyseline dusičnej vzniká uranylový ión 1U 2 2+:

Triuran octoxide U 3 0s (oxid uránu) - prášok, ktorého farba sa mení od čiernej po tmavozelenú; pri silnom drvení - olivovozelená farba. Veľké čierne kryštály zanechávajú na porceláne zelené ťahy. Sú známe tri kryštalické modifikácie U30 h: a-U3C>8 - kosoštvorcová kryštálová štruktúra (šp. gr. C222; 0=0,671 nm; 6=1,197 nm; c=0,83 nm; d =0,839 nm); p-U 3 0e - kosoštvorcová kryštálová štruktúra (priestorová grupa Stst; 0 = 0,705 nm; 6 = 1,172 nm; 0 = 0,829 nm. Začiatok rozkladu je 100 ° (ide na 110 2), MPC = 0,075 mg / m3.

U3C>8 možno získať reakciou:

Kalcináciou U02, U02 (N03)2, U02 C2043H20, U04-2H20 alebo (NH4)2U207 pri 750 °C na vzduchu alebo v kyslíkovej atmosfére ( p = 150 + 750 mm Hg) prijímajú stechiometricky čistý U 3 08.

Keď sa U 3 0s kalcinuje pri T > 100°, zníži sa na 110 2, avšak po ochladení na vzduchu sa vráti na U 3 0s. U 3 0e sa rozpúšťa len v koncentrovaných silných kyselinách. V kyseline chlorovodíkovej a sírovej vzniká zmes U(IV) a U(VI) a v kyseline dusičnej vzniká dusičnan uranyl. Zriedená kyselina sírová a chlorovodíková reagujú s U 3 Os aj pri zahrievaní veľmi slabo, pridanie oxidačných činidiel (kyselina dusičná, pyrolusit) prudko zvyšuje rýchlosť rozpúšťania. Koncentrovaná H2S04 rozpúšťa U3Os za vzniku U(S04)2 a U02S04. Kyselina dusičná rozpúšťa U 3 Oe za vzniku dusičnanu uranylu.

Oxid uránový, U0 3 - kryštalická alebo amorfná látka jasne žltej farby. Reaguje s vodou. MPC \u003d 0,075 mg/m3.

Získava sa kalcináciou polyuranátu amónneho, peroxidu uránu, oxalátu uranylu pri 300-500 ° a hexahydrátu dusičnanu uranylu. V tomto prípade sa vytvorí oranžový prášok amorfnej štruktúry s hustotou

6,8 g/cm. Kryštalickú formu IO3 možno získať oxidáciou U308 pri teplotách 450°-750° v prúde kyslíka. Existuje šesť kryštalických modifikácií U0 3 (a, (3, y> §> ?, n) - U0 3 je hygroskopický a vo vlhkom vzduchu sa mení na hydroxid uranylu. Ďalším zahrievaním na 6oo° je možné získať U 3 Os.

Vodík, amoniak, uhlík, alkalické kovy a kovy alkalických zemín redukujú U03 na U02. Prechodom zmesi plynov HF a NH3 vzniká UF4. V najvyššej valencii má urán amfotérne vlastnosti. Pôsobením kyselín U0 3 alebo jeho hydrátov vznikajú uranylové soli (U0 2 2+), sfarbené do žltozelena:

Väčšina uranylových solí je vysoko rozpustná vo vode.

S alkáliami pri tavení U0 3 tvorí soli kyseliny uránovej - uranáty MDKH,:

S alkalickými roztokmi tvorí oxid uraničitý soli polyuránových kyselín - polyuranáty dgM 2 0y110 3 pH^O.

Soli kyseliny uránovej sú vo vode prakticky nerozpustné.

Kyslé vlastnosti U(VI) sú menej výrazné ako tie zásadité.

Urán reaguje s fluórom pri izbovej teplote. Stabilita vyšších halogenidov klesá z fluoridov na jodidy. Fluoridy UF3, U4F17, U2F9 a UF4 sú neprchavé a UFe je prchavé. Najdôležitejšie z fluoridov sú UF 4 a UFe.

Ftpppippyanir okgilya t "yanya ppptrkart v praxi:

Reakcia vo fluidnom lôžku sa uskutočňuje podľa rovnice:

Je možné použiť fluoračné činidlá: BrF 3, CC1 3 F (freón-11) alebo CC1 2 F 2 (freón-12):

Fluorid uránu (1U) UF 4 ("zelená soľ") - prášok od modrozelenej až po smaragdovú farbu. G 11L \u003d SW6 °; G na, ",. \u003d -1730°. DYa ° 298 = 1856 kJ / mol. Kryštalická štruktúra je jednoklonná (sp. gp C2/c; 0 = 1,273 nm; 5 = 1,075 nm; 0 = 0,843 nm; d= 6,7 nm; p \u003d 12b ° 20 "; hustota 6,72 g / cm3. UF 4 je stabilná, neaktívna, neprchavá zlúčenina, zle rozpustná vo vode. Najlepším rozpúšťadlom pre UF 4 je dymivá kyselina chloristá HC10 4. Rozpúšťa sa v oxidačných kyselinách za vzniku uranylovej soli sa rýchlo rozpúšťa v horúcom roztoku Al(N03)3 alebo A1C13, ako aj v roztoku kyseliny boritej okyslenej H2S04, HC104 alebo HC1.alebo kyseliny boritej. rozpúšťanie UF 4. Tvorí množstvo ťažko rozpustných podvojných solí s fluoridmi iných kovov (MeUFe, Me 2 UF6, Me 3 UF 7 atď.) NH 4 UF 5 má priemyselný význam.

Fluorid U(IV) je medziproduktom pri príprave

UF6 aj kovový urán.

UF 4 možno získať reakciami:

alebo elektrolytickou redukciou fluoridu uranylu.

Hexafluorid uránu UFe - pri izbovej teplote kryštály slonoviny s vysokým indexom lomu. Hustota

5,09 g/cm3, hustota kvapalného UFe je 3,63 g/cm3. Lietajúce spojenie. Tvoag = 5^>5°> Gil = 64,5° (pod tlakom). Tlak nasýtených pár dosiahne atmosféru pri 560°. Entalpia tvorby AR° 29 8 = -2116 kJ/mol. Kryštálová štruktúra je kosoštvorcová (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. Z pevného stavu môže UF6 sublimovať z pevnej fázy (sublimovať) do plynu, pričom obchádza kvapalnú fázu v širokom rozsahu tlakov. Teplo sublimácie pri 50 0 50 kJ/mg. Molekula nemá dipólový moment, takže UF6 sa nespája. Pary UFr, - ideálny plyn.

Získava sa pôsobením fluóru na U jeho zlúčenín:

Okrem reakcií v plynnej fáze existujú aj reakcie v kvapalnej fáze.

získanie UF6 napríklad pomocou halogénfluoridov

Existuje spôsob, ako získať UF6 bez použitia fluóru - oxidáciou UF 4:

UFe nereaguje so suchým vzduchom, kyslíkom, dusíkom a CO 2, ale pri kontakte s vodou, dokonca aj so stopami, podlieha hydrolýze:

Interaguje s väčšinou kovov, vytvára ich fluoridy, čo komplikuje spôsoby jeho skladovania. Vhodné materiály nádob na prácu s UF6 sú: Ni, Monel a Pt pri zahrievaní, teflón, absolútne suchý kremeň a sklo, meď a hliník za studena. Pri teplotách 25 yuo 0 vytvára komplexné zlúčeniny s fluoridmi alkalických kovov a striebra typu 3NaFUFr>, 3KF2UF6.

