Urano metalai. Kodėl uranas ir jo junginiai pavojingi? Urano izotopų taikymas ir tipai

Iš kur atsirado uranas? Labiausiai tikėtina, kad jis pasirodo supernovos sprogimo metu. Faktas yra tas, kad sunkesnių už geležį elementų nukleosintezei turi būti galingas neutronų srautas, kuris įvyksta būtent supernovos sprogimo metu. Atrodytų, kad tuomet, kondensuojantis iš jo suformuoto naujų žvaigždžių sistemų debesies, uranas, susikaupęs protoplanetiniame debesyje ir būdamas labai sunkus, turėtų nuskęsti planetų gelmėse. Bet tai netiesa. Uranas yra radioaktyvus elementas, ir kai jis išskiria šilumą. Skaičiavimai rodo, kad jei uranas būtų tolygiai pasiskirstęs visame planetos storyje, bent jau tokios koncentracijos kaip paviršiuje, jis išskirtų per daug šilumos. Be to, jo srautas turėtų susilpnėti, kai sunaudojamas uranas. Kadangi nieko panašaus nepastebėta, geologai mano, kad mažiausiai trečdalis urano, o gal ir visas jo, yra susitelkę žemės plutoje, kur jo kiekis yra 2,5∙10–4%. Kodėl taip atsitiko, nėra diskutuojama.

Kur kasamas uranas? Urano Žemėje nėra taip jau mažai – pagal gausą jis yra 38 vietoje. O daugiausia šio elemento randama nuosėdinėse uolienose – anglies skalūnuose ir fosforituose: atitinkamai iki 8∙10 –3 ir 2,5∙10 –2 %. Iš viso žemės plutoje yra 10 14 tonų urano, tačiau pagrindinė problema yra ta, kad jis yra labai išsklaidytas ir nesudaro galingų telkinių. Maždaug 15 urano mineralų yra pramoninės svarbos. Tai yra urano derva – jo pagrindas yra keturiavalentis urano oksidas, urano žėrutis – įvairūs silikatai, fosfatai ir sudėtingesni junginiai su vanadžiu arba titanu šešiavalenčio urano pagrindu.

Kas yra Bekerelio spinduliai? Po to, kai Wolfgangas Rentgenas atrado rentgeno spindulius, prancūzų fizikas Antoine'as-Henri Becquerel susidomėjo urano druskų švytėjimu, kuris atsiranda saulės spindulių įtakoje. Jis norėjo suprasti, ar čia taip pat buvo rentgeno nuotraukos. Išties, jų buvo – druska per juodą popierių apšvietė fotografijos plokštelę. Tačiau viename iš eksperimentų druska nebuvo apšviesta, tačiau fotografinė plokštelė vis tiek patamsėjo. Kai tarp druskos ir fotografinės plokštės buvo įdėtas metalinis daiktas, po apačia buvo mažiau patamsėjusi. Todėl nauji spinduliai neatsirado dėl urano sužadinimo šviesa ir iš dalies nepraėjo pro metalą. Iš pradžių jie buvo vadinami „Bekkerelio spinduliais“. Vėliau buvo nustatyta, kad tai daugiausia alfa spinduliai su nedideliu beta spindulių priedu: faktas yra tas, kad pagrindiniai urano izotopai skilimo metu išskiria alfa dalelę, o antriniai produktai taip pat patiria beta skilimą.

Kiek radioaktyvus yra uranas? Uranas neturi stabilių izotopų, jie visi yra radioaktyvūs. Ilgiausiai gyvena uranas-238, kurio pusinės eliminacijos laikas yra 4,4 milijardo metų. Toliau ateina uranas-235 – 0,7 milijardo metų. Jie abu patiria alfa skilimą ir tampa atitinkamais torio izotopais. Uranas-238 sudaro daugiau nei 99% viso natūralaus urano. Dėl didžiulio pusinės eliminacijos periodo šio elemento radioaktyvumas yra mažas, be to, alfa dalelės nepajėgia prasiskverbti į žmogaus kūno paviršiuje esantį raginį sluoksnį. Jie sako, kad po darbo su uranu I.V.Kurchatovas tiesiog nusišluostė rankas nosine ir nesirgo jokiomis su radioaktyvumu susijusiomis ligomis.

