Artikkel räägib, millal avastati selline keemiline element nagu uraan ja millistes tööstusharudes seda ainet meie ajal kasutatakse.
Uraan on keemiline element energeetika- ja sõjatööstuses
Inimesed on alati püüdnud leida ülitõhusaid energiaallikaid ja ideaalis – luua nn igiliikurit. Kahjuks tõestati ja põhjendati selle olemasolu võimatus teoreetiliselt juba 19. sajandil, kuid teadlased ei kaotanud ikka veel lootust ellu viia unistus mingist seadmest, mis oleks võimeline tootma suurel hulgal "puhast" energiat. kaua aega.
Osaliselt sai sellest aru sellise aine nagu uraan avastamisega. Selle nimega keemiline element moodustas aluse tuumareaktorite väljatöötamisele, mis meie ajal varustavad energiaga terveid linnu, allveelaevu, polaarlaevu jne. Tõsi, nende energiat ei saa nimetada "puhtaks", kuid viimastel aastatel on paljud ettevõtted arendanud laialdaseks müügiks mõeldud kompaktseid triitiumipõhiseid "aatomipatareisid" - neil pole liikuvaid osi ja need on tervisele ohutud.
Selles artiklis analüüsime aga üksikasjalikult keemilise elemendi avastamise ajalugunimetatakse uraaniks ja selle tuumade lõhustumise reaktsiooniks.
Definitsioon
Uraan on keemiline element, mille aatomnumber on Mendelejevi perioodilisuse tabelis 92. Selle aatommass on 238 029. Seda tähistatakse sümboliga U. Tavatingimustes on see tihe, raske hõbedane metall. Kui me räägime selle radioaktiivsusest, siis uraan ise on nõrga radioaktiivsusega element. Samuti ei sisalda see täiesti stabiilseid isotoope. Ja kõige stabiilsem olemasolevatest isotoopidest on uraan-338.
Mõtlesime välja, mis see element on, ja vaatame nüüd selle avastamise ajalugu.
Ajalugu
Selline aine nagu looduslik uraanoksiid on inimestele teada olnud juba iidsetest aegadest ning iidsed käsitöölised valmistasid sellest glasuuri, millega kaeti anumate ja muude toodete veekindluse tagamiseks erinevaid keraamikaid ning kaunistused.
Aasta 1789 oli selle keemilise elemendi avastamise ajaloos oluline kuupäev. Just siis suutis keemik ja Saksa päritolu Martin Klaproth hankida esimese metallilise uraani. Ja uus element sai oma nime kaheksa aastat varem avastatud planeedi auks.
Peaaegu 50 aastat peeti siis saadud uraani puhtaks metalliks, kuid 1840. aastal suutis Prantsusmaa keemik Eugene-Melchior Peligot tõestada, et Klaprothi saadud materjal, hoolimata sobivatest välistest märkidest., ei olnud üldse metall, vaid uraanoksiid. Veidi hiljem sai sama Peligotõeline uraan on väga raske hall metall. Siis määrati esmakordselt sellise aine nagu uraan aatommass. Keemilise elemendi 1874. aastal paigutas Dmitri Mendelejev oma kuulsasse elementide perioodilisustabelisse ja Mendelejev kahekordistas aine aatommassi kaks korda. Ja alles 12 aastat hiljem tõestati eksperimentaalselt, et suur keemik ei eksinud oma arvutustes.
Radioaktiivsus
Kuid tõesti laialdane huvi selle elemendi vastu teadlaskonnas sai alguse 1896. aastal, kui Becquerel avastas tõsiasja, et uraan kiirgab kiiri, mis sai oma nime uurija järgi – Becquereli kiirgus. Hiljem nimetas üks selle valdkonna kuulsamaid teadlasi Marie Curie seda nähtust radioaktiivsuseks.
Järgmiseks oluliseks kuupäevaks uraani uurimisel peetakse 1899. aastat: siis avastas Rutherford, et uraani kiirgus on ebahomogeenne ja jaguneb kahte tüüpi – alfa- ja beetakiired. Ja aasta hiljem avastas Paul Villar (Villard) kolmanda, viimase meile tänapäeval teadaoleva radioaktiivse kiirguse tüübi – nn gammakiirgused.
Seitse aastat hiljem, 1906. aastal, viis Rutherford oma radioaktiivsuse teooria põhjal läbi esimesed katsed, mille eesmärk oli määrata erinevate mineraalide vanus. Need uuringud panid muuhulgas aluse radiosüsiniku analüüsi teooria ja praktika kujunemisele.
Uraani tuumade lõhustumine
Aga võib-olla kõige olulisem avastus, tänu milleleuraani laialdane kaevandamine ja rikastamine nii rahumeelsetel kui ka sõjalistel eesmärkidel on uraani tuumade lõhustumise protsess. See juhtus 1938. aastal, avastuse viisid läbi saksa füüsikud Otto Hahn ja Fritz Strassmann. Hiljem sai see teooria teadusliku kinnituse veel mitme saksa füüsiku töödes.
