فلزات اورانیوم چرا اورانیوم و ترکیبات آن خطرناک هستند؟ کاربردها و انواع ایزوتوپ های اورانیوم

اورانیوم از کجا آمد؟به احتمال زیاد، در هنگام انفجار ابرنواختر ظاهر می شود. واقعیت این است که برای سنتز هسته‌ای عناصر سنگین‌تر از آهن، باید جریان قدرتمندی از نوترون‌ها وجود داشته باشد که دقیقاً در طی یک انفجار ابرنواختری رخ می‌دهد. به نظر می رسد که پس از آن، در هنگام تراکم از ابر منظومه های ستاره ای جدید تشکیل شده توسط آن، اورانیوم که در یک ابر پیش سیاره ای جمع شده و بسیار سنگین است، باید در اعماق سیارات غرق شود. اما این درست نیست. اورانیوم یک عنصر رادیواکتیو است و هنگامی که تجزیه می شود گرما آزاد می کند. محاسبات نشان می دهد که اگر اورانیوم به طور مساوی در کل ضخامت سیاره توزیع شود، حداقل با همان غلظتی که در سطح آن وجود دارد، گرمای زیادی منتشر می کند. علاوه بر این، جریان آن باید با مصرف اورانیوم ضعیف شود. از آنجایی که چنین چیزی مشاهده نشده است، زمین شناسان بر این باورند که حداقل یک سوم اورانیوم، و شاید تمام آن، در پوسته زمین متمرکز شده است، جایی که محتوای آن 2.5∙10-4٪ است. اینکه چرا این اتفاق افتاده بحثی نیست.

اورانیوم از کجا استخراج می شود؟اورانیوم روی زمین خیلی کم نیست - از نظر فراوانی در جایگاه 38 قرار دارد. و بیشتر این عنصر در سنگ های رسوبی - شیل های کربنی و فسفریت ها یافت می شود: به ترتیب تا 8∙10-3 و 2.5∙10-2٪. در مجموع، پوسته زمین حاوی 1014 تن اورانیوم است، اما مشکل اصلی این است که بسیار پراکنده است و رسوبات قدرتمندی تشکیل نمی دهد. تقریباً 15 ماده معدنی اورانیوم دارای اهمیت صنعتی هستند. این قطران اورانیوم است - اساس آن اکسید اورانیوم چهار ظرفیتی، میکای اورانیوم - سیلیکات های مختلف، فسفات ها و ترکیبات پیچیده تر با وانادیوم یا تیتانیوم بر اساس اورانیوم شش ظرفیتی است.

پرتوهای بکرل چیست؟پس از کشف اشعه ایکس توسط ولفگانگ رونتگن، فیزیکدان فرانسوی آنتوان هانری بکرل به درخشش نمک های اورانیوم که تحت تأثیر نور خورشید رخ می دهد علاقه مند شد. او می خواست بفهمد آیا اینجا هم اشعه ایکس وجود دارد یا خیر. در واقع، آنها حضور داشتند - نمک صفحه عکاسی را از طریق کاغذ سیاه روشن کرد. با این حال، در یکی از آزمایش‌ها، نمک روشن نشد، اما صفحه عکاسی همچنان تاریک بود. هنگامی که یک جسم فلزی بین نمک و صفحه عکاسی قرار می گرفت، تیرگی زیر آن کمتر بود. بنابراین، پرتوهای جدید به دلیل تحریک اورانیوم توسط نور پدید نیامدند و تا حدی از فلز عبور نکردند. آنها در ابتدا "پرتوهای بکرل" نامیده می شدند. متعاقباً کشف شد که اینها عمدتاً پرتوهای آلفا با مقدار کمی پرتوهای بتا هستند: واقعیت این است که ایزوتوپ‌های اصلی اورانیوم یک ذره آلفا را در طول واپاشی منتشر می‌کنند و محصولات دختر نیز تجزیه بتا را تجربه می‌کنند.

اورانیوم چقدر رادیواکتیو است؟اورانیوم هیچ ایزوتوپ پایداری ندارد، همه آنها رادیواکتیو هستند. طولانی ترین اورانیوم 238 با نیمه عمر 4.4 میلیارد سال است. بعدی اورانیوم 235 - 0.7 میلیارد سال است. آنها هر دو تحت واپاشی آلفا قرار می گیرند و به ایزوتوپ های مربوط به توریم تبدیل می شوند. اورانیوم 238 بیش از 99 درصد کل اورانیوم طبیعی را تشکیل می دهد. به دلیل نیمه عمر بسیار زیاد، رادیواکتیویته این عنصر کم است و علاوه بر این، ذرات آلفا قادر به نفوذ به لایه شاخی در سطح بدن انسان نیستند. آنها می گویند که پس از کار با اورانیوم، I.V. Kurchatov به سادگی دستان خود را با یک دستمال پاک کرد و از هیچ بیماری مرتبط با رادیواکتیویته رنج نبرد.

محققان بارها به آمار بیماری های کارگران در معادن و کارخانه های فرآوری اورانیوم روی آورده اند. به عنوان مثال، در اینجا مقاله اخیر متخصصان کانادایی و آمریکایی است که داده های بهداشتی بیش از 17 هزار کارگر معدن الدورادو در استان ساسکاچوان کانادا را برای سال های 1950-1999 تجزیه و تحلیل کردند. تحقیقات محیطی، 2014، 130، 43-50، DOI:10.1016/j.envres.2014.01.002). آنها از این واقعیت نتیجه گرفتند که تابش قوی ترین اثر را بر تکثیر سریع سلول های خونی دارد که منجر به انواع سرطان های مربوطه می شود. آمارها نشان داده است که کارگران معدن در مقایسه با میانگین جمعیت کانادایی کمتر به انواع سرطان خون مبتلا می شوند. در این حالت، منبع اصلی تشعشعات، خود اورانیوم در نظر گرفته نمی شود، بلکه رادون گازی تولید شده و فرآورده های پوسیده آن است که می تواند از طریق ریه ها وارد بدن شود.

چرا اورانیوم مضر است؟? این فلز مانند سایر فلزات سنگین بسیار سمی است و می تواند باعث نارسایی کلیه و کبد شود. از سوی دیگر، اورانیوم به عنوان عنصری پراکنده، ناگزیر در آب، خاک وجود دارد و با تمرکز در زنجیره غذایی وارد بدن انسان می شود. منطقی است که فرض کنیم در فرآیند تکامل، موجودات زنده یاد گرفته اند اورانیوم را در غلظت های طبیعی خنثی کنند. اورانیوم خطرناک ترین در آب است، بنابراین سازمان جهانی بهداشت حدی را تعیین کرد: در ابتدا 15 میکروگرم در لیتر بود، اما در سال 2011 این استاندارد به 30 میکروگرم در گرم افزایش یافت. به عنوان یک قاعده، اورانیوم بسیار کمتری در آب وجود دارد: در ایالات متحده به طور متوسط ​​6.7 میکروگرم در لیتر، در چین و فرانسه - 2.2 میکروگرم در لیتر. اما انحرافات قوی نیز وجود دارد. بنابراین در برخی مناطق کالیفرنیا صد برابر بیشتر از استاندارد است - 2.5 میلی گرم در لیتر، و در جنوب فنلاند به 7.8 میلی گرم در لیتر می رسد. محققان با مطالعه تأثیر اورانیوم بر حیوانات در تلاشند تا بفهمند که آیا استاندارد WHO بسیار سخت‌گیرانه است یا خیر. اینجا یک کار معمولی است ( BioMed Research International, 2014, ID 181989; DOI: 10.1155/2014/181989). دانشمندان فرانسوی به مدت 9 ماه موش ها را با مواد افزودنی اورانیوم ضعیف شده و در غلظت های نسبتاً بالا - از 0.2 تا 120 میلی گرم در لیتر، تغذیه کردند. مقدار پایین تر، آب نزدیک معدن است، در حالی که مقدار بالاتر در هیچ کجا یافت نمی شود - حداکثر غلظت اورانیوم، اندازه گیری شده در فنلاند، 20 میلی گرم در لیتر است. در کمال تعجب نویسندگان - نام مقاله: "فقدان غیرمنتظره اثر قابل توجه اورانیوم بر سیستم های فیزیولوژیکی ..." - اورانیوم عملاً هیچ تأثیری بر سلامت موش ها نداشت. حیوانات خوب غذا می‌خوردند، به درستی وزن اضافه می‌کردند، از بیماری شکایت نمی‌کردند و از سرطان نمی‌مردند. اورانیوم، همانطور که باید باشد، عمدتاً در کلیه ها و استخوان ها و در مقادیر صد برابر کمتر در کبد رسوب می کرد و انتظار می رفت انباشت آن به محتوای موجود در آب بستگی داشت. با این حال، این منجر به نارسایی کلیه یا حتی ظاهر قابل توجه نشانگرهای مولکولی التهاب نشد. نویسندگان پیشنهاد کردند که بازبینی دستورالعمل های سختگیرانه WHO باید آغاز شود. با این حال، یک هشدار وجود دارد: تأثیر آن بر مغز. اورانیوم کمتری در مغز موش‌ها نسبت به کبد وجود داشت، اما محتوای آن به مقدار موجود در آب بستگی نداشت. اما اورانیوم بر عملکرد سیستم آنتی اکسیدانی مغز تأثیر گذاشت: فعالیت کاتالاز 20٪، گلوتاتیون پراکسیداز 68-90٪ افزایش یافت و فعالیت سوپراکسید دیسموتاز 50٪ بدون توجه به دوز کاهش یافت. این بدان معنی است که اورانیوم به وضوح باعث ایجاد استرس اکسیداتیو در مغز می شود و بدن به آن پاسخ می دهد. این اثر - تأثیر قوی اورانیوم بر مغز در غیاب انباشته شدن آن در آن، اتفاقاً و همچنین در اندام تناسلی - قبلاً مشاهده شده بود. علاوه بر این، آب با اورانیوم در غلظت 75 تا 150 میلی‌گرم در لیتر، که محققان دانشگاه نبراسکا به مدت شش ماه به موش‌ها تغذیه کردند. نوروتوکسیکولوژی و تراتولوژی، 2005، 27، 1، 135-144; DOI:10.1016/j.ntt.2004.09.001)، بر رفتار حیوانات، عمدتاً نر، که در مزرعه رها می‌شوند، تأثیر می‌گذارد: آنها از خطوط عبور می‌کنند، روی پاهای عقب خود می‌ایستند و خز خود را متفاوت از حیوانات کنترل می‌کنند. شواهدی وجود دارد که نشان می دهد اورانیوم همچنین منجر به اختلال حافظه در حیوانات می شود. تغییرات رفتاری با سطوح اکسیداسیون لیپید در مغز مرتبط بود. معلوم شد که آب اورانیوم موش ها را سالم، اما احمق کرده است. این داده ها در تحلیل به اصطلاح سندرم جنگ خلیج فارس برای ما مفید خواهد بود.

آیا اورانیوم سایت های توسعه گاز شیل را آلوده می کند؟بستگی به این دارد که چه مقدار اورانیوم در سنگ های حاوی گاز وجود دارد و چگونه با آنها مرتبط است. به عنوان مثال، دانشیار تریسی بانک از دانشگاه بوفالو، شیل مارسلوس را مطالعه کرد که از غرب نیویورک تا پنسیلوانیا و اوهایو تا ویرجینیای غربی امتداد دارد. مشخص شد که اورانیوم از نظر شیمیایی دقیقاً به منبع هیدروکربن‌ها مرتبط است (به یاد داشته باشید که شیل‌های کربنی مرتبط بالاترین محتوای اورانیوم را دارند). آزمایشات نشان داده است که محلول مورد استفاده در هنگام شکست اورانیوم را کاملاً حل می کند. زمانی که اورانیوم موجود در این آب ها به سطح زمین می رسد، می تواند باعث آلودگی مناطق اطراف شود. تریسی بانک در بیانیه مطبوعاتی دانشگاه مورخ 25 اکتبر 2010 خاطرنشان می کند که این یک خطر تشعشع نیست، اما اورانیوم یک عنصر سمی است. هنوز هیچ مقاله مفصلی در مورد خطر آلودگی محیط زیست با اورانیوم یا توریم در طول تولید گاز شیل تهیه نشده است.

چرا اورانیوم مورد نیاز است؟قبلاً به عنوان رنگدانه برای ساخت سرامیک و شیشه های رنگی استفاده می شد. اکنون اورانیوم اساس انرژی هسته ای و سلاح های اتمی است. در این مورد، از ویژگی منحصر به فرد آن استفاده می شود - توانایی هسته برای تقسیم.

شکافت هسته ای چیست؟ تجزیه یک هسته به دو قطعه بزرگ نابرابر. به دلیل این خاصیت است که در طول سنتز هسته در اثر تابش نوترون، هسته‌های سنگین‌تر از اورانیوم به سختی تشکیل می‌شوند. ماهیت پدیده به شرح زیر است. اگر نسبت تعداد نوترون ها و پروتون ها در هسته بهینه نباشد، ناپایدار می شود. به طور معمول، چنین هسته ای یا یک ذره آلفا - دو پروتون و دو نوترون، یا یک ذره بتا - یک پوزیترون منتشر می کند که با تبدیل یکی از نوترون ها به پروتون همراه است. در مورد اول، یک عنصر از جدول تناوبی به دست می آید، با فاصله دو سلول به عقب، در دوم - یک سلول به جلو. با این حال، علاوه بر گسیل ذرات آلفا و بتا، هسته اورانیوم قادر به شکافت - تجزیه به هسته دو عنصر در وسط جدول تناوبی، به عنوان مثال باریم و کریپتون است، که با دریافت یک نوترون جدید انجام می دهد. این پدیده اندکی پس از کشف رادیواکتیویته کشف شد، زمانی که فیزیکدانان تشعشعات تازه کشف شده را در معرض هر چیزی که می توانستند قرار دادند. در اینجا این است که چگونه اتو فریش، یکی از شرکت کنندگان در رویدادها، در این مورد می نویسد ("پیشرفت در علوم فیزیکی"، 1968، 96، 4). پس از کشف پرتوهای بریلیوم - نوترون ها - انریکو فرمی با آنها اورانیوم را به ویژه برای ایجاد واپاشی بتا تحت تابش قرار داد - او امیدوار بود که از آن برای بدست آوردن عنصر بعدی، نود و سوم، که اکنون نپتونیم نامیده می شود، استفاده کند. او بود که نوع جدیدی از رادیواکتیویته را در اورانیوم تابیده شده کشف کرد که با ظاهر عناصر ترانس اورانیوم مرتبط بود. در همان زمان، کاهش سرعت نوترون ها، که منبع بریلیم با لایه ای از پارافین پوشانده شده بود، این رادیواکتیویته القایی را افزایش داد. رادیو شیمیدان آمریکایی آریستید فون گروس پیشنهاد کرد که یکی از این عناصر پروتاکتینیوم است، اما او در اشتباه بود. اما اتو هان که در آن زمان در دانشگاه وین کار می کرد و پروتاکتینیم کشف شده در سال 1917 را زاییده فکر خود می دانست، به این نتیجه رسید که موظف است بفهمد چه عناصری به دست آمده است. هان به همراه لیز مایتنر، در آغاز سال 1938، بر اساس نتایج تجربی، پیشنهاد کرد که کل زنجیره‌های عناصر رادیواکتیو به دلیل واپاشی‌های متعدد بتا هسته‌های جاذب نوترون اورانیوم 238 و عناصر دختر آن تشکیل شده‌اند. به زودی لیز مایتنر از ترس انتقام‌جویی احتمالی نازی‌ها پس از Anschluss اتریش، مجبور شد به سوئد فرار کند. هان، پس از ادامه آزمایشات خود با فریتز استراسمن، متوجه شد که در میان محصولات، عنصر شماره 56، باریم نیز وجود دارد که به هیچ وجه نمی توان آن را از اورانیوم به دست آورد: تمام زنجیره های آلفا واپاشی اورانیوم با سرب بسیار سنگین تر به پایان می رسد. محققان از نتیجه آنقدر شگفت زده شدند که آن را منتشر نکردند، آنها فقط نامه هایی به دوستانشان، به ویژه به لیز مایتنر در گوتنبرگ نوشتند. در آنجا، در کریسمس 1938، برادرزاده‌اش، اتو فریش، او را ملاقات کرد، و با قدم زدن در مجاورت شهر زمستانی - او با اسکی، عمه پیاده - آنها در مورد احتمال ظهور باریم در هنگام تابش اورانیوم بحث کردند. نتیجه شکافت هسته ای (برای اطلاعات بیشتر در مورد لیز مایتنر، به "شیمی و زندگی"، 2013، شماره 4 مراجعه کنید). در بازگشت به کپنهاگ، فریش به معنای واقعی کلمه نیلز بور را در باند کشتی در حال عزیمت به ایالات متحده گرفتار کرد و به او درباره ایده شکافت گفت. بور در حالی که سیلی به پیشانی خود می زد، گفت: «اوه، ما چه احمقی بودیم! ما باید زودتر به این موضوع توجه می کردیم." در ژانویه 1939، فریش و مایتنر مقاله ای در مورد شکافت هسته های اورانیوم تحت تأثیر نوترون ها منتشر کردند. در آن زمان، اتو فریش قبلاً یک آزمایش کنترلی و همچنین بسیاری از گروه های آمریکایی که پیام بور را دریافت کرده بودند، انجام داده بود. آنها می گویند که فیزیکدانان درست در طول گزارش او در 26 ژانویه 1939 در واشنگتن در کنفرانس سالانه فیزیک نظری، زمانی که جوهر این ایده را درک کردند، شروع به پراکندگی در آزمایشگاه های خود کردند. پس از کشف شکافت، هان و استراسمن آزمایشات خود را تجدید نظر کردند و درست مانند همکارانشان دریافتند که رادیواکتیویته اورانیوم تابیده شده نه با ترانس اورانیوم، بلکه با تجزیه عناصر رادیواکتیو تشکیل شده در طول شکافت از وسط جدول تناوبی مرتبط است.