Mokslininkai ne kartą kreipėsi į urano kasyklų ir perdirbimo gamyklų darbuotojų ligų statistiką. Štai, pavyzdžiui, naujausias Kanados ir Amerikos specialistų straipsnis, išanalizavęs daugiau nei 17 tūkstančių darbuotojų sveikatos duomenis Kanados Saskačevano provincijos Eldorado kasykloje 1950–1999 m. Aplinkos tyrimai, 2014, 130, 43–50, DOI:10.1016/j.envres.2014.01.002). Jie buvo grindžiami tuo, kad spinduliuotė daro stipriausią poveikį greitai besidauginančioms kraujo ląstelėms, dėl kurių atsiranda atitinkamų rūšių vėžys. Statistika parodė, kad kasyklų darbuotojai rečiau serga įvairių tipų kraujo vėžiu nei vidutiniai Kanados gyventojai. Šiuo atveju pagrindiniu spinduliuotės šaltiniu laikomas ne pats uranas, o jo generuojamas dujinis radonas ir jo skilimo produktai, kurie per plaučius gali patekti į organizmą.

Kodėl uranas yra kenksmingas?? Jis, kaip ir kiti sunkieji metalai, yra labai toksiškas ir gali sukelti inkstų bei kepenų nepakankamumą. Kita vertus, uranas, būdamas išsklaidytas elementas, neišvengiamai yra vandenyje, dirvožemyje ir, susikaupęs maisto grandinėje, patenka į žmogaus organizmą. Galima pagrįstai manyti, kad evoliucijos procese gyvos būtybės išmoko neutralizuoti natūralios koncentracijos uraną. Uranas yra pavojingiausias vandenyje, todėl PSO nustatė ribą: iš pradžių buvo 15 µg/l, tačiau 2011 m. norma buvo padidinta iki 30 µg/g. Urano vandenyje paprastai yra daug mažiau: JAV vidutiniškai 6,7 µg/l, Kinijoje ir Prancūzijoje – 2,2 µg/l. Tačiau yra ir stiprių nukrypimų. Tad kai kuriose Kalifornijos vietovėse jis šimtą kartų viršija standartą – 2,5 mg/l, o Pietų Suomijoje siekia 7,8 mg/l. Ar PSO standartas nėra per griežtas, tyrėjai bando suprasti urano poveikį gyvūnams. Čia yra tipiškas darbas ( BioMed Research International, 2014 m., ID 181989; DOI:10.1155/2014/181989). Prancūzų mokslininkai devynis mėnesius šėrė žiurkes vandeniu nusodrintojo urano priedais, o gana didelėmis koncentracijomis – nuo ​​0,2 iki 120 mg/l. Apatinė reikšmė yra vanduo prie kasyklos, o viršutinė reikšmė niekur nerasta - didžiausia urano koncentracija, išmatuota Suomijoje, yra 20 mg/l. Autorių nuostabai - straipsnis vadinamas: „Netikėtas pastebimo urano poveikio fiziologinėms sistemoms nebuvimas...“ - uranas praktiškai neturėjo įtakos žiurkių sveikatai. Gyvūnai gerai maitinosi, tinkamai priaugo svorio, nesiskundė ligomis ir nemirė nuo vėžio. Uranas, kaip ir turėtų būti, daugiausia nusėdo inkstuose ir kauluose, o šimtą kartų mažesniais kiekiais – kepenyse, o jo kaupimasis priklausė nuo jo kiekio vandenyje. Tačiau tai nesukėlė inkstų nepakankamumo ar net pastebimų molekulinių uždegimo žymenų atsiradimo. Autoriai pasiūlė pradėti griežtų PSO gairių peržiūrą. Tačiau yra vienas įspėjimas: poveikis smegenims. Urano žiurkių smegenyse buvo mažiau nei kepenyse, tačiau jo kiekis nepriklausė nuo kiekio vandenyje. Tačiau uranas paveikė smegenų antioksidacinės sistemos funkcionavimą: katalazės aktyvumas padidėjo 20%, glutationo peroksidazės - 68-90%, o superoksido dismutazės aktyvumas sumažėjo 50%, nepriklausomai nuo dozės. Tai reiškia, kad uranas aiškiai sukėlė oksidacinį stresą smegenyse ir organizmas į tai sureagavo. Šis poveikis – stiprus urano poveikis smegenims, nesant jo kaupimosi jose, beje, taip pat ir lytiniuose organuose – buvo pastebėtas anksčiau. Be to, vanduo su uranu, kurio koncentracija 75–150 mg/l, kuriuo Nebraskos universiteto mokslininkai šešis mėnesius šėrė žiurkes. Neurotoksikologija ir teratologija, 2005, 27, 1, 135–144; DOI:10.1016/j.ntt.2004.09.001), paveikė į lauką išleistų gyvūnų, daugiausia patinų, elgesį: jie kirto linijas, atsistojo ant užpakalinių kojų ir apsirengė kailį kitaip nei kontroliniai. Yra įrodymų, kad uranas taip pat sukelia gyvūnų atminties sutrikimą. Elgesio pokyčiai buvo koreliuojami su lipidų oksidacijos lygiu smegenyse. Pasirodo, urano vanduo padarė žiurkes sveikas, bet gana kvailas. Šie duomenys mums bus naudingi analizuojant vadinamąjį Persijos įlankos karo sindromą.

