معادن اليورانيوم. ما سبب خطورة اليورانيوم ومركباته؟ تطبيقات وأنواع نظائر اليورانيوم

من أين أتى اليورانيوم؟على الأرجح، يظهر أثناء انفجارات السوبرنوفا. والحقيقة هي أنه من أجل التخليق النووي للعناصر الأثقل من الحديد، يجب أن يكون هناك تدفق قوي للنيوترونات، والذي يحدث على وجه التحديد أثناء انفجار المستعر الأعظم. يبدو أنه أثناء التكثيف من سحابة الأنظمة النجمية الجديدة التي شكلتها، يجب أن يغرق اليورانيوم، بعد أن تجمع في سحابة كوكبية أولية ويكون ثقيلًا جدًا، في أعماق الكواكب. ولكن هذا ليس صحيحا. اليورانيوم عنصر مشع وعندما يتحلل فإنه يطلق حرارة. تظهر الحسابات أنه إذا تم توزيع اليورانيوم بالتساوي على كامل سمك الكوكب، على الأقل بنفس التركيز الموجود على السطح، فسوف ينبعث منه الكثير من الحرارة. علاوة على ذلك، ينبغي أن يضعف تدفقه مع استهلاك اليورانيوم. وبما أنه لم يتم ملاحظة أي شيء من هذا القبيل، يعتقد الجيولوجيون أن ما لا يقل عن ثلث اليورانيوم، وربما كله، يتركز في القشرة الأرضية، حيث يبلغ محتواه 2.5∙10 –4%. لماذا حدث هذا لم تتم مناقشته.

أين يتم استخراج اليورانيوم؟لا يوجد القليل من اليورانيوم على الأرض - فهو يحتل المرتبة 38 من حيث الوفرة. ويوجد معظم هذا العنصر في الصخور الرسوبية - الصخر الزيتي والفوسفوريت: ما يصل إلى 8∙10 –3 و2.5∙10 –2% على التوالي. وفي المجمل، تحتوي القشرة الأرضية على 10 14 طنًا من اليورانيوم، لكن المشكلة الرئيسية هي أنها متناثرة جدًا ولا تشكل رواسب قوية. ما يقرب من 15 معادن اليورانيوم ذات أهمية صناعية. هذا هو قطران اليورانيوم - أساسه هو أكسيد اليورانيوم رباعي التكافؤ وميكا اليورانيوم - السيليكات المختلفة والفوسفات والمركبات الأكثر تعقيدًا مع الفاناديوم أو التيتانيوم على أساس اليورانيوم سداسي التكافؤ.

ما هي أشعة بيكريل؟بعد اكتشاف الأشعة السينية على يد فولفجانج رونتجن، أصبح الفيزيائي الفرنسي أنطوان هنري بيكريل مهتمًا بتوهج أملاح اليورانيوم، الذي يحدث تحت تأثير ضوء الشمس. أراد أن يفهم ما إذا كانت هناك أشعة سينية هنا أيضًا. وبالفعل، لقد كانوا حاضرين، حيث أضاء الملح لوحة التصوير الفوتوغرافي من خلال الورق الأسود. ومع ذلك، في إحدى التجارب، لم يكن الملح مضاءً، لكن لوحة التصوير ظلت مظلمة. عندما تم وضع جسم معدني بين الملح ولوحة التصوير الفوتوغرافي، كان السواد الموجود تحته أقل. لذلك لم تنشأ أشعة جديدة بسبب إثارة اليورانيوم بالضوء ولم تمر جزئيًا عبر المعدن. كانت تسمى في البداية "أشعة بيكريل". تم اكتشاف لاحقًا أن هذه هي أشعة ألفا بشكل أساسي مع إضافة صغيرة من أشعة بيتا: والحقيقة هي أن النظائر الرئيسية لليورانيوم تنبعث منها جسيم ألفا أثناء الاضمحلال، كما تتعرض المنتجات الابنة أيضًا لاضمحلال بيتا.

ما مدى نشاط اليورانيوم المشع؟ليس لليورانيوم نظائر مستقرة، فهي كلها مشعة. الأطول عمرا هو اليورانيوم 238 مع نصف عمر 4.4 مليار سنة. ويأتي بعد ذلك اليورانيوم 235 - 0.7 مليار سنة. كلاهما يخضع لاضمحلال ألفا ويصبح النظائر المقابلة للثوريوم. يشكل اليورانيوم 238 أكثر من 99٪ من اليورانيوم الطبيعي. نظرًا لعمر النصف الضخم، يكون النشاط الإشعاعي لهذا العنصر منخفضًا، وبالإضافة إلى ذلك، فإن جزيئات ألفا غير قادرة على اختراق الطبقة القرنية على سطح جسم الإنسان. يقولون أنه بعد العمل مع اليورانيوم، قام I. V. Kurchatov بمسح يديه بمنديل ولم يعاني من أي أمراض مرتبطة بالنشاط الإشعاعي.

تحول الباحثون مرارًا وتكرارًا إلى إحصائيات أمراض العاملين في مناجم اليورانيوم ومصانع المعالجة. هنا، على سبيل المثال، مقال حديث بقلم متخصصين كنديين وأمريكيين قاموا بتحليل البيانات الصحية لأكثر من 17 ألف عامل في منجم إلدورادو في مقاطعة ساسكاتشوان الكندية للأعوام 1950-1999 ( البحوث البيئية، 2014، 130، 43-50، DOI:10.1016/j.envres.2014.01.002). لقد انطلقوا من حقيقة أن الإشعاع له التأثير الأقوى على تكاثر خلايا الدم بسرعة، مما يؤدي إلى ظهور الأنواع المقابلة من السرطان. أظهرت الإحصائيات أن عمال المناجم لديهم معدل إصابة بأنواع مختلفة من سرطان الدم أقل من متوسط ​​السكان الكنديين. وفي هذه الحالة، لا يعتبر المصدر الرئيسي للإشعاع هو اليورانيوم نفسه، بل غاز الرادون الذي يولده ومنتجات اضمحلاله التي يمكن أن تدخل الجسم عبر الرئتين.

لماذا اليورانيوم ضار؟؟ وهو، مثل المعادن الثقيلة الأخرى، شديد السمية ويمكن أن يسبب فشل الكلى والكبد. من ناحية أخرى، فإن اليورانيوم، باعتباره عنصرًا مشتتًا، موجود حتماً في الماء والتربة، ويتركز في السلسلة الغذائية، ويدخل جسم الإنسان. من المعقول أن نفترض أنه في عملية التطور، تعلمت الكائنات الحية تحييد اليورانيوم في التركيزات الطبيعية. اليورانيوم هو الأخطر في الماء، لذلك وضعت منظمة الصحة العالمية حدًا: في البداية كان 15 ميكروجرام/لتر، ولكن في عام 2011 تم زيادة المعيار إلى 30 ميكروجرام/جرام. كقاعدة عامة، يوجد اليورانيوم في الماء أقل بكثير: في الولايات المتحدة الأمريكية بمتوسط ​​6.7 ميكروجرام/لتر، وفي الصين وفرنسا - 2.2 ميكروجرام/لتر. ولكن هناك أيضًا انحرافات قوية. لذلك، في بعض مناطق كاليفورنيا، يتجاوز المعدل القياسي مائة مرة - 2.5 ملجم / لتر، وفي جنوب فنلندا يصل إلى 7.8 ملجم / لتر. يحاول الباحثون فهم ما إذا كان معيار منظمة الصحة العالمية صارمًا للغاية من خلال دراسة تأثير اليورانيوم على الحيوانات. هنا وظيفة نموذجية ( بيوميد الدولية للأبحاث، 2014، معرف 181989؛ دوى:10.1155/2014/181989). وقام علماء فرنسيون بتغذية الفئران بالماء لمدة تسعة أشهر مع إضافات من اليورانيوم المنضب، وبتراكيز عالية نسبيا - من 0.2 إلى 120 ملغم / لتر. القيمة الدنيا هي المياه بالقرب من المنجم، في حين أن القيمة العليا لم يتم العثور عليها في أي مكان - الحد الأقصى لتركيز اليورانيوم، الذي تم قياسه في فنلندا، هو 20 ملغم / لتر. لمفاجأة المؤلفين - المقال يسمى: "الغياب غير المتوقع للتأثير الملحوظ لليورانيوم على الأنظمة الفسيولوجية ..." - لم يكن لليورانيوم أي تأثير عمليًا على صحة الفئران. أكلت الحيوانات جيدًا واكتسبت وزنًا مناسبًا ولم تشتكي من المرض ولم تموت بسبب السرطان. اليورانيوم، كما ينبغي أن يكون، تم ترسيبه بشكل أساسي في الكلى والعظام وبكميات أقل مائة مرة في الكبد، ومن المتوقع أن يعتمد تراكمه على محتوى الماء. ومع ذلك، فإن هذا لم يؤد إلى فشل كلوي أو حتى ظهور ملحوظ لأي علامات جزيئية للالتهاب. واقترح المؤلفون أن تبدأ مراجعة المبادئ التوجيهية الصارمة لمنظمة الصحة العالمية. ومع ذلك، هناك تحذير واحد: التأثير على الدماغ. وكانت كمية اليورانيوم في أدمغة الجرذان أقل مما كانت عليه في الكبد، لكن محتواه لم يعتمد على الكمية الموجودة في الماء. لكن اليورانيوم أثر على عمل نظام مضادات الأكسدة في الدماغ: زاد نشاط الكاتلاز بنسبة 20%، والجلوتاثيون بيروكسيديز بنسبة 68-90%، وانخفض نشاط ديسموتاز الفائق أكسيد بنسبة 50%، بغض النظر عن الجرعة. وهذا يعني أن اليورانيوم تسبب بوضوح في حدوث إجهاد تأكسدي في الدماغ واستجاب له الجسم. هذا التأثير - التأثير القوي لليورانيوم على الدماغ في حالة عدم تراكمه فيه بالمناسبة وكذلك في الأعضاء التناسلية - لوحظ من قبل. علاوة على ذلك، تم استخدام الماء المحتوي على اليورانيوم بتركيز 75-150 ملغم/لتر، والذي قام باحثون من جامعة نبراسكا بتغذية الفئران به لمدة ستة أشهر ( علم السموم العصبية وعلم المسخ, 2005, 27, 1, 135–144; DOI:10.1016/j.ntt.2004.09.001)، أثر على سلوك الحيوانات، ومعظمها من الذكور، التي تم إطلاقها في الحقل: لقد عبروا الخطوط، ووقفوا على أرجلهم الخلفية وقاموا بتهذيب فراءهم بشكل مختلف عن فراء المجموعة الضابطة. هناك أدلة على أن اليورانيوم يؤدي أيضًا إلى ضعف الذاكرة لدى الحيوانات. وارتبطت التغيرات السلوكية بمستويات أكسدة الدهون في الدماغ. وتبين أن ماء اليورانيوم جعل الفئران صحية، بل غبية إلى حد ما. وستكون هذه البيانات مفيدة لنا في تحليل ما يسمى بمتلازمة حرب الخليج.

هل يلوث اليورانيوم مواقع تطوير الغاز الصخري؟ويعتمد ذلك على كمية اليورانيوم الموجودة في الصخور المحتوية على الغاز وكيفية ارتباطه بها. على سبيل المثال، قام الأستاذ المشارك تريسي بانك من جامعة بوفالو بدراسة منطقة مارسيلوس شيل، التي تمتد من غرب نيويورك عبر بنسلفانيا وأوهايو إلى فرجينيا الغربية. اتضح أن اليورانيوم يرتبط كيميائيًا على وجه التحديد بمصدر الهيدروكربونات (تذكر أن الصخور الكربونية ذات الصلة تحتوي على أعلى محتوى من اليورانيوم). أظهرت التجارب أن المحلول المستخدم أثناء التكسير يذيب اليورانيوم تمامًا. "عندما يصل اليورانيوم الموجود في هذه المياه إلى السطح، فإنه يمكن أن يسبب تلوث المنطقة المحيطة. "هذا لا يشكل خطرًا إشعاعيًا، لكن اليورانيوم عنصر سام"، يشير تريسي بانك في بيان صحفي للجامعة بتاريخ 25 أكتوبر 2010. ولم يتم حتى الآن إعداد مقالات تفصيلية حول مخاطر التلوث البيئي باليورانيوم أو الثوريوم أثناء إنتاج الغاز الصخري.

لماذا هناك حاجة لليورانيوم؟في السابق، كان يستخدم كصبغة لصنع السيراميك والزجاج الملون. الآن اليورانيوم هو أساس الطاقة النووية والأسلحة الذرية. في هذه الحالة، يتم استخدام خاصيتها الفريدة - قدرة النواة على الانقسام.

ما هو الانشطار النووي؟ اضمحلال النواة إلى قطعتين كبيرتين غير متساويتين. وبسبب هذه الخاصية، أثناء التخليق النووي بسبب تشعيع النيوترونات، تتشكل نوى أثقل من اليورانيوم بصعوبة كبيرة. جوهر هذه الظاهرة هو على النحو التالي. إذا كانت نسبة عدد النيوترونات والبروتونات في النواة ليست مثالية، فإنها تصبح غير مستقرة. عادة، تنبعث هذه النواة إما جسيم ألفا - بروتونان ونيوترونان، أو جسيم بيتا - بوزيترون، والذي يرافقه تحول أحد النيوترونات إلى بروتون. في الحالة الأولى، يتم الحصول على عنصر من الجدول الدوري، متباعدة خليتين للخلف، في الخلية الثانية - خلية واحدة للأمام. ومع ذلك، بالإضافة إلى انبعاث جسيمات ألفا وبيتا، فإن نواة اليورانيوم قادرة على الانشطار - حيث تتحلل إلى نواة عنصرين في منتصف الجدول الدوري، على سبيل المثال الباريوم والكريبتون، وهو ما يحدث بعد تلقي نيوترون جديد. تم اكتشاف هذه الظاهرة بعد وقت قصير من اكتشاف النشاط الإشعاعي، عندما قام الفيزيائيون بتعريض الإشعاع المكتشف حديثا لكل ما في وسعهم. إليكم كيف يكتب أوتو فريش، أحد المشاركين في الأحداث، عن هذا ("التقدم في العلوم الفيزيائية،" 1968، 96، 4). بعد اكتشاف أشعة البريليوم - النيوترونات - قام إنريكو فيرمي بتشعيع اليورانيوم بها، على وجه الخصوص، لإحداث تحلل بيتا - وكان يأمل في استخدامها للحصول على العنصر التالي، رقم 93، الذي يسمى الآن النبتونيوم. كان هو الذي اكتشف نوعًا جديدًا من النشاط الإشعاعي في اليورانيوم المشعع، والذي ربطه بظهور عناصر ما بعد اليورانيوم. وفي الوقت نفسه، أدى تباطؤ النيوترونات، حيث تم تغطية مصدر البريليوم بطبقة من البارافين، إلى زيادة هذا النشاط الإشعاعي المستحث. اقترح عالم الكيمياء الإشعاعية الأمريكي أريستيد فون جروس أن أحد هذه العناصر هو البروتكتينيوم، لكنه كان مخطئًا. لكن أوتو هان، الذي كان يعمل آنذاك في جامعة فيينا واعتبر البروتكتينيوم المكتشف عام 1917 من بنات أفكاره، قرر أنه ملزم بمعرفة العناصر التي تم الحصول عليها. اقترح هان مع ليز مايتنر، في بداية عام 1938، بناءً على النتائج التجريبية، أن سلاسل كاملة من العناصر المشعة تتشكل بسبب تحلل بيتا المتعدد لنوى اليورانيوم 238 الممتصة للنيوترونات والعناصر التابعة له. سرعان ما أُجبرت ليز مايتنر على الفرار إلى السويد، خوفًا من الانتقام المحتمل من النازيين بعد ضم النمسا. اكتشف هان، بعد أن واصل تجاربه مع فريتز ستراسمان، أنه من بين المنتجات كان هناك أيضًا الباريوم، العنصر رقم 56، والذي لا يمكن الحصول عليه بأي حال من الأحوال من اليورانيوم: جميع سلاسل تحلل ألفا لليورانيوم تنتهي برصاص أثقل بكثير. تفاجأ الباحثون بالنتيجة لدرجة أنهم لم ينشروها، بل كتبوا فقط رسائل إلى الأصدقاء، وخاصة إلى ليز مايتنر في جوتنبرج. هناك، في عيد الميلاد عام 1938، زارها ابن أخيها، أوتو فريش، وأثناء سيره بالقرب من المدينة الشتوية - كان يركب الزلاجات، وكانت عمته تسير على الأقدام - ناقشا إمكانية ظهور الباريوم أثناء تشعيع اليورانيوم. نتيجة للانشطار النووي (لمزيد من المعلومات عن ليز مايتنر، انظر "الكيمياء والحياة"، 2013، العدد 4). عند عودته إلى كوبنهاجن، قبض فريش حرفيًا على نيلز بور على ممر سفينة متجهة إلى الولايات المتحدة وأخبره عن فكرة الانشطار. وقال بور وهو يصفع على جبهته: «أوه، كم كنا حمقى! كان ينبغي لنا أن نلاحظ هذا في وقت سابق." في يناير 1939، نشر فريش ومايتنر مقالًا عن انشطار نواة اليورانيوم تحت تأثير النيوترونات. بحلول ذلك الوقت، كان أوتو فريش قد أجرى بالفعل تجربة مراقبة، وكذلك العديد من المجموعات الأمريكية التي تلقت الرسالة من بور. يقولون إن الفيزيائيين بدأوا في التفرق إلى مختبراتهم خلال تقريره في 26 يناير 1939 في واشنطن في المؤتمر السنوي للفيزياء النظرية، عندما فهموا جوهر الفكرة. بعد اكتشاف الانشطار، قام هان وستراسمان بمراجعة تجاربهما ووجدا، تمامًا مثل زملائهما، أن النشاط الإشعاعي لليورانيوم المشعع لا يرتبط باليورانيوم الفوقي، ولكن بتحلل العناصر المشعة التي تكونت أثناء الانشطار من منتصف الجدول الدوري.