واکنش زنجیره ای در اورانیوم چگونه رخ می دهد؟اندکی پس از اینکه امکان شکافت هسته‌های اورانیوم و توریم به‌طور تجربی اثبات شد (و هیچ عنصر شکافت‌پذیر دیگری در زمین به مقدار قابل توجهی وجود ندارد)، نیلز بور و جان ویلر، که در پرینستون کار می‌کردند، و همچنین، مستقل از آنها، فیزیکدان نظری شوروی Ya.I. Frenkel و آلمانی ها Siegfried Flügge و Gottfried von Droste نظریه شکافت هسته ای را ایجاد کردند. دو مکانیسم از آن پیروی کرد. یکی با آستانه جذب نوترون های سریع مرتبط است. بر اساس آن، برای شروع شکافت، یک نوترون باید انرژی نسبتاً بالایی داشته باشد، بیش از 1 مگا ولت برای هسته ایزوتوپ های اصلی - اورانیوم-238 و توریم-232. در انرژی های پایین تر، جذب نوترون توسط اورانیوم 238 دارای ویژگی تشدید کننده است. بنابراین، یک نوترون با انرژی 25 eV دارای سطح مقطعی است که هزاران بار بزرگتر از انرژی های دیگر است. در این حالت، شکافتی وجود نخواهد داشت: اورانیوم-238 تبدیل به اورانیوم-239 می شود که با نیمه عمر 23.54 دقیقه به نپتونیوم-239 تبدیل می شود که با نیمه عمر 2.33 روز به عمر طولانی تبدیل می شود. پلوتونیوم-239. توریم-232 به اورانیوم-233 تبدیل می شود.

مکانیسم دوم جذب غیر آستانه ای یک نوترون است، پس از آن سومین ایزوتوپ شکافت پذیر کم و بیش رایج - اورانیوم-235 (و همچنین پلوتونیوم-239 و اورانیوم-233 که در طبیعت یافت نمی شوند) دنبال می شود: با جذب هر نوترون، حتی آهسته، به اصطلاح حرارتی، با انرژی مانند مولکول های شرکت کننده در حرکت حرارتی - 0.025 eV، چنین هسته ای تقسیم می شود. و این بسیار خوب است: نوترون های حرارتی دارای سطح مقطع جذب چهار برابر بیشتر از نوترون های سریع و مگاالکترون ولت هستند. این اهمیت اورانیوم 235 برای کل تاریخ بعدی انرژی هسته ای است: این است که ضرب نوترون ها را در اورانیوم طبیعی تضمین می کند. هسته اورانیوم 235 پس از برخورد با نوترون ناپایدار می شود و به سرعت به دو قسمت نابرابر تقسیم می شود. در طول مسیر، چندین نوترون جدید (به طور متوسط ​​2.75) منتشر می شود. اگر آنها به هسته های همان اورانیوم برخورد کنند، باعث تکثیر نمایی نوترون ها می شوند - یک واکنش زنجیره ای رخ می دهد که به دلیل انتشار سریع مقدار زیادی گرما منجر به انفجار می شود. نه اورانیوم 238 و نه توریم 232 نمی توانند اینطور کار کنند: بالاخره در طول شکافت، نوترون ها با انرژی متوسط ​​1-3 مگا ولت ساطع می شوند، یعنی اگر آستانه انرژی 1 مگا ولت وجود داشته باشد، بخش قابل توجهی از نوترون ها قطعا قادر به ایجاد واکنش نخواهند بود و تولید مثلی نیز وجود نخواهد داشت. این بدان معناست که این ایزوتوپ‌ها باید فراموش شوند و نوترون‌ها باید به انرژی حرارتی کاهش یابند تا با هسته‌های اورانیوم 235 تا حد امکان تعامل داشته باشند. در عین حال، جذب رزونانس آنها توسط اورانیوم-238 مجاز نیست: از این گذشته، در اورانیوم طبیعی این ایزوتوپ کمی کمتر از 99.3٪ است و نوترون ها اغلب با آن برخورد می کنند و نه با اورانیوم-235 هدف. و با عمل به عنوان تعدیل کننده، می توان ضرب نوترون ها را در یک سطح ثابت نگه داشت و از انفجار جلوگیری کرد - واکنش زنجیره ای را کنترل کرد.

محاسباتی که توسط Ya. B. Zeldovich و Yu. B. Khariton در همان سال سرنوشت ساز 1939 انجام شد، نشان داد که برای این کار لازم است از یک تعدیل کننده نوترونی به شکل آب سنگین یا گرافیت استفاده شود و اورانیوم طبیعی با اورانیوم غنی شود. 235 حداقل 1.83 بار. سپس این ایده برای آنها خیالی محض به نظر می رسید: "باید توجه داشت که غنی سازی تقریباً دو برابر آن مقادیر نسبتاً قابل توجهی از اورانیوم که برای انجام یک انفجار زنجیره ای لازم است.<...>یک کار بسیار دشوار و تقریباً غیرممکن است.» اکنون این مشکل حل شده است و صنعت هسته ای در حال تولید انبوه اورانیوم غنی شده با اورانیوم 235 تا 3.5 درصد برای نیروگاه ها است.

شکافت هسته ای خود به خود چیست؟در سال 1940، G. N. Flerov و K. A. Petrzhak کشف کردند که شکافت اورانیوم می تواند خود به خود و بدون هیچ گونه تأثیر خارجی رخ دهد، اگرچه نیمه عمر بسیار طولانی تر از تجزیه آلفای معمولی است. از آنجایی که چنین شکافتی نوترون ها را نیز تولید می کند، اگر به آنها اجازه داده نشود از منطقه واکنش فرار کنند، به عنوان آغازگر واکنش زنجیره ای عمل خواهند کرد. این پدیده است که در ایجاد راکتورهای هسته ای استفاده می شود.

چرا انرژی هسته ای مورد نیاز است؟زلدویچ و خاریتون جزو اولین کسانی بودند که اثر اقتصادی انرژی هسته ای را محاسبه کردند (Uspekhi Fizicheskikh Nauk, 1940, 23, 4). «...در حال حاضر، هنوز نمی توان نتیجه گیری نهایی در مورد امکان یا عدم امکان انجام یک واکنش شکافت هسته ای با زنجیره های انشعاب بی نهایت در اورانیوم انجام داد. اگر چنین واکنشی امکان‌پذیر باشد، آنگاه سرعت واکنش به‌طور خودکار تنظیم می‌شود تا از پیشرفت هموار آن، علی‌رغم مقدار عظیم انرژی در اختیار آزمایش‌گر، اطمینان حاصل شود. این شرایط برای استفاده از انرژی واکنش بسیار مطلوب است. بنابراین اجازه دهید - اگرچه این تقسیم پوست یک خرس کشته نشده است - برخی از اعدادی که احتمالات استفاده از انرژی از اورانیوم را مشخص می کند، ارائه کنیم. بنابراین، اگر فرآیند شکافت با نوترون‌های سریع پیش برود، واکنش ایزوتوپ اصلی اورانیوم (U238) را جذب می‌کند.<исходя из соотношения теплотворных способностей и цен на уголь и уран>هزینه یک کالری از ایزوتوپ اصلی اورانیوم تقریباً 4000 برابر ارزان تر از زغال سنگ است (مگر اینکه، البته، فرآیندهای "احتراق" و حذف گرما در مورد اورانیوم بسیار گران تر از در مورد زغال سنگ). در مورد نوترون های آهسته، هزینه یک کالری "اورانیوم" (براساس ارقام بالا) با در نظر گرفتن اینکه فراوانی ایزوتوپ U235 0.007 است، در حال حاضر فقط 30 برابر ارزان تر از کالری "زغال سنگ" است. همه چیزهای دیگر برابر باشند.»

اولین واکنش زنجیره ای کنترل شده در سال 1942 توسط انریکو فرمی در دانشگاه شیکاگو انجام شد و راکتور به صورت دستی کنترل شد - با فشار دادن میله های گرافیت به داخل و خارج با تغییر شار نوترون. اولین نیروگاه در اوبنینسک در سال 1954 ساخته شد. اولین راکتورها علاوه بر تولید انرژی، برای تولید پلوتونیوم با درجه سلاح نیز کار کردند.

نیروگاه هسته ای چگونه کار می کند؟امروزه بیشتر رآکتورها با نوترون های کند کار می کنند. اورانیوم غنی شده به شکل فلز، آلیاژی مانند آلومینیوم یا اکسید در سیلندرهای بلندی به نام عناصر سوختی قرار می گیرد. آنها به روش خاصی در راکتور نصب می شوند و میله های تعدیل کننده بین آنها قرار می گیرند که واکنش زنجیره ای را کنترل می کنند. با گذشت زمان، سموم راکتور در عنصر سوخت - محصولات شکافت اورانیوم، که همچنین قادر به جذب نوترون هستند، جمع می شوند. هنگامی که غلظت اورانیوم 235 به زیر سطح بحرانی می‌رسد، این عنصر از خدمت خارج می‌شود. با این حال، حاوی قطعات شکافت زیادی با رادیواکتیویته قوی است که در طول سال ها کاهش می یابد و باعث می شود که عناصر برای مدت طولانی مقدار قابل توجهی گرما از خود ساطع کنند. آنها در استخرهای خنک کننده نگهداری می شوند و سپس یا دفن می شوند یا سعی می شود فرآوری شوند - برای استخراج اورانیوم 235 نسوخته، پلوتونیوم تولید شده (از آن برای ساخت بمب اتمی استفاده می شد) و سایر ایزوتوپ هایی که می توان از آنها استفاده کرد. قسمت استفاده نشده به محل دفن فرستاده می شود.

در راکتورهای به اصطلاح سریع یا راکتورهای پرورش دهنده، بازتابنده هایی از اورانیوم 238 یا توریم 232 در اطراف عناصر نصب می شوند. آنها سرعت خود را کاهش می دهند و نوترون های خیلی سریع را به منطقه واکنش می فرستند. نوترون‌هایی که به سرعت رزونانس کاهش یافته‌اند، این ایزوتوپ‌ها را جذب می‌کنند و به ترتیب به پلوتونیوم 239 یا اورانیوم 233 تبدیل می‌شوند که می‌توانند به عنوان سوخت نیروگاه هسته‌ای عمل کنند. از آنجایی که نوترون های سریع با اورانیوم 235 واکنش ضعیفی نشان می دهند، غلظت آن باید به میزان قابل توجهی افزایش یابد، اما این با شار نوترونی قوی تر جواب می دهد. علیرغم این واقعیت که راکتورهای پرورش دهنده آینده انرژی هسته ای در نظر گرفته می شوند، زیرا آنها بیش از مصرف سوخت هسته ای تولید می کنند، آزمایش ها نشان داده اند که مدیریت آنها دشوار است. اکنون تنها یک رآکتور در جهان باقی مانده است - در چهارمین واحد نیروگاه بلویارسک NPP.

انرژی هسته ای چگونه نقد می شود؟اگر ما در مورد حوادث صحبت نکنیم، پس نکته اصلی در استدلال مخالفان انرژی هسته ای امروز پیشنهاد اضافه کردن هزینه های حفاظت از محیط زیست پس از از کار انداختن ایستگاه و هنگام کار با سوخت به محاسبه کارایی آن است. در هر دو مورد، چالش‌های دفع مطمئن زباله‌های رادیواکتیو به وجود می‌آیند و این هزینه‌هایی است که دولت متحمل می‌شود. این نظر وجود دارد که اگر آنها را به هزینه انرژی منتقل کنید، جذابیت اقتصادی آن از بین می رود.

در میان حامیان انرژی هسته ای نیز مخالفت هایی وجود دارد. نمایندگان آن به منحصر به فرد بودن اورانیوم-235 اشاره می کنند که جایگزینی ندارد، زیرا ایزوتوپ های جایگزین شکافته شده توسط نوترون های حرارتی - پلوتونیوم-239 و اورانیوم-233 - به دلیل نیمه عمر هزاران ساله خود، در طبیعت یافت نمی شوند. و دقیقاً در نتیجه شکافت اورانیوم 235 به دست می آیند. اگر تمام شود، یک منبع طبیعی شگفت انگیز از نوترون ها برای یک واکنش زنجیره ای هسته ای ناپدید می شود. در نتیجه چنین اتلاف‌هایی، بشریت در آینده این فرصت را از دست خواهد داد که توریم 232 را که ذخایر آن چندین برابر اورانیوم است در چرخه انرژی وارد کند.

از نظر تئوری، شتاب دهنده های ذرات را می توان برای تولید شار نوترون های سریع با انرژی های مگاالکترون ولت استفاده کرد. با این حال، اگر به عنوان مثال، در مورد پروازهای بین سیاره ای با موتور هسته ای صحبت می کنیم، اجرای یک طرح با یک شتاب دهنده حجیم بسیار دشوار خواهد بود. کاهش اورانیوم 235 به چنین پروژه هایی پایان می دهد.

اورانیوم با درجه سلاح چیست؟این اورانیوم 235 بسیار غنی شده است. جرم بحرانی آن - به اندازه یک قطعه ماده که در آن یک واکنش زنجیره ای خود به خود رخ می دهد مطابقت دارد - به اندازه ای کوچک است که بتواند مهمات تولید کند. از چنین اورانیوم می توان برای ساخت بمب اتمی و همچنین به عنوان فیوز بمب گرما هسته ای استفاده کرد.