Ar uranas užteršia skalūnų dujų gamybos vietas? Tai priklauso nuo to, kiek urano yra dujų turinčiose uolienose ir kaip jis yra su jomis susijęs. Pavyzdžiui, Bafalo universiteto docentė Tracy Bank tyrinėjo Marcellus skalūną, kuris tęsiasi nuo vakarų Niujorko per Pensilvaniją ir Ohają iki Vakarų Virdžinijos. Paaiškėjo, kad uranas chemiškai susijęs būtent su angliavandenilių šaltiniu (atminkite, kad giminingi anglies skalūnai turi didžiausią urano kiekį). Eksperimentai parodė, kad skaldant naudojamas tirpalas puikiai tirpdo uraną. „Kai uranas šiuose vandenyse pasiekia paviršių, jis gali užteršti apylinkes. Tai nekelia radiacijos pavojaus, tačiau uranas yra nuodingas elementas“, – pažymima Tracy Bank universiteto pranešime spaudai, 2010 m. spalio 25 d. Išsamių straipsnių apie aplinkos užteršimo uranu ar toriu riziką gaminant skalūnų dujas kol kas neparengta.

Kam reikalingas uranas? Anksčiau jis buvo naudojamas kaip pigmentas keramikai ir spalvotam stiklui gaminti. Dabar uranas yra branduolinės energijos ir atominių ginklų pagrindas. Šiuo atveju išnaudojama jo unikali savybė – branduolio gebėjimas dalytis.