كيف يحدث التفاعل المتسلسل في اليورانيوم؟بعد فترة وجيزة من إثبات إمكانية انشطار نواة اليورانيوم والثوريوم تجريبيًا (ولا توجد عناصر انشطارية أخرى على الأرض بأي كمية كبيرة)، نيلز بور وجون ويلر، اللذان عملا في جامعة برينستون، بالإضافة إلى ذلك، بشكل مستقل عنهما، ابتكر الفيزيائي النظري السوفييتي يا فرينكل والألمان سيغفريد فلوج وجوتفريد فون دروست نظرية الانشطار النووي. اتبعت آليتان منه. يرتبط أحدهما بعتبة امتصاص النيوترونات السريعة. ووفقا لها، لبدء الانشطار، يجب أن يتمتع النيوترون بطاقة عالية إلى حد ما، أكثر من 1 ميغا إلكترون فولت لنواة النظائر الرئيسية - اليورانيوم 238 والثوريوم 232. عند الطاقات المنخفضة، يكون لامتصاص النيوترونات بواسطة اليورانيوم 238 طابع رنيني. وبالتالي، فإن النيوترون الذي تبلغ طاقته 25 فولتًا لديه مساحة مقطع عرضي أكبر بآلاف المرات من الطاقات الأخرى. في هذه الحالة لن يكون هناك انشطار: اليورانيوم 238 سيتحول إلى يورانيوم 239، الذي بنصف عمر 23.54 دقيقة سيتحول إلى نبتونيوم 239، الذي بنصف عمر 2.33 يوم سيتحول إلى طويل العمر. البلوتونيوم-239. الثوريوم-232 سوف يتحول إلى اليورانيوم-233.

الآلية الثانية هي امتصاص النيوترون بدون عتبة، ويتبعه النظائر الانشطارية الثالثة الأكثر شيوعًا - اليورانيوم 235 (وكذلك البلوتونيوم 239 واليورانيوم 233، والتي لا توجد في الطبيعة): يمتص أي نيوترون، حتى ولو كان بطيئًا، ما يسمى بالحرارة، بطاقة أما بالنسبة للجزيئات المشاركة في الحركة الحرارية - 0.025 فولت، فإن مثل هذه النواة سوف تنقسم. وهذا أمر جيد جدًا: تتمتع النيوترونات الحرارية بمساحة مقطعية أكبر بأربع مرات من النيوترونات السريعة التي تبلغ ميجا إلكترون فولت. هذه هي أهمية اليورانيوم 235 لكامل تاريخ الطاقة النووية اللاحق: فهو الذي يضمن تكاثر النيوترونات في اليورانيوم الطبيعي. بعد اصطدامها بالنيوترون، تصبح نواة اليورانيوم 235 غير مستقرة وتنقسم بسرعة إلى جزأين غير متساويين. على طول الطريق، تنبعث عدة نيوترونات جديدة (في المتوسط ​​2.75). إذا ضربوا نواة نفس اليورانيوم، فسوف يتسببون في تكاثر النيوترونات بشكل كبير - سيحدث تفاعل متسلسل يؤدي إلى انفجار بسبب الإطلاق السريع لكمية هائلة من الحرارة. لا يمكن لليورانيوم 238 ولا الثوريوم 232 أن يعملا بهذه الطريقة: بعد كل شيء، أثناء الانشطار، تنبعث النيوترونات بمتوسط ​​طاقة يتراوح من 1 إلى 3 ميغا إلكترون فولت، أي إذا كانت هناك عتبة طاقة تبلغ 1 ميغا إلكترون فولت، فإن جزءًا كبيرًا من بالتأكيد لن تكون النيوترونات قادرة على التسبب في رد فعل، ولن يكون هناك تكاثر. وهذا يعني أنه يجب نسيان هذه النظائر ويجب إبطاء النيوترونات إلى طاقة حرارية حتى تتفاعل بأكبر قدر ممكن من الكفاءة مع نوى اليورانيوم 235. في الوقت نفسه، لا يمكن السماح بامتصاصها الرنان بواسطة اليورانيوم 238: بعد كل شيء، في اليورانيوم الطبيعي، يكون هذا النظير أقل قليلاً من 99.3٪، وغالبًا ما تصطدم النيوترونات به، وليس مع اليورانيوم 235 المستهدف. ومن خلال العمل كوسيط، من الممكن الحفاظ على تكاثر النيوترونات عند مستوى ثابت ومنع الانفجار - التحكم في التفاعل المتسلسل.

أظهرت الحسابات التي أجراها Ya.B.Zeldovich وY.B.Khariton في نفس العام المشؤوم عام 1939 أنه من الضروري لهذا الغرض استخدام وسيط نيوتروني على شكل ماء ثقيل أو جرافيت وإثراء اليورانيوم الطبيعي باليورانيوم- 235 على الأقل 1.83 مرة. ثم بدت لهم هذه الفكرة محض خيال: "تجدر الإشارة إلى أنه ما يقرب من ضعف تخصيب تلك الكميات الكبيرة من اليورانيوم اللازمة لتنفيذ سلسلة انفجارات،<...>إنها مهمة مرهقة للغاية، وتكاد تكون مستحيلة من الناحية العملية. والآن تم حل هذه المشكلة، وتقوم الصناعة النووية بإنتاج كميات كبيرة من اليورانيوم المخصب باليورانيوم 235 إلى 3.5% لمحطات الطاقة.

ما هو الانشطار النووي التلقائي؟في عام 1940، اكتشف G. N. Flerov وK. A. Petrzhak أن انشطار اليورانيوم يمكن أن يحدث تلقائيًا، دون أي تأثير خارجي، على الرغم من أن نصف العمر أطول بكثير من اضمحلال ألفا العادي. وبما أن هذا الانشطار ينتج أيضًا النيوترونات، إذا لم يُسمح لهم بالهروب من منطقة التفاعل، فسيكونون بمثابة البادئين للتفاعل المتسلسل. وهذه هي الظاهرة التي تستخدم في إنشاء المفاعلات النووية.

لماذا هناك حاجة للطاقة النووية؟كان زيلدوفيتش وخاريتون من بين أول من قاموا بحساب التأثير الاقتصادي للطاقة النووية (Uspekhi Fizicheskikh Nauk، 1940، 23، 4). “...في الوقت الحالي، لا يزال من المستحيل التوصل إلى استنتاجات نهائية حول إمكانية أو استحالة تنفيذ تفاعل انشطاري نووي بسلاسل متفرعة لا نهاية لها في اليورانيوم. إذا كان مثل هذا التفاعل ممكنا، فسيتم ضبط معدل التفاعل تلقائيا لضمان سيره بسلاسة، على الرغم من كمية الطاقة الهائلة الموجودة تحت تصرف المجرب. هذا الظرف مناسب للغاية لاستخدام الطاقة في التفاعل. لذلك دعونا نعرض - على الرغم من أن هذا تقسيم لجلد الدب غير الماهر - بعض الأرقام التي تميز إمكانيات استخدام اليورانيوم للطاقة. إذا استمرت عملية الانشطار مع النيوترونات السريعة، فإن التفاعل يلتقط النظير الرئيسي لليورانيوم (U238)، إذن<исходя из соотношения теплотворных способностей и цен на уголь и уран>تبين أن تكلفة السعرات الحرارية من النظير الرئيسي لليورانيوم أرخص بنحو 4000 مرة من تكلفة الفحم (ما لم تكن عمليات "الاحتراق" وإزالة الحرارة أكثر تكلفة في حالة اليورانيوم بالطبع). في حالة الفحم). في حالة النيوترونات البطيئة، ستكون تكلفة السعرات الحرارية "اليورانيوم" (استنادًا إلى الأرقام المذكورة أعلاه) مع الأخذ في الاعتبار أن وفرة نظير U235 تبلغ 0.007، وهي بالفعل أرخص بـ 30 مرة فقط من السعرات الحرارية "الفحم"، كل الأشياء الأخرى متساوية."

تم تنفيذ أول تفاعل متسلسل متحكم به في عام 1942 على يد إنريكو فيرمي في جامعة شيكاغو، وتم التحكم في المفاعل يدويًا، حيث تم دفع قضبان الجرافيت إلى الداخل والخارج مع تغير تدفق النيوترونات. تم بناء أول محطة للطاقة في أوبنينسك عام 1954. بالإضافة إلى توليد الطاقة، عملت المفاعلات الأولى أيضًا على إنتاج البلوتونيوم المستخدم في صنع الأسلحة.

كيف تعمل محطة الطاقة النووية؟في الوقت الحاضر، تعمل معظم المفاعلات بالنيوترونات البطيئة. يتم وضع اليورانيوم المخصب على شكل معدن أو سبيكة مثل الألومنيوم أو أكسيد في أسطوانات طويلة تسمى عناصر الوقود. يتم تركيبها بطريقة معينة في المفاعل، ويتم إدخال قضبان وسيطة بينها، والتي تتحكم في التفاعل المتسلسل. بمرور الوقت، تتراكم سموم المفاعلات في عنصر الوقود - نواتج انشطار اليورانيوم، القادرة أيضًا على امتصاص النيوترونات. عندما ينخفض ​​تركيز اليورانيوم 235 إلى ما دون المستوى الحرج، يتم إخراج العنصر من الخدمة. ومع ذلك، فهو يحتوي على العديد من الشظايا الانشطارية ذات النشاط الإشعاعي القوي، الذي يتناقص مع مرور السنين، مما يتسبب في انبعاث كمية كبيرة من الحرارة للعناصر لفترة طويلة. يتم الاحتفاظ بها في حمامات التبريد، ثم يتم دفنها أو محاولة معالجتها - لاستخراج اليورانيوم 235 غير المحترق، والبلوتونيوم المنتج (الذي تم استخدامه لصنع القنابل الذرية) والنظائر الأخرى التي يمكن استخدامها. يتم إرسال الجزء غير المستخدم إلى أماكن الدفن.

وفي ما يسمى بالمفاعلات السريعة، أو المفاعلات المولدة، يتم تركيب عاكسات مصنوعة من اليورانيوم-238 أو الثوريوم-232 حول العناصر. إنها تبطئ وترسل نيوترونات سريعة جدًا إلى منطقة التفاعل. وتتباطأ النيوترونات إلى سرعات الرنين فتمتص هذه النظائر، وتتحول إلى بلوتونيوم-239 أو يورانيوم-233، على التوالي، والذي يمكن استخدامه كوقود لمحطة الطاقة النووية. نظرًا لأن النيوترونات السريعة تتفاعل بشكل سيئ مع اليورانيوم 235، فيجب زيادة تركيزها بشكل كبير، لكن هذا يؤتي ثماره بتدفق نيوتروني أقوى. على الرغم من أن المفاعلات المولدة تعتبر مستقبل الطاقة النووية، لأنها تنتج وقودا نوويا أكثر مما تستهلك، إلا أن التجارب أظهرت صعوبة إدارتها. الآن لا يوجد سوى مفاعل واحد من هذا القبيل في العالم - في وحدة الطاقة الرابعة في محطة Beloyarsk NPP.

كيف يتم انتقاد الطاقة النووية؟إذا لم نتحدث عن الحوادث، فإن النقطة الأساسية في حجج معارضي الطاقة النووية اليوم هي اقتراح إضافة تكاليف حماية البيئة إلى حساب كفاءتها بعد إخراج المحطة من الخدمة وعند العمل بالوقود. وفي كلتا الحالتين، تنشأ تحديات التخلص بشكل موثوق من النفايات المشعة، وهي تكاليف تتحملها الدولة. هناك رأي مفاده أنه إذا قمت بتحويلها إلى تكلفة الطاقة، فسوف تختفي جاذبيتها الاقتصادية.

هناك أيضًا معارضة بين مؤيدي الطاقة النووية. ويشير ممثلوها إلى تفرد اليورانيوم 235، الذي لا بديل له، لأن النظائر البديلة التي تنشطر بالنيوترونات الحرارية - البلوتونيوم 239 واليورانيوم 233 - بسبب نصف عمرهما الذي يبلغ آلاف السنين، غير موجودة في الطبيعة. ويتم الحصول عليها على وجه التحديد نتيجة انشطار اليورانيوم 235. إذا نفد، فإن المصدر الطبيعي الرائع للنيوترونات للتفاعل النووي المتسلسل سوف يختفي. ونتيجة لهذا التبذير، ستفقد البشرية الفرصة في المستقبل لإشراك الثوريوم 232، الذي تكون احتياطياته أكبر بعدة مرات من اليورانيوم، في دورة الطاقة.

من الناحية النظرية، يمكن استخدام مسرعات الجسيمات لإنتاج تدفق النيوترونات السريعة ذات طاقات ميجا إلكترون فولت. ومع ذلك، إذا كنا نتحدث، على سبيل المثال، عن الرحلات الجوية بين الكواكب على محرك نووي، فسيكون من الصعب للغاية تنفيذ مخطط مع مسرع ضخم. ونضوب اليورانيوم 235 يضع حداً لمثل هذه المشاريع.

ما هو اليورانيوم المستخدم في صنع الأسلحة؟وهذا يورانيوم 235 عالي التخصيب. وكتلتها الحرجة - التي تعادل حجم قطعة المادة التي يحدث فيها تفاعل متسلسل تلقائيًا - صغيرة بما يكفي لإنتاج الذخيرة. يمكن استخدام هذا اليورانيوم في صنع قنبلة ذرية، وأيضًا كصمام لقنبلة نووية حرارية.

ما هي الكوارث المرتبطة باستخدام اليورانيوم؟الطاقة المخزنة في نوى العناصر الانشطارية هائلة. إذا خرجت عن نطاق السيطرة بسبب السهو أو عمدا، فإن هذه الطاقة يمكن أن تسبب الكثير من المتاعب. وقعت أسوأ كارثتين نوويتين في السادس والثامن من أغسطس عام 1945، عندما أسقطت القوات الجوية الأمريكية قنبلتين ذريتين على هيروشيما وناجازاكي، مما أسفر عن مقتل وإصابة مئات الآلاف من المدنيين. ترتبط الكوارث الأصغر حجمًا بالحوادث التي تقع في محطات الطاقة النووية ومؤسسات الدورة النووية. وقع أول حادث كبير في عام 1949 في الاتحاد السوفييتي في مصنع ماياك بالقرب من تشيليابينسك، حيث تم إنتاج البلوتونيوم؛ وانتهى الأمر بالنفايات المشعة السائلة في نهر تيتشا. وفي سبتمبر 1957، وقع انفجار فيها، مما أدى إلى إطلاق كمية كبيرة من المواد المشعة. وبعد أحد عشر يومًا، احترق مفاعل إنتاج البلوتونيوم البريطاني في ويندسكيل، وانتشرت السحابة التي تحتوي على منتجات الانفجار فوق أوروبا الغربية. في عام 1979، احترق مفاعل في محطة ثري ميل آيلاند للطاقة النووية في ولاية بنسلفانيا. وكانت العواقب الأكثر انتشارا ناجمة عن الحوادث التي وقعت في محطة تشيرنوبيل للطاقة النووية (1986) ومحطة فوكوشيما للطاقة النووية (2011)، عندما تعرض ملايين الأشخاص للإشعاع. تناثرت الانفجارات الأولى في مساحات شاسعة، وأطلقت 8 أطنان من وقود اليورانيوم ومنتجات الاضمحلال نتيجة الانفجار الذي انتشر في جميع أنحاء أوروبا. والثانية ملوثة، وبعد مرور ثلاث سنوات على الحادثة، لا تزال تلوث المحيط الهادئ في مناطق الصيد. إن إزالة عواقب هذه الحوادث كانت مكلفة للغاية، وإذا تم تقسيم هذه التكاليف إلى تكلفة الكهرباء، فإنها سترتفع بشكل كبير.