Dobre sa rozpúšťa v rôznych organických kvapalinách, anorganických kyselinách a vo všetkých halogénfluoridoch. Inertné voči sušeniu 02, N2, C02, C12, Br2. UFr sa vyznačuje redukčnými reakciami s väčšinou čistých kovov. UF6 prudko reaguje s uhľovodíkmi a inými organickými látkami, takže uzavreté nádoby s UFe môžu explodovať. UF6 v rozsahu 25 - 100° tvorí komplexné soli s fluoridmi alkalických a iných kovov. Táto vlastnosť sa využíva v technológii na selektívnu extrakciu UF

Hydridy uránu UH2 a UH3 zaberajú medziľahlú polohu medzi hydridmi podobnými soli a hydridmi, ako sú tuhé roztoky vodíka v kove.

Keď urán reaguje s dusíkom, tvoria sa nitridy. V systéme U-N sú známe štyri fázy: UN (nitrid uránu), a-U 2 N 3 (sesquinitrid), p-U 2 N 3 a OSN If90. Nie je možné dosiahnuť zloženie UN 2 (dinitrid). Spoľahlivé a dobre kontrolované sú syntézy mononitridu uránu UN, ktoré sa najlepšie robia priamo z prvkov. Nitridy uránu sú práškové látky, ktorých farba sa mení od tmavosivej po sivú; vyzerať ako kov. UN má kubickú plošne centrovanú kryštálovú štruktúru, ako je NaCl (0=4,8892 A); (/ = 14,324, 7 ^ = 2855 °, stabilný vo vákuu do 1700 0. Získava sa reakciou U alebo U hydridu s N 2 alebo NH 3 , rozklad vyšších nitridov U pri 1300 ° alebo ich redukcia kovovým uránom. U2N3 je známy v dvoch polymorfných modifikáciách: kubický a a hexagonálny p (0=0,3688 nm, 6=0,5839 nm), uvoľňuje N2 vo vákuu nad 8oo°. Získava sa redukciou UN 2 vodíkom. Dinitrid UN 2 sa syntetizuje reakciou U s N 2 pri vysokom tlaku N 2 . Nitridy uránu sú ľahko rozpustné v kyselinách a zásadách, ale rozkladajú sa roztavenými zásadami.

Nitrid uránu sa získava dvojstupňovou karbotermickou redukciou oxidu uránu:

Zahrievanie v argóne pri 7M450 0 počas 10 * 20 hodín

Pôsobením amoniaku na UF 4 pri vysokej teplote a tlaku je možné získať nitrid uránu so zložením blízkym dinitridu, UN 2 .

Dinitrid uránu sa pri zahrievaní rozkladá:

Nitrid uránu, obohatený o 2 35 U, má vyššiu hustotu štiepenia, tepelnú vodivosť a bod topenia ako oxidy uránu, tradičné palivo moderných energetických reaktorov. Má tiež dobrú mechanickú stabilitu a prevyšuje tradičné palivo. Preto sa táto zlúčenina považuje za sľubný základ pre reaktory s rýchlymi neutrónmi na jadrové palivo (jadrové reaktory IV. generácie).

Komentujte. OSN je veľmi užitočné obohatiť sa o ‘5N, pretože ,4N má tendenciu zachytávať neutróny, pričom reakciou (n,p) vzniká rádioaktívny izotop 14C.

Karbid uránu UC 2 (?-fáza) je svetlošedá kryštalická látka s kovovým leskom. V systéme U-C (karbidy uránu) sú UC 2 (?-fáza), UC 2 (b 2-fáza), U 2 C 3 (e-fáza), UC (b 2-fáza) - karbidy uránu. Dikarbid uránu UC 2 možno získať reakciami:

U + 2C ^ UC 2 (54v)

Karbidy uránu sa používajú ako palivo pre jadrové reaktory, perspektívne sú ako palivo pre motory vesmírnych rakiet.

Uranylnitrát, uranylnitrát, U0 2 (N0 3) 2 -6H 2 0. Úlohu kovu v tejto soli zohráva uranylový katión 2+. Žlté kryštály so zelenkastým leskom, ľahko rozpustné vo vode. Vodný roztok je kyslý. Rozpustný v etanole, acetóne a éteri, nerozpustný v benzéne, toluéne a chloroforme. Pri zahriatí sa kryštály topia a uvoľňujú HN0 3 a H 2 0. Kryštalický hydrát na vzduchu ľahko eroduje. Charakteristickou reakciou je, že pôsobením NH 3 vzniká žltá zrazenina urátu amónneho.

Urán je schopný vytvárať organické zlúčeniny kovov. Príkladmi sú cyklopentadienylové deriváty zloženia U(C5H5)4 a ich halogénované u(C5H5)3G alebo u(C5H5)2G2.

Vo vodných roztokoch je urán najstabilnejší v oxidačnom stave U(VI) vo forme uranylového iónu U0 2 2+. V menšej miere sa vyznačuje stavom U(IV), ale môže existovať aj vo forme U(III). Oxidačný stav U(V) môže existovať ako ión IO2+, ale tento stav sa zriedkavo pozoruje kvôli tendencii k disproporcionácii a hydrolýze.

V neutrálnych a kyslých roztokoch U(VI) existuje ako U0 2 2+ - žltý uranylový ión. Medzi dobre rozpustné uranylové soli patrí dusičnan U0 2 (N0 3) 2, síran U0 2 S0 4, chlorid U0 2 C1 2, fluorid U0 2 F 2, acetát U0 2 (CH 3 C00) 2. Tieto soli sa izolujú z roztokov vo forme kryštalických hydrátov s rôznym počtom molekúl vody. Málo rozpustné soli uranylu sú: šťavelan U0 2 C 2 0 4, fosforečnany U0 2 HP0., a UO2P2O4, fosforečnan amónny, uranylfosforečnan UO2NH4PO4, uranylvanadičnan sodný NaU02V04, ferokyanid (U02) 2. Uranylový ión sa vyznačuje tendenciou vytvárať komplexné zlúčeniny. Sú teda známe komplexy s fluórovými iónmi typu -, 4-; dusičnanové komplexy a 2*; síranové komplexy 2" a 4-; uhličitanové komplexy 4" a 2" atď. Pôsobením alkálií na roztoky uranylových solí sa uvoľňujú ťažko rozpustné zrazeniny diuranátov typu Me 2 U 2 0 7 (Me 2 U0 4 monouranáty sa z roztokov neizolujú, získavajú sa fúziou oxidov uránu s alkáliami) Známe sú polyuranáty Me 2 U n 0 3 n+i (napríklad Na 2 U60i 9).

U(VI) sa redukuje v kyslých roztokoch na U(IV) železom, zinkom, hliníkom, hydrosiričitanom sodným a amalgámom sodným. Roztoky sú zafarbené na zeleno. Alkálie zrážajú hydroxid a z nich 0 2 (0H) 2, kyselina fluorovodíková - fluorid UF 4 -2,5H 2 0, kyselina šťaveľová - šťavelan U (C 2 0 4) 2 -6H 2 0. Tendencia k tvorbe komplexov v U. 4+ iónov menej ako uranylových iónov.

Urán (IV) v roztoku je vo forme U 4+ iónov, ktoré sú vysoko hydrolyzované a hydratované:

V kyslých roztokoch je hydrolýza potlačená.

Urán (VI) v roztoku tvorí uranyloxokáciu - U0 2 2+ Je známych množstvo zlúčenín uranu, ktorých príklady sú: 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, ZnU02 (CH3C00) 4 atď.

Počas hydrolýzy uranylového iónu vzniká množstvo viacjadrových komplexov:

Pri ďalšej hydrolýze sa objaví U30s (0H)2 a potom U308 (0H)42-.

Na kvalitatívnu detekciu uránu sa využívajú metódy chemickej, luminiscenčnej, rádiometrickej a spektrálnej analýzy. Chemické metódy sú založené najmä na tvorbe farebných zlúčenín (napríklad červeno-hnedá farba zlúčeniny s ferokyanidom, žltá s peroxidom vodíka, modrá s arzenázovým činidlom). Luminiscenčná metóda je založená na schopnosti mnohých zlúčenín uránu poskytnúť žltkasto-zelenkastú žiaru pôsobením UV lúčov.