Kas yra branduolio dalijimasis? Branduolio skilimas į du nevienodus didelius gabalus. Būtent dėl ​​šios savybės vykstant nukleosintezei dėl neutronų švitinimo labai sunkiai susidaro už uraną sunkesni branduoliai. Reiškinio esmė tokia. Jei neutronų ir protonų skaičiaus santykis branduolyje nėra optimalus, jis tampa nestabilus. Paprastai toks branduolys skleidžia arba alfa dalelę – du protonus ir du neutronus, arba beta dalelę – pozitroną, kurį lydi vieno iš neutronų transformacija į protoną. Pirmuoju atveju gaunamas periodinės lentelės elementas, išdėstytas dviem langeliais atgal, antruoju - viena langeliu į priekį. Tačiau urano branduolys ne tik išskiria alfa ir beta daleles, bet ir gali dalytis – suirti į dviejų periodinės lentelės viduryje esančių elementų, pavyzdžiui, bario ir kriptono, branduolius, o tai daro gavęs naują neutroną. Šis reiškinys buvo aptiktas netrukus po radioaktyvumo atradimo, kai fizikai paveikė naujai atrastą spinduliuotę viskuo, ką galėjo. Štai kaip apie tai rašo įvykių dalyvis Otto Frisch („Fizinių mokslų pažanga“, 1968, 96, 4). Aptikęs berilio spindulius – neutronus – Enrico Fermi apšvitino jais uraną, visų pirma, kad sukeltų beta skilimą – jis tikėjosi panaudoti jį kitam, 93-iajam elementui, dabar vadinamam neptūnu, gauti. Būtent jis apšvitintame urane atrado naują radioaktyvumo tipą, kurį susiejo su transurano elementų atsiradimu. Tuo pačiu metu sulėtėjus neutronams, kurių berilio šaltinis buvo padengtas parafino sluoksniu, šis sukeltas radioaktyvumas padidėjo. Amerikiečių radiochemikas Aristide'as von Grosse'as pasiūlė, kad vienas iš šių elementų yra protaktinas, tačiau jis klydo. Tačiau Otto Hahnas, kuris tuomet dirbo Vienos universitete ir 1917 m. atrastą protaktinumą laikė savo protu, nusprendė, kad jis privalo išsiaiškinti, kokie elementai buvo gauti. Kartu su Lise Meitner 1938 m. pradžioje Hahnas, remdamasis eksperimentiniais rezultatais, pasiūlė, kad ištisos radioaktyviųjų elementų grandinės susidaro dėl daugelio neutronus sugeriančių urano-238 ir jo dukterinių elementų branduolių beta skilimo. Netrukus Lise Meitner buvo priversta bėgti į Švediją, bijodama galimų nacių represijų po Austrijos anšliuso. Hahnas, tęsęs eksperimentus su Fritzu Strassmannu, atrado, kad tarp produktų yra ir bario, elemento numeris 56, kurio jokiu būdu negalima gauti iš urano: visos urano alfa skilimo grandinės baigiasi daug sunkesniu švinu. Tyrėjus taip nustebino rezultatas, kad jie jo nepaskelbė, o tik rašė laiškus draugams, ypač Lise Meitner Geteborge. Ten, 1938 m. Kalėdas, ją aplankė jos sūnėnas Otto Frisch ir, vaikščiodami po žiemos miesto apylinkes – jis slidėmis, teta – pėsčiomis, aptarė bario atsiradimo galimybę švitinant uraną. branduolio dalijimosi rezultatas (daugiau informacijos apie Lise Meitner žr. „Chemija ir gyvenimas“, 2013 m., Nr. 4). Grįžęs į Kopenhagą, Frischas tiesiogine prasme sugavo Nielsą Bohrą laivo, išplaukiančio į JAV, koridoriuje ir papasakojo jam apie dalijimosi idėją. Boras, trenkdamas sau į kaktą, pasakė: „O, kokie mes kvailiai buvome! Turėjome tai pastebėti anksčiau“. 1939 m. sausį Frischas ir Meitneris paskelbė straipsnį apie urano branduolių dalijimąsi veikiant neutronams. Iki to laiko Otto Frisch jau buvo atlikęs kontrolinį eksperimentą, taip pat daugelis amerikiečių grupių, gavusių pranešimą iš Bohro. Jie sako, kad fizikai pradėjo skirstytis į savo laboratorijas tuoj pat per jo pranešimą 1939 m. sausio 26 d. Vašingtone kasmetinėje teorinės fizikos konferencijoje, kai suprato idėjos esmę. Po dalijimosi atradimo Hahnas ir Strassmannas peržiūrėjo savo eksperimentus ir, kaip ir jų kolegos, nustatė, kad apšvitinto urano radioaktyvumas yra susijęs ne su transuranais, o su radioaktyvių elementų, susidariusių dalijimosi metu, skilimu iš periodinės lentelės vidurio.