قضية منفصلة هي العواقب على صحة الإنسان. ووفقا للإحصاءات الرسمية، فإن العديد من الأشخاص الذين نجوا من القصف أو يعيشون في مناطق ملوثة استفادوا من الإشعاع - فالأولون لديهم متوسط ​​عمر متوقع أعلى، والثانيون لديهم نسبة أقل من السرطان، ويعزو الخبراء بعض الزيادة في الوفيات إلى الضغوط الاجتماعية. ويبلغ عدد الأشخاص الذين ماتوا على وجه التحديد نتيجة الحوادث أو نتيجة تصفيتها مئات الأشخاص. ويشير معارضو محطات الطاقة النووية إلى أن هذه الحوادث أدت إلى عدة ملايين من الوفيات المبكرة في القارة الأوروبية، لكنها ببساطة غير مرئية في السياق الإحصائي.

إن إزالة الأراضي من الاستخدام البشري في مناطق الحوادث يؤدي إلى نتيجة مثيرة للاهتمام: فهي تصبح نوعًا من المحميات الطبيعية حيث ينمو التنوع البيولوجي. صحيح أن بعض الحيوانات تعاني من أمراض مرتبطة بالإشعاع. يبقى السؤال حول مدى سرعة تكيفهم مع الخلفية المتزايدة مفتوحًا. هناك أيضًا رأي مفاده أن نتيجة التشعيع المزمن هي "اختيار الحمقى" (انظر "الكيمياء والحياة"، 2010، رقم 5): حتى في المرحلة الجنينية، تبقى الكائنات الحية الأكثر بدائية على قيد الحياة. على وجه الخصوص، فيما يتعلق بالناس، يجب أن يؤدي ذلك إلى انخفاض القدرات العقلية لدى الجيل المولود في المناطق الملوثة بعد وقت قصير من وقوع الحادث.

ما هو اليورانيوم المنضب؟هذا هو اليورانيوم 238 المتبقي بعد فصل اليورانيوم 235 عنه. إن أحجام النفايات الناتجة عن إنتاج اليورانيوم وعناصر الوقود المستخدمة في صنع الأسلحة كبيرة - في الولايات المتحدة وحدها، تراكم 600 ألف طن من سداسي فلوريد اليورانيوم (للاطلاع على المشاكل المتعلقة به، انظر الكيمياء والحياة، 2008، رقم 5) . نسبة اليورانيوم 235 فيه 0.2%. يجب إما تخزين هذه النفايات حتى أوقات أفضل، عندما يتم إنشاء مفاعلات نيوترونية سريعة وسيكون من الممكن معالجة اليورانيوم 238 إلى بلوتونيوم، أو استخدامها بطريقة ما.

لقد وجدوا فائدة لذلك. يستخدم اليورانيوم، مثل العناصر الانتقالية الأخرى، كمحفز. على سبيل المثال، مؤلفو المقال في ايه سي اس نانووكتبوا بتاريخ 30 يونيو 2014 أن المحفز المصنوع من اليورانيوم أو الثوريوم مع الجرافين لتقليل الأكسجين وبيروكسيد الهيدروجين "لديه إمكانات هائلة للاستخدام في قطاع الطاقة". ونظرًا لأن اليورانيوم ذو كثافة عالية، فهو بمثابة صابورة للسفن وثقل موازن للطائرات. هذا المعدن مناسب أيضًا للحماية من الإشعاع في الأجهزة الطبية ذات مصادر الإشعاع.

ما هي الأسلحة التي يمكن صنعها من اليورانيوم المنضب؟الرصاص والنوى للقذائف الخارقة للدروع. الحساب هنا هو على النحو التالي. كلما كان المقذوف أثقل، زادت طاقته الحركية. ولكن كلما كانت القذيفة أكبر، كان تأثيرها أقل تركيزًا. وهذا يعني أن هناك حاجة إلى معادن ثقيلة ذات كثافة عالية. الرصاص مصنوع من الرصاص (استخدم صيادو الأورال أيضًا البلاتين الأصلي في وقت ما، حتى أدركوا أنه معدن ثمين)، في حين أن نوى القشرة مصنوعة من سبائك التنغستن. ويشير علماء البيئة إلى أن الرصاص يلوث التربة في أماكن العمليات العسكرية أو الصيد، ومن الأفضل استبداله بمادة أقل ضررا مثل التنغستن. لكن التنغستن ليس رخيصا، واليورانيوم، الذي يشبهه في الكثافة، يعد من النفايات الضارة. وفي الوقت نفسه، فإن التلوث المسموح به للتربة والمياه باليورانيوم يبلغ حوالي ضعف تلوث الرصاص. يحدث هذا بسبب إهمال النشاط الإشعاعي الضعيف لليورانيوم المنضب (وهو أيضًا أقل بنسبة 40٪ من اليورانيوم الطبيعي) ويؤخذ في الاعتبار عامل كيميائي خطير حقًا: اليورانيوم، كما نتذكر، سام. وفي الوقت نفسه، تبلغ كثافته 1.7 مرة أكبر من كثافة الرصاص، مما يعني أنه يمكن تقليل حجم رصاصة اليورانيوم إلى النصف؛ اليورانيوم أكثر صلابة وصلابة من الرصاص، فهو يتبخر بدرجة أقل عند إطلاقه، وعندما يضرب هدفًا ينتج عددًا أقل من الجسيمات الدقيقة. بشكل عام، رصاصة اليورانيوم أقل تلويثًا من الرصاصة، على الرغم من أن مثل هذا الاستخدام لليورانيوم غير معروف على وجه اليقين.

لكن من المعروف أن الألواح المصنوعة من اليورانيوم المستنفد تستخدم لتقوية درع الدبابات الأمريكية (وهذا ما يساهم في كثافته العالية ونقطة الانصهار)، وكذلك بدلاً من سبائك التنغستن في نوى القذائف الخارقة للدروع. نواة اليورانيوم جيدة أيضًا لأن اليورانيوم قابل للاشتعال: جزيئاته الصغيرة الساخنة التي تتشكل عند الاصطدام بالدرع تشتعل وتشعل النار في كل شيء حولها. يعتبر كلا التطبيقين آمنين للإشعاع. وهكذا أظهر الحساب أنه حتى بعد الجلوس لمدة عام في دبابة مزودة بدروع من اليورانيوم محملة بذخيرة اليورانيوم، فإن الطاقم لن يحصل إلا على ربع الجرعة المسموح بها. وللحصول على الجرعة السنوية المسموح بها، تحتاج إلى تثبيت هذه الذخيرة على سطح الجلد لمدة 250 ساعة.

وقد استخدم الأميركيون القذائف التي تحتوي على نواة من اليورانيوم - لمدافع الطائرات من عيار 30 ملم أو المدفعية من العيار الفرعي - في الحروب الأخيرة، بدءاً بحملة العراق عام 1991. وفي ذلك العام أمطروا وحدات مدرعة عراقية في الكويت وأثناء انسحابهم، تم إطلاق 300 طن من اليورانيوم المنضب، منها 250 طناً، أو 780 ألف طلقة، على مدافع الطائرات. وفي البوسنة والهرسك، أثناء قصف جيش جمهورية صربسكا غير المعترف بها، تم إنفاق 2.75 طن من اليورانيوم، وأثناء قصف الجيش اليوغوسلافي في منطقة كوسوفو وميتوهيا - 8.5 طن، أي 31 ألف طلقة. وبما أن منظمة الصحة العالمية كانت في ذلك الوقت تشعر بالقلق إزاء عواقب استخدام اليورانيوم، فقد تم إجراء الرصد. وأظهر أن الطلقة الواحدة تتكون من حوالي 300 طلقة، 80٪ منها تحتوي على اليورانيوم المنضب. 10% أصابت الأهداف، و82% سقطت على مسافة 100 متر منها. وتوزع الباقي على مسافة 1.85 كم. فالقذيفة التي أصابت دبابة احترقت وتحولت إلى رذاذ، واخترقت قذيفة اليورانيوم أهدافا خفيفة مثل ناقلات الجنود المدرعة. وهكذا فإن ما لا يقل عن طن ونصف الطن من القذائف يمكن أن يتحول إلى غبار اليورانيوم في العراق. وفقًا لخبراء من مركز الأبحاث الاستراتيجية الأمريكي RAND Corporation، فإن ما يزيد عن 10 إلى 35% من اليورانيوم المستخدم تحول إلى هباء جوي. الناشط الكرواتي في مجال الذخائر المضادة لليورانيوم آساف دوراكوفيتش، الذي عمل في مجموعة متنوعة من المنظمات من مستشفى الملك فيصل بالرياض إلى مركز أبحاث اليورانيوم الطبي في واشنطن، يقدر أنه في جنوب العراق وحده في عام 1991، تم تشكيل 3-6 أطنان من جزيئات اليورانيوم دون الميكرون. والتي كانت منتشرة على مساحة واسعة، أي أن تلوث اليورانيوم هناك يشبه كارثة تشيرنوبيل.

اليورانيوم ليس أكتينيدًا نموذجيًا جدًا، فحالات التكافؤ الخمس الخاصة به معروفة - من 2+ إلى 6+. بعض مركبات اليورانيوم لها لون مميز. وهكذا فإن محاليل اليورانيوم ثلاثي التكافؤ تكون حمراء، واليورانيوم رباعي التكافؤ أخضر، واليورانيوم سداسي التكافؤ - يوجد على شكل أيون اليورانيل (UO 2) 2+ - يلون المحاليل باللون الأصفر... والحقيقة أن اليورانيوم السداسي التكافؤ يشكل مركبات ذات العديد من المواد العضوية. تبين أن عوامل التعقيد مهمة جدًا لتكنولوجيا استخلاص العنصر رقم 92.

ومن المميزات أن الغلاف الإلكتروني الخارجي لأيونات اليورانيوم دائمًا ما يكون مملوءًا بالكامل؛ توجد إلكترونات التكافؤ في طبقة الإلكترون السابقة، في المستوى الفرعي 5f. وإذا قارنا اليورانيوم بعناصر أخرى، فمن الواضح أن البلوتونيوم هو الأكثر تشابهاً معه. والفرق الرئيسي بينهما هو نصف القطر الأيوني الكبير لليورانيوم. بالإضافة إلى ذلك، البلوتونيوم هو الأكثر استقرارًا في الحالة رباعية التكافؤ، واليورانيوم هو الأكثر استقرارًا في الحالة السداسية التكافؤ. وهذا يساعد على فصلهما، وهو أمر مهم للغاية: يتم الحصول على الوقود النووي البلوتونيوم 239 حصريًا من اليورانيوم، والصابورة من وجهة نظر الطاقة هي اليورانيوم 238. يتكون البلوتونيوم في كتلة من اليورانيوم ويجب فصلهما!

ومع ذلك، تحتاج أولا إلى الحصول على هذه الكتلة من اليورانيوم، من خلال سلسلة تكنولوجية طويلة، بدءا من الخام. عادة ما يكون خامًا متعدد المكونات فقيرًا باليورانيوم.

النظير الخفيف لعنصر ثقيل

عندما تحدثنا عن الحصول على العنصر رقم 92 تعمدنا حذف مرحلة مهمة. كما تعلمون، ليس كل اليورانيوم قادر على دعم التفاعل النووي المتسلسل. اليورانيوم 238، الذي يشكل 99.28٪ من الخليط الطبيعي للنظائر، غير قادر على ذلك. وبسبب هذا، يتم تحويل اليورانيوم 238 إلى بلوتونيوم، ويسعى إلى فصل الخليط الطبيعي من نظائر اليورانيوم أو تخصيبه بنظير اليورانيوم 235، القادر على انشطار النيوترونات الحرارية.

تم تطوير العديد من الطرق لفصل اليورانيوم 235 واليورانيوم 238. غالبًا ما يتم استخدام طريقة انتشار الغاز. جوهرها هو أنه إذا تم تمرير خليط من غازين من خلال قسم مسامي، فإن الضوء سوف يمر بشكل أسرع. في عام 1913، قام ف. أستون بفصل نظائر النيون جزئيًا بهذه الطريقة.

معظم مركبات اليورانيوم في الظروف العادية هي مواد صلبة ولا يمكن تحويلها إلى حالة غازية إلا عند درجات حرارة عالية جدًا، عندما لا يكون هناك أي حديث عن أي عمليات دقيقة لفصل النظائر. ومع ذلك، فإن مركب اليورانيوم عديم اللون مع الفلور، سداسي فلوريد UF 6، يتسامى بالفعل عند درجة حرارة 56.5 درجة مئوية (عند الضغط الجوي). UF 6 هو مركب اليورانيوم الأكثر تطايرًا وهو الأنسب لفصل نظائره عن طريق الانتشار الغازي.

يتميز سداسي فلوريد اليورانيوم بالنشاط الكيميائي العالي. تآكل الأنابيب والمضخات والحاويات والتفاعل مع تزييت الآليات - قائمة صغيرة ولكنها مثيرة للإعجاب من المشاكل التي كان على منشئي محطات الانتشار التغلب عليها. لقد واجهنا صعوبات أكثر خطورة.

يمكن اعتبار سداسي فلوريد اليورانيوم، الذي يتم الحصول عليه عن طريق فلورة خليط طبيعي من نظائر اليورانيوم، من وجهة نظر "الانتشار"، مزيجًا من غازين لهما كتل جزيئية متشابهة جدًا - 349 (235+19*6) و352 (238) +19*6). أقصى معامل فصل نظري في مرحلة انتشار واحدة للغازات التي تختلف قليلاً في الوزن الجزيئي هو 1.0043 فقط. وفي الظروف الحقيقية تكون هذه القيمة أقل. وتبين أنه من الممكن زيادة تركيز اليورانيوم 235 من 0.72 إلى 99٪ فقط بمساعدة عدة آلاف من خطوات الانتشار. ولذلك فإن محطات فصل نظائر اليورانيوم تشغل مساحة عدة عشرات من الهكتارات. تبلغ مساحة الأقسام المسامية في مجموعات الفصل للمصانع نفس الحجم تقريبًا.

باختصار عن النظائر الأخرى لليورانيوم

اليورانيوم الطبيعي، بالإضافة إلى اليورانيوم 235 واليورانيوم 238، يشمل اليورانيوم 234. يتم التعبير عن وفرة هذا النظير النادر كرقم بأربعة أصفار بعد العلامة العشرية. النظير الاصطناعي الذي يسهل الوصول إليه هو اليورانيوم 233. يتم الحصول عليه عن طريق تشعيع الثوريوم في تدفق النيوترونات في مفاعل نووي:

232 90 ث + 10 ن → 233 90 ث -β-→ 233 91 باسكال -β- → 233 92 يو
وفقًا لجميع قواعد الفيزياء النووية، فإن اليورانيوم 233، باعتباره نظيرًا فرديًا، ينقسم بواسطة النيوترونات الحرارية. والأهم من ذلك، في المفاعلات التي تستخدم اليورانيوم 233، يمكن أن يحدث التكاثر الموسع للوقود النووي (وهو يحدث بالفعل). في مفاعل نيوتروني حراري تقليدي! تظهر الحسابات أنه عندما يحترق كيلوغرام من اليورانيوم 233 في مفاعل الثوريوم، يجب أن يتراكم فيه 1.1 كيلوغرام من اليورانيوم 233 الجديد. معجزة، وهذا كل شيء! أحرقنا كيلوغراماً من الوقود، لكن كمية الوقود لم تنخفض.

ومع ذلك، فإن مثل هذه المعجزات لا يمكن تحقيقها إلا بالوقود النووي.