Kvantitatívne stanovenie uránu sa vykonáva rôznymi metódami. Najdôležitejšie z nich sú: volumetrické metódy, spočívajúce v redukcii U(VI) na U(IV) s následnou titráciou roztokmi oxidačných činidiel; hmotnostné metódy - zrážanie uranátov, peroxid, U(IV) kupferranáty, oxychinolát, šťavelan atď. nasleduje ich kalcinácia pri 100° a vážení U 30s; polarografické metódy v roztoku dusičnanov umožňujú stanoviť 10 x 7 x 10-9 g uránu; početné kolorimetrické metódy (napríklad s H202 v alkalickom prostredí, s arzenázovým činidlom v prítomnosti EDTA, s dibenzoylmetánom, vo forme tiokyanátového komplexu atď.); luminiscenčná metóda, ktorá umožňuje určiť pri fúzii s NaF k ty 11 g uránu.

235U patrí do skupiny A radiačného nebezpečenstva, minimálna významná aktivita MZA=3,7-10 4 Bq, 2 s 8 a - do skupiny D, MZA=3,7-10 6 Bq (300 g).

Odkiaľ sa vzal urán? S najväčšou pravdepodobnosťou sa objavuje počas výbuchov supernov. Faktom je, že pre nukleosyntézu prvkov ťažších ako železo musí existovať silný tok neutrónov, ku ktorému dochádza práve pri výbuchu supernovy. Zdalo by sa, že neskôr, pri kondenzácii z oblaku nových hviezdnych systémov ním vytvorených, by sa urán, ktorý sa zhromaždil v protoplanetárnom oblaku a bol veľmi ťažký, mal ponoriť do hlbín planét. Ale nie je. Urán je rádioaktívny prvok a pri rozklade uvoľňuje teplo. Výpočet ukazuje, že ak by bol urán rovnomerne rozmiestnený po celej hrúbke planéty, aspoň s rovnakou koncentráciou ako na povrchu, uvoľnil by príliš veľa tepla. Okrem toho by sa jeho prietok mal znižovať so spotrebou uránu. Keďže nič také nebolo pozorované, geológovia sa domnievajú, že najmenej tretina uránu a možno aj všetok urán je sústredená v zemskej kôre, kde je jeho obsah 2,5∙10 -4%. Prečo sa to stalo, sa nediskutuje.

Kde sa ťaží urán? Urán na Zemi nie je až taký malý – z hľadiska prevalencie je na 38. mieste. A najviac zo všetkého je tento prvok v sedimentárnych horninách – uhlíkatých bridliciach a fosforitoch: až 8∙10 -3 a 2,5∙10 -2 %, v tomto poradí. Celkovo zemská kôra obsahuje 10 14 ton uránu, ale hlavný problém tým, že je veľmi rozptýlený a netvorí mocné usadeniny. Priemyselný význam má asi 15 uránových nerastov. Ide o uránovú smolu - jej základom je oxid štvormocného uránu, uránová sľuda - rôzne silikáty, fosforečnany a zložitejšie zlúčeniny s vanádom alebo titánom na báze šesťmocného uránu.

Čo sú to Becquerelove lúče? Po objavení röntgenových lúčov Wolfgangom Roentgenom sa francúzsky fyzik Antoine-Henri Becquerel začal zaujímať o žiaru uránových solí, ku ktorej dochádza pri pôsobení slnečného žiarenia. Chcel pochopiť, či sú aj tu röntgenové lúče. Skutočne boli prítomní - soľ osvetlila fotografickú platňu cez čierny papier. V jednom z experimentov však soľ nebola osvetlená a fotografická platňa stále stmavla. Keď sa medzi soľ a fotografickú platňu umiestnil kovový predmet, stmavnutie pod ním bolo menšie. V dôsledku toho nové lúče vôbec nevznikli v dôsledku excitácie uránu svetlom a čiastočne neprešli cez kov. Najprv sa im hovorilo „Becquerelské lúče“. Následne sa zistilo, že ide hlavne o alfa lúče s malým prídavkom beta lúčov: faktom je, že hlavné izotopy uránu vyžarujú pri rozpade alfa časticu a beta rozpad zažívajú aj dcérske produkty.

Aká vysoká je rádioaktivita uránu? Urán nemá stabilné izotopy, všetky sú rádioaktívne. Najdlhší je urán-238 s polčasom rozpadu 4,4 miliardy rokov. Ďalším je urán-235 - 0,7 miliardy rokov. Oba podliehajú rozpadu alfa a stávajú sa zodpovedajúcimi izotopmi tória. Urán-238 tvorí viac ako 99% všetkého prírodného uránu. Pre jeho dlhý polčas rozpadu je rádioaktivita tohto prvku nízka a okrem toho alfa častice nie sú schopné prekonať stratum corneum na povrchu ľudského tela. Hovorí sa, že IV Kurčatov si po práci s uránom jednoducho utrel ruky vreckovkou a netrpel žiadnymi chorobami spojenými s rádioaktivitou.

Výskumníci sa opakovane obrátili na štatistiku chorôb pracovníkov v uránových baniach a spracovateľských závodoch. Napríklad tu je nedávny článok kanadských a amerických odborníkov, ktorí analyzovali zdravotné údaje viac ako 17 000 pracovníkov v bani Eldorado v kanadskej provincii Saskatchewan za roky 1950-1999 ( environmentálny výskum, 2014, 130, 43–50, DOI:10.1016/j.envres.2014.01.002). Vychádzali zo skutočnosti, že žiarenie má najsilnejší vplyv na rýchlo sa množiace krvinky, čo vedie k zodpovedajúcim typom rakoviny. Štatistiky tiež ukázali, že banskí robotníci majú nižší výskyt rôznych typov rakoviny krvi ako priemerný Kanaďan. Zároveň sa za hlavný zdroj žiarenia nepovažuje samotný urán, ale ním generovaný plynný radón a jeho produkty rozpadu, ktoré sa môžu dostať do tela cez pľúca.