Kaip urane vyksta grandininė reakcija? Netrukus po to, kai buvo eksperimentiškai įrodyta urano ir torio branduolių dalijimosi galimybė (o kitų skiliųjų elementų Žemėje nėra reikšmingo kiekio), Prinstone dirbę Nielsas Bohras ir Johnas Wheeleris, taip pat, nepriklausomai nuo jų, Sovietų fizikas teoretikas Ya. I. Frenkelis ir vokiečiai Siegfried Flügge ir Gottfried von Droste sukūrė branduolio dalijimosi teoriją. Iš to seka du mechanizmai. Vienas iš jų yra susijęs su greitųjų neutronų absorbcijos slenksčiu. Pagal ją, norint inicijuoti skilimą, neutronas turi turėti gana didelę energiją, didesnę nei 1 MeV pagrindinių izotopų – urano-238 ir torio-232 – branduoliams. Esant mažesnei energijai, urano-238 neutronų sugertis turi rezonansinį pobūdį. Taigi neutrono, kurio energija yra 25 eV, gaudymo skerspjūvio plotas yra tūkstančius kartų didesnis nei kitų energijų. Tokiu atveju skilimo nebus: uranas-238 taps uranu-239, kurio pusinės eliminacijos laikas 23,54 minutės pavirs į neptūną-239, kuris su 2,33 dienos pusinės eliminacijos periodu virs ilgaamžiu. plutonis-239. Toris-232 taps uranu-233.

Antrasis mechanizmas yra neutrono sugertis be slenksčio, o po jo seka trečiasis daugiau ar mažiau paplitęs skilusis izotopas - uranas-235 (taip pat plutonis-239 ir uranas-233, kurių gamtoje nėra): sugeriant bet kurį neutroną, net lėtą, vadinamąjį šiluminį, su energija kaip molekulėms, dalyvaujančioms šiluminiame judėjime - 0,025 eV, toks branduolys suskils. Ir tai labai gerai: šiluminių neutronų gaudymo skerspjūvio plotas yra keturis kartus didesnis nei greitųjų megaelektronvoltinių neutronų. Tokia yra urano-235 reikšmė visai vėlesnei branduolinės energetikos istorijai: būtent jis užtikrina neutronų dauginimąsi gamtiniame urane. Patyręs neutroną, urano-235 branduolys tampa nestabilus ir greitai skyla į dvi nelygias dalis. Pakeliui išspinduliuojami keli (vidutiniškai 2,75) nauji neutronai. Jei jie atsitrenks į to paties urano branduolius, jie sukels neutronų eksponentinį dauginimąsi – įvyks grandininė reakcija, dėl kurios greitai išsiskiriantis didžiulis šilumos kiekis sukels sprogimą. Nei uranas-238, nei toris-232 negali taip veikti: juk dalijimosi metu išskiriami neutronai, kurių vidutinė energija yra 1–3 MeV, tai yra, jei yra 1 MeV energijos slenkstis, nemaža dalis neutronai tikrai nesugebės sukelti reakcijos, nebus ir dauginimosi. Tai reiškia, kad šiuos izotopus reikia pamiršti, o neutronus teks sulėtinti iki šiluminės energijos, kad jie kuo efektyviau sąveikautų su urano-235 branduoliais. Tuo pačiu metu negalima leisti jų rezonansinės absorbcijos uranu-238: juk gamtiniame urane šis izotopas yra šiek tiek mažesnis nei 99,3%, o neutronai dažniau susiduria su juo, o ne su tiksliniu uranu-235. O veikiant kaip moderatorius, galima palaikyti pastovų neutronų dauginimąsi ir užkirsti kelią sprogimui – valdyti grandininę reakciją.

Ya. B. Zeldovich ir Yu. B. Khariton tais pačiais lemtingais 1939 metais atliktas skaičiavimas parodė, kad tam reikia naudoti neutronų moderatorių sunkiojo vandens arba grafito pavidalu ir sodrinti natūralų uraną uranu. 235 bent 1,83 karto. Tada ši idėja jiems atrodė gryna fantazija: „Reikėtų pažymėti, kad maždaug dvigubai prisodrina tuos gana reikšmingus urano kiekius, kurių reikia grandininiam sprogimui įvykdyti,<...>yra labai sudėtinga užduotis, artima praktiškai neįmanomam“. Dabar ši problema išspręsta, o branduolinė pramonė elektrinėms masiškai gamina uraną, prisodrintą uranu-235 iki 3,5%.