چه بلاهایی با استفاده از اورانیوم مرتبط است؟انرژی ذخیره شده در هسته عناصر شکافت پذیر بسیار زیاد است. اگر به دلیل نظارت یا عمد از کنترل خارج شود، این انرژی می تواند دردسرهای زیادی ایجاد کند. بدترین فاجعه هسته ای در 6 و 8 آگوست 1945 رخ داد، زمانی که نیروی هوایی ایالات متحده بمب های اتمی را بر روی هیروشیما و ناکازاکی انداخت و صدها هزار غیرنظامی را کشت و زخمی کرد. بلایا در مقیاس کوچکتر با حوادث در نیروگاه های هسته ای و شرکت های چرخه هسته ای همراه است. اولین حادثه بزرگ در سال 1949 در اتحاد جماهیر شوروی در کارخانه مایاک در نزدیکی چلیابینسک، جایی که پلوتونیوم تولید می شد، رخ داد. زباله های رادیواکتیو مایع به رودخانه تکا ختم شد. در سپتامبر 1957، انفجاری در آن رخ داد و مقدار زیادی مواد رادیواکتیو آزاد شد. یازده روز بعد، راکتور تولید پلوتونیوم بریتانیا در Windscale سوخت و ابر با محصولات انفجار در اروپای غربی پراکنده شد. در سال 1979، یک راکتور در نیروگاه هسته ای جزیره تری میل در پنسیلوانیا سوخت. گسترده ترین عواقب ناشی از حوادث در نیروگاه هسته ای چرنوبیل (1986) و نیروگاه هسته ای فوکوشیما (2011) بود که میلیون ها نفر در معرض تشعشعات قرار گرفتند. اولین مناطق وسیعی را پر از زباله کرد و 8 تن سوخت اورانیوم و محصولات پوسیده را در نتیجه انفجار که در سراسر اروپا پخش شد، آزاد کرد. دومین مورد آلوده و سه سال پس از حادثه، همچنان اقیانوس آرام را در مناطق ماهیگیری آلوده می کند. رفع عواقب این حوادث بسیار پرهزینه بود و اگر این هزینه ها به هزینه برق تقسیم می شد، افزایش چشمگیری داشت.

موضوع جداگانه عواقب آن برای سلامتی انسان است. بر اساس آمارهای رسمی، بسیاری از افرادی که از بمباران جان سالم به در بردند یا در مناطق آلوده زندگی می کردند از تشعشعات بهره بردند - اولی امید به زندگی بالاتری دارند، دومی سرطان کمتری دارند و کارشناسان مقداری افزایش مرگ و میر را به استرس اجتماعی نسبت می دهند. تعداد افرادی که دقیقاً بر اثر حوادث و یا در نتیجه انحلال آنها جان خود را از دست داده اند به صدها نفر می رسد. مخالفان نیروگاه های هسته ای اشاره می کنند که این حوادث منجر به مرگ زودرس چندین میلیون نفر در قاره اروپا شده است، اما در زمینه آماری به سادگی قابل مشاهده نیستند.

حذف اراضی از استفاده انسان در مناطق حادثه خیز به یک نتیجه جالب می انجامد: آنها به نوعی ذخیره گاه طبیعی تبدیل می شوند که در آن تنوع زیستی رشد می کند. درست است، برخی از حیوانات از بیماری های مربوط به تشعشع رنج می برند. این سؤال که آنها چقدر سریع با پس‌زمینه افزایش‌یافته سازگار خواهند شد، همچنان باز است. همچنین عقیده ای وجود دارد که پیامد تابش مزمن "انتخاب برای احمق ها" است (نگاه کنید به "شیمی و زندگی"، 2010، شماره 5): حتی در مرحله جنینی، موجودات اولیه بیشتری زنده می مانند. به ویژه در رابطه با مردم، این امر باید منجر به کاهش توانایی های ذهنی در نسل متولد شده در مناطق آلوده در مدت کوتاهی پس از حادثه شود.

اورانیوم ضعیف شده چیست؟این اورانیوم 238 است که پس از جدا شدن اورانیوم 235 از آن باقی مانده است. حجم ضایعات حاصل از تولید اورانیوم و عناصر سوخت با درجه تسلیحات زیاد است - تنها در ایالات متحده، 600 هزار تن هگزا فلوراید اورانیوم انباشته شده است (برای مشکلات مربوط به آن، به Chemistry and Life، 2008، شماره 5 مراجعه کنید). . محتوای اورانیوم 235 در آن 0.2 درصد است. این ضایعات یا باید تا زمان های بهتر ذخیره شوند، یعنی زمانی که راکتورهای نوترونی سریع ایجاد می شوند و امکان پردازش اورانیوم 238 به پلوتونیوم وجود خواهد داشت، یا به نحوی استفاده می شود.

برای آن کاربرد پیدا کردند. اورانیوم مانند سایر عناصر انتقالی به عنوان کاتالیزور استفاده می شود. به عنوان مثال، نویسندگان مقاله در نانو ACSدر تاریخ 30 ژوئن 2014، آنها نوشتند که کاتالیزوری ساخته شده از اورانیوم یا توریم با گرافن برای کاهش اکسیژن و پراکسید هیدروژن "پتانسیل بسیار زیادی برای استفاده در بخش انرژی دارد." از آنجایی که اورانیوم چگالی بالایی دارد، به عنوان بالاست برای کشتی ها و وزنه تعادل برای هواپیماها عمل می کند. این فلز همچنین برای حفاظت در برابر تشعشع در دستگاه های پزشکی دارای منابع تشعشع مناسب است.

از اورانیوم ضعیف شده چه سلاح هایی می توان ساخت؟گلوله ها و هسته های پرتابه های زره ​​پوش. محاسبه در اینجا به شرح زیر است. هرچه پرتابه سنگین‌تر باشد، انرژی جنبشی آن بیشتر است. اما هرچه پرتابه بزرگتر باشد، تأثیر آن کمتر متمرکز می شود. این بدان معناست که فلزات سنگین با چگالی بالا مورد نیاز است. گلوله ها از سرب ساخته شده اند (شکارچیان اورال در یک زمان از پلاتین بومی نیز استفاده می کردند تا اینکه متوجه شدند این فلز گرانبها است)، در حالی که هسته های پوسته از آلیاژ تنگستن ساخته شده است. محیط بانان خاطرنشان می کنند که سرب خاک را در مکان های عملیات نظامی یا شکار آلوده می کند و بهتر است آن را با چیزی کم ضررتر به عنوان مثال تنگستن جایگزین کرد. اما تنگستن ارزان نیست و اورانیوم با چگالی مشابه، زباله مضری است. در عین حال، آلودگی خاک و آب مجاز به اورانیوم تقریباً دو برابر سرب است. این به این دلیل اتفاق می افتد که رادیواکتیویته ضعیف اورانیوم ضعیف شده (و همچنین 40٪ کمتر از اورانیوم طبیعی است) نادیده گرفته می شود و یک عامل شیمیایی واقعا خطرناک در نظر گرفته می شود: اورانیوم، همانطور که به یاد داریم، سمی است. در عین حال، چگالی آن 1.7 برابر بیشتر از چگالی سرب است، به این معنی که اندازه گلوله های اورانیوم را می توان به نصف کاهش داد. اورانیوم بسیار نسوز و سخت‌تر از سرب است - هنگام شلیک کمتر تبخیر می‌شود و وقتی به هدف برخورد می‌کند ریزذرات کمتری تولید می‌کند. به طور کلی، گلوله اورانیوم آلودگی کمتری نسبت به گلوله سربی دارد، اگرچه چنین استفاده ای از اورانیوم به طور قطع شناخته شده نیست.

اما مشخص است که صفحات ساخته شده از اورانیوم ضعیف شده برای تقویت زره تانک های آمریکایی (این امر با چگالی و نقطه ذوب بالای آن تسهیل می شود) و همچنین به جای آلیاژ تنگستن در هسته ها برای پرتابه های زره ​​پوش استفاده می شود. هسته اورانیوم نیز خوب است زیرا اورانیوم پیروفوریک است: ذرات ریز داغ آن در اثر برخورد با زره شعله ور می شوند و همه چیز را در اطراف آتش می زنند. هر دو کاربرد در برابر تشعشع ایمن در نظر گرفته می شوند. بنابراین، محاسبه نشان داد که حتی پس از یک سال نشستن در یک تانک با زره اورانیوم پر از مهمات اورانیوم، خدمه تنها یک چهارم دوز مجاز را دریافت می کنند. و برای دریافت دوز مجاز سالانه، باید چنین مهمات را به مدت 250 ساعت به سطح پوست بچسبانید.

گلوله‌های هسته‌های اورانیوم - برای توپ‌های هواپیمای 30 میلی‌متری یا زیر کالیبرهای توپخانه - توسط آمریکایی‌ها در جنگ‌های اخیر مورد استفاده قرار گرفته‌اند که با شروع عملیات عراق در سال 1991 شروع شد. در آن سال بر یگان‌های زرهی عراق در کویت باریدند و در هنگام عقب‌نشینی، 300 تن اورانیوم ضعیف‌شده که 250 تن یا 780 هزار گلوله آن به سمت هواپیما شلیک شد. در بوسنی و هرزگوین، در هنگام بمباران ارتش جمهوری صربستان به رسمیت شناخته نشده، 2.75 تن اورانیوم و در هنگام گلوله باران ارتش یوگسلاوی در منطقه کوزوو و متوهیا - 8.5 تن یا 31 هزار گلوله مصرف شد. از آنجایی که WHO در آن زمان نگران عواقب استفاده از اورانیوم بود، نظارت انجام شد. او نشان داد که یک گلوله شامل تقریباً 300 گلوله است که 80 درصد آن حاوی اورانیوم ضعیف شده است. 10 درصد اهداف را مورد اصابت قرار دادند و 82 درصد در فاصله 100 متری آنها سقوط کردند. بقیه در 1.85 کیلومتری پراکنده شدند. گلوله‌ای که به یک تانک اصابت کرد، سوخت و به آئروسل تبدیل شد؛ گلوله اورانیوم از میان اهداف سبک مانند نفربرهای زرهی نفوذ کرد. بنابراین، حداکثر یک و نیم تن گلوله می تواند به غبار اورانیوم در عراق تبدیل شود. به گفته کارشناسان مرکز تحقیقات استراتژیک آمریکا RAND Corporation، بیش از 10 تا 35 درصد اورانیوم مورد استفاده به آئروسل تبدیل شده است. آصاف دوراکوویچ، فعال کروات ضد مهمات اورانیوم، که در سازمان های مختلفی از بیمارستان ملک فیصل ریاض تا مرکز تحقیقات پزشکی اورانیوم واشنگتن کار کرده است، تخمین می زند که تنها در جنوب عراق در سال 1991، 3 تا 6 تن ذرات اورانیوم زیر میکرون تشکیل شده است. که در منطقه وسیعی پراکنده شده اند، یعنی آلودگی اورانیوم در آنجا با چرنوبیل قابل مقایسه است.

اورانیوم یک اکتینید معمولی نیست، پنج حالت ظرفیت آن شناخته شده است - از 2+ تا 6+. برخی از ترکیبات اورانیوم رنگ مشخصی دارند. بنابراین، محلول های اورانیوم سه ظرفیتی قرمز، اورانیوم چهار ظرفیتی سبز، و اورانیوم شش ظرفیتی - به شکل یون اورانیل (UO 2) 2+ وجود دارد - محلول ها را زرد رنگ می کند... این واقعیت که اورانیوم شش ظرفیتی ترکیباتی را با بسیاری از آلی تشکیل می دهد. عوامل کمپلکس کننده برای فناوری استخراج عنصر شماره 92 بسیار مهم هستند.

مشخص است که پوسته الکترونی بیرونی یون های اورانیوم همیشه کاملاً پر است. الکترون های ظرفیت در لایه الکترونی قبلی، در لایه فرعی 5f قرار دارند. اگر اورانیوم را با عناصر دیگر مقایسه کنیم، آشکار است که پلوتونیوم بیشترین شباهت را به آن دارد. تفاوت اصلی بین آنها شعاع یونی بزرگ اورانیوم است. علاوه بر این، پلوتونیوم در حالت چهار ظرفیتی و اورانیوم در حالت شش ظرفیتی پایدارترین است. این به جداسازی آنها کمک می کند، که بسیار مهم است: سوخت هسته ای پلوتونیوم-239 منحصراً از اورانیوم، بالاست از نقطه نظر انرژی اورانیوم-238 به دست می آید. پلوتونیوم در توده ای از اورانیوم تشکیل می شود و باید آنها را از هم جدا کرد!

با این حال، ابتدا باید این توده اورانیوم را به دست آورید، که از یک زنجیره طولانی فناوری عبور می کند، که از سنگ معدن شروع می شود. به طور معمول یک سنگ معدنی چند جزئی و فقیر از اورانیوم است.

ایزوتوپ سبک یک عنصر سنگین

وقتی در مورد به دست آوردن عنصر شماره 92 صحبت کردیم، یک مرحله مهم را به عمد حذف کردیم. همانطور که می دانید، همه اورانیوم ها قادر به پشتیبانی از یک واکنش زنجیره ای هسته ای نیستند. اورانیوم 238 که 99.28 درصد از مخلوط طبیعی ایزوتوپ ها را تشکیل می دهد، قادر به انجام این کار نیست. به همین دلیل، اورانیوم 238 به پلوتونیوم تبدیل می شود و مخلوط طبیعی ایزوتوپ های اورانیوم به دنبال جداسازی یا غنی سازی با ایزوتوپ اورانیوم 235 است که قادر به شکافت نوترون های حرارتی است.

روش های زیادی برای جداسازی اورانیوم 235 و اورانیوم 238 ایجاد شده است. روش انتشار گاز بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. ماهیت آن این است که اگر مخلوطی از دو گاز از یک پارتیشن متخلخل عبور داده شود، نور سریعتر عبور می کند. در سال 1913، F. Aston ایزوتوپ های نئون را به این روش تا حدی جدا کرد.

اکثر ترکیبات اورانیوم در شرایط عادی جامد هستند و تنها در دماهای بسیار بالا می‌توانند به حالت گاز تبدیل شوند، زمانی که نمی‌توان در مورد فرآیندهای ظریف جداسازی ایزوتوپ صحبت کرد. با این حال، ترکیب بی رنگ اورانیوم با فلوئور، هگزا فلوراید UF 6، در دمای 56.5 درجه سانتیگراد (در فشار اتمسفر) تصعید می شود. UF 6 فرارترین ترکیب اورانیوم است و برای جداسازی ایزوتوپ های آن از طریق انتشار گازی مناسب است.

هگزا فلوراید اورانیوم با فعالیت شیمیایی بالا مشخص می شود. خوردگی لوله ها، پمپ ها، ظروف، تعامل با روغن کاری مکانیسم ها - لیست کوچک اما چشمگیر از مشکلاتی که سازندگان گیاهان انتشار باید بر آن غلبه کنند. ما با مشکلات جدی تری مواجه شدیم.

هگزا فلوراید اورانیوم که از فلورایداسیون مخلوط طبیعی ایزوتوپ های اورانیوم به دست می آید، از نقطه نظر انتشار، می تواند به عنوان مخلوطی از دو گاز با جرم مولکولی بسیار مشابه - 349 (235+19*6) و 352 (238) در نظر گرفته شود. +19*6). حداکثر ضریب جداسازی نظری در یک مرحله انتشار برای گازهایی که از نظر وزن مولکولی بسیار اندک تفاوت دارند، تنها 1.0043 است. در شرایط واقعی این مقدار حتی کمتر است. به نظر می رسد که افزایش غلظت اورانیوم 235 از 0.72 به 99٪ تنها با کمک چندین هزار مرحله انتشار امکان پذیر است. بنابراین، کارخانه های جداسازی ایزوتوپ اورانیوم مساحتی بالغ بر چند ده هکتار را اشغال می کنند. مساحت پارتیشن های متخلخل در آبشارهای جداسازی کارخانه ها تقریباً به همان ترتیب بزرگی است.

مختصری در مورد سایر ایزوتوپ های اورانیوم

اورانیوم طبیعی، علاوه بر اورانیوم 235 و اورانیوم 238، شامل اورانیوم 234 نیز می شود. فراوانی این ایزوتوپ کمیاب به صورت عددی با چهار صفر پس از نقطه اعشار بیان می شود. ایزوتوپ مصنوعی بسیار در دسترس تر، اورانیوم 233 است. با تابش توریم در شار نوترونی یک راکتور هسته ای به دست می آید:

232 90 Th + 10n → 233 90 Th -β-→ 233 91 Pa -β-→ 233 92 U
طبق تمام قوانین فیزیک هسته ای، اورانیوم 233 به عنوان یک ایزوتوپ فرد، توسط نوترون های حرارتی تقسیم می شود. و مهمتر از همه، در راکتورهای دارای اورانیوم 233، بازتولید گسترده سوخت هسته ای می تواند (و می شود) اتفاق بیفتد. در یک راکتور نوترونی حرارتی معمولی! محاسبات نشان می دهد که وقتی یک کیلوگرم اورانیوم 233 در راکتور توریم می سوزد، 1.1 کیلوگرم اورانیوم 233 جدید باید در آن انباشته شود. یک معجزه، و بس! یک کیلوگرم سوخت سوزاندیم اما میزان سوخت کم نشد.