Mehhanismi olemus, mille nad avastasid, oli järgmine: kui kiiritate uraan-235 isotoobi tuuma neutroniga, hakkab see vaba neutroni kinni püüdmisel jagunema. Ja nagu me kõik nüüd teame, kaasneb selle protsessiga tohutul hulgal energiat vabanemine. See juhtub peamiselt kiirguse enda ja tuuma fragmentide kineetilise energia tõttu. Nüüd teame, kuidas uraani lõhustumine toimub.
Selle mehhanismi avastamine ja selle tulemused on lähtepunktiks uraani kasutamiseks nii rahumeelsetel kui ka sõjalistel eesmärkidel.
Kui rääkida selle kasutamisest sõjalistel eesmärkidel, siis esimest korda teooria, mille kohaselt on võimalik luua tingimused selliseks protsessiks nagu uraani tuuma pidev lõhustumisreaktsioon (kuna plahvatamiseks on vaja tohutut energiat tuumapomm) tõestasid Nõukogude füüsikud Zeldovitš ja Khariton. Kuid sellise reaktsiooni tekitamiseks tuleb uraani rikastada, kuna normaalses olekus pole sellel vajalikke omadusi.
Tutvusime selle elemendi ajalooga, nüüd selgitame välja, kus seda kasutatakse.
Uraani isotoopide kasutusalad ja tüübid
Pärast sellise protsessi nagu uraani ahellõhustumisreaktsiooni avastamist seisid füüsikud silmitsi küsimusega, kus seda kasutada?
Praegu on kaks peamist valdkonda, kus uraani isotoope kasutatakse. See on rahumeelne (või energia)tööstus ja sõjavägi. Nii esimene kui ka teine kasutavad uraan-235 isotoobi tuuma lõhustumise reaktsiooni, erineb vaid väljundvõimsus. Lihtsam alt öeldes ei ole tuumareaktoris vaja seda protsessi luua ja säilitada sama võimsusega, mis on vajalik tuumapommi plahvatamiseks.
Niisiis on loetletud peamised tööstusharud, milles uraani lõhustumise reaktsiooni kasutatakse.
Kuid uraan-235 isotoobi hankimine on äärmiselt keeruline ja kulukas tehnoloogiline ülesanne ning mitte iga riik ei saa endale lubada rikastustehaste ehitamist. Näiteks kahekümne tonni uraanikütuse saamiseks, milles uraani 235 isotoobi sisaldus on 3–5%, on vaja rikastada rohkem kui 153 tonni looduslikku "toores" uraani.
Uraan-238 isotoopi kasutatakse peamiselt tuumarelvade konstrueerimisel nende võimsuse suurendamiseks. Lisaks võib see isotoop neutroni kinni püüdmisel, millele järgneb beetalagunemisprotsess, lõpuks muutuda plutoonium-239-ks – enamiku kaasaegsete tuumareaktorite tavaliseks kütuseks.
Hoolimata selliste reaktorite kõikidest puudustest (kõrge hind, hoolduse keerukus, avariioht) tasub nende töö väga kiiresti ära ja need toodavad võrreldamatult rohkem energiat kui klassikalised soojus- või hüdroelektrijaamad.
Samuti võimaldas uraani tuuma lõhustumise reaktsioon luua massihävitusrelvi. Seda eristab tohutu tugevus, suhtelinekompaktsus ja asjaolu, et see on võimeline muutma suured maa-alad inimasustuseks kõlbmatuks. Tõsi, kaasaegsed aatomirelvad kasutavad plutooniumi, mitte uraani.
vaesestatud uraan
Ka vaesestatud uraani on palju erinevaid. Sellel on väga madal radioaktiivsus, mis tähendab, et see ei ole inimestele ohtlik. Seda kasutatakse taas militaarsfääris, näiteks lisatakse seda ameeriklaste Abramsi tanki soomustesse, et anda sellele lisajõudu. Lisaks võib peaaegu kõigist kõrgtehnoloogilistest armeedest leida erinevaid vaesestatud uraaniga kestasid. Lisaks suurele massile on neil veel üks väga huvitav omadus – pärast mürsu hävimist süttivad selle killud ja metallitolm spontaanselt. Ja muide, esimest korda kasutati sellist mürsku Teise maailmasõja ajal. Nagu näeme, on uraan element, mida on kasutatud erinevates inimtegevuse valdkondades.
Järeldus
Teadlaste prognooside kohaselt ammenduvad 2030. aasta paiku kõik suured uraanimaardlad täielikult, misjärel algab selle raskesti ligipääsetavate kihtide arendamine ja hind tõuseb. Muide, uraanimaak ise on inimestele absoluutselt kahjutu – mõned kaevurid on selle kaevandamisega tegelenud põlvkondade kaupa. Nüüd oleme välja mõelnud selle keemilise elemendi avastamise ajaloo ja selle, kuidas selle tuumade lõhustumisreaktsiooni kasutatakse.
Muide, on teada huvitav fakt – uraaniühendeid on pikka aega kasutatud portselani ja portselani värvidena.klaas (nn uraaniklaas) kuni 1950. aastateni.