تعتبر دورة اليورانيوم - الثوريوم في مفاعلات النيوترونات الحرارية المنافس الرئيسي لدورة اليورانيوم - البلوتونيوم لإعادة إنتاج الوقود النووي في مفاعلات النيوترونات السريعة... في الواقع، ولهذا السبب فقط، تم تصنيف العنصر رقم 90 - الثوريوم - على أنه عنصر مادة استراتيجية.

ولا تلعب نظائر اليورانيوم الاصطناعية الأخرى دورًا مهمًا. ومن الجدير بالذكر فقط اليورانيوم 239 - النظير الأول في سلسلة تحولات اليورانيوم 238 والبلوتونيوم 239. عمر النصف هو 23 دقيقة فقط.

نظائر اليورانيوم التي يزيد عدد كتلتها عن 240 ليس لديها الوقت الكافي للتشكل في المفاعلات الحديثة. إن عمر اليورانيوم 240 قصير جدًا، وهو يضمحل قبل أن يتاح له الوقت لالتقاط نيوترون.

في تدفقات النيوترونات فائقة القوة الناتجة عن انفجار نووي حراري، تتمكن نواة اليورانيوم من التقاط ما يصل إلى 19 نيوترونًا في جزء من المليون من الثانية. في هذه الحالة، تولد نظائر اليورانيوم ذات الأعداد الكتلية من 239 إلى 257. وقد تم التعرف على وجودها من ظهور عناصر ما بعد اليورانيوم البعيدة - أحفاد نظائر اليورانيوم الثقيلة - في منتجات الانفجار النووي الحراري. إن "مؤسسي الجنس" أنفسهم غير مستقرين للغاية بحيث لا يمكنهم اضمحلال بيتا والانتقال إلى عناصر أعلى قبل فترة طويلة من استخلاص منتجات التفاعلات النووية من الصخور الممزوجة بالانفجار.

المفاعلات الحرارية الحديثة تحرق اليورانيوم 235. في مفاعلات النيوترونات السريعة الموجودة بالفعل، يتم إطلاق طاقة نواة النظير الشائع، اليورانيوم 238، وإذا كانت الطاقة ثروة حقيقية، فإن نواة اليورانيوم ستفيد البشرية في المستقبل القريب: طاقة العنصر رقم 92 ستستفيد منها البشرية. تصبح أساس وجودنا.

ومن المهم للغاية التأكد من أن اليورانيوم ومشتقاته يحترق فقط في المفاعلات النووية لمحطات الطاقة السلمية، وأن يحترق ببطء، دون دخان أو لهب.

مصدر آخر لليورانيوم. أما اليوم فقد أصبح ماء البحر. يتم بالفعل تشغيل المنشآت الصناعية التجريبية لاستخراج اليورانيوم من الماء باستخدام مواد ماصة خاصة: أكسيد التيتانيوم أو ألياف الأكريليك المعالجة بكواشف معينة.

من كم. في أوائل الثمانينات، كان إنتاج اليورانيوم في البلدان الرأسمالية حوالي 50.000 جرام سنويًا (من حيث اليورانيوم ثلاثي أكسيد اليورانيوم). تم توفير حوالي ثلث هذا المبلغ من قبل الصناعة الأمريكية. وتأتي كندا في المركز الثاني تليها جنوب أفريقيا. نيجور، الجابون، ناميبيا. ومن بين الدول الأوروبية، تنتج فرنسا أكبر قدر من اليورانيوم ومركباته، لكن حصتها كانت أقل بنحو سبع مرات من الولايات المتحدة.

اتصالات غير تقليدية. على الرغم من أنه ليس من دون أساس أن كيمياء اليورانيوم والبلوتونيوم يتم دراستها بشكل أفضل من كيمياء العناصر التقليدية مثل الحديد، إلا أن الكيميائيين ما زالوا يكتشفون مركبات اليورانيوم الجديدة. لذلك، في عام 1977، مجلة الكيمياء الإشعاعية، المجلد التاسع عشر، العدد. 6 أبلغ عن مركبين جديدين لليورانيل. تكوينها هو MU02(S04)2-SH20، حيث M هو أيون المنجنيز أو الكوبالت ثنائي التكافؤ. أشارت أنماط حيود الأشعة السينية إلى أن المركبات الجديدة عبارة عن أملاح مزدوجة، وليست خليطًا من ملحين متشابهين.

تعتمد التقنيات النووية إلى حد كبير على استخدام أساليب الكيمياء الإشعاعية، والتي تعتمد بدورها على الخواص النووية الفيزيائية والفيزيائية والكيميائية والسمية للعناصر المشعة.

سنقتصر في هذا الفصل على وصف موجز لخصائص النظائر الانشطارية الرئيسية - اليورانيوم والبلوتونيوم.

أورانوس

أورانوس ( اليورانيوم) U - عنصر مجموعة الأكتينيدات، الفترة 7-0 من النظام الدوري، Z=92، الكتلة الذرية 238.029؛ الأثقل الموجود في الطبيعة.

هناك 25 نظيرًا معروفًا لليورانيوم، وجميعها مشعة. الأسهل 217U (Tj/ 2 =26 مللي ثانية)، الأثقل 2 4 2 U (7 TJ / 2 =i6.8 دقيقة). هناك 6 ايزومرات نووية. يحتوي اليورانيوم الطبيعي على ثلاثة نظائر مشعة: 28 و (99، 2739%، Ti/ 2 = 4.47109 لتر)، 235 يو (0.7205%، G، / 2 = 7.04-109 سنة) و234 يو (0.0056%، تي/ 2=2.48-يوز ل). النشاط الإشعاعي النوعي لليورانيوم الطبيعي هو 2.48104 بيكريل، مقسم إلى النصف تقريبًا بين 234 يو و288 يو؛ يقدم 235U مساهمة صغيرة (النشاط النوعي لنظير 2zi في اليورانيوم الطبيعي أقل بـ 21 مرة من نشاط 238U). المقاطع العرضية لالتقاط النيوترونات الحرارية هي 46 و 98 و 2.7 بارن لـ 2 zzi و 2 35 U و 2 3 8 U على التوالي ؛ قسم التقسيم 527 و 584 حظيرة لـ 2 زى و 2 ض 8 و على التوالى؛ خليط طبيعي من النظائر (0.7%235U) 4.2 حظيرة.

طاولة 1. الخصائص الفيزيائية النووية 2 ح9 ري و2 35Ts.

طاولة 2. التقاط النيوترونات 2 35Ts و 2 ض 8 ج.

ستة نظائر لليورانيوم قادرة على الانشطار التلقائي: 282 U، 2 zzi، 234 U، 235 U، 2 z 6 i و 2 z 8 i. تنشطر النظائر الطبيعية 233 و235 يو تحت تأثير كل من النيوترونات الحرارية والسريعة، وتكون نوى 2338 قادرة على الانشطار فقط عندما تلتقط نيوترونات ذات طاقة تزيد عن 1.1 ميغا إلكترون فولت. عند التقاط النيوترونات ذات الطاقة المنخفضة، تتحول نواة 288 U أولاً إلى نواة 2 -i9U، والتي تخضع بعد ذلك لتحلل p وتتحول أولاً إلى 2 -"*9Np، ثم إلى 239Pu. المقاطع العرضية الفعالة لالتقاط الحرارة نيوترونات مكونة من 234U و2 نواة 35U و238 وتساوي 98 و683 و2.7 بارن على التوالي، ويؤدي الانشطار الكامل لـ235U إلى "مكافئ طاقة حرارية" قدره 2-107 كيلووات ساعة/كجم. يتم استخدام 35 U و2 zzi كوقود نووي، قادر على دعم التفاعل المتسلسل الانشطاري.

تنتج المفاعلات النووية نظائر اصطناعية من اليورانيوم ذات أعداد كتلية 227-^240، وأطولها عمرًا هو 233U (7 الخامس 2 =i.62 * 5 سنوات)؛ يتم الحصول عليه عن طريق تشعيع النيوترونات من الثوريوم. في تدفقات النيوترونات فائقة القوة الناتجة عن انفجار نووي حراري، تولد نظائر اليورانيوم ذات الأعداد الكتلية 239^257.

أوران-232- النويدة التكنولوجية، باعث، تي س / 2=68.9 سنة، النظائر الأصلية 2 h 6 Pu(a)، 23 2 Np(p*) و23 2 Ra(p)، النويدة الوليدة 228 Th. شدة الانشطار التلقائي هي 0.47 قسم/ثانية كجم.

يتشكل اليورانيوم 232 نتيجة الاضمحلال التالي:

P + - اضمحلال النويدة *3 a Np (Ti/ 2 = 14.7 دقيقة):

في الصناعة النووية، يتم إنتاج 2 3 2 يو كمنتج ثانوي أثناء تخليق النويدة الانشطارية (درجة الأسلحة) 2 zzi في دورة وقود الثوريوم. عند تشعيع 2 3 2 Th بالنيوترونات، يحدث التفاعل الرئيسي:

ورد فعل جانبي من خطوتين:

يتم إنتاج 232 U من الثوريوم فقط مع النيوترونات السريعة (إي‹>6 ميغا إلكترون فولت). إذا كانت المادة البادئة تحتوي على 2 3°TH، فإن تكوين 2 3 2 U يُكمل بالتفاعل: 2 3° TH + u-> 2 3'TH. يحدث هذا التفاعل باستخدام النيوترونات الحرارية. توليد 2 3 2 U أمر غير مرغوب فيه لعدد من الأسباب. ويتم قمعه باستخدام الثوريوم بتركيز لا يقل عن 23°TH.

يحدث اضمحلال 2 × 2 في الاتجاهات التالية:

اضمحلال في 228 ث (الاحتمال 10%، طاقة الاضمحلال 5.414 ميغا إلكترون فولت):

تبلغ طاقة جسيمات ألفا المنبعثة 5.263 ميغا إلكترون فولت (في 31.6% من الحالات) و5.320 ميغا إلكترون فولت (في 68.2% من الحالات).

• - الانشطار التلقائي (احتمال أقل من ~ 12٪)؛
• - الاضمحلال العنقودي مع تكوين النويدة 28 ملغ (احتمال الاضمحلال أقل من 5*10" 12%):

اضمحلال الكتلة مع تكوين النويدة 2

اليورانيوم 232 هو مؤسس سلسلة الاضمحلال الطويلة، والتي تشمل النويدات - بواعث الكميات الصلبة y:

^ U-(3.64 يومًا، a،y)-> 220 Rn-> (55.6 s, a)-> 21b Po->(0.155 s, a)-> 212 Pb->(10.64 ساعة، p, y) - > 212 Bi -> (60.6 m, p, y) -> 212 Po a, y) -> 208x1, 212 Po -> (3 "Yu' 7 s, a) -> 2o8 Pb (طعنة)، 2o8 T1- >(3.06 م، ص، ص-> 2o8 رصاص.

تراكم 232U أمر لا مفر منه أثناء إنتاج 2zi في دورة طاقة الثوريوم. يعيق إشعاع y الشديد الناتج عن اضمحلال 2 3 2 U تطور طاقة الثوريوم. ما هو غير عادي هو أن النظير الزوجي 2 3 2 11 يحتوي على مقطع عرضي انشطاري عالي تحت تأثير النيوترونات (75 حظيرة للنيوترونات الحرارية)، بالإضافة إلى مقطع عرضي عالي لالتقاط النيوترونات - 73 حظيرة. 2 3 2 يُستخدم اليورانيوم في طريقة التتبع الإشعاعي في الأبحاث الكيميائية.

2 h 2 وهو مؤسس سلسلة الاضمحلال الطويلة (وفقًا لمخطط 2 h 2 T) والتي تتضمن بواعث النويدات ذات الكميات الصلبة y. تراكم 232U أمر لا مفر منه أثناء إنتاج 2zi في دورة طاقة الثوريوم. يعيق الإشعاع y الشديد الناتج عن اضمحلال 232 U تطور طاقة الثوريوم. ما هو غير عادي هو أن النظير الزوجي 2 3 2 U يحتوي على مقطع عرضي انشطاري عالي تحت تأثير النيوترونات (75 حظيرة للنيوترونات الحرارية)، بالإضافة إلى مقطع عرضي عالي لالتقاط النيوترونات - 73 حظيرة. 2 3 2 غالبًا ما يُستخدم اليورانيوم في طريقة التتبع الإشعاعي في الأبحاث الكيميائية والفيزيائية.

أوران-233- النويدات المشعة من صنع الإنسان، باعث (الطاقة 4.824 (82.7%) و 4.783 ميجا إلكترون فولت (14.9%))، تفي= 1.585105 سنة، النويدات الأم 2 37Pu(a)-؟ 2 33Np(p +)-> 2 ззРа(Р)، نواة الابنة 22 9Th. يتم الحصول على 2 zzi في المفاعلات النووية من الثوريوم: 2 z 2 Th يلتقط نيوترونًا ويتحول إلى 2 zzT، والذي يضمحل إلى 2 zzRa، ثم إلى 2 zzi. نواة 2zi (نظير فردي) قادرة على الانشطار التلقائي والانشطار تحت تأثير النيوترونات من أي طاقة، مما يجعلها مناسبة لإنتاج كل من الأسلحة الذرية ووقود المفاعلات. المقطع العرضي للانشطار الفعال هو 533 بارن، المقطع العرضي للالتقاط هو 52 بارون، إنتاج النيوترونات: لكل حدث انشطاري - 2.54، لكل نيوترون ممتص - 2.31. الكتلة الحرجة لـ 2 zzi أقل بثلاث مرات من الكتلة الحرجة لـ 235U (-16 كجم). شدة الانشطار التلقائي 720 قسم/ثانية كجم.

يتشكل اليورانيوم 233 نتيجة الاضمحلال التالي:

- (3 + - اضمحلال النويدة 233Np (7^=36.2 دقيقة):

على المستوى الصناعي، يتم الحصول على 2zi من 232Th عن طريق التشعيع بالنيوترونات:

عندما يتم امتصاص نيوترون، تنقسم نواة 2zzi عادة، ولكنها في بعض الأحيان تلتقط نيوترونًا، وتتحول إلى 234U. على الرغم من أن 2 zzi ينقسم عادةً بعد امتصاص نيوترون، إلا أنه يحتفظ بنيوترون في بعض الأحيان، ويتحول إلى 234U. ويتم إنتاج 2 زرس في كل من المفاعلات السريعة والحرارية.

من وجهة نظر الأسلحة، 2 ZZI يمكن مقارنته بـ 239Pu: نشاطه الإشعاعي هو 1/7 من نشاط 239Pu (Ti/ 2 = 159200 لتر مقابل 24100 لتر للبلوتونيوم)، الكتلة الحرجة لـ 2 zi أعلى بنسبة 60% من ^Pu (16 كجم مقابل 10 كجم)، ومعدل الانشطار التلقائي أعلى 20 مرة (bth - " مقابل 31010). تدفق النيوترونات من 2 zzi أعلى بثلاث مرات من 2 39Pi. يتطلب إنشاء شحنة نووية بناءً على 2 zi جهدًا أكبر من جهد ^Pi. تتمثل العقبة الرئيسية في وجود شوائب 232 U في 2ZZI، حيث أن الإشعاع Y لمشاريع الاضمحلال يجعل من الصعب العمل مع 2ZZI ويجعل من السهل اكتشاف الأسلحة الجاهزة. بالإضافة إلى ذلك، فإن نصف العمر القصير لـ 2 3 2 U يجعله مصدرًا نشطًا لجسيمات ألفا. 2 zi بنسبة 1% 232 وله نشاط أقوى بثلاث مرات من البلوتونيوم المستخدم في صنع الأسلحة، وبالتالي سمية إشعاعية أكبر. يؤدي هذا النشاط إلى تكوين نيوترونات في العناصر الضوئية لشحنة السلاح. لتقليل هذه المشكلة، يجب أن يكون وجود عناصر مثل Be، B، F، Li في حده الأدنى. لا يؤثر وجود خلفية نيوترونية على عمل أنظمة الانفجار الداخلي، لكن دوائر المدفع تتطلب مستوى عاليًا من نقاء العناصر الخفيفة، ويجب ألا يتجاوز محتوى 232U في صنف الأسلحة 2zis 5 أجزاء في المليون (0.0005%) في وقود مفاعلات الطاقة الحرارية، فإن وجود 2 3G ليس ضاراً، بل ومرغوباً فيه، لأنه يقلل من إمكانية استخدام اليورانيوم لأغراض الأسلحة. وبعد إعادة معالجة الوقود المستهلك وإعادة استخدام الوقود، يصل محتوى 232U إلى حوالي 1+. 0.2%.