با این حال، چنین معجزاتی فقط با سوخت هسته ای امکان پذیر است.

چرخه اورانیوم-توریم در راکتورهای نوترونی حرارتی رقیب اصلی چرخه اورانیوم-پلوتونیوم برای بازتولید سوخت هسته ای در راکتورهای نوترونی سریع است... در واقع فقط به همین دلیل عنصر شماره 90 - توریم - به عنوان یک طبقه بندی شد. مواد استراتژیک

سایر ایزوتوپ های مصنوعی اورانیوم نقش مهمی ندارند. فقط لازم به ذکر است اورانیوم-239 - اولین ایزوتوپ در زنجیره تبدیل اورانیوم-238 پلوتونیوم-239. نیمه عمر آن فقط 23 دقیقه است.

ایزوتوپ های اورانیوم با عدد جرمی بیشتر از 240 زمان تشکیل در راکتورهای مدرن را ندارند. طول عمر اورانیوم 240 بسیار کوتاه است و قبل از اینکه زمان برای گرفتن یک نوترون داشته باشد، تجزیه می شود.

در شارهای نوترونی فوق‌العاده قدرتمند یک انفجار گرما هسته‌ای، یک هسته اورانیوم موفق می‌شود تا 19 نوترون را در یک میلیونیم ثانیه جذب کند. در این مورد، ایزوتوپ های اورانیوم با اعداد جرمی از 239 تا 257 متولد می شوند. وجود آنها از ظهور عناصر ماوراء اورانیوم دور - نوادگان ایزوتوپ های سنگین اورانیوم - در محصولات یک انفجار گرما هسته ای آموخته شد. خود «بنیان‌گذاران این جنس» برای تجزیه بتا بیش از حد ناپایدار هستند و مدت‌ها قبل از اینکه محصولات واکنش‌های هسته‌ای از سنگ مخلوط شده در اثر انفجار استخراج شوند، به عناصر بالاتر منتقل می‌شوند.

راکتورهای حرارتی مدرن اورانیوم 235 را می سوزانند. در راکتورهای نوترونی سریع موجود، انرژی هسته‌های یک ایزوتوپ مشترک، اورانیوم-238، آزاد می‌شود و اگر انرژی ثروت واقعی باشد، هسته‌های اورانیوم در آینده نزدیک برای بشریت مفید خواهند بود: انرژی عنصر شماره 92 اساس وجود ما شود

اطمینان از اینکه اورانیوم و مشتقات آن فقط در راکتورهای هسته‌ای نیروگاه‌های صلح‌آمیز بسوزانند، به آرامی و بدون دود و شعله بسوزانند، بسیار مهم است.

منبع دیگری از اورانیوم. امروزه تبدیل به آب دریا شده است. تأسیسات آزمایشی-صنعتی در حال حاضر برای استخراج اورانیوم از آب با استفاده از جاذب‌های ویژه: اکسید تیتانیوم یا فیبر اکریلیک که با معرف‌های خاصی تصفیه شده‌اند، در حال بهره‌برداری هستند.

چه کسی چقدر. در اوایل دهه 80، تولید اورانیوم در کشورهای سرمایه داری حدود 50000 گرم در سال (از نظر U3Os) بود. حدود یک سوم این مبلغ توسط صنایع ایالات متحده تامین شد. کانادا در رده دوم و پس از آن آفریقای جنوبی قرار دارد. نیگور، گابن، نامیبیا از میان کشورهای اروپایی، فرانسه بیشترین اورانیوم و ترکیبات آن را تولید می کند، اما سهم آن تقریباً هفت برابر کمتر از ایالات متحده بود.

اتصالات غیر سنتی اگرچه بی اساس نیست که شیمی اورانیوم و پلوتونیوم بهتر از شیمی عناصر سنتی مانند آهن مطالعه شده است، شیمیدانان هنوز در حال کشف ترکیبات اورانیوم جدید هستند. بنابراین، در سال 1977، مجله "رادیوشیمی"، جلد XIX، شماره. 6 دو ترکیب جدید اورانیل را گزارش کردند. ترکیب آنها MU02(S04)2-SH20 است که M یک یون منگنز یا کبالت دو ظرفیتی است. الگوهای پراش اشعه ایکس نشان داد که ترکیبات جدید نمک های مضاعف هستند و مخلوطی از دو نمک مشابه نیستند.

فن‌آوری‌های هسته‌ای عمدتاً مبتنی بر استفاده از روش‌های رادیوشیمی هستند که به نوبه خود مبتنی بر خواص فیزیکی، فیزیکی، شیمیایی و سمی عناصر رادیواکتیو هسته‌ای هستند.

در این فصل ما به شرح مختصری از خواص ایزوتوپ های اصلی شکافت پذیر - اورانیوم و پلوتونیوم محدود می شویم.

اورانوس

اورانوس ( اورانیوم) U - عنصر گروه اکتینید، دوره 7-0 سیستم تناوبی، Z=92، جرم اتمی 238.029; سنگین ترین موجود در طبیعت

25 ایزوتوپ شناخته شده اورانیوم وجود دارد که همه آنها رادیواکتیو هستند. ساده ترین 217U (Tj/ 2 = 26 ms)، سنگین ترین 2 4 2 U (7 T J / 2 = i6.8 دقیقه). 6 ایزومر هسته ای وجود دارد. اورانیوم طبیعی شامل سه ایزوتوپ رادیواکتیو است: 2 8 و (99، 2739٪، Ti/2 = 4.47109 لیتر)، 235 U (0.7205٪، G، / 2 = 7.04-109 سال) و 234 U (0.0056٪). Ti/ 2=2.48-yuz l). رادیواکتیویته ویژه اورانیوم طبیعی 2.48104 Bq است که تقریباً به نصف بین 234 U و 288 U تقسیم می شود. 235U سهم کمی دارد (فعالیت ویژه ایزوتوپ 2zi در اورانیوم طبیعی 21 برابر کمتر از فعالیت 238U است). مقاطع جذب نوترون حرارتی به ترتیب 46، 98 و 2.7 بارن برای 2 zzi، 2 35U و 2 3 8 U هستند. بخش 527 و 584 انبار برای 2 zzi و 2 z 8 و به ترتیب; مخلوط طبیعی ایزوتوپ ها (0.7% 235U) 4.2 انبار.

جدول 1. خواص فیزیکی هسته ای 2 h9 Ri و 2 35Ts.

جدول 2. گرفتن نوترون 2 35Ts و 2 z 8 C.

شش ایزوتوپ اورانیوم قادر به شکافت خود به خودی هستند: 282 U، 2 zzi، 234 U، 235 U، 2 z 6 i و 2 z 8 i. ایزوتوپ های طبیعی 2 33 و 2 35 U تحت تأثیر نوترون های حرارتی و سریع شکافت می شوند و هسته های 2 3 8 تنها زمانی قادر به شکافت هستند که نوترون هایی با انرژی بیش از 1.1 مگا ولت جذب کنند. هنگام گرفتن نوترون‌هایی با انرژی کمتر، هسته‌های 288 U ابتدا به هسته‌های 2-i9U تبدیل می‌شوند که سپس تحت واپاشی p قرار می‌گیرند و ابتدا به 2 -"*9Np و سپس به 2 39Pu تبدیل می‌شوند. مقاطع مقطع موثر برای جذب حرارت نوترون های 2 34U، 2 هسته 35U و 2 3 8 و به ترتیب برابر با 98، 683 و 2.7 انبار هستند. شکافت کامل 235 U منجر به "معادل انرژی حرارتی" 2-107 کیلووات ساعت بر کیلوگرم می شود. ایزوتوپ ها 2 35 U و 2 zzi به عنوان سوخت هسته ای استفاده می شوند که قادر به پشتیبانی از واکنش زنجیره ای شکافت هستند.

راکتورهای هسته ای n ایزوتوپ مصنوعی اورانیوم با اعداد جرمی 227-^240 تولید می کنند که طولانی ترین عمر آنها 233U است (7). V 2 =i.62 *io 5 سال)؛ با تابش نوترونی توریم به دست می آید. در شارهای نوترونی فوق قدرتمند یک انفجار حرارتی، ایزوتوپ های اورانیوم با اعداد جرمی 239^257 متولد می شوند.

Uran-232- نوکلیدهای تکنوژنیک، a-امیتر، T x / 2=68.9 سال، ایزوتوپ های والد 2 ساعت 6 Pu(a)، 23 2 Np(p*) و 23 2 Ra(p)، نوکلید دختر 228 Th. شدت شکافت خود به خود 0.47 تقسیم بر ثانیه کیلوگرم است.

اورانیوم 232 در نتیجه تجزیه زیر تشکیل می شود:

P + - واپاشی نوکلید *3 a Np (Ti/2 = 14.7 دقیقه):

در صنعت هسته ای، 2 3 2 U به عنوان یک محصول جانبی در طی سنتز نوکلید شکافت پذیر (در درجه سلاح) 2 zi در چرخه سوخت توریم تولید می شود. هنگامی که 2 3 2 Th با نوترون تابش می شود، واکنش اصلی رخ می دهد:

و یک واکنش جانبی دو مرحله ای:

تولید 232 U از توریم فقط با نوترون های سریع اتفاق می افتد (E"> 6 مگا ولت). اگر ماده اولیه حاوی 2 3 درجه TH باشد، تشکیل 2 3 2 U با واکنش تکمیل می شود: 2 3 ° TH + u-> 2 3'TH. این واکنش با استفاده از نوترون های حرارتی رخ می دهد. نسل 2 3 2 U به دلایلی نامطلوب است. با استفاده از توریم با حداقل غلظت 2 3 درجه TH سرکوب می شود.

فروپاشی 2 × 2 در جهت های زیر رخ می دهد:

واپاشی در 228 Th (احتمال 10٪، انرژی فروپاشی 5.414 MeV):

انرژی ذرات آلفای ساطع شده 5.263 MeV (در 31.6 درصد موارد) و 5.320 MeV (در 68.2 درصد موارد) است.

• - شکافت خود به خود (احتمال کمتر از ~ 12٪)؛
• - واپاشی خوشه ای با تشکیل نوکلید 28 میلی گرم (احتمال پوسیدگی کمتر از 5*10 اینچ 12%):

فروپاشی خوشه با تشکیل نوکلید 2

اورانیوم-232 بنیانگذار یک زنجیره واپاشی طولانی است که شامل نوکلیدها - ساطع کننده های y-quanta سخت است:

- > 212 Bi -> (60.6 m, p, y) -> 212 Po a, y) -> 208x1, 212 Po -> (3 "Yu' 7 s, a) -> 2o8 Pb (Stab), 2o8 T1- > (3.06 m، p، y-> 2o8 Pb.

تجمع 2 3 2 U در طول تولید 2 zi در چرخه انرژی توریم اجتناب ناپذیر است. تابش شدید y ناشی از فروپاشی 2 3 2 U مانع از توسعه انرژی توریم می شود. آنچه غیرعادی است این است که ایزوتوپ زوج 2 3 2 11 دارای سطح مقطع شکافت بالا تحت تأثیر نوترون ها (75 انبار برای نوترون های حرارتی) و همچنین سطح مقطع جذب نوترون بالا - 73 انبار است. 2 3 2 U در روش ردیاب رادیواکتیو در تحقیقات شیمیایی استفاده می شود.

2 h 2 و بنیانگذار یک زنجیره واپاشی طولانی است (طبق طرح 2h 2 T)، که شامل ساطع کننده های نوکلیدهای y-quanta سخت است. تجمع 2 3 2 U در طول تولید 2 zi در چرخه انرژی توریم اجتناب ناپذیر است. تابش شدید y ناشی از فروپاشی 232 U مانع از توسعه انرژی توریم می شود. آنچه غیرعادی است این است که ایزوتوپ یکنواخت 2 3 2 U دارای سطح مقطع شکافت بالا تحت تأثیر نوترون ها (75 انبار برای نوترون های حرارتی) و همچنین سطح مقطع جذب نوترون بالا - 73 انبار است. 2 3 2 U اغلب در روش ردیاب رادیواکتیو در تحقیقات شیمیایی و فیزیکی استفاده می شود.

Uran-233- رادیونوکلئید ساخته دست بشر، یک ساطع کننده (انرژی 4.824 (82.7٪) و 4.783 MeV (14.9٪)، Tvi= 1.585105 سال، نوکلیدهای والد 2 37Pu(a)-? 2 33Np(p +)-> 2 ззРа(р), نوکلید دختر 22 9Th. 2 zzi در راکتورهای هسته ای از توریم به دست می آید: 2 z 2 Th یک نوترون را می گیرد و به 2 zzT تبدیل می شود که به 2 zzRa و سپس به 2 zzi تجزیه می شود. هسته های 2 zi (ایزوتوپ فرد) هم قادر به شکافت خود به خود و هم تحت تأثیر نوترون های هر انرژی هستند که آن را برای تولید سلاح های اتمی و سوخت راکتور مناسب می کند. مقطع شکافت موثر 533 انبار، مقطع جذب 52 انبار، بازده نوترون: در هر رویداد شکافت - 2.54، در هر نوترون جذب شده - 2.31 است. جرم بحرانی 2 zzi سه برابر کمتر از جرم بحرانی 235U (16- کیلوگرم) است. شدت شکافت خود به خود 720 تقسیم بر ثانیه کیلوگرم است.

اورانیوم 233 در نتیجه تجزیه زیر تشکیل می شود:

- (3 + -واپاشی نوکلید 2 33Np (7^=36.2 دقیقه):

در مقیاس صنعتی، 2 zi از 2 32th با تابش با نوترون به دست می آید:

هنگامی که یک نوترون جذب می شود، هسته 2 zzi معمولاً شکافته می شود، اما گاهی اوقات یک نوترون را می گیرد و به 2 34U تبدیل می شود. اگرچه 2 zzi معمولاً پس از جذب یک نوترون تقسیم می شود، گاهی اوقات یک نوترون را حفظ می کند و به 2 34U تبدیل می شود. تولید 2 زیر در هر دو راکتور سریع و حرارتی انجام می شود.

از نقطه نظر تسلیحاتی، 2 ZZI با 2 39Pu قابل مقایسه است: رادیواکتیویته آن 1/7 فعالیت 2 39Pu است. (Ti/2 = 159200 لیتر در مقابل 24100 لیتر برای Pu)، جرم بحرانی 2 zi 60٪ بیشتر از ^Pu است (16 کیلوگرم در مقابل 10 کیلوگرم)، و سرعت شکافت خود به خودی 20 برابر بیشتر است (bth - در مقابل 310 10). شار نوترون از 2 zzi سه برابر بیشتر از 2 39Pi است. ایجاد بار هسته ای بر اساس 2 zi به تلاش بیشتری نسبت به ^Pi نیاز دارد. مانع اصلی وجود ناخالصی 232 U در 2ZZI است که تابش y پروژه های فروپاشی آن کار با 2ZZI را دشوار می کند و تشخیص سلاح های تمام شده را آسان می کند. علاوه بر این، نیمه عمر کوتاه 2 3 2 U آن را به منبع فعال ذرات آلفا تبدیل می کند. 2 zi با 1% 232 و دارای فعالیت a سه برابر قوی تر از پلوتونیوم درجه سلاح و بر این اساس، سمیت رادیویی بیشتر است. این فعالیت الف باعث ایجاد نوترون در عناصر سبک بار سلاح می شود. برای به حداقل رساندن این مشکل، حضور عناصری مانند Be، B، F، Li باید حداقل باشد. وجود پس‌زمینه نوترونی بر عملکرد سیستم‌های انفجاری تأثیری نمی‌گذارد، اما مدارهای توپ نیاز به سطح بالایی از خلوص برای عناصر سبک دارند. محتوای 23 2 U در درجه سلاح 2 zis نباید از 5 قسمت در میلیون (0.0005٪) تجاوز کند. در سوخت راکتورهای قدرت حرارتی، وجود 2 3G مضر نیست و حتی مطلوب نیست، زیرا امکان استفاده از اورانیوم برای اهداف تسلیحاتی را کاهش می دهد. پس از پردازش مجدد سوخت مصرف شده و استفاده مجدد از سوخت، محتوای 232U به حدود 1+ می رسد. 0.2 درصد

فروپاشی 2 zi در جهت های زیر رخ می دهد:

واپاشی در 22 9th (احتمال 10٪، انرژی فروپاشی 4.909 MeV):

انرژی ذرات یاهر ساطع شده 4.729 MeV (در 1.61٪ موارد)، 4.784 MeV (در 13.2٪ موارد) و 4.824 MeV (در 84.4٪ موارد) است.