Kas yra spontaniškas branduolio dalijimasis? 1940 m. G. N. Flerovas ir K. A. Petržakas atrado, kad urano skilimas gali įvykti savaime, be jokios išorinės įtakos, nors pusinės eliminacijos laikas yra daug ilgesnis nei įprasto alfa skilimo atveju. Kadangi toks dalijimasis taip pat gamina neutronus, jei jiems neleidžiama ištrūkti iš reakcijos zonos, jie bus grandininės reakcijos iniciatoriai. Būtent šis reiškinys naudojamas kuriant branduolinius reaktorius.

Kodėl reikalinga branduolinė energija? Zeldovičius ir Kharitonas buvo vieni pirmųjų, kurie apskaičiavo ekonominį branduolinės energijos poveikį (Uspekhi Fizicheskikh Nauk, 1940, 23, 4). „...Šiuo metu dar neįmanoma padaryti galutinių išvadų apie galimybę ar negalimumą atlikti branduolio dalijimosi reakciją su be galo išsišakojusiomis grandinėmis urane. Jei tokia reakcija yra įmanoma, reakcijos greitis automatiškai koreguojamas, kad būtų užtikrinta sklandi jos eiga, nepaisant milžiniško eksperimentatoriaus turimo energijos kiekio. Ši aplinkybė itin palanki reakcijos energijos panaudojimui. Todėl pateiksime – nors tai yra nenužudyto lokio odos dalinys – kai kuriuos skaičius, apibūdinančius urano energijos panaudojimo galimybes. Jei dalijimosi procesas vyksta su greitaisiais neutronais, reakcija užfiksuoja pagrindinį urano izotopą (U238), tada<исходя из соотношения теплотворных способностей и цен на уголь и уран>kalorijos, gaunamos iš pagrindinio urano izotopo, yra maždaug 4000 kartų pigesnės nei iš anglies (nebent, žinoma, „degimo“ ir šilumos pašalinimo procesai urano atveju yra daug brangesni nei anglies atveju). Lėtųjų neutronų atveju „urano“ kalorijos kaina (remiantis aukščiau pateiktais skaičiais), atsižvelgiant į tai, kad U235 izotopo gausa yra 0,007, jau tik 30 kartų pigesnė už „anglies“ kaloriją, visi kiti dalykai yra vienodi“.

Pirmąją valdomą grandininę reakciją 1942 metais atliko Enrico Fermi iš Čikagos universiteto, o reaktorius buvo valdomas rankiniu būdu – stumiant ir išstumiant grafito strypus, keičiantis neutronų srautui. Pirmoji elektrinė buvo pastatyta Obninske 1954 m. Pirmieji reaktoriai ne tik gamino energiją, bet ir gamino ginklams skirtą plutonį.

Kaip veikia atominė elektrinė?Šiais laikais dauguma reaktorių dirba su lėtais neutronais. Prisodrintas uranas metalo, lydinio, pavyzdžiui, aliuminio, arba oksido pavidalu dedamas į ilgus cilindrus, vadinamus kuro elementais. Jie tam tikru būdu įrengiami reaktoriuje, o tarp jų įkišti moderatoriaus strypai, kurie valdo grandininę reakciją. Laikui bėgant kuro elemente kaupiasi reaktoriaus nuodai – urano skilimo produktai, kurie taip pat geba sugerti neutronus. Kai urano-235 koncentracija nukrenta žemiau kritinės ribos, elementas išjungiamas. Tačiau jame yra daug skilimo fragmentų, turinčių stiprų radioaktyvumą, kuris bėgant metams mažėja, todėl elementai ilgą laiką išskiria didelį kiekį šilumos. Jie laikomi aušinimo baseinuose, o paskui arba užkasami, arba bandomi apdoroti – išgauti nesudegintą uraną-235, pagamintą plutonį (iš jo buvo gaminamos atominės bombos) ir kitus galimus panaudoti izotopus. Nenaudojama dalis siunčiama į kapines.