يحدث اضمحلال 2 zi في الاتجاهات التالية:

اضمحلال في 22 9 (الاحتمال 10%، طاقة الاضمحلال 4.909 ميجا إلكترون فولت):

تبلغ طاقة جسيمات الياهر المنبعثة 4.729 ميغا إلكترون فولت (في 1.61% من الحالات)، و4.784 ميغا إلكترون فولت (في 13.2% من الحالات) و4.824 ميغا إلكترون فولت (في 84.4% من الحالات).

• - الانقسام التلقائي (الاحتمال
• - اضمحلال الكتلة مع تكوين النويدة 28 ملغ (احتمال الاضمحلال أقل من 1.3*10_13%):

اضمحلال الكتلة مع تكوين النويدة 24 Ne (احتمال الاضمحلال 7.3-10-"%)":

تنتمي سلسلة اضمحلال 2 zzi إلى سلسلة النبتونيوم.

النشاط الإشعاعي النوعي لـ 2 zi هو 3.57-8 بيكريل/جم، وهو ما يتوافق مع النشاط أ (والسمية الإشعاعية) لـ -15% من البلوتونيوم. فقط 1% 2 3 2 U يزيد النشاط الإشعاعي إلى 212 ميلي سي آي/جم.

أوران-234(أورانوس الثاني، واجهة المستخدم)جزء من اليورانيوم الطبيعي (0.0055%)، 2.445105 سنة، باعث (طاقة جسيمات أ 4.777 (72%) و

4.723 (28٪) MeV)، النويدات المشعة الأصلية: 2 ساعة 8 Pu(a)، 234 Pa(P)، 234 Np(p +)،

نظير الابنة في 2 ض.

عادة، يكون 234 U في حالة توازن مع 2 h 8 u، ويتحلل ويتشكل بنفس المعدل. ما يقرب من نصف النشاط الإشعاعي لليورانيوم الطبيعي يساهم به 234U. عادة، يتم الحصول على 234U عن طريق كروماتوغرافيا التبادل الأيوني للمستحضرات القديمة النقية 2 × 8 Pu. أثناء الاضمحلال a، ينتج *zRi 234U، لذا فإن المستحضرات القديمة التي تحتوي على 2h8Ru هي مصادر جيدة للـ234U. yuo g 238Pi يحتوي بعد سنة على 776 مجم 2 34U بعد 3 سنوات

2.2 جم 2 34 وحدة. يكون تركيز 234U في اليورانيوم عالي التخصيب مرتفعًا جدًا بسبب التخصيب التفضيلي بالنظائر الخفيفة. نظرًا لأن 234u هو باعث قوي لـ y، فهناك قيود على تركيزه في اليورانيوم المخصص للمعالجة إلى وقود. تعد زيادة مستويات 234i مقبولة بالنسبة للمفاعلات، ولكن الوقود المستهلك المعاد معالجته يحتوي بالفعل على مستويات غير مقبولة من هذا النظير.

يحدث اضمحلال 234i في الاتجاهات التالية:

اضمحلال A عند درجة حرارة 23°Т (الاحتمال 100%، طاقة الاضمحلال 4.857 ميجا إلكترون فولت):

تبلغ طاقة جسيمات ألفا المنبعثة 4.722 ميغا إلكترون فولت (في 28.4% من الحالات) و4.775 ميغا إلكترون فولت (في 71.4% من الحالات).

• - الانقسام التلقائي (الاحتمال 1.73-10-9%).
• - الاضمحلال العنقودي مع تكوين النويدة 28 ملغ (احتمال الاضمحلال 1.4-10٪، وفقا للبيانات الأخرى 3.9-10٪):

• - اضمحلال الكتلة مع تكوين النويدات 2 4Ne و 26 Ne (احتمال الاضمحلال 9-10"، 2٪، وفقًا للبيانات الأخرى 2,3-10_11٪):

الأيزومر الوحيد المعروف هو 234ti (Tx/2 = 33.5 μs).

يبلغ المقطع العرضي لامتصاص 2 نيوترون حراري 34U 100 بارن، وبالنسبة لتكامل الرنين المتوسط ​​على مختلف النيوترونات المتوسطة فهو 700 بارن. لذلك، في مفاعلات النيوترونات الحرارية يتم تحويله إلى انشطاري 235U بمعدل أسرع من تحويل الكمية الأكبر بكثير من 238U (بمقطع عرضي 2.7 بارن) إلى 239Ru. ونتيجة لذلك، يحتوي الوقود المستهلك على كمية أقل من 234U مقارنة بالوقود الطازج.

أوران-235ينتمي إلى عائلة 4P+3، وهو قادر على إنتاج تفاعل متسلسل انشطاري. وهذا هو النظير الأول الذي تم فيه اكتشاف تفاعل الانشطار النووي القسري تحت تأثير النيوترونات. بامتصاص نيوترون، يتحول 235U إلى 2 zbi، والذي ينقسم إلى قسمين، مطلقًا الطاقة وانبعاث عدة نيوترونات. انشطاري بواسطة النيوترونات من أي طاقة وقادر على الانشطار التلقائي، النظير 235U هو جزء من يوفان طبيعي (0.72%)، باعث (الطاقات 4.397 (57%) و 4.367 (18%) ميجا إلكترون فولت)، Ti/j=7.038-8 سنوات، النويدات الأم 235Pa، 235Np و239Pu، الابنة - 23Th. معدل الانشطار التلقائي 23su 0.16 انشطار/ثانية كجم. عندما تنشطر نواة 235U، يتم إطلاق 200 MeV من الطاقة = 3.210pJ، أي. 18 تيراجول/مول=77 تيراجول/كجم. يبلغ المقطع العرضي للانشطار بواسطة النيوترونات الحرارية 545 بارن، والنيوترونات السريعة - 1.22 بارن، وإنتاج النيوترونات: لكل فعل انشطاري - 2.5، لكل نيوترون ممتص - 2.08.

تعليق. المقطع العرضي لالتقاط النيوترونات البطيئة لإنتاج النظير 2 sii (oo barn)، بحيث يكون إجمالي المقطع العرضي لامتصاص النيوترونات البطيئة 645 بارن.

• - الانشطار التلقائي (الاحتمال 7*10~9%)؛
• - الاضمحلال العنقودي مع تكوين النويدات 2°Ne، 25Ne و28 Mg (الاحتمالات، على التوالي، هي 8-io_10%، 8-kg 10%، 8*10"،0%):

أرز. 1.

الأيزومر الوحيد المعروف هو 235n»u (7/ 2 = 2b min).

نشاط محدد 2 35C 7.77-4 بكريل/جم. تبلغ الكتلة الحرجة لليورانيوم المستخدم في تصنيع الأسلحة (93.5% 235U) للكرة ذات العاكس 15-7-23 كجم.

يستخدم الانشطار 2 »5U في الأسلحة الذرية، لإنتاج الطاقة وتخليق الأكتينيدات المهمة. يتم الحفاظ على التفاعل المتسلسل من خلال فائض النيوترونات المنتجة أثناء انشطار 235 درجة مئوية.

أوران-236يوجد بشكل طبيعي على الأرض بكميات ضئيلة (يوجد المزيد منه على القمر)، باعث (؟

أرز. 2. العائلة المشعة 4/7+2 (بما في ذلك -з 8 и).

في مفاعل ذري، يمتص 2 sz نيوترونًا حراريًا، وبعد ذلك ينشطر باحتمال 82%، وباحتمال 18% ينبعث كمية y ويتحول إلى 2 sb و (لـ 100 نواة انشطارية 2 35U هناك هي 22 نواة متكونة 2 3 6 U). بكميات صغيرة هو جزء من الوقود الطازج. يتراكم عند تشعيع اليورانيوم بالنيوترونات في المفاعل، ولذلك يستخدم "كجهاز إشارة" للوقود النووي المستهلك. 2 hb ويتشكل كمنتج ثانوي أثناء فصل النظائر عن طريق انتشار الغاز أثناء تجديد الوقود النووي المستخدم. 236 يو هو سم نيوتروني يتشكل في مفاعل الطاقة، ويتم تعويض وجوده في الوقود النووي بمستوى عال من التخصيب 235 يو.

2ز ب ويستخدم كتتبع لخلط مياه المحيطات.

اليورانيوم 237،تي&=يمكن الحصول على 6.75 يوم من باعث بيتا وجاما من التفاعلات النووية:

كشف 287 وتنفيذها على طول اي= o,ob MeV (36%)، 0.114 MeV (0.06%)، 0.165 MeV (2.0%)، 0.208 MeV (23%)

يُستخدم 237U في طريقة التتبع الإشعاعي في الأبحاث الكيميائية. يوفر قياس التركيز (2-4 درجة صباحا) في الغبار المتساقط من اختبارات الأسلحة الذرية معلومات قيمة حول نوع الشحنة والمعدات المستخدمة.

أوران-238- ينتمي إلى عائلة 4P+2، وهو انشطاري بواسطة النيوترونات عالية الطاقة (أكثر من 1.1 ميجا فولت)، قادر على الانشطار التلقائي، ويشكل أساس اليورانيوم الطبيعي (99.27٪)، باعث، 7'؛ /2=4>468-109 سنة، يتحلل مباشرة إلى 2 34Th، ويشكل عددًا من النويدات المشعة ذات الصلة وراثيًا، وبعد 18 منتجًا يتحول إلى 206 Рb. يحتوي Pure 2 3 8 U على نشاط إشعاعي محدد يتراوح بين 1.22-104 بيكريل. عمر النصف طويل جدًا - حوالي 10 16 عامًا، لذا فإن احتمال الانشطار فيما يتعلق بالعملية الرئيسية - انبعاث جسيم ألفا - هو 10" فقط. 7. كيلوغرام واحد من اليورانيوم يعطي فقط 10 انشطارات تلقائية في الثانية، وخلال نفس الوقت تبعث جسيمات ألفا 20 مليون نواة النويدات الأم: 2 4 2 Pu(a), *38ra(p-) 234Th, ابنة ت،/ 2 = 2 :أنا 4 ذ.

يتشكل اليورانيوم 238 نتيجة الاضمحلال التالي:

2 (V0 4) 2 ] 8H 2 0. من بين المعادن الثانوية، فوسفات اليورانيل الكالسيوم المائي شائع Ca(U0 2) 2 (P0 4) 2 -8H 2 0. غالبًا ما يكون اليورانيوم في المعادن مصحوبًا بعناصر مفيدة أخرى - التيتانيوم التنتالوم، والأتربة النادرة. ولذلك، فمن الطبيعي أن نسعى جاهدين للمعالجة المعقدة للخامات التي تحتوي على اليورانيوم.

الخصائص الفيزيائية الأساسية لليورانيوم: الكتلة الذرية 238.0289 amu. (جم / مول)؛ نصف القطر الذري 138 م (1 م = 12 م)؛ طاقة التأين (الإلكترون الأول 7.11 فولت؛ التكوين الإلكتروني -5f36d'7s 2؛ حالات الأكسدة 6، 5، 4، 3؛ GP l = 113 2، 2 °؛ تي تي,1=3818°; الكثافة 19.05؛ السعة الحرارية النوعية 0.115 JDKmol)؛ قوة الشد 450 ميجاباسكال، حرارة الانصهار 12.6 كيلوجول/مول، حرارة التبخر 417 كيلوجول/مول، الحرارة النوعية 0.115 جول/(مول-ك)؛ الحجم المولي 12.5 سم3/مول؛ درجة حرارة ديباي المميزة © D = 200K، درجة حرارة الانتقال إلى حالة التوصيل الفائق حوالي .68K.

اليورانيوم معدن ثقيل، أبيض فضي، لامع. وهو أكثر ليونة قليلاً من الفولاذ، وقابل للطرق، ومرن، وله خصائص مغناطيسية طفيفة، وهو قابل للاشتعال في شكل مسحوق. لليورانيوم ثلاثة أشكال متآصلة: ألفا (مقوم العظام، a-U، معلمات الشبكة 0=285، ب= 587، ج = 49 ب م، مستقر حتى 667.7 درجة)، بيتا (رباعي، p-U، مستقر من 667.7 إلى 774.8 درجة)، غاما (مع شبكة مكعبة مركزية الجسم، y-U، موجودة من 774.8 درجة إلى نقاط الانصهار، frm= ii34 0)، حيث يكون اليورانيوم أكثر مرونة وملاءمة للمعالجة.

في درجة حرارة الغرفة، يكون الطور المعيني المعيني مستقرًا؛ ويتكون الهيكل المنشوري من طبقات ذرية متموجة موازية للمستوى ABC,في شبكة موشورية غير متناظرة للغاية. داخل الطبقات، ترتبط الذرات بإحكام، في حين أن قوة الروابط بين الذرات في الطبقات المجاورة أضعف بكثير (الشكل 4). هذا الهيكل متباين الخواص يجعل من الصعب خلط اليورانيوم مع معادن أخرى. فقط الموليبدينوم والنيوبيوم يصنعان سبائك الطور الصلب مع اليورانيوم. ومع ذلك، يمكن أن يتفاعل معدن اليورانيوم مع العديد من السبائك، مكونًا مركبات بين المعادن.

في النطاق 668^775° يوجد (3-يورانيوم. الشبكة الرباعية الشكل لها هيكل متعدد الطبقات مع طبقات موازية للمستوى أبفي المواضع 1/4C، 1/2 معو3/4C لخلية الوحدة. عند درجات حرارة أعلى من 775 درجة مئوية، يتشكل اليورانيوم y مع شبكة مكعبة مركزية الجسم. تسمح إضافة الموليبدينوم بوجود الطور y في درجة حرارة الغرفة. يشكل الموليبدينوم مجموعة واسعة من المحاليل الصلبة مع اليورانيوم y ويثبت الطور y عند درجة حرارة الغرفة. y- اليورانيوم أكثر ليونة وأكثر مرونة من اليورانيوم الهش (أ) و(3 مراحل).

للتشعيع النيوتروني تأثير كبير على الخواص الفيزيائية والميكانيكية لليورانيوم، مما يسبب زيادة في حجم العينة، وتغير في الشكل، فضلا عن تدهور حاد في الخواص الميكانيكية (الزحف، التقصف) لكتل ​​اليورانيوم أثناء عملية التشعيع. تشغيل مفاعل نووي. ترجع الزيادة في الحجم إلى تراكم اليورانيوم أثناء انشطار شوائب العناصر ذات الكثافة الأقل (ترجمة 1% اليورانيوم إلى عناصر تجزئة يزيد حجمه بنسبة 3.4٪).

أرز. 4. بعض الهياكل البلورية لليورانيوم: أ - اليورانيوم، ب - اليورانيوم.

الطرق الأكثر شيوعًا للحصول على اليورانيوم في الحالة المعدنية هي اختزال فلوريداته باستخدام فلزات قلوية أو قلوية ترابية أو التحليل الكهربائي للأملاح المنصهرة. يمكن أيضًا الحصول على اليورانيوم عن طريق الاختزال المعدني الحراري من الكربيدات باستخدام التنغستن أو التنتالوم.

إن القدرة على التخلي بسهولة عن الإلكترونات تحدد الخصائص المختزلة لليورانيوم ونشاطه الكيميائي الأكبر. يمكن أن يتفاعل اليورانيوم مع جميع العناصر تقريبًا باستثناء الغازات النبيلة، ويكتسب حالات الأكسدة +2، +3، +4، +5، +6. في الحل التكافؤ الرئيسي هو 6+.

يتأكسد اليورانيوم المعدني بسرعة في الهواء، ويغطى بطبقة من الأكسيد قزحي الألوان. يشتعل مسحوق اليورانيوم الناعم تلقائيًا في الهواء (عند درجات حرارة تتراوح بين 1504 و175 درجة مئوية)، ويتشكل و؛) Ov. عند درجة حرارة 1000 درجة، يتحد اليورانيوم مع النيتروجين ويشكل نيتريد اليورانيوم الأصفر. يمكن أن يتفاعل الماء مع المعدن، ببطء عند درجات حرارة منخفضة وبسرعة عند درجات حرارة عالية. يتفاعل اليورانيوم بعنف مع الماء المغلي والبخار ليطلق الهيدروجين الذي يشكل هيدريد مع اليورانيوم

وهذا التفاعل أكثر نشاطا من احتراق اليورانيوم في الأكسجين. هذا النشاط الكيميائي لليورانيوم يجعل من الضروري حماية اليورانيوم في المفاعلات النووية من ملامسة الماء.