Prečo je urán škodlivý?? Rovnako ako ostatné ťažké kovy je vysoko toxický a môže spôsobiť zlyhanie obličiek a pečene. Na druhej strane, urán, ktorý je rozptýleným prvkom, je nevyhnutne prítomný vo vode, pôde a koncentruje sa v potravinovom reťazci a vstupuje do ľudského tela. Je rozumné predpokladať, že v procese evolúcie sa živé bytosti naučili neutralizovať urán v prirodzených koncentráciách. Najnebezpečnejší urán je vo vode, preto WHO stanovila limit: najprv to bolo 15 µg/l, no v roku 2011 sa norma zvýšila na 30 µg/g. Vo vode je spravidla oveľa menej uránu: v USA v priemere 6,7 μg / l, v Číne a Francúzsku - 2,2 μg / l. Existujú však aj silné odchýlky. Takže v niektorých oblastiach Kalifornie je to stokrát viac ako štandard - 2,5 mg / l a v južnom Fínsku dosahuje 7,8 mg / l. Vedci sa snažia pochopiť, či je norma WHO príliš prísna skúmaním vplyvu uránu na zvieratá. Tu je typická práca BioMed Research International, 2014, IČO 181989; DOI:10.1155/2014/181989). Francúzski vedci kŕmili potkany deväť mesiacov vodou doplnenou o ochudobnený urán a v relatívne vysokej koncentrácii – od 0,2 do 120 mg/l. Spodná hodnota je voda v blízkosti bane, zatiaľ čo horná sa nikde nenachádza - maximálna koncentrácia uránu nameraná v rovnakom Fínsku je 20 mg / l. Na prekvapenie autorov – článok sa volá presne takto: „Neočakávaná absencia citeľného účinku uránu na fyziologické systémy...“ – urán nemal na zdravie potkanov prakticky žiadny vplyv. Zvieratá dobre jedli, správne pribrali, nesťažovali sa na choroby a nezomreli na rakovinu. Urán, ako sa patrí, sa ukladal predovšetkým v obličkách a kostiach a v stonásobne menšom množstve - v pečeni a jeho hromadenie podľa očakávania záviselo od obsahu vo vode. To však neviedlo k zlyhaniu obličiek, dokonca ani k viditeľnému výskytu akýchkoľvek molekulárnych markerov zápalu. Autori navrhli začať s revíziou prísnych smerníc WHO. Je tu však jedno upozornenie: vplyv na mozog. V mozgoch potkanov bolo menej uránu ako v pečeni, no jeho obsah nezávisel od množstva vo vode. Ale urán ovplyvnil prácu antioxidačného systému mozgu: aktivita katalázy sa zvýšila o 20%, glutatiónperoxidázy sa zvýšila o 68–90%, zatiaľ čo aktivita superoxiddismutázy klesla o 50% bez ohľadu na dávku. To znamená, že urán jednoznačne spôsobil oxidačný stres v mozgu a telo naň reagovalo. Takýto účinok - silný účinok uránu na mozog v neprítomnosti jeho akumulácie v ňom, mimochodom, ako aj v pohlavných orgánoch - bol zaznamenaný skôr. Navyše voda s uránom v koncentrácii 75–150 mg/l, ktorou výskumníci z University of Nebraska kŕmili potkany šesť mesiacov ( Neurotoxikológia a teratológia, 2005, 27, 1, 135–144; DOI:10.1016/j.ntt.2004.09.001) ovplyvnilo správanie zvierat, najmä samcov, vypustených do terénu: na rozdiel od kontrolných prekročili čiary, postavili sa na zadné a vyčesali si srsť. Existujú dôkazy, že urán vedie aj k zhoršeniu pamäti u zvierat. Zmena správania korelovala s úrovňou oxidácie lipidov v mozgu. Ukazuje sa, že potkany z uránovej vody sa stali zdravými, ale hlúpymi. Tieto údaje nám budú stále užitočné pri analýze takzvaného syndrómu Perzského zálivu (syndróm vojny v Perzskom zálive).

Znečisťuje urán miesta ťažby bridlicového plynu? Závisí to od toho, koľko uránu je v horninách obsahujúcich plyn a ako je s nimi spojený. Napríklad docent Tracy Bank z univerzity v Buffale preskúmal Marcelus Shale, ktorý sa tiahne od západu štátu New York cez Pensylvániu a Ohio až po Západnú Virgíniu. Ukázalo sa, že urán je chemicky viazaný práve so zdrojom uhľovodíkov (pripomeňme, že príbuzné uhlíkaté bridlice majú najvyšší obsah uránu). Experimenty ukázali, že roztok používaný na lámanie švu dokonale rozpúšťa urán. „Keď je urán v týchto vodách na povrchu, môže spôsobiť znečistenie okolia. Nenesie so sebou radiačné riziko, ale urán je jedovatý prvok, “poznamenáva Tracey Bank v tlačovej správe univerzity z 25. októbra 2010. Podrobné články o riziku znečistenia životného prostredia uránom alebo tóriom pri ťažbe bridlicového plynu zatiaľ nie sú pripravené.

Prečo je potrebný urán? Predtým sa používal ako pigment na výrobu keramiky a farebného skla. Teraz je urán základom jadrovej energie a jadrových zbraní. V tomto prípade sa využíva jeho jedinečná vlastnosť – schopnosť jadra deliť sa.

Čo je jadrové štiepenie? Rozpad jadra na dva nerovnako veľké kusy. Práve pre túto vlastnosť pri nukleosyntéze vplyvom ožarovania neutrónmi len veľmi ťažko vznikajú jadrá ťažšie ako urán. Podstata javu je nasledovná. Ak pomer počtu neutrónov a protónov v jadre nie je optimálny, stáva sa nestabilným. Zvyčajne takéto jadro vymrští buď časticu alfa - dva protóny a dva neutróny, alebo časticu beta - pozitrón, čo je sprevádzané premenou jedného z neutrónov na protón. V prvom prípade sa získa prvok periodickej tabuľky, vzdialený dve bunky dozadu, v druhom - jedna bunka dopredu. Jadro uránu je však okrem vyžarovania častíc alfa a beta schopné štiepenia – rozpadu na jadrá dvoch prvkov v strede periodickej tabuľky, napríklad bária a kryptónu, čo sa mu po novom neutrón. Tento jav bol objavený krátko po objave rádioaktivity, keď fyzici vystavili novoobjavenému žiareniu všetko, čo mali. Takto o tom píše účastník udalostí Otto Frisch (Uspekhi fizicheskikh nauk, 1968, 96, 4). Po objavení lúčov berýlia - neutrónov - Enrico Fermi ich ožiaril, najmä uránom, aby spôsobil beta rozpad - dúfal, že na svoje náklady získa ďalší, 93. prvok, teraz nazývaný neptúnium. Práve on objavil v ožiarenom uráne nový typ rádioaktivity, ktorý spájal s výskytom transuránových prvkov. V tomto prípade spomaľujúce neutróny, pre ktoré bol zdroj berýlia pokrytý vrstvou parafínu, zvýšili túto indukovanú rádioaktivitu. Americký rádiochemik Aristide von Grosse navrhol, že jedným z týchto prvkov je protaktínium, ale mýlil sa. Ale Otto Hahn, ktorý vtedy pôsobil na Viedenskej univerzite a považoval protaktínium objavené v roku 1917 za svoje duchovné dieťa, sa rozhodol, že je povinný zistiť, aké prvky boli v tomto prípade získané. Spolu s Lise Meitnerovou začiatkom roku 1938 Hahn na základe výsledkov experimentov navrhol, že vznikajú celé reťazce rádioaktívnych prvkov, ktoré vznikajú mnohonásobnými beta rozpadmi jadier uránu-238, ktoré pohlcujú neutrón a jeho dcérske prvky. Čoskoro bola Lise Meitner nútená utiecť do Švédska, pretože sa obávala možných odvetných opatrení zo strany nacistov po rakúskom anšluse. Hahn, pokračujúc v experimentoch s Fritzom Strassmannom, zistil, že medzi produktmi bolo aj bárium, prvok číslo 56, ktorý nebolo možné z uránu žiadnym spôsobom získať: všetky reťazce rozpadov uránu alfa končia oveľa ťažším olovom. Vedci boli tak prekvapení výsledkom, že ho nezverejnili, iba napísali listy priateľom, najmä Lise Meitnerovej v Göteborgu. Tam ju na Vianoce 1938 navštívil jej synovec Otto Frisch a na prechádzke v okolí zimného mesta - on je na lyžiach, teta ide pešo - diskutovali o možnosti výskytu bária pri ožarovaní uránom. v dôsledku jadrového štiepenia (viac o Lise Meitnerovej pozri „Chémia a život“, 2013, č. 4). Po návrate do Kodane Frisch, doslova na uličke parníka odchádzajúceho do USA, zachytil Nielsa Bohra a informoval ho o myšlienke rozdelenia. Bor si pleskol po čele a povedal: „Ach, akí sme boli blázni! Mali sme si to všimnúť skôr." V januári 1939 Frisch a Meitner publikovali článok o štiepení jadier uránu pôsobením neutrónov. V tom čase už Otto Frisch pripravil kontrolný experiment, ako aj mnohé americké skupiny, ktoré dostali správu od Bohra. Hovorí sa, že fyzici sa začali rozchádzať do svojich laboratórií práve počas jeho správy 26. januára 1939 vo Washingtone na výročnej konferencii o teoretickej fyzike, keď pochopili podstatu myšlienky. Po objave štiepenia Hahn a Strassman zrevidovali svoje experimenty a rovnako ako ich kolegovia zistili, že rádioaktivita ožiareného uránu nesúvisí s transuránmi, ale s rozpadom rádioaktívnych prvkov vznikajúcich pri štiepení zo stredu periodickej tabuľky.