• - تقسیم خود به خود (احتمال
• - واپاشی خوشه ای با تشکیل نوکلید 28 میلی گرم (احتمال پوسیدگی کمتر از 1.3*10_13 درصد):

فروپاشی خوشه با تشکیل نوکلید 24 Ne (احتمال فروپاشی 7.3-10-"٪):

زنجیره فروپاشی 2 zzi متعلق به سری نپتونیوم است.

رادیواکتیویته ویژه 2 zi برابر با 8-3.57 Bq/g است که مربوط به a-activity (و سمیت رادیویی) 15-% پلوتونیوم است. فقط 1% 2 3 2 U رادیواکتیویته را تا 212 mCi/g افزایش می دهد.

Uran-234(اورانوس II، UII)بخشی از اورانیوم طبیعی (0.0055%)، 2.445105 سال، یک ساطع کننده (انرژی ذرات a 4.777 (72%) و

4.723 (28%) MeV)، رادیونوکلئیدهای اصلی: 2 ساعت 8 Pu(a)، 234 Pa(P)، 234 Np(p +)،

ایزوتوپ دختر در 2 z”th.

به طور معمول، 234 U با 2 ساعت 8 u در تعادل است و با همان سرعت پوسیده و تشکیل می شود. تقریباً نیمی از رادیواکتیویته اورانیوم طبیعی توسط 234U تامین می شود. به طور معمول، 234U با کروماتوگرافی تبادل یونی از آماده سازی های قدیمی 2 × 8 Pu خالص به دست می آید. در طول یک فروپاشی، *zRi 234U تولید می کند، بنابراین آماده سازی های قدیمی 2h8 Ru منابع خوبی از 234U هستند. yuo g 238Pi بعد از یک سال حاوی 776 میلی گرم 2 34U، بعد از 3 سال

2.2 گرم 2 34U. غلظت 234U در اورانیوم بسیار غنی شده به دلیل غنی سازی ترجیحی با ایزوتوپ های سبک بسیار بالا است. از آنجایی که 2 34u یک ساطع کننده y قوی است، محدودیت هایی در غلظت آن در اورانیومی که برای تبدیل به سوخت در نظر گرفته شده است وجود دارد. افزایش سطوح 234i برای راکتورها قابل قبول است، اما سوخت مصرف شده بازفرآوری شده در حال حاضر دارای سطوح غیرقابل قبولی از این ایزوتوپ است.

فروپاشی 234i در جهت های زیر رخ می دهد:

A-واپاشی در 23°T (احتمال 100٪، انرژی فروپاشی 4.857 MeV):

انرژی ذرات آلفای ساطع شده 4.722 MeV (در 28.4٪ موارد) و 4.775 MeV (در 71.4٪ موارد) است.

• - تقسیم خود به خود (احتمال 1.73-10-9٪).
• - واپاشی خوشه ای با تشکیل نوکلید 28 میلی گرم (احتمال پوسیدگی 1.4-10٪، طبق سایر داده ها 3.9-10٪):

• - واپاشی خوشه ای با تشکیل نوکلیدهای 2 4Ne و 26 Ne (احتمال فروپاشی 9-10 اینچ 2٪، بر اساس سایر داده ها 2,3-10_11٪):

تنها ایزومر شناخته شده 234ti (Tx/2 = 33.5μs) است.

سطح مقطع جذب 2 نوترون حرارتی 34U 100 بارن است و برای انتگرال رزونانس به طور میانگین بر روی نوترون های میانی مختلف 700 بارن است. بنابراین، در راکتورهای نوترونی حرارتی با سرعت بیشتری به 235U شکافت پذیر تبدیل می شود تا مقدار بسیار بزرگتر 238U (با مقطع 2.7 بارن) به 239Ru تبدیل می شود. در نتیجه، سوخت مصرف‌شده حاوی ۲۳۴U کمتر از سوخت تازه است.

Uran-235متعلق به خانواده 4P+3 است که قادر به تولید یک واکنش زنجیره ای شکافت است. این اولین ایزوتوپی است که در آن واکنش شکافت هسته ای اجباری تحت تأثیر نوترون ها کشف شد. با جذب یک نوترون، 235U تبدیل به 2 zbi می شود که به دو قسمت تقسیم می شود و انرژی آزاد می کند و چندین نوترون منتشر می کند. ایزوتوپ 2 35U که توسط نوترون‌هایی با هر انرژی شکافته می‌شود و قادر به شکافت خود به خودی است، بخشی از یوفان طبیعی (0.72%)، یک تابشگر a (انرژی‌های 4.397 (57%) و 4.367 (18%) MeV است. Ti/j=7.038-8 سال، نوکلیدهای مادر 2 35Pa، 2 35Np و 2 39Pu، دختر - 23th. سرعت شکافت خود به خودی 2 3su 0.16 شکافت در ثانیه کیلوگرم. هنگامی که یک هسته 2 35U شکافت می شود، 200 MeV انرژی = 3.210 p J آزاد می شود، یعنی. 18 TJ/mol=77 TJ/kg. سطح مقطع شکافت توسط نوترون های حرارتی 545 انبار است، و توسط نوترون های سریع - 1.22 انبار، بازده نوترون: در هر عمل شکافت - 2.5، در هر نوترون جذب شده - 2.08.

اظهار نظر. سطح مقطع برای جذب نوترون آهسته برای تولید ایزوتوپ 2 sii (oo barn)، به طوری که کل مقطع جذب آهسته نوترون 645 بارن است.

• - شکافت خود به خود (احتمال 7 * 10 ~ 9٪)؛
• - فروپاشی خوشه با تشکیل نوکلیدهای 2 °Ne، 2 5Ne و 28 Mg (احتمالات به ترتیب 8-io_10٪، 8-kg 10٪، 8*10،0٪ است):

برنج. 1.

تنها ایزومر شناخته شده 235n»u (7/2 = 2b دقیقه) است.

فعالیت خاص 2 35C 7.77-4 Bq/g. جرم بحرانی اورانیوم با درجه تسلیحات (93.5% 235U) برای توپ با بازتابنده 15-7-23 کیلوگرم است.

Fission 2 » 5U در سلاح های اتمی، برای تولید انرژی و برای سنتز اکتینیدهای مهم استفاده می شود. واکنش زنجیره ای توسط نوترون های اضافی تولید شده در طول شکافت 235C حفظ می شود.

Uran-236به طور طبیعی در زمین در مقادیر کمی یافت می شود (در ماه تعداد بیشتری از آن وجود دارد)، یک ساطع کننده (?

برنج. 2. خانواده رادیواکتیو 4/7+2 (شامل -з 8 и).

در یک راکتور اتمی، 2 sz یک نوترون حرارتی را جذب می کند، پس از آن با احتمال 82٪ شکافت می شود و با احتمال 18٪ یک کوانتوم y ساطع می کند و به 2 sb تبدیل می شود و (برای 100 هسته شکافت شده 2 35U در آنجا 22 هسته تشکیل شده است 2 3 6 U) . در مقادیر کم بخشی از سوخت تازه است. هنگامی که اورانیوم با نوترون ها در یک راکتور تابش می شود، انباشته می شود و بنابراین به عنوان یک "دستگاه سیگنال" برای سوخت هسته ای مصرف شده استفاده می شود. 2 hb و به عنوان یک محصول جانبی در هنگام جداسازی ایزوتوپ ها با انتشار گاز در طی بازسازی سوخت هسته ای استفاده شده تشکیل می شود. 236 U یک سم نوترونی است که در یک راکتور قدرت تشکیل می شود؛ حضور آن در سوخت هسته ای با سطح بالایی از غنی سازی 2 35 U جبران می شود.

2 z b و به عنوان ردیاب اختلاط آب های اقیانوس استفاده می شود.

اورانیوم-237،T&= 6.75 روز، ساطع کننده بتا و گاما را می توان از واکنش های هسته ای به دست آورد:

شناسایی 287 و در امتداد خطوط با ای= o، Ob MeV (36%)، 0.114 MeV (0.06%)، 0.165 MeV (2.0%)، 0.208 MeV (23%)

237U در روش رادیو ردیاب در تحقیقات شیمیایی استفاده می شود. اندازه گیری غلظت (2 تا 4 درجه بامداد) در ریزش های حاصل از آزمایش های تسلیحات اتمی اطلاعات ارزشمندی در مورد نوع شارژ و تجهیزات مورد استفاده ارائه می دهد.

Uran-238- متعلق به خانواده 4P+2 است، توسط نوترون های پرانرژی (بیش از 1.1 مگا ولت) شکافته می شود، قادر به شکافت خود به خودی، پایه اورانیوم طبیعی (99.27٪) را تشکیل می دهد، یک ساطع کننده، 7. /2=4>468-109 سال، مستقیماً به 2 34th تجزیه می شود، تعدادی رادیونوکلئید مرتبط ژنتیکی تشکیل می دهد و پس از 18 محصول به 206 Рb تبدیل می شود. Pure 2 3 8 U دارای رادیواکتیویته ویژه 1.22-104 Bq است. نیمه عمر بسیار طولانی است - حدود 10 16 سال، بنابراین احتمال شکافت در رابطه با فرآیند اصلی - انتشار یک ذره آلفا - تنها 10 اینچ 7 است. و در همان زمان ذرات آلفا 20 میلیون هسته ساطع می کنند. T،/ 2 = 2 :من 4 Th.

اورانیوم 238 در نتیجه تجزیه زیر تشکیل می شود:

2 (V0 4) 2 ] 8H 2 0. در بین مواد معدنی ثانویه، کلسیم اورانیل فسفات هیدراته Ca(U0 2) 2 (P0 4) 2 -8H 2 0 رایج است. اغلب اورانیوم در مواد معدنی با عناصر مفید دیگری - تیتانیوم همراه است. تانتالیم، خاکی کمیاب. بنابراین، طبیعی است که برای فرآوری پیچیده سنگ معدن های حاوی اورانیوم تلاش کنیم.

خواص فیزیکی پایه اورانیوم: جرم اتمی 238.0289 amu. (گرم بر مول)؛ شعاع اتمی 138 بعد از ظهر (1 بعد از ظهر = 12 متر)؛ انرژی یونیزاسیون (الکترون اول 7.11 eV؛ پیکربندی الکترونیکی -5f36d‘7s 2؛ حالت‌های اکسیداسیون 6، 5، 4، 3؛ GP l = 113 2، 2 °. تی تی,1=3818°; تراکم 19.05; ظرفیت گرمایی ویژه 0.115 JDKmol)؛ استحکام کششی 450 مگاپاسکال، گرمای همجوشی 12.6 کیلوژول بر مول، گرمای تبخیر 417 کیلوژول بر مول، گرمای ویژه 0.115 J/(mol-K); حجم مولی 12.5cm3/mol; دمای مشخصه دبای © D = 200K، دمای انتقال به حالت ابررسانا در حدود.68K.

اورانیوم فلزی سنگین، نقره ای-سفید و براق است. کمی نرمتر از فولاد، چکش خوار، انعطاف پذیر، دارای خواص پارامغناطیس خفیف است و به شکل پودر پیروفوریک است. اورانیوم دارای سه شکل آلوتروپیک است: آلفا (ارتورومبیک، a-U، پارامترهای شبکه 0=285، b= 587، c=49b pm، پایدار تا 667.7 درجه)، بتا (چهارضلعی، p-U، پایدار از 667.7 تا 774.8 درجه)، گاما (با یک شبکه مرکزی بدنه مکعبی، y-U، موجود از 774.8 درجه تا نقطه ذوب، frm= ii34 0)، که در آن اورانیوم چکش خوارترین و راحت ترین برای پردازش است.

در دمای اتاق، فاز a متعامد پایدار است؛ ساختار منشوری متشکل از لایه‌های اتمی موج‌دار موازی با صفحه است. ABC،در یک شبکه منشوری بسیار نامتقارن. در داخل لایه ها، اتم ها محکم به هم متصل هستند، در حالی که استحکام پیوند بین اتم ها در لایه های مجاور بسیار ضعیف تر است (شکل 4). این ساختار ناهمسانگرد آلیاژ اورانیوم با فلزات دیگر را دشوار می کند. فقط مولیبدن و نیوبیم با اورانیوم آلیاژهای فاز جامد ایجاد می کنند. با این حال، فلز اورانیوم می تواند با بسیاری از آلیاژها تعامل داشته باشد و ترکیبات بین فلزی را تشکیل دهد.

در محدوده 668 ^ 775 درجه (3-اورانیوم وجود دارد. شبکه نوع چهارضلعی دارای ساختار لایه ای با لایه های موازی با صفحه است. abدر موقعیت های 1/4С، 1/2 باو 3/4C از سلول واحد. در دمای بالاتر از 775 درجه، y-اورانیوم با یک شبکه مکعبی در مرکز بدن تشکیل می شود. افزودن مولیبدن به فاز y اجازه می دهد تا در دمای اتاق وجود داشته باشد. مولیبدن طیف وسیعی از محلول های جامد را با اورانیوم y تشکیل می دهد و فاز y را در دمای اتاق تثبیت می کند. y-اورانیوم بسیار نرم تر و چکش خوارتر از ترد a- و (3-فاز است.

تابش نوترون تاثیر قابل توجهی بر خواص فیزیکی و مکانیکی اورانیوم دارد و باعث افزایش اندازه نمونه، تغییر شکل و همچنین بدتر شدن شدید خواص مکانیکی (خزش، شکنندگی) بلوک‌های اورانیوم در طول دوره می‌شود. بهره برداری از یک راکتور هسته ای افزایش حجم به دلیل تجمع اورانیوم در هنگام شکافت ناخالصی عناصر با چگالی کمتر است (ترجمه 1% اورانیوم به عناصر تکه تکه شدن حجم را 3.4 درصد افزایش می دهد.

برنج. 4. برخی از ساختارهای کریستالی اورانیوم: a - a-اورانیوم، b - p-اورانیوم.

رایج ترین روش برای به دست آوردن اورانیوم در حالت فلزی، احیای فلوریدهای آنها با فلزات قلیایی یا قلیایی خاکی یا الکترولیز نمک های مذاب است. اورانیوم را می توان با احیای متالوترمی از کاربیدها با تنگستن یا تانتالیوم نیز بدست آورد.

توانایی تسلیم آسان الکترون ها، خواص کاهشی اورانیوم و فعالیت شیمیایی بیشتر آن را تعیین می کند. اورانیوم می تواند تقریباً با همه عناصر به جز گازهای نجیب تعامل داشته باشد و حالت های اکسیداسیون +2، +3، +4، +5، +6 را به دست آورد. در محلول ظرفیت اصلی 6+ است.

اورانیوم فلزی که به سرعت در هوا اکسید می شود با یک فیلم رنگین کمانی از اکسید پوشیده شده است. پودر اورانیوم ریز به طور خود به خود در هوا مشتعل می شود (در دمای 1504-175 درجه)، شکل می گیرد و؛) Ov. در 1000 درجه، اورانیوم با نیتروژن ترکیب می شود و نیترید اورانیوم زرد را تشکیل می دهد. آب می تواند با فلز، به آرامی در دماهای پایین و به سرعت در دمای بالا واکنش نشان دهد. اورانیوم به شدت با آب جوش و بخار واکنش می دهد و هیدروژن آزاد می کند که با اورانیوم یک هیدرید تشکیل می دهد.