يذوب اليورانيوم في أحماض الهيدروكلوريك والنيتريك والأحماض الأخرى، مكونًا أملاح U(IV)، لكنه لا يتفاعل مع القلويات. يحل اليورانيوم محل الهيدروجين من الأحماض غير العضوية والمحاليل الملحية للمعادن مثل الزئبق والفضة والنحاس والقصدير والبلاتين والذهب. عندما تهتز بقوة، تبدأ جزيئات اليورانيوم المعدنية في التوهج.

إن السمات الهيكلية للأغلفة الإلكترونية لذرة اليورانيوم (وجود ^/- إلكترونات) وبعض خواصها الفيزيائية والكيميائية تعمل كأساس لتصنيف اليورانيوم كعضو في سلسلة الأكتينيدات. ومع ذلك، هناك تشابه كيميائي بين اليورانيوم والكروم والمو وW. اليورانيوم شديد التفاعل ويتفاعل مع جميع العناصر باستثناء الغازات النبيلة. في الحالة الصلبة، أمثلة U(VI) هي ثالث أكسيد اليورانيل U0 3 وكلوريد اليورانيل U0 2 C1 2. رابع كلوريد اليورانيوم UC1 4 وثاني أكسيد اليورانيوم U0 2

أمثلة على U(IV). المواد التي تحتوي على U(IV) عادة ما تكون غير مستقرة وتصبح سداسي التكافؤ عند تعرضها للهواء لفترة طويلة.

يتم تثبيت ستة أكاسيد في نظام اليورانيوم والأكسجين: UO، U0 2، U 4 0 9، و 3 Ov، U0 3. وتتميز بمجموعة واسعة من التجانس. U0 2 هو أكسيد أساسي، في حين أن U0 3 مذبذب. U03 – يتفاعل مع الماء لتكوين عدد من الهيدرات أهمها حمض الديورانيك H2U207 وحمض اليورانيك H21U4. مع القلويات، يشكل U0 3 أملاح هذه الأحماض - اليورات. عندما يذوب U0 3 في الأحماض، تتشكل أملاح كاتيون اليورانيل المشحون بشكل مضاعف U0 2 a+.

ثاني أكسيد اليورانيوم، U0 2، ذو تركيبة متكافئة اللون بني. ومع زيادة محتوى الأكسجين في الأكسيد، يتغير اللون من البني الداكن إلى الأسود. التركيب البلوري لنوع CaF2، أ = 0.547 نانومتر؛ الكثافة 10.96 جم/سم3"* (أعلى كثافة بين أكاسيد اليورانيوم). , ر =2875 0 , تك ‹ = 3450°، D#°298 = -1084.5 كيلوجول/مول. ثاني أكسيد اليورانيوم هو شبه موصل ذو موصلية ثقبية ومغناطيسية قوية. MPC = o.015 ملجم/م3. غير قابل للذوبان في الماء. عند درجة حرارة -200° يضيف الأكسجين، ليصل إلى التركيبة U0 2>25.

يمكن تحضير أكسيد اليورانيوم (IV) بالتفاعلات التالية:

يظهر ثاني أكسيد اليورانيوم الخصائص الأساسية فقط، فهو يتوافق مع الهيدروكسيد الأساسي U(OH) 4، والذي يتحول بعد ذلك إلى هيدروكسيد مائي U02H20. ويذوب ثاني أكسيد اليورانيوم ببطء في الأحماض القوية غير المؤكسدة في غياب الأكسجين الجوي مع تشكيل III + الأيونات:

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

وهو قابل للذوبان في الأحماض المركزة، ويمكن زيادة معدل الذوبان بشكل كبير عن طريق إضافة أيون الفلور.

عند ذوبانه في حمض النيتريك، يتكون أيون اليورانيل 1O 2 2+:

تريوران أوكتاوكسيد U 3 0s (أكسيد اليورانيوم) هو مسحوق يختلف لونه من الأسود إلى الأخضر الداكن؛ وعندما يتم سحقه بقوة، فإنه يتحول إلى اللون الأخضر الزيتوني. تترك البلورات السوداء الكبيرة خطوطًا خضراء على الخزف. هناك ثلاثة تعديلات بلورية معروفة لليورانيوم 3 0 h: a-U 3 C>8 - بنية بلورية معينية (المجموعة الفضائية C222؛ 0 = 0.671 نانومتر؛ 6 = 1.197 نانومتر؛ c = o.83 نانومتر؛ د = 0.839 نانومتر)؛ p-U 3 0e - التركيب البلوري المعيني (المجموعة الفضائية ستست؛ 0=0.705 نانومتر؛ 6=1.172 نانومتر؛ 0=0.829 نانومتر. بداية التحلل هي oooo° (الانتقال إلى 1002)، MPC = 0.075 ملجم/م3.

يمكن الحصول على U 3 C> 8 عن طريق التفاعل:

عن طريق التكليس U0 2، U0 2 (N0 3) 2، U0 2 C 2 0 4 3H 2 0، U0 4 -2H 2 0 أو (NH 4) 2 U 2 0 7 عند 750 0 في الهواء أو في جو أكسجين ( ع = 150 + 750 مم زئبق) للحصول على U 3 08 نقيًا بشكل متكافئ.

عندما يتم تكليس U 3 0s عند T>oooo°، يتم تقليله إلى 10 2، ولكن عند التبريد في الهواء فإنه يعود إلى U 3 0s. يذوب U30e فقط في الأحماض القوية المركزة. في أحماض الهيدروكلوريك والكبريتيك يتكون خليط من U(IV) وU(VI)، وفي حمض النيتريك - نترات اليورانيل. تتفاعل أحماض الكبريتيك والهيدروكلوريك المخففة بشكل ضعيف جدًا مع U 3 Os حتى عند تسخينها، كما أن إضافة العوامل المؤكسدة (حمض النيتريك والبيرولوسيت) يزيد بشكل حاد من معدل الذوبان. يذيب H 2 S0 4 المركز U 3 Os لتكوين U(S0 4) 2 وU0 2 S0 4 . يذيب حمض النيتريك U3Oe لتكوين نترات اليورانيل.

ثالث أكسيد اليورانيوم، U0 3 - مادة بلورية أو غير متبلورة ذات لون أصفر فاتح. يتفاعل مع الماء. MPC = 0.075 ملجم/م3.

يتم الحصول عليه عن طريق تكليس بولي يورانات الأمونيوم، وبيروكسيد اليورانيوم، وأكسالات اليورانيل عند 300-500 درجة مئوية، وسداسي هيدرات نترات اليورانيل. وينتج عن ذلك مسحوق برتقالي ذو بنية غير متبلورة ذات كثافة

6.8 جرام/سم. يمكن الحصول على الشكل البلوري لـ IU 3 عن طريق أكسدة U 3 0 8 عند درجات حرارة تتراوح بين 450 درجة س - 750 درجة في تدفق الأكسجين. هناك ستة تعديلات بلورية لـ U0 3 (a, (3, y> §> ?, n) - U0 3 استرطابي وفي الهواء الرطب يتحول إلى هيدروكسيد اليورانيل. تسخينه عند 520°-^6oo° يعطي مركب التركيب 1U 2>9، مزيد من التسخين إلى 6oo° يسمح للمرء بالحصول على U 3 Os.

يعمل الهيدروجين والأمونيا والكربون والمعادن القلوية والمعادن الأرضية القلوية على تقليل U03 إلى U02. عند مرور خليط من الغازات HF وNH 3، يتكون UF 4. عند التكافؤ الأعلى، يُظهر اليورانيوم خصائص مذبذبة. عند تعرضها لأحماض U0 3 أو هيدراتها تتشكل أملاح اليورانيل (U0 2 2+) ذات اللون الأصفر والأخضر:

معظم أملاح اليورانيل قابلة للذوبان بدرجة عالية في الماء.

عند اندماجه مع القلويات، يشكل U03 أملاح حمض اليورانيك - يورات MDKH:

مع المحاليل القلوية، يشكل ثالث أكسيد اليورانيوم أملاح أحماض البولي يورانيك - متعدد يورانات DHM 2 0y1U 3 الرقم الهيدروجيني ^ O.

أملاح حمض اليورانيك غير قابلة للذوبان عمليا في الماء.

الخصائص الحمضية لـ U(VI) أقل وضوحًا من الخصائص الأساسية.

يتفاعل اليورانيوم مع الفلور في درجة حرارة الغرفة. يتناقص استقرار الهاليدات الأعلى من الفلوريدات إلى اليودات. الفلوريدات UF 3، وU4F17، وU2F9، وUF 4 غير متطايرة، وUFe متطايرة. وأهم الفلوريدات هي UF 4 وUFe.

Ftppippiyanir okgilya t"yanya ppptrkart حسب الممارسة:

يتم التفاعل في طبقة مميعة وفقًا للمعادلة:

من الممكن استخدام عوامل الفلور: BrF 3، CC1 3 F (Freon-11) أو CC1 2 F 2 (Freon-12):

فلوريد اليورانيوم (1U) UF 4 ("الملح الأخضر") هو مسحوق ذو لون مزرق مخضر إلى الزمرد. G 11L = yuz6°; Гк,«,.=-1730°. DN° 29 8= 1856 كيلوجول/مول. التركيب البلوري أحادي الميل (sp. gp. C2/s; 0=1.273 نانومتر; 5=1.075 نانومتر; 0=0.843 نانومتر; د= 6.7 نانومتر؛ p = 12b ° 20 "؛ الكثافة 6.72 جم / سم 3. UF 4 هو مركب مستقر وغير نشط وغير متطاير وقابل للذوبان بشكل سيئ في الماء. أفضل مذيب لـ UF 4 هو تدخين حمض البيركلوريك HC10 4. يذوب في الأحماض المؤكسدة لتكوين ملح اليورانيل، يذوب بسرعة في محلول ساخن من Al(N0 3) 3 أو AlCl 3، وكذلك في محلول حمض البوريك المحمض بـ H 2 S0 4 أو HC10 4 أو HC1. عوامل معقدة تربط أيونات الفلورايد، على سبيل المثال، Fe3 +، Al3 + أو حمض البوريك، يساهم أيضًا في إذابة UF 4. مع فلوريدات المعادن الأخرى فإنه يشكل عددًا من الأملاح المزدوجة ضعيفة الذوبان (MeUFe، Me 2 UF6، Me 3 UF 7، إلخ). NH 4 UF 5 له أهمية صناعية.

يعتبر فلوريد U(IV) منتجًا وسيطًا في التحضير

كلاً من سادس فلوريد اليورانيوم ومعدن اليورانيوم.

يمكن الحصول على UF 4 عن طريق التفاعلات التالية:

أو عن طريق الاختزال الكهربائي لفلوريد اليورانيل.

سداسي فلوريد اليورانيوم UFe - في درجة حرارة الغرفة، بلورات عاجية اللون ذات معامل انكسار مرتفع. كثافة

5.09 جم/cmz، كثافة UFe السائل - 3.63 جم/cmz. مركب متطاير. تفواج = 5^>5°> جيل=b4.5° (تحت الضغط). يصل ضغط البخار المشبع إلى الغلاف الجوي عند 560 درجة. المحتوى الحراري للتكوين AH° 29 8 = -211b كيلوجول/مول. التركيب البلوري هو معيني متعامد (المجموعة الفضائية. RPT. 0=0.999 نانومتر؛ الحديد = 0.8962 نانومتر؛ ج = o.5207 نانومتر؛ د 5.060 نانومتر (25 0). MPC - 0.015 مجم / م 3. من الحالة الصلبة، يمكن أن يتسامى سادس فلوريد اليورانيوم (يتصاعد) إلى غاز، متجاوزًا الطور السائل عبر نطاق واسع من الضغوط. حرارة التسامي عند 50 0 50 كيلو جول/مجم. لا يحتوي الجزيء على عزم ثنائي القطب، لذلك لا يرتبط UF6. بخار UFr هو غاز مثالي.

يتم الحصول عليه من خلال عمل الفلور على مركب U الخاص به:

بالإضافة إلى تفاعلات الطور الغازي، هناك أيضًا تفاعلات الطور السائل

إنتاج سادس فلوريد اليورانيوم باستخدام الهالوفلوريدات، على سبيل المثال

هناك طريقة للحصول على UF6 دون استخدام الفلور - عن طريق أكسدة UF 4:

لا يتفاعل UFe مع الهواء الجاف والأكسجين والنيتروجين وثاني أكسيد الكربون، ولكن عند ملامسته للماء، وحتى آثاره، فإنه يخضع للتحلل المائي:

ويتفاعل مع معظم المعادن مكوناً الفلوريدات الخاصة بها مما يعقد طرق تخزينه. المواد المناسبة للأوعية للعمل باستخدام سادس فلوريد اليورانيوم هي: عند تسخينه، النيكل والمونيل وPT، في البرد - وكذلك التيفلون والكوارتز والزجاج الجاف تمامًا والنحاس والألومنيوم. عند درجات حرارة 25-0 درجة مئوية فإنه يشكل مركبات معقدة مع فلوريدات الفلزات القلوية والفضة من النوع 3NaFUFr>، 3KF2UF6.

يذوب جيدًا في مختلف السوائل العضوية والأحماض غير العضوية وجميع الهالوفلوريدات. خامل حتى يجف 0 2، N 2، C0 2، C1 2، Br 2. يتميز UFr بتفاعلات الاختزال مع معظم المعادن النقية. يتفاعل سادس فلوريد اليورانيوم بقوة مع الهيدروكربونات والمواد العضوية الأخرى، لذلك يمكن أن تنفجر الحاويات المغلقة التي تحتوي على اليورانيوم. ويشكل سادس فلوريد اليورانيوم في نطاق 25-r100° أملاحًا معقدة تحتوي على فلوريدات قلوية ومعادن أخرى. تُستخدم هذه الخاصية في تقنية الاستخراج الانتقائي للـ UF

تحتل هيدريدات اليورانيوم UH 2 و UH 3 موقعًا متوسطًا بين الهيدريدات الشبيهة بالملح والهيدريدات من نوع المحاليل الصلبة للهيدروجين في المعدن.

عندما يتفاعل اليورانيوم مع النيتروجين، يتم تشكيل النتريدات. هناك أربع مراحل معروفة في نظام الأمم المتحدة: UN (نيتريد اليورانيوم)، a-U 2 N 3 (سيسكينيتريد)، p- U 2 N 3 والأمم المتحدة إذا90. ليس من الممكن تحقيق تكوين UN 2 (دينيتريد). تعتبر تركيبات أحادي نيتريد اليورانيوم UN موثوقة ويتم التحكم فيها بشكل جيد، ومن الأفضل أن يتم تنفيذها مباشرة من العناصر. نيتريدات اليورانيوم هي مواد مسحوقية، يختلف لونها من الرمادي الداكن إلى الرمادي؛ تبدو وكأنها معدنية. تمتلك الأمم المتحدة بنية بلورية مكعبة الوجه، مثل NaCl (0 = 4.8892 A)؛ (/=14.324, 7^=2855°، مستقر في الفراغ حتى 17000. يتم تحضيره عن طريق تفاعل هيدريد U أو U مع N 2 أو NH 3، تحلل نيتريدات اليورانيوم الأعلى عند 1300 درجة أو اختزالها بمعدن اليورانيوم. يُعرف U 2 N 3 في تعديلين متعددي الأشكال: مكعب a وسداسي p (0 = 0.3688 نانومتر، 6 = 0.5839 نانومتر)، يطلق N 2 في فراغ أعلى من 8 درجة مئوية. يتم الحصول عليه عن طريق اختزال UN 2 بالهيدروجين. يتم تصنيع ثنائي نيتريد UN2 عن طريق تفاعل U مع N2 تحت ضغط مرتفع من N2. نيتريدات اليورانيوم قابلة للذوبان بسهولة في الأحماض والمحاليل القلوية، ولكنها تتحلل بواسطة القلويات المنصهرة.

يتم الحصول على نيتريد اليورانيوم عن طريق الاختزال الكربوثيرمي على مرحلتين لأكسيد اليورانيوم:

التسخين في الأرجون بدرجة حرارة 7M4500 لمدة 10*20 ساعة

يمكن الحصول على نيتريد اليورانيوم بتركيبة قريبة من ثنائي نيتريد، UN 2، عن طريق تعريض UF 4 للأمونيا عند درجة حرارة وضغط مرتفعين.