Ako funguje reťazová reakcia v uráne? Krátko po tom, čo bola experimentálne dokázaná možnosť štiepenia jadier uránu a tória (a na Zemi nie sú žiadne iné štiepne prvky vo významnejšom množstve), Niels Bohr a John Wheeler, ktorí pracovali v Princetone, a nezávisle aj sovietsky teoretický fyzik Ya. I. Frenkel a Nemci Siegfried Flügge a Gottfried von Droste vytvorili teóriu jadrového štiepenia. Z toho vyplynuli dva mechanizmy. Jeden súvisí s prahovou absorpciou rýchlych neutrónov. Podľa neho na spustenie štiepenia musí mať neutrón dosť vysokú energiu, viac ako 1 MeV pre jadrá hlavných izotopov - urán-238 a tórium-232. Pri nižších energiách má absorpcia neutrónu uránom-238 rezonančný charakter. Neutrón s energiou 25 eV má teda záchytný prierez tisíckrát väčší ako pri iných energiách. V tomto prípade nedôjde k štiepeniu: z uránu-238 sa stane urán-239, ktorý sa s polčasom rozpadu 23,54 minúty zmení na neptúnium-239, ten s polčasom rozpadu 2,33 dňa sa zmení na dlhý- žilo plutónium-239. Z tória-232 sa stane urán-233.

Druhým mechanizmom je bezprahová absorpcia neutrónu, po ktorej nasleduje tretí viac-menej bežný štiepny izotop - urán-235 (ako aj plutónium-239 a urán-233, ktoré v prírode chýbajú): pohltením akéhokoľvek neutrónu , aj pomalé, takzvané tepelné, s energiou pre molekuly zúčastňujúce sa tepelného pohybu - 0,025 eV, sa takéto jadro rozdelí. A to je veľmi dobré: pre tepelné neutróny je plocha prierezu záchytu štyrikrát väčšia ako pre rýchle, megaelektronvoltové. To je význam uránu-235 pre celú nasledujúcu históriu jadrovej energetiky: práve on zabezpečuje množenie neutrónov v prírodnom uráne. Po zasiahnutí neutrónu sa jadro uránu-235 stane nestabilným a rýchlo sa rozdelí na dve nerovnaké časti. Cestou vyletí niekoľko (v priemere 2,75) nových neutrónov. Ak zasiahnu jadrá toho istého uránu, spôsobia exponenciálne znásobenie neutrónov – spustí sa reťazová reakcia, ktorá povedie k výbuchu v dôsledku rýchleho uvoľnenia obrovského množstva tepla. Takto nemôže fungovať ani urán-238, ani tórium-232: veď pri štiepení sa vyžarujú neutróny s priemernou energiou 1-3 MeV, teda ak je prah energie 1 MeV, významná časť neutróny určite nebudú schopné vyvolať reakciu a nedôjde k žiadnej reprodukcii. To znamená, že na tieto izotopy by sa malo zabudnúť a neutróny sa budú musieť spomaliť na tepelnú energiu, aby interagovali s jadrami uránu-235 čo najefektívnejšie. Zároveň nemožno dovoliť ich rezonančnú absorpciu uránom-238: koniec koncov, v prírodnom uráne je tento izotop o niečo menší ako 99,3% a neutróny sa s ním častejšie zrážajú, a nie s cieľovým uránom-235. A ako moderátor je možné udržiavať násobenie neutrónov na konštantnej úrovni a zabrániť výbuchu - riadiť reťazovú reakciu.

Výpočet, ktorý vykonali Ya. B. Zeldovich a Yu. B. Khariton v tom istom osudnom roku 1939, ukázal, že na to je potrebné použiť neutrónový moderátor vo forme ťažkej vody alebo grafitu a obohatiť prírodný urán o urán-235 najmenej 1,83-krát. Potom sa im táto myšlienka zdala čistou fantáziou: „Treba poznamenať, že približne dvojnásobné obohatenie tých pomerne významných množstiev uránu, ktoré sú potrebné na uskutočnenie reťazovej explózie,<...>je mimoriadne ťažkopádna úloha, ktorá sa blíži praktickej nemožnosti.“ Teraz je tento problém vyriešený a jadrový priemysel hromadne vyrába urán obohatený o urán-235 až na 3,5 % pre elektrárne.

Čo je spontánne jadrové štiepenie? V roku 1940 G. N. Flerov a K. A. Petrzhak zistili, že k štiepeniu uránu môže dôjsť spontánne, bez akéhokoľvek vonkajšieho vplyvu, hoci polčas rozpadu je oveľa dlhší ako pri bežnom rozpade alfa. Keďže pri takomto štiepení vznikajú aj neutróny, ak im nebude umožnené odletieť z reakčnej zóny, poslúžia ako iniciátory reťazovej reakcie. Práve tento jav sa využíva pri vytváraní jadrových reaktorov.

Prečo je potrebná jadrová energia? Zel'dovich a Khariton boli medzi prvými, ktorí vypočítali ekonomický efekt jadrovej energie (Uspekhi fizicheskikh nauk, 1940, 23, 4). “... Momentálne stále nie je možné urobiť konečné závery o možnosti alebo nemožnosti realizácie jadrovej štiepnej reakcie v uráne s nekonečne sa rozvetvenými reťazcami. Ak je takáto reakcia uskutočniteľná, potom sa reakčná rýchlosť automaticky upraví, aby sa zabezpečilo, že prebehne hladko, napriek obrovskému množstvu energie, ktorú má experimentátor k dispozícii. Táto okolnosť je mimoriadne priaznivá pre energetické využitie reakcie. Preto, hoci ide o delenie kože nezabitého medveďa, uvádzame niekoľko čísel, ktoré charakterizujú možnosti energetického využitia uránu. Ak teda štiepny proces prebieha na rýchlych neutrónoch, reakcia zachytí hlavný izotop uránu (U238), potom<исходя из соотношения теплотворных способностей и цен на уголь и уран>náklady na kalórie z hlavného izotopu uránu sú asi 4000-krát lacnejšie ako z uhlia (pokiaľ, samozrejme, procesy „spaľovania“ a odvodu tepla nie sú v prípade uránu oveľa drahšie ako v prípade uhlia). V prípade pomalých neutrónov budú náklady na „uránovú“ kalóriu (na základe vyššie uvedených čísel), ak vezmeme do úvahy, že množstvo izotopu U235 je 0,007, už len 30-krát lacnejšie ako kalórie „uhlia“, všetky ostatné veci sú rovnaké.

Prvú riadenú reťazovú reakciu vykonal v roku 1942 Enrico Fermi na Chicagskej univerzite a reaktor bol ručne riadený tlačením a vyťahovaním grafitových tyčí, keď sa menil tok neutrónov. Prvá elektráreň bola postavená v Obninsku v roku 1954. Prvé reaktory okrem výroby energie pracovali aj na výrobe plutónia na zbrane.

Ako funguje jadrová elektráreň? Väčšina reaktorov teraz pracuje na pomalých neutrónoch. Obohatený urán vo forme kovu, zliatiny, napríklad s hliníkom, alebo vo forme oxidu sa dáva do dlhých valcov - palivových článkov. Sú inštalované určitým spôsobom v reaktore a medzi ne sú zavedené tyče z moderátora, ktoré riadia reťazovú reakciu. Postupom času sa reaktorové jedy hromadia v palivovom prvku - produktoch štiepenia uránu, ktoré sú schopné absorbovať aj neutróny. Keď koncentrácia uránu-235 klesne pod kritickú úroveň, prvok sa vyradí z prevádzky. Obsahuje však veľa štiepnych úlomkov so silnou rádioaktivitou, ktorá rokmi klesá, a preto prvky dlhodobo vydávajú značné množstvo tepla. Držia sa v chladiacich bazénoch a potom sa buď zahrabú, alebo sa ich snažia spracovať – extrahovať nespálený urán 235, nahromadené plutónium (vyrábalo sa z neho atómové bomby) a ďalšie izotopy, ktoré sa dajú použiť. Nevyužitá časť sa posiela na pohrebisko.