این واکنش از احتراق اورانیوم در اکسیژن پرانرژی تر است. این فعالیت شیمیایی اورانیوم، حفاظت از اورانیوم راکتورهای هسته‌ای را در برابر تماس با آب ضروری می‌سازد.

اورانیوم در اسیدهای هیدروکلریک، نیتریک و سایر اسیدها حل می شود و نمک های U(IV) را تشکیل می دهد، اما با قلیاها برهمکنش نمی کند. اورانیوم هیدروژن را از اسیدهای معدنی و محلول های نمکی فلزاتی مانند جیوه، نقره، مس، قلع، پلاتین و طلا جابجا می کند. هنگامی که به شدت تکان داده می شود، ذرات فلزی اورانیوم شروع به درخشش می کنند.

ویژگی‌های ساختاری لایه‌های الکترونی اتم اورانیوم (وجود ^/-الکترون‌ها) و برخی از خواص فیزیکوشیمیایی آن به‌عنوان پایه‌ای برای طبقه‌بندی اورانیوم به عنوان عضوی از سری اکتینیدها عمل می‌کند. با این حال، یک قیاس شیمیایی بین اورانیوم و کروم، Mo و W وجود دارد. اورانیوم بسیار واکنش پذیر است و با همه عناصر به جز گازهای نجیب واکنش می دهد. در فاز جامد، نمونه هایی از U(VI) تری اکسید اورانیل U0 3 و اورانیل کلرید U0 2 C1 2 هستند. تتراکلرید اورانیوم UC1 4 و دی اکسید اورانیوم U0 2

نمونه هایی از U(IV). مواد حاوی U(IV) معمولاً ناپایدار هستند و زمانی که برای مدت طولانی در معرض هوا قرار می گیرند شش ظرفیتی می شوند.

شش اکسید در سیستم اورانیوم اکسیژن نصب شده است: UO، U0 2، U 4 0 9، و 3 Ov، U0 3. آنها با طیف گسترده ای از همگنی مشخص می شوند. U0 2 یک اکسید پایه است، در حالی که U0 3 آمفوتریک است. U0 3 - با آب برهمکنش می کند و تعدادی هیدرات تشکیل می دهد که مهمترین آنها اسید دیورانیک H 2 U 2 0 7 و اسید اورانیک H 2 1U 4 است. با قلیاها، U0 3 نمک این اسیدها - اورانات ها را تشکیل می دهد. هنگامی که U0 3 در اسیدها حل می شود، نمک های کاتیون اورانیل دارای بار مضاعف U0 2 a+ تشکیل می شود.

دی اکسید اورانیوم، U0 2، با ترکیب استوکیومتری قهوه ای است. با افزایش محتوای اکسیژن در اکسید، رنگ از قهوه ای تیره به سیاه تغییر می کند. ساختار کریستالی از نوع CaF 2، آ = 0.547 نانومتر؛ چگالی 10.96 g/cm"* (بیشترین چگالی در بین اکسیدهای اورانیوم). , pl =2875 0 , Tk " = 3450 درجه، D#°298 = -1084.5 kJ/mol. دی اکسید اورانیوم یک نیمه هادی با رسانایی سوراخ و یک پارامغناطیس قوی است. MPC = o.015 mg/m3. نامحلول در آب. در دمای 200- درجه اکسیژن اضافه می کند و به ترکیب U0 2> 25 می رسد.

اکسید اورانیوم (IV) را می توان با واکنش های زیر تهیه کرد:

دی اکسید اورانیوم فقط خواص اساسی را نشان می دهد؛ آن مربوط به هیدروکسید پایه U(OH) 4 است که سپس به هیدروکسید هیدراته U0 2 H 2 0 تبدیل می شود. دی اکسید اورانیوم در غیاب اکسیژن اتمسفر به آرامی در اسیدهای غیر اکسید کننده قوی حل می شود. تشکیل یون III +:

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

در اسیدهای غلیظ محلول است و با افزودن یون فلوئور می توان سرعت انحلال را به میزان قابل توجهی افزایش داد.

هنگامی که در اسید نیتریک حل می شود، تشکیل یون اورانیل 1O 2 2 + رخ می دهد:

Triuran octaoxide U 3 0s (اکسید اورانیوم) پودری است که رنگ آن از سیاه تا سبز تیره متغیر است. وقتی به شدت له شود به رنگ سبز زیتونی در می آید. کریستال های بزرگ مشکی رگه های سبز رنگ روی ظروف چینی ایجاد می کنند. سه تغییر کریستالی U 3 0 شناخته شده است h: a-U 3 C> 8 - ساختار کریستالی لوزی (گروه فضایی C222؛ 0 = 0.671 نانومتر؛ 6 = 1.197 نانومتر؛ c = o.83 نانومتر؛ د = 0.839 نانومتر؛ p-U 3 0e - ساختار کریستالی لوزی شکل (گروه فضایی Stst; 0=0.705 نانومتر; 6=1.172 نانومتر; 0=0.829 نانومتر. شروع تجزیه oooo° (انتقال به 100 2)، MPC = 0.075 mg/m3 است.

U 3 C> 8 را می توان با واکنش به دست آورد:

با تکلیس U0 2, U0 2 (N0 3) 2, U0 2 C 2 0 4 3H 2 0, U0 4 -2H 2 0 یا (NH 4) 2 U 2 0 7 در 750 0 در هوا یا در اتمسفر اکسیژن ( p = 150+750 mmHg) U 3 08 از نظر استوکیومتری خالص بدست آورید.

هنگامی که U 3 0s در T> oooo درجه کلسینه می شود، به 10 2 کاهش می یابد، اما پس از سرد شدن در هوا به U 3 0s باز می گردد. U 3 0e فقط در اسیدهای قوی غلیظ حل می شود. در اسیدهای هیدروکلریک و سولفوریک مخلوطی از U(IV) و U(VI) و در اسید نیتریک - نیترات اورانیل تشکیل می شود. اسیدهای سولفوریک و هیدروکلریک رقیق شده با U 3 Os حتی در هنگام گرم شدن بسیار ضعیف واکنش نشان می دهند؛ افزودن عوامل اکسید کننده (نیتریک اسید، پیرولوزیت) سرعت انحلال را به شدت افزایش می دهد. H 2 S0 4 غلیظ U 3 Os را حل می کند تا U(S0 4) 2 و U0 2 S0 4 را تشکیل دهد. اسید نیتریک U 3 Oe را حل می کند و نیترات اورانیل را تشکیل می دهد.

تری اکسید اورانیوم، U0 3 - یک ماده کریستالی یا آمورف با رنگ زرد روشن. با آب واکنش نشان می دهد. MPC = 0.075 mg/m3.

از کلسینه کردن پلی اورانات های آمونیوم، پراکسید اورانیوم، اورانیل اگزالات در دمای 300-500 درجه و هگزا هیدرات نیترات اورانیل به دست می آید. این یک پودر نارنجی از یک ساختار بی شکل با چگالی تولید می کند

6.8 گرم بر سانتی مترز شکل کریستالی IU 3 را می توان با اکسیداسیون U 3 0 8 در دمای 450 درجه ساعت تا 750 درجه در جریان اکسیژن به دست آورد. شش تغییر کریستالی U0 3 وجود دارد (a, (3, y> §> ?, n) - U0 3 رطوبت سنجی است و در هوای مرطوب به هیدروکسید اورانیل تبدیل می شود. حرارت دادن آن در 520°-^6oo° باعث ترکیبی از ترکیب می شود. 1U 2>9، حرارت دادن بیشتر به 6o° به فرد امکان می دهد U 3 Os را بدست آورید.

هیدروژن، آمونیاک، کربن، قلیایی و فلزات قلیایی خاکی U0 3 را به U0 2 کاهش می دهند. هنگام عبور مخلوطی از گازهای HF و NH 3، UF 4 تشکیل می شود. در ظرفیت بالاتر، اورانیوم خاصیت آمفوتریکی از خود نشان می دهد. هنگامی که در معرض اسیدهای U0 3 یا هیدرات های آن قرار می گیرند، نمک های اورانیل (U0 2 2+) به رنگ زرد-سبز تشکیل می شوند:

بیشتر نمک های اورانیل در آب بسیار محلول هستند.

هنگامی که با مواد قلیایی ذوب می شود، U0 3 نمک های اسید اورانیک را تشکیل می دهد - اورانات MDKH:

با محلول های قلیایی، تری اکسید اورانیوم نمک های اسیدهای پلی اورانیک را تشکیل می دهد - پلی اورانات DHM 2 0y1U 3 pH^O.

نمک های اسید اورانیک عملا در آب نامحلول هستند.

خواص اسیدی U(VI) کمتر از خواص بازی است.

اورانیوم در دمای اتاق با فلوئور واکنش می دهد. پایداری هالیدهای بالاتر از فلوراید به یدیدها کاهش می یابد. فلوراید UF 3، U4F17، U2F9 و UF 4 غیرفرار هستند و UFe فرار است. مهمترین فلورایدها UF 4 و UFe هستند.

Ftppippiyanir okgilya t"yanya ppptrkart طبق تمرین:

واکنش در یک بستر سیال طبق معادله انجام می شود:

ممکن است از عوامل فلوئور کننده استفاده شود: BrF 3، CC1 3 F (Freon-11) یا CC1 2 F 2 (Freon-12):

فلوراید اورانیوم (1U) UF 4 ("نمک سبز") پودری به رنگ مایل به آبی مایل به سبز تا زمردی است. G 11L = yuz6°; Гк, «,.=-1730 درجه. DN° 29 8= 1856 kJ/mol. ساختار کریستالی مونوکلینیک است (sp. gp. C2/s؛ 0=1.273 نانومتر؛ 5=1.075 نانومتر؛ 0=0.843 نانومتر. d= 6.7 نانومتر؛ p=12b°20"؛ چگالی 6.72 گرم بر سانتی متر مکعب. UF 4 یک ترکیب پایدار، غیرفعال، غیرفرار، کم محلول در آب است. بهترین حلال برای UF 4، اسید پرکلریک بخار HC10 4 است. در اسیدهای اکسید کننده حل می شود و تشکیل می شود. یک نمک اورانیل؛ به سرعت در محلول داغ Al(N03)3 یا AlCl3 و همچنین در محلول اسید بوریک اسیدی شده با H2S04، HC104 یا HC1 حل می شود. به عنوان مثال، Fe3 +، Al3 + یا اسید بوریک نیز به انحلال UF 4 کمک می کند. با فلوریدهای سایر فلزات، تعدادی نمک مضاعف کم محلول (MeUFe، Me 2 UF6، Me 3 UF 7، و غیره) را تشکیل می دهد. NH 4 UF 5 از اهمیت صنعتی برخوردار است.

فلوراید U(IV) یک محصول میانی در تهیه است

هم UF6 و هم فلز اورانیوم.

UF 4 را می توان با واکنش های زیر بدست آورد:

یا با احیای الکترولیتی اورانیل فلوراید.

هگزافلوراید اورانیوم UFe - در دمای اتاق، کریستال هایی به رنگ عاج با ضریب شکست بالا. تراکم

5.09 g/cmz، چگالی UFe مایع - 3.63 g/cmz. ترکیب فرار. Tvoag = 5^>5°> Gil=b4.5° (تحت فشار). فشار بخار اشباع شده در دمای 560 درجه به جو می رسد. آنتالپی سازند AH° 29 8 = -211b kJ/mol. ساختار کریستالی متعامد است (گروه فضایی. Rpt; 0=0.999 نانومتر؛ fe= 0.8962 نانومتر؛ c=o.5207 نانومتر; د 5.060 نانومتر (25 0). MPC - 0.015 mg/m3. از حالت جامد، UF6 می تواند تصعید (تصعید) به گاز، دور زدن فاز مایع در طیف وسیعی از فشارها. گرمای تصعید در 50 0 50 کیلوژول بر میلی گرم. این مولکول دارای گشتاور دوقطبی نیست، بنابراین UF6 با هم ارتباط ندارد. بخار UFr یک گاز ایده آل است.

از اثر فلوئور بر روی ترکیب U آن به دست می آید:

علاوه بر واکنش های فاز گاز، واکنش های فاز مایع نیز وجود دارد

تولید UF6 با استفاده از هالوفلوریدها، برای مثال

راهی برای به دست آوردن UF6 بدون استفاده از فلوئور وجود دارد - با اکسیداسیون UF 4:

UFe با هوای خشک، اکسیژن، نیتروژن و C0 2 واکنش نشان نمی دهد، اما در تماس با آب، حتی آثاری از آن، تحت هیدرولیز قرار می گیرد:

با اکثر فلزات برهم کنش می کند و فلوراید آنها را تشکیل می دهد که روش های ذخیره سازی آن را پیچیده می کند. مواد مناسب ظرف برای کار با UF6 عبارتند از: هنگام گرم شدن، نیکل، مونل و پلاتین، در سرما - همچنین تفلون، کوارتز و شیشه کاملا خشک، مس و آلومینیوم. در دمای 25-0 درجه سانتیگراد، ترکیبات پیچیده ای با فلوریدهای فلزات قلیایی و نقره از نوع 3NaFUFr>، 3KF2UF6 تشکیل می دهد.

به خوبی در مایعات آلی مختلف، اسیدهای معدنی و تمام هالوفلوریدها حل می شود. بی اثر برای خشک شدن 0 2، N 2، C0 2، C1 2، Br 2. UFr با واکنش های کاهش با اکثر فلزات خالص مشخص می شود. UF6 به شدت با هیدروکربن ها و سایر مواد آلی واکنش نشان می دهد، بنابراین ظروف در بسته با UFe می توانند منفجر شوند. UF6 در محدوده 25 -r100 درجه، نمک های پیچیده ای را با فلوریدهای قلیایی و سایر فلزات تشکیل می دهد. این ویژگی در فناوری استخراج انتخابی UF استفاده می شود

هیدریدهای اورانیوم UH 2 و UH 3 یک موقعیت میانی بین هیدریدهای نمک مانند و هیدریدهایی از نوع محلول های جامد هیدروژن در فلز را اشغال می کنند.

هنگامی که اورانیوم با نیتروژن واکنش می دهد، نیتریدها تشکیل می شوند. چهار فاز شناخته شده در سیستم U-N وجود دارد: UN (نیترید اورانیوم)، a-U 2 N 3 (sesquinitride)، p-U 2 N 3 و UN If90. دستیابی به ترکیب UN 2 (دینیترید) ممکن نیست. سنتزهای مونونیترید اورانیوم UN قابل اعتماد و به خوبی کنترل شده است که بهتر است مستقیماً از عناصر انجام شود. نیتریدهای اورانیوم مواد پودری هستند که رنگ آنها از خاکستری تیره تا خاکستری متغیر است. شبیه فلز است UN دارای ساختار کریستالی با شکل مکعبی است، مانند NaCl (0 = 4.8892 A). (/=14.324، 7^=2855 درجه، پایدار در خلاء تا 1700 0. با واکنش U یا U هیدرید با N 2 تهیه می شود. یا NH 3، تجزیه نیتریدهای U بالاتر در 1300 درجه یا کاهش آنها با فلز اورانیوم. U 2 N 3 در دو اصلاح چند شکلی شناخته شده است: a مکعبی و p شش ضلعی (0 = 0.3688 نانومتر، 6 = 0.5839 نانومتر)، N 2 را در خلاء بالاتر از 8oo درجه آزاد می کند. با کاهش UN 2 با هیدروژن به دست می آید. دینیترید UN2 با واکنش U با N2 تحت فشار N2 بالا سنتز می شود. نیتریدهای اورانیوم به راحتی در اسیدها و محلول های قلیایی حل می شوند، اما توسط قلیاهای مذاب تجزیه می شوند.