يتحلل ثنائي نيتريد اليورانيوم عند تسخينه:

يتمتع نيتريد اليورانيوم المخصب بدرجة حرارة 235 يو بكثافة انشطارية وموصلية حرارية ونقطة انصهار أعلى من أكاسيد اليورانيوم - الوقود التقليدي لمفاعلات الطاقة الحديثة. كما أنه يتمتع بخصائص ميكانيكية جيدة وثبات يفوق أنواع الوقود التقليدية. ولذلك يعتبر هذا المركب أساساً واعداً للوقود النووي في مفاعلات النيوترونات السريعة (المفاعلات النووية من الجيل الرابع).

تعليق. ومن المفيد جدًا إثراء الأمم المتحدة بـ 5N، لأنه .4 يميل N إلى احتجاز النيوترونات، مما يؤدي إلى توليد النظير المشع 14C من خلال التفاعل (n,p).

كربيد اليورانيوم UC 2 (؟-المرحلة) هو مادة بلورية ذات لون رمادي فاتح ولها بريق معدني. في نظام U-C (كربيدات اليورانيوم) هناك UC 2 (؟-المرحلة)، UC 2 (ب 2-المرحلة)، U 2 C 3 (الطور الإلكتروني)، UC (ب 2-المرحلة) - كربيدات اليورانيوم. يمكن الحصول على ثنائي كربيد اليورانيوم UC2 عن طريق التفاعلات التالية:

U + 2C ^ UC 2 (54 فولت)

وتستخدم كربيدات اليورانيوم كوقود للمفاعلات النووية، وهي واعدة كوقود لمحركات الصواريخ الفضائية.

نترات اليورانيل، نترات اليورانيل، U0 2 (N0 3) 2 -6H 2 0. ويلعب دور المعدن في هذا الملح بواسطة كاتيون اليورانيل 2+. بلورات صفراء ذات لون أخضر، قابلة للذوبان في الماء بسهولة. المحلول المائي حمضي. قابل للذوبان في الإيثانول والأسيتون والأثير، غير قابل للذوبان في البنزين والتولوين والكلوروفورم. عند تسخينها، تذوب البلورات وتطلق HN0 3 وH 2 0. وتتبخر الهيدرات البلورية بسهولة في الهواء. التفاعل المميز هو أنه تحت تأثير NH 3 يتشكل راسب أصفر من يورانيوم الأمونيوم.

اليورانيوم قادر على تكوين مركبات معدنية عضوية. ومن الأمثلة على ذلك مشتقات سيكلوبنتاديينيل من التركيبة U(C 5 H 5) 4 واستبدالها بالهالوجين u(C 5 H 5) 3 G أو u(C 5 H 5) 2 G 2.

في المحاليل المائية، يكون اليورانيوم أكثر استقرارًا في حالة أكسدة U(VI) في صورة أيون اليورانيل U0 2 2+. وبدرجة أقل، يتميز بالحالة U(IV)، ولكن يمكن أن يحدث حتى في النموذج U(III). يمكن أن توجد حالة أكسدة U(V) كأيون IO2+، ولكن نادرًا ما يتم ملاحظة هذه الحالة بسبب ميلها إلى عدم التناسب والتحلل المائي.

في المحاليل المحايدة والحمضية، يوجد U(VI) على شكل U0 2 2+ - أيون اليورانيل الأصفر. تشتمل أملاح اليورانيل القابلة للذوبان جيدًا على نترات U0 2 (N0 3) 2، وكبريتات U0 2 S0 4، وكلوريد U0 2 C1 2، وفلوريد U0 2 F 2، وأسيتات U0 2 (CH 3 C00) 2. تنطلق هذه الأملاح من المحاليل على شكل هيدرات بلورية بأعداد مختلفة من جزيئات الماء. أملاح اليورانيل القابلة للذوبان قليلاً هي: أوكسالات U02C204، فوسفات U02HP0.، وUO2P2O4، فوسفات يورانيل الأمونيوم UO2NH4PO4، فانادات يورانيل الصوديوم NaU02V04، فيروسيانيد (U02) 2. يتميز أيون اليورانيل بالميل إلى تكوين مركبات معقدة. وهكذا، فإن المجمعات التي تحتوي على أيونات الفلور من النوع -، 4- معروفة؛ مجمعات النترات و 2 *؛ مجمعات حمض الكبريتيك 2 " و 4-؛ مجمعات الكربونات 4 " و 2 "، إلخ. عندما تعمل القلويات على محاليل أملاح اليورانيل، يتم إطلاق رواسب قابلة للذوبان بشكل طفيف من ثنائي يورانات من النوع Me 2 U 2 0 7 (monouranates Me 2 U0 4) لا يتم عزلها عن المحاليل، بل يتم الحصول عليها عن طريق اندماج أكاسيد اليورانيوم مع القلويات). ومن المعروف Me 2 U n 0 3 n+i polyuranates (على سبيل المثال، Na 2 U60i 9).

يتم اختزال U(VI) في المحاليل الحمضية إلى U(IV) بواسطة الحديد والزنك والألومنيوم وهيدروسلفيت الصوديوم وملغم الصوديوم. الحلول ملونة باللون الأخضر. تترسب القلويات منها هيدروكسيد U0 2 (0H) 2، حمض الهيدروفلوريك - الفلورايد UF 4 -2.5H 2 0، حمض الأكساليك - أكسالات U(C 2 0 4) 2 -6H 2 0. يميل أيون U 4+ إلى تشكل مجمعات أقل من أيونات اليورانيل.

يوجد اليورانيوم (IV) في المحلول على شكل أيونات U4+، وهي شديدة التحلل المائي والتحلل المائي:

في المحاليل الحمضية، يتم قمع التحلل المائي.

يشكل اليورانيوم (VI) في المحلول أكسدة اليورانيل - U0 2 2+ من المعروف أن العديد من مركبات اليورانيل معروفة، ومن أمثلة ذلك: U0 3، U0 2 (C 2 H 3 0 2) 2، U0 2 C0 3 -2 (NH 4) ) 2 C0 3 U0 2 C0 3، U0 2 C1 2، U0 2 (0H) 2، U0 2 (N0 3) 2، UO0SO4، ZnU0 2 (CH 3 C00) 4، إلخ.

عند التحلل المائي لأيون اليورانيل، يتم تشكيل عدد من المجمعات متعددة النوى:

مع مزيد من التحلل المائي، يظهر U 3 0s(0H) 2 ثم U 3 0 8 (0H) 4 2 -.

وللكشف النوعي عن اليورانيوم، تُستخدم طرق التحليلات الكيميائية والفلورية والإشعاعية والطيفية. تعتمد الطرق الكيميائية في الغالب على تكوين مركبات ملونة (على سبيل المثال، اللون الأحمر والبني للمركب مع الفيروسيانيد، والأصفر مع بيروكسيد الهيدروجين، والأزرق مع كاشف الأرسينازو). تعتمد طريقة الإنارة على قدرة العديد من مركبات اليورانيوم على إنتاج توهج مصفر مخضر عند تعرضها للأشعة فوق البنفسجية.

يتم التحديد الكمي لليورانيوم بطرق مختلفة. وأهمها هي: الطرق الحجمية، التي تتكون من اختزال U(VI) إلى U(IV) متبوعًا بالمعايرة باستخدام محاليل العوامل المؤكسدة؛ الطرق الوزنية - ترسيب اليورات، البيروكسيد، كوبفيرانات U(IV)، الهيدروكسيكينولات، الأكسالات، إلخ. يليه التكليس عند 00° ووزن U30s؛ تتيح الطرق الاستقطابية في محلول النترات تحديد 10*7-جم10-9 جم من اليورانيوم؛ العديد من الطرق اللونية (على سبيل المثال، مع H 2 0 2 في وسط قلوي، مع كاشف الأرسينازو في وجود EDTA، مع ثنائي بنزويل ميثان، في شكل مركب ثيوسيانات، وما إلى ذلك)؛ طريقة الانارة، والتي تجعل من الممكن تحديد متى تنصهر مع NaF ل يو 11ز اليورانيوم.

ينتمي 235U إلى مجموعة خطر الإشعاع A، والحد الأدنى للنشاط الهام هو MZA = 3.7-10 4 Bq، 2 3 8 و- إلى المجموعة D، MZA = 3.7-6 Bq (300 جم).

محتوى المقال

أورانوس, U (اليورانيوم)، وهو عنصر كيميائي معدني من عائلة الأكتينيدات، والتي تشمل Ac، Th، Pa، U وعناصر ما بعد اليورانيوم (Np، Pu، Am، Cm، Bk، Cf، Es، Fm، Md، No، Lr). اكتسب اليورانيوم شهرة بسبب استخدامه في الأسلحة النووية والطاقة النووية. كما تستخدم أكاسيد اليورانيوم لتلوين الزجاج والسيراميك.

التواجد في الطبيعة.

تبلغ نسبة اليورانيوم في القشرة الأرضية 0.003%، ويوجد في الطبقة السطحية للأرض على شكل أربعة أنواع من الرواسب. أولاً، هذه عروق من اليورانيت، أو طبقة اليورانيوم (ثاني أكسيد اليورانيوم UO 2)، غنية جدًا باليورانيوم، ولكنها نادرة. وهي مصحوبة برواسب الراديوم، لأن الراديوم هو منتج مباشر لتحلل نظائر اليورانيوم. توجد مثل هذه الأوردة في زائير وكندا (بحيرة الدب العظيم) وجمهورية التشيك وفرنسا. المصدر الثاني لليورانيوم هو تكتلات الثوريوم وخامات اليورانيوم مع خامات معادن مهمة أخرى. تحتوي التكتلات عادةً على كميات كافية من الذهب والفضة لاستخراجها، مع وجود عناصر مرتبطة باليورانيوم والثوريوم. توجد رواسب كبيرة من هذه الخامات في كندا وجنوب إفريقيا وروسيا وأستراليا. المصدر الثالث لليورانيوم هو الصخور الرسوبية والأحجار الرملية الغنية بمعدن الكارنوتيت (فانادات يورانيل البوتاسيوم)، الذي يحتوي، بالإضافة إلى اليورانيوم، على كمية كبيرة من الفاناديوم وعناصر أخرى. تم العثور على هذه الخامات في الولايات الغربية للولايات المتحدة. ويشكل صخور الحديد واليورانيوم وخامات الفوسفات المصدر الرابع للرواسب. تم العثور على رواسب غنية في الصخر الزيتي في السويد. تحتوي بعض خامات الفوسفات في المغرب والولايات المتحدة على كميات كبيرة من اليورانيوم، كما أن رواسب الفوسفات في أنغولا وجمهورية أفريقيا الوسطى أكثر ثراءً باليورانيوم. تحتوي معظم الليجنيت وبعض أنواع الفحم عادة على شوائب اليورانيوم. تم العثور على رواسب الليجنيت الغنية باليورانيوم في شمال وجنوب داكوتا (الولايات المتحدة الأمريكية) والفحم القاري في إسبانيا وجمهورية التشيك.

افتتاح.

تم اكتشاف أورانوس في عام 1789 من قبل الكيميائي الألماني م. كلابروث، الذي أطلق على العنصر اسم تكريما لاكتشاف كوكب أورانوس قبل 8 سنوات. (كان كلابروث الكيميائي الرائد في عصره؛ واكتشف أيضًا عناصر أخرى، بما في ذلك Ce وTi وZr.) في الواقع، لم تكن المادة التي حصل عليها كلابروث يورانيوم عنصريًا، بل شكلًا مؤكسدًا منه، وتم الحصول على اليورانيوم العنصري لأول مرة بواسطة الكيميائي الفرنسي E. .Peligo في عام 1841. من لحظة الاكتشاف حتى القرن العشرين. ولم يكن لليورانيوم الأهمية التي يتمتع بها اليوم، على الرغم من تحديد العديد من خصائصه الفيزيائية، وكذلك كتلته الذرية وكثافته. في عام 1896، أثبت أ. بيكريل أن أملاح اليورانيوم تحتوي على إشعاع يضيء لوحة فوتوغرافية في الظلام. حفز هذا الاكتشاف الكيميائيين على البحث في مجال النشاط الإشعاعي، وفي عام 1898، قام زوجا الفيزيائيين الفرنسيين ب. كوري وم. سكلودوفسكا كوري بعزل أملاح العناصر المشعة البولونيوم والراديوم، وإي. روثرفورد، ف. سودي، ك. فايان. وقام علماء آخرون بتطوير نظرية الاضمحلال الإشعاعي، التي أرست أسس الكيمياء النووية الحديثة والطاقة النووية.

الاستخدامات الأولى لليورانيوم

وعلى الرغم من أن النشاط الإشعاعي لأملاح اليورانيوم كان معروفا، إلا أن خاماته في الثلث الأول من هذا القرن لم تستخدم إلا للحصول على الراديوم المصاحب، وكان اليورانيوم يعتبر منتجا ثانويا غير مرغوب فيه. وكان استخدامه يتركز بشكل رئيسي في تكنولوجيا السيراميك والمعادن. واستخدمت أكاسيد اليورانيوم على نطاق واسع لتلوين الزجاج بألوان تتراوح من الأصفر الباهت إلى الأخضر الداكن، مما ساهم في تطوير إنتاج الزجاج غير المكلف. اليوم، يتم تعريف المنتجات من هذه الصناعات على أنها فلورسنت تحت الأشعة فوق البنفسجية. خلال الحرب العالمية الأولى وبعد ذلك بوقت قصير، تم استخدام اليورانيوم في شكل كربيد في إنتاج أدوات الفولاذ، على غرار Mo وW؛ تم استبدال التنغستن بنسبة 4-8% من اليورانيوم، وكان إنتاجه محدودًا في ذلك الوقت. للحصول على فولاذ الأدوات في 1914-1926، تم إنتاج عدة أطنان من الحديدورونيوم الذي يحتوي على ما يصل إلى 30% (كتلة) من اليورانيوم سنويًا، ومع ذلك، فإن هذا الاستخدام لليورانيوم لم يدم طويلًا.

الاستخدامات الحديثة لليورانيوم

بدأت صناعة اليورانيوم في التبلور عام 1939، عندما تم انشطار نظير اليورانيوم 235 يو، مما أدى إلى التنفيذ الفني للتفاعلات المتسلسلة الخاضعة للرقابة لانشطار اليورانيوم في ديسمبر 1942. وكانت هذه ولادة عصر الذرة عندما نما اليورانيوم من عنصر تافه إلى أحد أهم العناصر في حياة المجتمع. أدت الأهمية العسكرية لليورانيوم في إنتاج القنبلة الذرية واستخدامه كوقود في المفاعلات النووية إلى زيادة الطلب على اليورانيوم بشكل فلكي. إن التسلسل الزمني لنمو الطلب على اليورانيوم استنادًا إلى تاريخ الرواسب في بحيرة غريت بير (كندا) مثير للاهتمام. وفي عام 1930، تم اكتشاف خليط الراتنج في هذه البحيرة، وهو خليط من أكاسيد اليورانيوم، وفي عام 1932، تم إنشاء تقنية تنقية الراديوم في هذه المنطقة. ومن كل طن من الخام (خليط الراتينج) تم الحصول على 1 جرام من الراديوم وحوالي نصف طن من المنتج الثانوي، مركز اليورانيوم. ومع ذلك، كان هناك القليل من الراديوم وتوقف تعدينه. ومن عام 1940 إلى عام 1942، تم استئناف التطوير وبدأ شحن خام اليورانيوم إلى الولايات المتحدة. وفي عام 1949، تم استخدام عملية تنقية مماثلة لليورانيوم، مع بعض التحسينات، لإنتاج اليورانيوم النقي 2 . لقد نما هذا الإنتاج وأصبح الآن أحد أكبر مرافق إنتاج اليورانيوم.

ملكيات.

اليورانيوم هو أحد أثقل العناصر الموجودة في الطبيعة. المعدن النقي كثيف جدًا، ومرن، وموجب للكهرباء، وموصلية كهربائية منخفضة، وشديد التفاعل.

يحتوي اليورانيوم على ثلاثة تعديلات تآصلية: أ-اليورانيوم (شبكة بلورية تقويمية) موجود في نطاق من درجة حرارة الغرفة إلى 668 درجة مئوية؛ ب- اليورانيوم (شبكة بلورية معقدة من النوع الرباعي)، مستقر في نطاق 668-774 درجة مئوية؛ زاليورانيوم (شبكة بلورية مكعبة مركزية الجسم)، مستقر من 774 درجة مئوية حتى نقطة الانصهار (1132 درجة مئوية). وبما أن جميع نظائر اليورانيوم غير مستقرة، فإن جميع مركباته تظهر نشاطًا إشعاعيًا.