V takzvaných rýchlych neutrónových reaktoroch alebo množivých reaktoroch sú okolo prvkov inštalované reflektory uránu-238 alebo tória-232. Spomaľujú a posielajú príliš rýchle neutróny späť do reakčnej zóny. Neutróny spomalené na rezonančnú rýchlosť absorbujú tieto izotopy a menia sa na plutónium-239 alebo urán-233, ktoré môžu slúžiť ako palivo pre jadrovú elektráreň. Keďže rýchle neutróny nereagujú dobre s uránom-235, je potrebné výrazne zvýšiť jeho koncentráciu, čo sa však vyplatí pri silnejšom toku neutrónov. Napriek tomu, že množivé reaktory sú považované za budúcnosť jadrovej energie, keďže poskytujú viac jadrového paliva ako spotrebujú, experimenty ukázali, že je ťažké ich kontrolovať. Teraz je na svete už len jeden takýto reaktor – na štvrtom bloku elektrárne Belojarsk.

Ako je jadrová energia kritizovaná? Ak nehovoríme o haváriách, hlavným bodom v argumentácii odporcov jadrovej energetiky bol dnes návrh doplniť do výpočtu jej efektívnosti náklady na ochranu životného prostredia po vyradení elektrárne a pri práci s palivom. V oboch prípadoch vzniká úloha spoľahlivého uloženia rádioaktívneho odpadu, a to sú náklady, ktoré znáša štát. Existuje názor, že ak sa presunú do nákladov na energiu, ich ekonomická príťažlivosť zmizne.

Odpor je aj medzi zástancami jadrovej energie. Jeho predstavitelia poukazujú na jedinečnosť uránu-235, ktorý nemá náhradu, pretože alternatívne izotopy štiepiteľné tepelnými neutrónmi - plutónium-239 a urán-233 - v prírode chýbajú kvôli polčasu rozpadu tisícky rokov. A získavajú sa práve v dôsledku štiepenia uránu-235. Ak skončí, zanikne vynikajúci prírodný zdroj neutrónov pre jadrovú reťazovú reakciu. V dôsledku takejto márnotratnosti ľudstvo v budúcnosti stratí možnosť zapojiť do energetického cyklu tórium-232, ktorého zásoby sú niekoľkonásobne väčšie ako zásoby uránu.

Teoreticky môžu byť urýchľovače častíc použité na získanie toku rýchlych neutrónov s megaelektronvoltovými energiami. Ak však hovoríme napríklad o medziplanetárnych letoch na atómovom motore, potom bude veľmi ťažké implementovať schému s objemným urýchľovačom. Vyčerpanie uránu-235 ukončuje takéto projekty.

Čo je to zbraňový urán? Ide o vysoko obohatený urán-235. Jeho kritická hmotnosť – zodpovedá veľkosti kúska hmoty, v ktorej spontánne nastáva reťazová reakcia – je dostatočne malá na výrobu munície. Takýto urán sa dá použiť na výrobu atómovej bomby, ale aj zápalnice pre termonukleárnu bombu.

Aké katastrofy sú spojené s používaním uránu? Energia uložená v jadrách štiepnych prvkov je obrovská. Keď táto energia unikla spod kontroly kvôli prehliadnutiu alebo kvôli zámeru, môže spôsobiť veľa problémov. K dvom najhorším jadrovým katastrofám došlo 6. a 8. augusta 1945, keď americké letectvo zhodilo atómové bomby na Hirošimu a Nagasaki, pričom zabili a zranili státisíce civilistov. Katastrofy menšieho rozsahu sú spojené s haváriami jadrových elektrární a podnikov jadrového cyklu. Prvá veľká nehoda sa stala v roku 1949 v ZSSR v závode Mayak pri Čeľabinsku, kde sa vyrábalo plutónium; kvapalný rádioaktívny odpad sa dostal do rieky Techa. V septembri 1957 na ňom došlo k výbuchu s únikom veľkého množstva rádioaktívneho materiálu. O jedenásť dní neskôr vyhorel britský plutóniový reaktor vo Windscale a nad západnou Európou sa rozptýlil oblak produktov výbuchu. V roku 1979 vyhorel reaktor v jadrovej elektrárni Trimail Island v Pensylvánii. K najrozšírenejším následkom viedli havárie v jadrovej elektrárni v Černobyle (1986) a jadrovej elektrárni vo Fukušime (2011), keď boli žiareniu vystavené milióny ľudí. Prvý zasypal rozsiahle územia a v dôsledku explózie, ktorá sa rozšírila po celej Európe, vyvrhlo 8 ton uránového paliva s produktmi rozkladu. Druhý znečistil a tri roky po nehode naďalej znečisťuje Tichý oceán v oblastiach rybolovu. Odstraňovanie následkov týchto havárií bolo veľmi nákladné a ak by sa tieto náklady rozložili na náklady na elektrickú energiu, výrazne by sa zvýšili.

Samostatnou otázkou sú dôsledky pre ľudské zdravie. Podľa oficiálnych štatistík mnohí ľudia, ktorí prežili bombardovanie alebo žijú v kontaminovaných oblastiach, profitovali z vystavenia – prví majú vyššiu priemernú dĺžku života, druhí majú menej rakoviny a odborníci pripisujú určité zvýšenie úmrtnosti sociálnemu stresu. Počet ľudí, ktorí zomreli práve na následky nehôd alebo v dôsledku ich likvidácie, sa odhaduje na stovky ľudí. Odporcovia jadrových elektrární upozorňujú, že havárie viedli na európskom kontinente k niekoľkým miliónom predčasných úmrtí, na štatistickom pozadí sú jednoducho neviditeľné.

Vyňatie pôdy z používania človekom v havarijných zónach vedie k zaujímavému výsledku: stávajú sa druhmi rezervácií, kde rastie biodiverzita. Je pravda, že niektoré zvieratá trpia chorobami spojenými s ožiarením. Otvorenou ostáva otázka, ako rýchlo sa prispôsobia zvýšenému zázemiu. Existuje aj názor, že dôsledkom chronického ožarovania je „selekcia pre blázna“ (pozri Chémia a život, 2010, č. 5): primitívnejšie organizmy prežívajú aj v embryonálnom štádiu. Najmä vo vzťahu k ľuďom by to malo viesť k zníženiu mentálnych schopností generácie narodenej v kontaminovaných územiach krátko po nehode.

Čo je ochudobnený urán? Ide o urán-238, ktorý zostal po ťažbe uránu-235. Objemy odpadu z výroby uránu a palivových článkov na zbrane sú veľké – len v Spojených štátoch sa nahromadilo 600 tisíc ton takéhoto hexafluoridu uránu (problémy s ním pozri Chémia a život, 2008, č. 5) . Obsah uránu-235 v ňom je 0,2%. Tieto odpady musia byť buď uskladnené do lepších časov, kedy vzniknú rýchle neutrónové reaktory a bude možné spracovať urán-238 na plutónium, alebo nejako využiť.

Našli pre to využitie. Urán, podobne ako iné prechodné prvky, sa používa ako katalyzátor. Napríklad autori článku v ACS Nano z 30. júna 2014 píšu, že uránový alebo tóriový katalyzátor s grafénom na redukciu kyslíka a peroxidu vodíka „má veľký potenciál pre energetické aplikácie“. Pre svoju vysokú hustotu slúži urán ako záťaž pre lode a protizávažia pre lietadlá. Tento kov je vhodný aj na radiačnú ochranu v zdravotníckych zariadeniach so zdrojmi žiarenia.