نیترید اورانیوم از احیای دو مرحله‌ای کربوترمیک اکسید اورانیوم به دست می‌آید:

گرمایش در آرگون در 7M450 0 به مدت 10*20 ساعت

نیترید اورانیوم از ترکیبی نزدیک به دینیترید، UN 2، را می توان با قرار دادن UF 4 در معرض آمونیاک در دما و فشار بالا به دست آورد.

دی نیترید اورانیوم با حرارت دادن تجزیه می شود:

نیترید اورانیوم، غنی شده در 235 U، چگالی شکافت، هدایت حرارتی و نقطه ذوب بالاتری نسبت به اکسیدهای اورانیوم - سوخت سنتی راکتورهای قدرت مدرن - دارد. همچنین دارای خواص مکانیکی خوب و پایداری برتر از سوخت های سنتی است. بنابراین، این ترکیب به عنوان پایه ای امیدوارکننده برای سوخت هسته ای در راکتورهای نوترونی سریع (رآکتورهای هسته ای نسل چهارم) در نظر گرفته می شود.

اظهار نظر. غنی سازی سازمان ملل تا 5N بسیار مفید است، زیرا .4 N تمایل به گرفتن نوترون دارد و ایزوتوپ رادیواکتیو 14 C را از طریق واکنش (n,p) تولید می کند.

کاربید اورانیوم UC 2 (فاز) یک ماده کریستالی خاکستری روشن با درخشندگی فلزی است. در سیستم U-C (کاربیدهای اورانیوم) UC 2 (ف-فاز)، UC 2 (b 2-فاز)، U 2 C 3 (فاز e)، UC (b 2-فاز) - کاربیدهای اورانیوم وجود دارد. دی کاربید اورانیوم UC 2 را می توان با واکنش های زیر بدست آورد:

U + 2C^UC 2 (54v)

کاربیدهای اورانیوم به عنوان سوخت برای راکتورهای هسته ای استفاده می شود؛ آنها به عنوان سوخت برای موتورهای موشک فضایی امیدوار کننده هستند.

نیترات اورانیل، نیترات اورانیل، U0 2 (N0 3) 2 -6H 2 0. نقش فلز در این نمک توسط کاتیون اورانیل 2+ ایفا می شود. کریستال های زرد با رنگ مایل به سبز، به راحتی در آب حل می شود. محلول آبی اسیدی است. محلول در اتانول، استون و اتر، نامحلول در بنزن، تولوئن و کلروفرم. هنگامی که حرارت داده می شود، کریستال ها ذوب می شوند و HN0 3 و H 2 0 آزاد می کنند. هیدرات کریستالی به راحتی در هوا تبخیر می شود. یک واکنش مشخصه این است که تحت اثر NH 3 یک رسوب زرد رنگ آمونیوم اورانیوم تشکیل می شود.

اورانیوم قادر به تشکیل ترکیبات فلزی-آلی است. به عنوان مثال، مشتقات سیکلوپنتادینیل از ترکیب U(C 5 H 5 ) 4 و u(C 5 H 5 ) 3 G یا u ( C 5 H 5 ) 2 G 2 با هالوژن جایگزین شده اند .

در محلول های آبی، اورانیوم در حالت اکسیداسیون U(VI) به شکل یون اورانیل U0 2 2 + پایدار است. تا حدی با حالت U(IV) مشخص می شود، اما حتی می تواند به شکل U(III) نیز رخ دهد. حالت اکسیداسیون U(V) می تواند به عنوان یون IO2+ وجود داشته باشد، اما این حالت به دلیل تمایل به عدم تناسب و هیدرولیز به ندرت مشاهده می شود.

در محلول های خنثی و اسیدی، U(VI) به شکل U0 2 2+ - یک یون اورانیل زرد وجود دارد. نمک های اورانیل خوب محلول شامل نیترات U0 2 (N0 3) 2، سولفات U0 2 S0 4، کلرید U0 2 C1 2، فلوراید U0 2 F 2، استات U0 2 (CH 3 C00) 2 است. این نمک ها از محلول ها به شکل هیدرات های کریستالی با تعداد مولکول های مختلف آب آزاد می شوند. نمک های اورانیل کمی محلول عبارتند از: اگزالات U0 2 C 2 0 4، فسفات U0 2 HP0. و UO2P2O4، آمونیوم اورانیل فسفات UO2NH4PO4، سدیم اورانیل وانادات NaU0 2 V0 4، فروسیانید (U0). یون اورانیل با تمایل به تشکیل ترکیبات پیچیده مشخص می شود. بنابراین، کمپلکس هایی با یون های فلوئور از نوع -، 4- شناخته شده اند. کمپلکس های نیترات و 2 *; کمپلکس‌های اسید سولفوریک 2 "و 4-؛ کمپلکس‌های کربناته 4" و 2 و غیره. وقتی قلیاها روی محلول‌های نمک‌های اورانیل اثر می‌کنند، رسوب‌های کمی محلول از دیورانات‌های نوع Me 2 U 2 0 7 آزاد می‌شوند (مونورانات Me 2 U0 4). از محلول ها جدا نمی شوند، آنها از طریق همجوشی اکسیدهای اورانیوم با مواد قلیایی به دست می آیند.

U(VI) در محلول های اسیدی توسط آهن، روی، آلومینیوم، هیدروسولفیت سدیم و آمالگام سدیم به U(IV) کاهش می یابد. محلول ها به رنگ سبز هستند. قلیاها از آنها هیدروکسید U0 2 (0H) 2، اسید هیدروفلوریک - فلوراید UF 4 -2.5H 2 0، اسید اگزالیک - اگزالات U(C 2 0 4) 2 -6H 2 0 ته نشین می شوند. یون U 4+ تمایل به کمپلکس هایی کمتر از یون های اورانیل تشکیل می دهند.

اورانیوم (IV) در محلول به شکل یون های U 4+ است که به شدت هیدرولیز و هیدراته می شوند:

در محلول های اسیدی، هیدرولیز سرکوب می شود.

اورانیوم (VI) در محلول اکسوکاسیون اورانیل را تشکیل می دهد - U0 2 2 + ترکیبات اورانیلی متعددی شناخته شده است که نمونه هایی از آنها عبارتند از: 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، و غیره.

با هیدرولیز یون اورانیل، تعدادی کمپلکس چند هسته ای تشکیل می شود:

با هیدرولیز بیشتر، U 3 0s(0H) 2 و سپس U 3 0 8 (0H) 4 2 - ظاهر می شود.

برای تشخیص کیفی اورانیوم از روش های شیمیایی، شب تاب، رادیومتری و طیفی استفاده می شود. روش‌های شیمیایی عمدتاً مبتنی بر تشکیل ترکیبات رنگی است (به عنوان مثال، رنگ قرمز قهوه‌ای یک ترکیب با فروسیانید، زرد با پراکسید هیدروژن، آبی با معرف آرسنازو). روش درخشندگی بر اساس توانایی بسیاری از ترکیبات اورانیوم برای ایجاد درخشش زرد مایل به سبز در مواجهه با اشعه ماوراء بنفش است.

تعیین کمی اورانیوم با روش های مختلفی انجام می شود. مهمترین آنها عبارتند از: روشهای حجمی، شامل کاهش U(VI) به U(IV) و سپس تیتراسیون با محلولهای اکسید کننده. روش های وزن سنجی - رسوب اورانات، پراکسید، کاپفرانات U(IV)، هیدروکسی کینولات، اگزالات و غیره. به دنبال تکلیس در 00 درجه و وزن U 3 0s. روش های پلاروگرافی در محلول نیترات، تعیین 10*7-g10-9 گرم اورانیوم را ممکن می سازد. روش های رنگ سنجی متعدد (به عنوان مثال، با H 2 0 2 در یک محیط قلیایی، با معرف آرسنازو در حضور EDTA، با دی بنزوئیل متان، به شکل یک کمپلکس تیوسیانات و غیره). روش فلورسنت، که تعیین زمان ذوب شدن با NaF را ممکن می سازد یو 11گرم اورانیوم

235U متعلق به گروه خطر تشعشع A است، حداقل فعالیت قابل توجه MZA = 3.7-10 4 Bq، 2 3 8 و - به گروه D، MZA = 3.7-6 Bq (300 گرم) است.

محتوای مقاله

اورانوس، U (اورانیوم)، یک عنصر شیمیایی فلزی از خانواده اکتینیدها، که شامل Ac، Th، Pa، U و عناصر ترانس اورانیوم (Np، Pu، Am، Cm، Bk، Cf، Es، Fm، Md، No، Lr) است. اورانیوم به دلیل استفاده از آن در سلاح های هسته ای و انرژی هسته ای شهرت یافته است. از اکسیدهای اورانیوم برای رنگ آمیزی شیشه و سرامیک نیز استفاده می شود.

بودن در طبیعت.

محتوای اورانیوم در پوسته زمین 0.003 درصد است و در لایه سطحی زمین به صورت چهار نوع رسوب یافت می شود. اول، اینها رگه های اورانینیت یا زمین اورانیوم (دی اکسید اورانیوم UO 2) هستند که بسیار غنی از اورانیوم هستند، اما کمیاب هستند. آنها با رسوبات رادیوم همراه هستند، زیرا رادیوم محصول مستقیم تجزیه ایزوتوپی اورانیوم است. چنین رگه هایی در زئیر، کانادا (دریاچه خرس بزرگ)، جمهوری چک و فرانسه یافت می شود. دومین منبع اورانیوم کنگلومراهای سنگ معدن توریم و اورانیوم همراه با سنگ معدن سایر مواد معدنی مهم است. کنگلومراها معمولاً حاوی مقادیر کافی طلا و نقره برای بازیافت هستند و اورانیوم و توریم عناصر مرتبط هستند. ذخایر بزرگ این سنگ معدن در کانادا، آفریقای جنوبی، روسیه و استرالیا قرار دارد. سومین منبع اورانیوم، سنگ‌های رسوبی و ماسه‌سنگ‌های غنی از ماده معدنی کارنوتیت (پتاسیم اورانیل وانادات) است که علاوه بر اورانیوم، مقدار قابل توجهی وانادیم و سایر عناصر را نیز در خود دارد. چنین سنگ معدنی در ایالت های غربی ایالات متحده یافت می شود. شیل های آهن-اورانیوم و سنگ های فسفات چهارمین منبع رسوب را تشکیل می دهند. ذخایر غنی در شیل های سوئد یافت می شود. برخی از سنگ معدن های فسفات در مراکش و ایالات متحده حاوی مقادیر قابل توجهی اورانیوم هستند و ذخایر فسفات در آنگولا و جمهوری آفریقای مرکزی حتی از نظر اورانیوم غنی تر هستند. اغلب زغال سنگ ها و برخی زغال سنگ ها معمولا حاوی ناخالصی های اورانیوم هستند. ذخایر لیگنیت غنی از اورانیوم در داکوتای شمالی و جنوبی (ایالات متحده آمریکا) و ذغال سنگ قیر در اسپانیا و جمهوری چک یافت شده است.

افتتاح.

اورانوس در سال 1789 توسط شیمیدان آلمانی M. Klaproth کشف شد که این عنصر را به افتخار کشف سیاره اورانوس 8 سال قبل نامگذاری کرد. (کلاپروث شیمیدان پیشرو زمان خود بود؛ او عناصر دیگری از جمله Ce، Ti و Zr را نیز کشف کرد.) در واقع، ماده ای که کلاپروت به دست آورد، اورانیوم عنصری نبود، بلکه یک شکل اکسید شده از آن بود و اورانیوم عنصری برای اولین بار توسط آن به دست آمد. شیمیدان فرانسوی E. Peligo در سال 1841. از لحظه کشف تا قرن 20th. اورانیوم اهمیت امروزی را نداشت، اگرچه بسیاری از خواص فیزیکی آن و همچنین جرم و چگالی اتمی آن مشخص شده بود. در سال 1896، A. Becquerel ثابت کرد که نمک های اورانیوم دارای تشعشعاتی هستند که صفحه عکاسی را در تاریکی روشن می کند. این کشف شیمیدانان را برای تحقیق در زمینه رادیواکتیویته فعال کرد و در سال 1898، همسران فیزیکدان فرانسوی P. Curie و M. Sklodowska-Curie نمک های عناصر رادیواکتیو پولونیوم و رادیوم را جدا کردند و E. Rutherford، F. Soddy، K. Fayans. و دانشمندان دیگر نظریه واپاشی رادیواکتیو را توسعه دادند که پایه های شیمی هسته ای مدرن و انرژی هسته ای را بنا نهاد.

اولین استفاده از اورانیوم

اگرچه رادیواکتیویته نمک های اورانیوم شناخته شده بود، سنگ معدن های آن در ثلث اول این قرن فقط برای به دست آوردن رادیوم همراه استفاده می شد و اورانیوم یک محصول جانبی نامطلوب در نظر گرفته می شد. استفاده از آن عمدتاً در فناوری سرامیک و متالورژی متمرکز بود. اکسیدهای اورانیوم به طور گسترده ای برای رنگ آمیزی شیشه در رنگ های مختلف از زرد کم رنگ تا سبز تیره استفاده می شد که به توسعه تولید ارزان شیشه کمک کرد. امروزه محصولات این صنایع تحت اشعه ماوراء بنفش به عنوان فلورسنت شناخته می شوند. در طول جنگ جهانی اول و اندکی پس از آن، اورانیوم به شکل کاربید در تولید فولادهای ابزار، مشابه Mo و W استفاده شد. اورانیوم 4 تا 8 درصد جایگزین تنگستن شد که تولید آن در آن زمان محدود بود. برای به دست آوردن فولادهای ابزار در سالهای 1914-1926، سالانه چندین تن فرواورانیوم حاوی 30 درصد (جرم) U تولید می شد.

کاربردهای مدرن اورانیوم

صنعت اورانیوم در سال 1939 شکل گرفت، زمانی که شکافت ایزوتوپ اورانیوم 235 U انجام شد، که منجر به اجرای فنی واکنش های زنجیره ای کنترل شده شکافت اورانیوم در دسامبر 1942 شد. این تولد عصر اتم بود. ، زمانی که اورانیوم از یک عنصر ناچیز به یکی از مهمترین عناصر در زندگی جامعه تبدیل شد. اهمیت نظامی اورانیوم برای تولید بمب اتمی و استفاده از آن به عنوان سوخت در راکتورهای هسته ای باعث شد که تقاضا برای اورانیوم به طور نجومی افزایش یابد. گاهشماری رشد تقاضای اورانیوم بر اساس تاریخچه رسوبات در دریاچه خرس بزرگ (کانادا) جالب است. در سال 1930، مخلوط رزین، مخلوطی از اکسیدهای اورانیوم، در این دریاچه کشف شد و در سال 1932، فناوری تصفیه رادیوم در این منطقه ایجاد شد. از هر تن سنگ معدن (رزین مخلوط) 1 گرم رادیوم و حدود نیم تن محصول جانبی کنسانتره اورانیوم به دست آمد. با این حال، رادیوم کمی وجود داشت و استخراج آن متوقف شد. از سال 1940 تا 1942، توسعه مجدد از سر گرفته شد و سنگ معدن اورانیوم به ایالات متحده ارسال شد. در سال 1949، تصفیه اورانیوم مشابه، با برخی بهبودها، برای تولید UO 2 خالص مورد استفاده قرار گرفت. این تولید رشد کرده و اکنون یکی از بزرگترین تاسیسات تولید اورانیوم است.

خواص.

اورانیوم یکی از سنگین ترین عناصر موجود در طبیعت است. فلز خالص بسیار متراکم، انعطاف پذیر، الکترومثبت با رسانایی الکتریکی کم و بسیار واکنش پذیر است.

اورانیوم دارای سه تغییر آلوتروپیک است: آ-اورانیوم (شبکه کریستالی متعامد)، در محدوده دمای اتاق تا 668 درجه سانتیگراد وجود دارد. ب-اورانیوم (شبکه بلوری پیچیده از نوع چهارضلعی)، پایدار در محدوده 668-774 درجه سانتیگراد. g-اورانیوم (شبکه کریستالی مکعبی در مرکز بدن)، پایدار از 774 درجه سانتیگراد تا نقطه ذوب (1132 درجه سانتیگراد). از آنجایی که همه ایزوتوپ های اورانیوم ناپایدار هستند، همه ترکیبات آن رادیواکتیویته را نشان می دهند.