نظائر اليورانيوم

يوجد 238 U، 235 U، 234 U في الطبيعة بنسبة 99.3:0.7:0.0058، ويتواجد 236 U بكميات ضئيلة. ويتم الحصول على جميع نظائر اليورانيوم الأخرى من 226 يو إلى 242 يو بشكل صناعي. النظير 235 U له أهمية خاصة. وتحت تأثير النيوترونات البطيئة (الحرارية)، فإنها تنقسم، وتطلق طاقة هائلة. يؤدي الانشطار الكامل لـ 235 U إلى إطلاق "مكافئ طاقة حرارية" قدره 2H 10 7 kWh h/kg. يمكن استخدام انشطار 235 U ليس فقط لإنتاج كميات كبيرة من الطاقة، ولكن أيضًا لتركيب عناصر الأكتينيدات المهمة الأخرى. يمكن استخدام نظير اليورانيوم الطبيعي في المفاعلات النووية لإنتاج النيوترونات الناتجة عن انشطار 235 يو، في حين يمكن التقاط النيوترونات الزائدة التي لا يتطلبها التفاعل المتسلسل بواسطة نظير طبيعي آخر، مما يؤدي إلى إنتاج البلوتونيوم:

عندما يتم قصف 238U بالنيوترونات السريعة، تحدث التفاعلات التالية:

وفقًا لهذا المخطط، يمكن تحويل النظير الأكثر شيوعًا 238 U إلى بلوتونيوم 239، والذي، مثل 235 U، قادر أيضًا على الانشطار تحت تأثير النيوترونات البطيئة.

حاليًا، تم الحصول على عدد كبير من نظائر اليورانيوم الاصطناعية. من بينها، يعتبر 233U ملحوظًا بشكل خاص لأنه ينشطر أيضًا عند التفاعل مع النيوترونات البطيئة.

غالبًا ما تُستخدم بعض نظائر اليورانيوم الاصطناعية الأخرى كمتتبعات إشعاعية في الأبحاث الكيميائية والفيزيائية؛ هذا هو أولا وقبل كل شيء ب- باعث 237 يو و أ- باعث 232 ش.

روابط.

اليورانيوم هو معدن شديد التفاعل، وله حالات أكسدة من +3 إلى +6، وهو قريب من البريليوم في سلسلة النشاط، ويتفاعل مع جميع اللافلزات ويشكل مركبات بين الفلزات مع Al، Be، Bi، Co، Cu، Fe، Hg والمغنيسيوم والنيكل والرصاص والقصدير والزنك. يعتبر اليورانيوم المسحوق جيدًا تفاعليًا بشكل خاص، وعند درجات حرارة أعلى من 500 درجة مئوية، غالبًا ما يدخل في تفاعلات مميزة لهيدريد اليورانيوم. يحترق اليورانيوم المقطوع أو النشارة بشكل ساطع عند درجة حرارة 700-1000 درجة مئوية، ويحترق بخار اليورانيوم بالفعل عند درجة حرارة 150-250 درجة مئوية، ويتفاعل اليورانيوم مع HF عند درجة حرارة 200-400 درجة مئوية، مكونًا UF 4 وH 2 . يذوب اليورانيوم ببطء في HF أو H 2 SO 4 و 85٪ H 3 PO 4 حتى عند 90 درجة مئوية، ولكنه يتفاعل بسهولة مع conc. حمض الهيدروكلوريك وأقل نشاطا مع HBr أو HI. تحدث التفاعلات الأكثر نشاطًا وسرعة لليورانيوم مع HNO 3 المخفف والمركز مع تكوين نترات اليورانيل ( انظر أدناه). في وجود حمض الهيدروكلوريك، يذوب اليورانيوم بسرعة في الأحماض العضوية، ويشكل أملاح U4+ العضوية. اعتمادًا على درجة الأكسدة، يشكل اليورانيوم عدة أنواع من الأملاح (أهمها أملاح U4+، وأحدها UCl4 وهو ملح أخضر سهل الأكسدة)؛ أملاح اليورانيل (الجذرية UO 2 2+) من النوع UO 2 (NO 3) 2 تكون صفراء اللون وأخضر متألق. تتشكل أملاح اليورانيل عن طريق إذابة الأكسيد المذبذب UO 3 (اللون الأصفر) في وسط حمضي. في البيئة القلوية، يشكل UO 3 يورات مثل Na 2 UO 4 أو Na 2 U 2 O 7. ويستخدم المركب الأخير ("اليورانيل الأصفر") في صناعة طلاء الخزف وفي إنتاج زجاج الفلورسنت.

تمت دراسة هاليدات اليورانيوم على نطاق واسع في 1940-1950، حيث تم استخدامها لتطوير طرق لفصل نظائر اليورانيوم للقنبلة الذرية أو المفاعل النووي. تم الحصول على ثلاثي فلوريد اليورانيوم UF 3 عن طريق اختزال اليورانيوم UF 4 مع الهيدروجين، ويتم الحصول على رباعي فلوريد اليورانيوم UF 4 بطرق مختلفة عن طريق تفاعلات HF مع أكاسيد مثل UO 3 أو U 3 O 8 أو عن طريق الاختزال الكهربائي لمركبات اليورانيل. يتم الحصول على سداسي فلوريد اليورانيوم UF 6 عن طريق فلورة U أو UF 4 مع الفلور العنصري أو عن طريق عمل الأكسجين على UF 4 . يشكل سداسي فلوريد بلورات شفافة ذات معامل انكسار مرتفع عند 64 درجة مئوية (1137 ملم زئبق)؛ المركب متطاير (تتطاير تحت الضغط العادي عند درجة حرارة 56.54 درجة مئوية). أوكسوهاليدات اليورانيوم، على سبيل المثال، أوكسوفلوريد، لها التركيبة UO 2 F 2 (فلوريد اليورانيل)، UOF 2 (ثاني فلوريد أكسيد اليورانيوم).

وزحل)، يتميز في المقام الأول بحركته غير العادية حول الشمس، أي، على عكس جميع الكواكب الأخرى، يدور أورانوس "إلى الوراء". ماذا يعني ذلك؟ والحقيقة هي أنه إذا كانت الكواكب الأخرى، بما في ذلك أرضنا، تشبه القمم الدوارة المتحركة (يحدث تغير النهار والليل بسبب الالتواء)، فإن أورانوس يشبه الكرة المتدحرجة، ونتيجة لذلك، يتغير النهار/ الليل، وكذلك الفصول على هذه الكواكب تختلف بشكل كبير.

من هو مكتشف اورانوس

لكن لنبدأ قصتنا عن هذا الكوكب غير العادي بتاريخ اكتشافه. تم اكتشاف كوكب أورانوس على يد عالم الفلك الإنجليزي ويليام هيرشل عام 1781. ومن المثير للاهتمام، أن عالم الفلك أخطأ في ملاحظة حركته غير العادية في البداية، وبعد عامين فقط من الملاحظات حصل على وضع كوكبي. أراد هيرشل أن يطلق عليه اسم "نجم جورج"، لكن المجتمع العلمي فضل الاسم الذي اقترحه يوهان بودي - أورانوس، تكريما للإله القديم أورانوس، الذي هو تجسيد السماء.

الإله أورانوس في الأساطير القديمة هو أقدم الآلهة، خالق كل شيء وكل شخص (بما في ذلك الآلهة الأخرى)، وأيضًا جد الإله الأعلى زيوس (كوكب المشتري).

مميزات كوكب أورانوس

اليورانيوم أثقل 14.5 مرة من الأرض. ومع ذلك فهو أخف كوكب بين الكواكب العملاقة، حيث أن الكوكب المجاور له، على الرغم من أنه أصغر حجما، إلا أن كتلته أكبر من كتلة أورانوس. ترجع الخفة النسبية لهذا الكوكب إلى تركيبته، التي يشكل الجليد جزءًا كبيرًا منها، والجليد الموجود على أورانوس هو الأكثر تنوعًا: فهناك جليد الأمونيا والماء وجليد الميثان. تبلغ كثافة أورانوس 1.27 جم/سم3.

درجة حرارة أورانوس

ما هي درجة الحرارة على أورانوس؟ نظرًا لبعده عن الشمس ، فهو بالطبع بارد جدًا ، والنقطة هنا ليست فقط بعده ، ولكن أيضًا حقيقة أن الحرارة الداخلية لأورانوس أقل بعدة مرات من حرارة الكواكب الأخرى. التدفق الحراري للكوكب صغير للغاية، أقل من تدفق الحرارة على الأرض. ونتيجة لذلك، تم تسجيل واحدة من أدنى درجات الحرارة في النظام الشمسي على أورانوس - 224 درجة مئوية، وهي أقل حتى من نبتون، الذي يقع أبعد من الشمس.

هل توجد حياة على أورانوس؟

عند درجة الحرارة الموصوفة في الفقرة أعلاه، من الواضح أن أصل الحياة على أورانوس غير ممكن.

الغلاف الجوي لأورانوس

كيف يبدو الجو على أورانوس؟ ينقسم الغلاف الجوي لهذا الكوكب إلى طبقات تحددها درجة الحرارة والسطح. تبدأ الطبقة الخارجية للغلاف الجوي على مسافة 300 كيلومتر من السطح التقليدي للكوكب وتسمى بالإكليل الجوي، وهو الجزء الأكثر برودة في الغلاف الجوي. وبالقرب من السطح توجد الستراتوسفير والتروبوسفير. وهذا الأخير هو الجزء الأدنى والأكثر كثافة في الغلاف الجوي للكوكب. تتميز طبقة التروبوسفير لأورانوس ببنية معقدة: فهي تتكون من سحب مائية، وسحب الأمونيا، وسحب الميثان مختلطة معًا بطريقة فوضوية.

يختلف تركيب الغلاف الجوي لأورانوس عن أجواء الكواكب الأخرى بسبب محتواه العالي من الهيليوم والهيليوم الجزيئي. كما أن نسبة كبيرة من الغلاف الجوي لأورانوس تنتمي إلى الميثان، وهو مركب كيميائي يشكل 2.3% من جميع الجزيئات الموجودة في الغلاف الجوي هناك.

صورة لكوكب أورانوس

سطح أورانوس

يتكون سطح أورانوس من ثلاث طبقات: نواة صخرية، ووشاح جليدي، وقشرة خارجية من الهيدروجين والهيليوم، وهي في حالة غازية. ومن الجدير بالذكر أيضًا عنصر مهم آخر يشكل جزءًا من سطح أورانوس - جليد الميثان، الذي يخلق ما يسمى اللون الأزرق المميز للكوكب.

كما استخدم العلماء التحليل الطيفي للكشف عن أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون في الطبقات العليا من الغلاف الجوي.

نعم، يمتلك أورانوس أيضًا حلقات (كما هو الحال مع الكواكب العملاقة الأخرى)، وإن لم تكن كبيرة وجميلة مثل حلقات زميله. وعلى العكس من ذلك، فإن حلقات أورانوس خافتة وغير مرئية تقريبًا، حيث تتكون من العديد من الجزيئات الداكنة والصغيرة جدًا، ويتراوح قطرها من ميكرومتر إلى بضعة أمتار. ومن المثير للاهتمام أن حلقات أورانوس تم اكتشافها مبكرًا عن حلقات الكواكب الأخرى باستثناء زحل، حتى أن مكتشف كوكب دبليو هيرشل ادعى أنه رأى حلقات على أورانوس، لكنهم بعد ذلك لم يصدقوه، حيث إن تلسكوبات كوكب أورانوس ولم يكن في ذلك الوقت ما يكفي من القوة لعلماء الفلك الآخرين لتأكيد ما رآه هيرشل. وبعد قرنين من الزمان فقط، في عام 1977، تمكن علماء الفلك الأمريكيون جيمسون إليوت ودوغلاس مينكوم وإدوارد دنهام، باستخدام مرصد كويبر، من مراقبة حلقات أورانوس بأعينهم. علاوة على ذلك، حدث هذا بالصدفة، لأن العلماء كانوا ببساطة يراقبون الغلاف الجوي للكوكب، ودون توقع، اكتشفوا وجود حلقات.

يوجد حاليًا 13 حلقة معروفة لأورانوس، وأذكى هذه الحلقات هي حلقة إبسيلون. حلقات هذا الكوكب حديثة العهد نسبياً، وقد تشكلت بعد ولادته. هناك فرضية مفادها أن حلقات أورانوس تتشكل من بقايا بعض الأقمار الصناعية المدمرة للكوكب.

أقمار أورانوس

بالحديث عن الأقمار، كم عدد الأقمار التي تعتقد أن لدى أورانوس؟ ولديه ما يصل إلى 27 منهم (على الأقل المعروفين حاليًا). وأكبرها هي: ميراندا وأرييل وأومبرييل وأوبرون وتيتانيا. جميع أقمار أورانوس عبارة عن خليط من الصخور والجليد، باستثناء ميراندا الذي يتكون بالكامل من الجليد.

هذا ما تبدو عليه أقمار أورانوس مقارنة بالكوكب نفسه.

العديد من الأقمار الصناعية ليس لها غلاف جوي، وبعضها يتحرك داخل حلقات الكوكب، والتي من خلالها تسمى أيضًا الأقمار الداخلية، وجميعها لها ارتباط قوي بالنظام الحلقي لأورانوس. يعتقد العلماء أن أورانوس قد استولى على العديد من الأقمار.

دوران أورانوس

ربما يكون دوران أورانوس حول الشمس هو الميزة الأكثر إثارة للاهتمام لهذا الكوكب. وبما أننا كتبنا أعلاه، فإن أورانوس يدور بشكل مختلف عن جميع الكواكب الأخرى، أي "متراجع"، تمامًا مثل الكرة التي تتدحرج على الأرض. ونتيجة لذلك، فإن تغير النهار والليل (في فهمنا المعتاد) على أورانوس يحدث فقط بالقرب من خط استواء الكوكب، على الرغم من أنه يقع على ارتفاع منخفض جدًا فوق الأفق، تقريبًا كما هو الحال في خطوط العرض القطبية. على الارض. أما بالنسبة لقطبي الكوكب، فإن "النهار القطبي" و"الليل القطبي" يستبدلان بعضهما البعض مرة كل 42 سنة أرضية.

أما بالنسبة للسنة على أورانوس، فالسنة الواحدة تعادل 84 سنة أرضية لدينا، وفي هذا الوقت يدور الكوكب في مداره حول الشمس.

كم من الوقت يستغرق الطيران إلى أورانوس؟

كم تستغرق الرحلة من الأرض إلى أورانوس؟ إذا كانت الرحلة إلى أقرب جيراننا، الزهرة والمريخ، تستغرق عدة سنوات، باستخدام التقنيات الحديثة، فإن الرحلة إلى كواكب بعيدة مثل أورانوس يمكن أن تستغرق عقودًا من الزمن. حتى الآن، قامت مركبة فضائية واحدة فقط بمثل هذه الرحلة: فوييجر 2، التي أطلقتها وكالة ناسا في عام 1977، وصلت إلى أورانوس في عام 1986، كما ترون، استغرقت الرحلة ذات الاتجاه الواحد ما يقرب من عقد من الزمن.

كان من المخطط أيضًا إرسال جهاز كاسيني، الذي كان يشارك في دراسة زحل، إلى أورانوس، ولكن بعد ذلك تقرر مغادرة كاسيني بالقرب من زحل، حيث مات مؤخرًا - في سبتمبر الماضي 2017.

• بعد ثلاث سنوات من اكتشافه، أصبح كوكب أورانوس موقعًا لكتيب ساخر. غالبًا ما يذكر كتاب الخيال العلمي هذا الكوكب في أعمالهم الخيالية.
• يمكن رؤية أورانوس في سماء الليل بالعين المجردة، ما عليك سوى معرفة المكان الذي تنظر فيه، ويجب أن تكون السماء مظلمة تمامًا (وهو أمر غير ممكن للأسف في المدن الحديثة).
• يوجد ماء على كوكب أورانوس. لكن الماء على أورانوس متجمد مثل الجليد.
• يمكن لكوكب أورانوس أن يُمنح بثقة أمجاد "أبرد كوكب" في النظام الشمسي.

فيديو كوكب اورانوس

وفي الختام فيديو شيق عن كوكب أورانوس.

هذه المقالة متوفرة باللغة الإنجليزية - .