Aké zbrane možno vyrobiť z ochudobneného uránu? Guľky a jadrá pre pancierové projektily. Tu je výpočet. Čím je projektil ťažší, tým vyššia je jeho kinetická energia. Ale čím väčší je projektil, tým menej koncentrovaný je jeho dopad. To znamená, že sú potrebné ťažké kovy s vysokou hustotou. Guľky sú vyrobené z olova (uralskí lovci svojho času používali aj natívnu platinu, kým neprišli na to, že ide o drahý kov), pričom jadrá nábojov boli vyrobené zo zliatiny volfrámu. Ochranári upozorňujú, že olovo znečisťuje pôdu na miestach vojen či lovu a bolo by lepšie ho nahradiť niečím menej škodlivým, napríklad rovnakým volfrámom. Ale volfrám nie je lacný a urán, ktorý má podobnú hustotu, je škodlivý odpad. Zároveň je prípustná kontaminácia pôdy a vody uránom približne dvojnásobná ako u olova. Deje sa tak preto, lebo sa zanedbáva slabá rádioaktivita ochudobneného uránu (a je o 40 % nižšia ako u prírodného uránu) a berie sa do úvahy skutočne nebezpečný chemický faktor: urán, ako si pamätáme, je jedovatý. Zároveň je jeho hustota 1,7-krát väčšia ako hustota olova, čo znamená, že veľkosť uránových guľôčok sa môže znížiť na polovicu; urán je oveľa žiaruvzdornejší a tvrdší ako olovo – pri vystrelení sa menej odparuje a pri dopade na cieľ produkuje menej mikročastíc. Vo všeobecnosti uránová guľka znečisťuje menej životné prostredie ako olovo, o takomto využití uránu však nie je isté.

Je však známe, že dosky z ochudobneného uránu sa používajú na zosilnenie pancierovania amerických tankov (je to uľahčené jeho vysokou hustotou a teplotou topenia) a tiež namiesto zliatiny volfrámu v jadrách pre projektily prepichujúce pancier. Uránové jadro je dobré aj preto, že urán je samozápalný: jeho horúce malé častice, ktoré sa vytvoria, keď zasiahnu pancier, vzplanú a podpália všetko naokolo. Obe aplikácie sa považujú za bezpečné pre žiarenie. Výpočet teda ukázal, že aj po roku strávenom bez vystupovania v tanku s uránovým pancierom nabitým uránovou muníciou by posádka dostala len štvrtinu povolenej dávky. A aby sa získala ročná prípustná dávka, musí byť takáto munícia priskrutkovaná k povrchu kože po dobu 250 hodín.

Projektily s uránovými jadrami - pre 30 mm letecké delá alebo pre delostrelecké podkalibry - používali Američania v posledných vojnách, počnúc irackou kampaňou v roku 1991. V tom roku naliali 300 ton ochudobneného uránu na iracké obrnené jednotky v Kuvajte a počas ich ústupu dopadlo 250 ton, čiže 780 000 nábojov, na letecké delá. V Bosne a Hercegovine sa pri bombardovaní armády neuznanej Republiky srbskej spotrebovalo 2,75 tony uránu a pri ostreľovaní juhoslovanskej armády v provincii Kosovo a Metohija - 8,5 tony, čiže 31 000 nábojov. Keďže sa WHO dovtedy postarala o následky používania uránu, bol vykonaný monitoring. Ukázal, že jedna salva pozostávala z približne 300 nábojov, z ktorých 80 % obsahovalo ochudobnený urán. 10 % zasiahlo ciele a 82 % spadlo do vzdialenosti 100 metrov od nich. Zvyšok sa rozptýlil v okruhu 1,85 km. Škrupina, ktorá zasiahla tank, zhorela a zmenila sa na aerosól, ľahké ciele ako obrnené transportéry boli prepichnuté uránovou škrupinou. Jeden a pol tony nábojov by sa tak v Iraku mohlo zmeniť nanajvýš na uránový prach. Podľa odborníkov z amerického strategického výskumného centra RAND Corporation sa viac ako 10 až 35 % použitého uránu zmenilo na aerosól. Chorvátsky bojovník proti uránovej munícii Asaf Durakovich, ktorý pracoval v rôznych organizáciách od nemocnice King Faisal v Rijáde po Washingtonské centrum pre medicínsky výskum uránu, sa domnieva, že len v južnom Iraku sa v roku 1991 vytvorilo 3 až 6 ton submikrónových častíc uránu, ktoré sa roztrúsili po širokom území , teda znečistenie uránom je tam porovnateľné s Černobyľom.

Urán je siedma planéta slnečnej sústavy a tretí plynný gigant. Planéta je tretia najväčšia a štvrtá najväčšia podľa hmotnosti a svoje meno dostala na počesť otca rímskeho boha Saturna.

presne tak Urán poctený byť prvou planétou objavenou v modernej histórii. V skutočnosti sa však jeho pôvodný objav ako planéty v skutočnosti neuskutočnil. V roku 1781 astronóm William Herschel pri pozorovaní hviezd v súhvezdí Blížencov si všimol nejaký diskovitý objekt, ktorý spočiatku zaznamenal ako kométu, o čom informoval Kráľovskú vedeckú spoločnosť Anglicka. Neskôr bol však samotný Herschel zmätený skutočnosťou, že dráha objektu sa ukázala byť prakticky kruhová a nie eliptická, ako je to v prípade komét. A až keď toto pozorovanie potvrdili ďalší astronómovia, Herschel dospel k záveru, že skutočne objavil planétu, nie kométu, a objav sa napokon dočkal širokého uznania.

Po potvrdení údajov, že objavený objekt je planéta, dostal Herschel mimoriadne privilégium – dať mu svoje meno. Astronóm bez váhania zvolil meno anglického kráľa Juraja III. a planétu pomenoval Georgium Sidus, čo znamená „Georgova hviezda“. Toto meno však nikdy nezískalo vedecké uznanie a vedci z väčšej časti, dospel k záveru, že je lepšie dodržiavať určitú tradíciu v mene planét slnečnej sústavy, a to pomenovať ich na počesť starovekých rímskych bohov. Tak dostal Urán svoje moderné meno.

V súčasnosti je jedinou planetárnou misiou, ktorá dokázala zbierať údaje o Uráne, Voyager 2.

Toto stretnutie, ktoré sa uskutočnilo v roku 1986, umožnilo vedcom získať pomerne veľké množstvo údajov o planéte a urobiť veľa objavov. Kozmická loď odovzdala tisíce fotografií Uránu, jeho mesiacov a prstencov. Hoci mnohé fotografie planéty ukazovali o niečo viac ako modrozelenú farbu, ktorú bolo možné pozorovať aj z pozemných ďalekohľadov, iné snímky ukázali prítomnosť desiatich dovtedy neznámych satelitov a dvoch nových prstencov. V blízkej budúcnosti sa neplánujú žiadne nové misie na Urán.

Kvôli tmavomodrej farbe Uránu sa ukázalo, že zostavenie atmosférického modelu planéty je oveľa náročnejšie ako modely rovnakej alebo dokonca. Našťastie snímky z Hubblovho vesmírneho teleskopu poskytli širší obraz. Modernejšie technológie zobrazovania pomocou teleskopov umožnili získať oveľa detailnejšie snímky ako tie z Voyageru 2. Vďaka fotografiám z Hubbleovho teleskopu sa teda podarilo zistiť, že na Uráne existujú pásy zemepisnej šírky, podobne ako na iných plynných obroch. Okrem toho môže rýchlosť vetra na planéte dosiahnuť viac ako 576 km / h.