ایزوتوپ های اورانیوم

238 U، 235 U، 234 U در طبیعت به نسبت 99.3: 0.7: 0.0058 و 236 U در مقادیر کمی رخ می دهد. تمام ایزوتوپ های دیگر اورانیوم از 226 U تا 242 U به طور مصنوعی به دست می آیند. ایزوتوپ 235 U از اهمیت ویژه ای برخوردار است. تحت تأثیر نوترون های آهسته (حرارتی)، تقسیم می شود و انرژی عظیمی آزاد می شود. شکافت کامل 235 U منجر به آزاد شدن "معادل انرژی حرارتی" 2H 10 7 kWh h/kg می شود. از شکافت 235 U می توان نه تنها برای تولید مقادیر زیادی انرژی، بلکه برای سنتز سایر عناصر مهم اکتینید نیز استفاده کرد. اورانیوم ایزوتوپ طبیعی را می توان در راکتورهای هسته ای برای تولید نوترون های تولید شده از شکافت 235 U استفاده کرد، در حالی که نوترون های اضافی که در واکنش زنجیره ای مورد نیاز نیستند، می توانند توسط ایزوتوپ طبیعی دیگری جذب شوند که منجر به تولید پلوتونیوم می شود:

هنگامی که 238 U با نوترون های سریع بمباران می شود، واکنش های زیر رخ می دهد:

طبق این طرح، رایج‌ترین ایزوتوپ 238 U را می‌توان به پلوتونیوم-239 تبدیل کرد که مانند 235 U، تحت تأثیر نوترون‌های کند نیز قابلیت شکافت را دارد.

در حال حاضر، تعداد زیادی ایزوتوپ مصنوعی اورانیوم به دست آمده است. در میان آنها، 233 U به ویژه قابل توجه است زیرا در هنگام تعامل با نوترون های کند نیز شکافت می شود.

برخی دیگر از ایزوتوپ های مصنوعی اورانیوم اغلب به عنوان ردیاب رادیواکتیو در تحقیقات شیمیایی و فیزیکی استفاده می شوند. این اول از همه است ب- امیتر 237 U و آ- امیتر 232 U.

اتصالات.

اورانیوم، یک فلز بسیار واکنش پذیر، دارای حالت های اکسیداسیون از +3 تا +6، نزدیک به بریلیم در سری فعالیت، با تمام غیر فلزات تعامل دارد و ترکیبات بین فلزی را با Al، Be، Bi، Co، Cu، Fe، Hg تشکیل می دهد. ، Mg، Ni، Pb، Sn و Zn. اورانیوم ریز خرد شده به ویژه واکنش پذیر است و در دمای بالای 500 درجه سانتی گراد اغلب وارد واکنش های مشخصه هیدرید اورانیوم می شود. اورانیوم توده ای یا براده ها در دمای 700-1000 درجه سانتیگراد به خوبی می سوزند و بخار اورانیوم در دمای 150-250 درجه سانتیگراد می سوزد؛ اورانیوم با HF در دمای 200-400 درجه سانتیگراد واکنش می دهد و UF 4 و H 2 را تشکیل می دهد. اورانیوم به آرامی در HF غلیظ یا H 2 SO 4 و 85 درصد H 3 PO 4 حتی در دمای 90 درجه سانتی گراد حل می شود، اما به راحتی با غلظت واکنش نشان می دهد. HCl و با HBr یا HI کمتر فعال است. فعال ترین و سریع ترین واکنش های اورانیوم با HNO 3 رقیق و غلیظ با تشکیل نیترات اورانیوم رخ می دهد. زیر را ببینید). در حضور HCl، اورانیوم به سرعت در اسیدهای آلی حل می شود و نمک های آلی U4+ را تشکیل می دهد. بسته به درجه اکسیداسیون، اورانیوم چندین نوع نمک را تشکیل می دهد (مهمترین آنها با U 4+ است، یکی از آنها UCl 4 یک نمک سبز رنگ است که به راحتی اکسید می شود). نمک های اورانیل (رادیکال UO 2 2 + ) از نوع UO 2 (NO 3) 2 زرد رنگ و سبز فلورسانس هستند. نمک های اورانیل با حل کردن اکسید آمفوتریک UO 3 (رنگ زرد) در یک محیط اسیدی تشکیل می شوند. در یک محیط قلیایی، UO 3 اورانات هایی مانند Na 2 UO 4 یا Na 2 U 2 O 7 را تشکیل می دهد. ترکیب اخیر ("اورانیل زرد") برای ساخت لعاب های چینی و در تولید شیشه های فلورسنت استفاده می شود.

هالیدهای اورانیوم به طور گسترده ای در سال های 1940-1950 مورد مطالعه قرار گرفتند، زیرا از آنها برای توسعه روش هایی برای جداسازی ایزوتوپ های اورانیوم برای بمب اتمی یا راکتور هسته ای استفاده می شد. تری فلوراید اورانیوم UF 3 از احیای UF 4 با هیدروژن و تترا فلوراید اورانیوم UF 4 به روش های مختلف با واکنش HF با اکسیدهایی مانند UO 3 یا U 3 O 8 یا با احیای الکترولیتی ترکیبات اورانیل به دست می آید. هگزا فلوراید اورانیوم UF 6 از فلوئوراسیون U یا UF 4 با فلوئور عنصری یا با اثر اکسیژن روی UF 4 به دست می آید. هگزا فلوراید بلورهای شفاف با ضریب شکست بالا در دمای 64 درجه سانتیگراد (1137 میلی متر جیوه) تشکیل می دهد. این ترکیب فرار است (در فشار معمولی در دمای 56.54 درجه سانتیگراد تصعید می شود). اگزوهالیدهای اورانیوم، به عنوان مثال، اکسوفلووریدها، دارای ترکیب UO 2 F 2 (اورانیل فلوراید)، UOF 2 (دی فلورید اکسید اورانیوم) هستند.

و زحل)، اول از همه، به دلیل حرکت غیرمعمول خود به دور خورشید قابل توجه است، یعنی، بر خلاف تمام سیارات دیگر، اورانوس "عقب نشین" می چرخد. چه مفهومی داره؟ و واقعیت این است که اگر سیارات دیگر، از جمله زمین ما، مانند فرهای چرخان متحرک باشند (در اثر پیچش، تغییر روز و شب رخ می دهد)، اورانوس مانند یک توپ غلتان است و در نتیجه تغییر روز/ شب، و همچنین فصول در این سیارات به طور قابل توجهی متفاوت است.

چه کسی اورانوس را کشف کرد

اما اجازه دهید داستان خود را در مورد این سیاره غیر معمول با تاریخچه کشف آن آغاز کنیم. سیاره اورانوس توسط ستاره شناس انگلیسی ویلیام هرشل در سال 1781 کشف شد. جالب اینجاست که ستاره شناس با مشاهده حرکت غیرمعمول آن، ابتدا آن را با آن اشتباه گرفت و تنها پس از چند سال رصد، وضعیت سیاره ای را دریافت کرد. هرشل می خواست آن را "ستاره جورج" بنامد، اما جامعه علمی نام پیشنهادی یوهان بود - اورانوس را به افتخار خدای باستانی اورانوس، که مظهر آسمان است، ترجیح داد.

خدای اورانوس در اساطیر باستان قدیمی ترین خدایان، خالق همه چیز و همه (از جمله خدایان دیگر) و همچنین پدربزرگ خدای برتر زئوس (مشتری) است.

ویژگی های سیاره اورانوس

اورانیوم 14.5 برابر سنگین تر از زمین ماست. با این وجود، این سیاره سبک ترین سیاره در میان سیارات غول پیکر است، زیرا سیاره همسایه آن، اگرچه اندازه کوچکتر دارد، اما جرم بیشتری از اورانوس دارد. سبکی نسبی این سیاره به دلیل ترکیب آن است که بخش قابل توجهی از آن یخ است و یخ اورانوس متنوع ترین است: آمونیاک، آب و یخ متان وجود دارد. چگالی اورانوس 1.27 گرم بر سانتی متر مکعب است.

دمای اورانوس

دمای اورانوس چقدر است؟ به دلیل فاصله اش از خورشید، طبیعتاً بسیار سرد است و نکته اینجا فقط دور بودن آن نیست، بلکه این واقعیت است که گرمای درونی اورانوس چندین برابر سیارات دیگر کمتر است. جریان گرمای سیاره بسیار کم است، کمتر از زمین. در نتیجه، یکی از پایین ترین دماهای منظومه شمسی در اورانوس ثبت شد - 224 درجه سانتیگراد، که حتی کمتر از دمای نپتون است که حتی دورتر از خورشید قرار دارد.

آیا زندگی در اورانوس وجود دارد؟

در دمایی که در پاراگراف بالا توضیح داده شد، بدیهی است که منشا حیات در اورانوس ممکن نیست.

جو اورانوس

جو اورانوس چگونه است؟ جو این سیاره به لایه هایی تقسیم می شود که بر اساس دما و سطح تعیین می شود. لایه بیرونی جو از فاصله 300 کیلومتری از سطح معمولی سیاره شروع می شود و تاج جوی نامیده می شود؛ این قسمت سردترین قسمت جو است. استراتوسفر و تروپوسفر بیشتر به سطح نزدیکتر هستند. دومی پایین ترین و متراکم ترین قسمت جو سیاره است. تروپوسفر اورانوس ساختار پیچیده ای دارد: از ابرهای آبی، ابرهای آمونیاکی و ابرهای متان که به شکلی آشفته با هم مخلوط شده اند، تشکیل شده است.

ترکیب اتمسفر اورانوس به دلیل محتوای بالای هلیوم و هلیوم مولکولی با جو سیارات دیگر متفاوت است. همچنین، بخش زیادی از جو اورانوس متعلق به متان است، یک ترکیب شیمیایی که 2.3٪ از کل مولکول های جو آنجا را تشکیل می دهد.

عکس سیاره اورانوس

سطح اورانوس

سطح اورانوس از سه لایه تشکیل شده است: یک هسته سنگی، یک گوشته یخی و یک پوسته بیرونی هیدروژن و هلیوم که در حالت گازی هستند. همچنین شایان ذکر است عنصر مهم دیگری که بخشی از سطح اورانوس است - یخ متان است که چیزی را ایجاد می کند که به آن رنگ آبی مشخص سیاره می گویند.

دانشمندان همچنین از طیف سنجی برای تشخیص مونوکسید کربن و دی اکسید کربن در لایه های بالایی جو استفاده کردند.

بله، اورانوس نیز حلقه هایی دارد (همانند سیارات غول پیکر دیگر)، البته نه به بزرگی و زیبایی حلقه های همکارش. برعکس، حلقه‌های اورانوس کم‌نور و تقریباً نامرئی هستند، زیرا از ذرات بسیار تاریک و کوچک تشکیل شده‌اند که قطر آنها از یک میکرومتر تا چند متر متغیر است. جالب اینجاست که حلقه‌های اورانوس زودتر از حلقه‌های سیارات دیگر به استثنای زحل کشف شده‌اند؛ حتی کاشف سیاره دبلیو هرشل ادعا کرد که حلقه‌هایی را در اورانوس دیده است، اما پس از آن باور نکردند، زیرا تلسکوپ‌های سیاره اورانوس را باور نکردند. آن زمان قدرت کافی برای دیگر اخترشناسان برای تایید آنچه هرشل دید را نداشت. تنها دو قرن بعد، در سال 1977، ستاره شناسان آمریکایی جیمسون الیوت، داگلاس مینکام و ادوارد دانهام با استفاده از رصدخانه کویپر توانستند حلقه های اورانوس را با چشمان خود رصد کنند. علاوه بر این، این به طور تصادفی اتفاق افتاد، زیرا دانشمندان به سادگی قصد داشتند جو سیاره را مشاهده کنند و بدون انتظار، حضور حلقه ها را کشف کردند.

در حال حاضر 13 حلقه شناخته شده از اورانوس وجود دارد که درخشان ترین آنها حلقه اپسیلون است. حلقه های این سیاره نسبتاً جوان هستند و پس از تولد آن شکل گرفته اند. فرضیه ای وجود دارد که حلقه های اورانوس از بقایای برخی از ماهواره های ویران شده سیاره تشکیل شده اند.

قمرهای اورانوس

در مورد قمرها، به نظر شما اورانوس چند قمر دارد؟ و او 27 مورد از آنها را دارد (حداقل آنهایی که در حال حاضر شناخته شده اند). بزرگترین آنها عبارتند از: میراندا، آریل، آمبریل، اوبرون و تیتانیا. تمام قمرهای اورانوس مخلوطی از سنگ و یخ هستند، به استثنای میراندا که تماماً از یخ ساخته شده است.

این همان چیزی است که ماهواره های اورانوس در مقایسه با خود سیاره به نظر می رسند.

بسیاری از ماهواره ها جو ندارند و برخی از آنها در داخل حلقه های سیاره حرکت می کنند که از طریق آن به آنها ماهواره های داخلی نیز می گویند و همه آنها ارتباط قوی با منظومه حلقه ای اورانوس دارند. دانشمندان معتقدند که قمرهای زیادی توسط اورانوس تسخیر شده اند.

چرخش اورانوس

چرخش اورانوس به دور خورشید شاید جالب ترین ویژگی این سیاره باشد. از آنجایی که در بالا نوشتیم، اورانوس به طور متفاوتی نسبت به سایر سیارات، یعنی «پس‌رونده» می‌چرخد، درست مانند توپی که روی زمین می‌غلتد. در نتیجه، تغییر روز و شب (در درک معمول ما) در اورانوس تنها در نزدیکی استوای سیاره رخ می دهد، علیرغم این واقعیت که این سیاره بسیار پایین بالای افق قرار دارد، تقریباً مانند عرض های جغرافیایی قطبی. روی زمین. در مورد قطب های سیاره، "روز قطبی" و "شب قطبی" هر 42 سال زمینی یک بار جایگزین یکدیگر می شوند.

در مورد سال اورانوس، یک سال برابر با 84 سال زمینی ما است؛ در این مدت است که سیاره در مدار خود به دور خورشید می چرخد.

پرواز به اورانوس چقدر طول می کشد؟

مدت زمان پرواز اورانوس از زمین چقدر است؟ اگر با فناوری های مدرن، پرواز به نزدیک ترین همسایگان ما، زهره و مریخ، چندین سال طول بکشد، آنگاه پرواز به سیارات دوردستی مانند اورانوس می تواند چندین دهه طول بکشد. تا به امروز، تنها یک فضاپیما چنین سفری را انجام داده است: وویجر 2، که توسط ناسا در سال 1977 پرتاب شد، در سال 1986 به اورانوس رسید، همانطور که می بینید، پرواز یک طرفه تقریباً یک دهه طول کشید.

همچنین قرار بود دستگاه کاسینی را که مشغول مطالعه زحل بود به اورانوس بفرستد، اما پس از آن تصمیم گرفته شد کاسینی را در نزدیکی زحل ترک کند، جایی که اخیراً درگذشت - در سپتامبر 2017.

• سه سال پس از کشف، سیاره اورانوس محل انتشار یک جزوه طنز شد. نویسندگان داستان های علمی تخیلی اغلب در آثار علمی تخیلی خود از این سیاره یاد می کنند.
• اورانوس را می توان در آسمان شب با چشم غیرمسلح دید، فقط باید بدانید به کجا نگاه کنید و آسمان باید کاملاً تاریک باشد (که متاسفانه در شهرهای مدرن امکان پذیر نیست).
• در سیاره اورانوس آب وجود دارد. اما آب اورانوس مانند یخ یخ زده است.
• سیاره اورانوس با اطمینان می تواند جایزه "سردترین سیاره" در منظومه شمسی را دریافت کند.

سیاره اورانوس، ویدئو

و در پایان یک ویدیوی جالب در مورد سیاره اورانوس.

این مقاله به زبان انگلیسی موجود است - .