Predpokladá sa, že dôvodom vzniku monotónnej atmosféry je zloženie jej najvyššej vrstvy. Viditeľné vrstvy oblakov sa skladajú predovšetkým z metánu, ktorý absorbuje pozorované červené vlnové dĺžky. Odrazené vlny sú teda reprezentované ako modrá a zelená.

Pod touto vonkajšou vrstvou metánu je atmosféra asi 83 % vodíka (H2) a 15 % hélia, s trochou metánu a acetylénu. Toto zloženie je podobné ako u iných plynových obrov slnečnej sústavy. Atmosféra Uránu sa však výrazne líši v inom ohľade. Zatiaľ čo atmosféra Jupitera a Saturnu je prevažne plynná, atmosféra Uránu obsahuje oveľa viac ľadu. Svedčia o tom extrémne nízke teploty na povrchu. Vzhľadom na skutočnosť, že teplota atmosféry Uránu dosahuje -224 ° C, možno ho nazvať najchladnejšou z atmosfér slnečnej sústavy. Dostupné údaje navyše naznačujú, že takéto extrémne nízke teploty sú takmer na celom povrchu Uránu, dokonca aj na tej strane, ktorá nie je osvetlená Slnkom.

Urán sa podľa planetárnych vedcov skladá z dvoch vrstiev: jadra a plášťa. Súčasné modely naznačujú, že jadro je väčšinou zložené z kameňa a ľadu a má asi 55-násobok svojej hmotnosti. Plášť planéty váži 8,01 x 10 na silu 24 kg, teda asi 13,4 hmotnosti Zeme. Okrem toho sa plášť skladá z vody, amoniaku a iných prchavých prvkov. Hlavný rozdiel medzi plášťom Uránu a Jupitera a Saturnu je v tom, že je ľadový, aj keď nie v tradičnom zmysle slova. Faktom je, že ľad je veľmi horúci a hrubý a hrúbka plášťa je 5,111 km.

Čo je najúžasnejšie na zložení Uránu a čo ho odlišuje od ostatných plynných obrov v našom hviezdnom systéme, je to, že nevyžaruje viac energie, ako dostáva zo Slnka. Ak vezmeme do úvahy skutočnosť, že dokonca, ktorý je svojou veľkosťou veľmi blízky Uránu, produkuje asi 2,6-krát viac tepla, než dostáva od Slnka, vedcov dnes veľmi zaujala taká slabá energia generovaná Uránom. V súčasnosti existujú dve vysvetlenia tohto javu. Prvý naznačuje, že Urán bol v minulosti zasiahnutý veľkým vesmírnym objektom, čo viedlo k strate väčšiny vnútorného tepla planéty (získaného počas formovania) do vonkajšieho priestoru. Druhá teória tvrdí, že vo vnútri planéty je bariéra, ktorá neumožňuje vnútornému teplu planéty uniknúť na povrch.

Obežná dráha a rotácia Uránu

Samotný objav Uránu umožnil vedcom rozšíriť polomer známej slnečnej sústavy takmer dvojnásobne. To znamená, že priemerná obežná dráha Uránu je asi 2,87 x 10 na silu 9 km. Dôvodom takejto obrovskej vzdialenosti je trvanie prechodu slnečného žiarenia zo Slnka na planétu. Slnečnému svetlu trvá asi dve hodiny a štyridsať minút, kým dosiahne Urán, čo je takmer dvadsaťkrát dlhšie, ako trvá slnečnému svetlu, aby dosiahlo Zem. Obrovská vzdialenosť ovplyvňuje aj dĺžku roka na Uráne, trvá takmer 84 pozemských rokov.

Orbitálna excentricita Uránu je 0,0473, čo je len o niečo menej ako u Jupitera – 0,0484. Tento faktor robí Urán štvrtou zo všetkých planét slnečnej sústavy, pokiaľ ide o kruhovú dráhu. Dôvodom takejto malej excentricity dráhy Uránu je rozdiel medzi jeho perihéliom 2,74 x 10 na silu 9 km a aféliom 3,01 x 109 km je len 2,71 x 10 na silu 8 km.

Najzaujímavejším momentom v procese rotácie Uránu je poloha osi. Faktom je, že os rotácie každej planéty okrem Uránu je zhruba kolmá na ich obežnú rovinu, avšak os Uránu je naklonená takmer o 98°, čo v skutočnosti znamená, že sa Urán otáča na svoju stranu. Výsledkom tejto polohy osi planéty je, že severný pól Uránu je polovicu planetárneho roka na Slnku a druhá polovica pripadá na južný pól planéty. Inými slovami, deň na jednej pologuli Uránu trvá 42 pozemských rokov a nočný čas na druhej pologuli trvá rovnako. Dôvodom, prečo sa Urán „prevrátil na bok“, vedci opäť označujú zrážku s obrovským kozmickým telesom.

Vzhľadom na skutočnosť, že prstence Saturna boli dlho najobľúbenejšími prstencami v našej slnečnej sústave, prstence Uránu nebolo možné zistiť až do roku 1977. Dôvodom však nie je len toto, na takýto neskorý objav sú ešte dva dôvody: vzdialenosť planéty od Zeme a nízka odrazivosť samotných prstencov. V roku 1986 bola sonda Voyager 2 schopná určiť prítomnosť ďalších dvoch prstencov na planéte, okrem tých, ktoré boli v tom čase známe. V roku 2005 Hubbleov vesmírny teleskop zaznamenal ďalšie dva. K dnešnému dňu poznajú planetárni vedci 13 prstencov Uránu, z ktorých najjasnejší je prstenec Epsilon.

Kruhy Uránu sa líšia od prstencov Saturna takmer vo všetkom – od veľkosti častíc až po zloženie. Po prvé, častice, ktoré tvoria prstence Saturna, sú malé, s priemerom o niečo viac ako niekoľko metrov, zatiaľ čo prstence Uránu obsahujú mnoho telies až do priemeru dvadsať metrov. Po druhé, častice Saturnových prstencov sú väčšinou ľad. Kruhy Uránu sa však skladajú z ľadu a značného množstva prachu a trosiek.

William Herschel objavil Urán až v roku 1781, pretože planéta bola príliš slabá na to, aby ju videli predstavitelia starovekých civilizácií. Sám Herschel najprv veril, že Urán je kométa, ale neskôr svoj názor upravil a veda potvrdila planetárny stav objektu. Urán sa tak stal prvou objavenou planétou v modernej histórii. Pôvodný názov navrhnutý Herschelom bol „Georgova hviezda“ – na počesť kráľa Juraja III., ale vedecká komunita ho neprijala. Názov „Urán“ navrhol astronóm Johann Bode na počesť starorímskeho boha Urána.
Urán sa otočí okolo svojej osi raz za 17 hodín a 14 minút. Rovnako planéta rotuje v retrográdnom smere, v opačnom smere ako je smer Zeme a ostatných šiestich planét.
Predpokladá sa, že nezvyčajný sklon osi Uránu by mohol spôsobiť grandióznu zrážku s iným kozmickým telesom. Teória hovorí, že planéta, ktorá mala údajne veľkosť Zeme, sa prudko zrazila s Uránom, čo posunulo svoju os takmer o 90 stupňov.
Rýchlosť vetra na Uráne môže dosiahnuť až 900 km za hodinu.
Hmotnosť Uránu je asi 14,5-krát väčšia ako hmotnosť Zeme, čo z neho robí najľahšieho zo štyroch plynných obrov v našej slnečnej sústave.
Urán je často označovaný ako „ľadový obr“. Urán má okrem vodíka a hélia v hornej vrstve (ako iní plynní obri) aj ľadový plášť, ktorý obklopuje jeho železné jadro. Horná vrstva atmosféry sa skladá z amoniaku a ľadových kryštálov metánu, vďaka čomu má Urán charakteristickú svetlomodrú farbu.
Urán je po Saturne druhou planétou s najnižšou hustotou v slnečnej sústave.