Vadinamuosiuose greituosiuose reaktoriuose arba reaktyviniuose reaktoriuose aplink elementus įrengiami atšvaitai iš urano-238 arba torio-232. Jie sulėtėja ir siunčia atgal į reakcijos zoną per greitus neutronus. Iki rezonansinio greičio sulėtėję neutronai sugeria šiuos izotopus, atitinkamai virsdami plutoniu-239 arba uranu-233, kurie gali būti atominės elektrinės kuras. Kadangi greitieji neutronai blogai reaguoja su uranu-235, jo koncentracija turi būti gerokai padidinta, tačiau tai atsiperka stipresniu neutronų srautu. Nepaisant to, kad branduolinės energijos ateitis laikomi reaktyviniais reaktoriais, nes jie pagamina daugiau branduolinio kuro nei suvartoja, eksperimentai parodė, kad juos sunku valdyti. Dabar pasaulyje liko tik vienas toks reaktorius – ketvirtajame Belojarsko AE energijos bloke.

Kaip kritikuojama branduolinė energija? Jei nekalbame apie avarijas, tai šiandien pagrindinis branduolinės energetikos priešininkų argumentų akcentas yra siūlymas prie jos efektyvumo skaičiavimo pridėti aplinkos apsaugos kaštus uždarius stotį ir dirbant su kuru. Abiem atvejais iškyla patikimo radioaktyviųjų atliekų laidojimo iššūkiai, o tai yra valstybės išlaidos. Yra nuomonė, kad jei juos perkelsite į energijos kainą, tada jo ekonominis patrauklumas išnyks.

Branduolinės energetikos šalininkų pasipriešinimas taip pat yra. Jo atstovai atkreipia dėmesį į urano-235, kuris neturi pakaitos, išskirtinumą, nes alternatyvių izotopų, skilinėjančių terminiais neutronais - plutonio-239 ir urano-233 - dėl jų pusėjimo trukmės tūkstančiai metų, gamtoje nėra. Ir jie gaunami būtent dėl ​​urano-235 skilimo. Jei jis baigsis, nuostabus natūralus neutronų šaltinis branduolinei grandininei reakcijai išnyks. Dėl tokio švaistymo žmonija ateityje neteks galimybės į energijos ciklą įtraukti torį-232, kurio atsargos kelis kartus didesnės nei urano.

Teoriškai dalelių greitintuvai gali būti naudojami greitųjų neutronų, kurių energija yra megaelektronvoltinė, srautui sukurti. Tačiau, jei kalbame, pavyzdžiui, apie tarpplanetinius skrydžius branduoliniu varikliu, įgyvendinti schemą su didelių gabaritų greitintuvu bus labai sunku. Urano-235 išeikvojimas nutraukia tokius projektus.

Kas yra ginklų klasės uranas? Tai labai prisodrintas uranas-235. Jo kritinė masė – ji atitinka medžiagos gabalo, kuriame spontaniškai vyksta grandininė reakcija, dydį – yra pakankamai maža, kad būtų galima gaminti amuniciją. Toks uranas gali būti naudojamas atominei bombai gaminti, taip pat kaip termobranduolinės bombos saugiklis.

Kokios nelaimės susijusios su urano naudojimu? Daliųjų elementų branduoliuose sukaupta energija yra milžiniška. Jei ji tampa nekontroliuojama dėl neapsižiūrėjimo ar tyčia, ši energija gali sukelti daug rūpesčių. Dvi didžiausios branduolinės nelaimės įvyko 1945 metų rugpjūčio 6 ir 8 dienomis, kai JAV oro pajėgos numetė atomines bombas ant Hirosimos ir Nagasakio, žuvo ir buvo sužeisti šimtai tūkstančių civilių. Mažesnio masto nelaimės siejamos su avarijomis atominėse elektrinėse ir branduolinio ciklo įmonėse. Pirmoji didelė avarija įvyko 1949 metais SSRS netoli Čeliabinsko esančioje gamykloje Majak, kur buvo gaminamas plutonis; Skystos radioaktyviosios atliekos atsidūrė Techos upėje. 1957 m. rugsėjį jame įvyko sprogimas, iš kurio išsiskyrė didelis kiekis radioaktyvių medžiagų. Po vienuolikos dienų sudegė Didžiosios Britanijos plutonio gamybos reaktorius Windscale, o debesis su sprogimo produktais pasklido virš Vakarų Europos. 1979 metais Pensilvanijos valstijoje sudegė Three Mail Island atominės elektrinės reaktorius. Plačiausias pasekmes sukėlė avarijos Černobylio atominėje elektrinėje (1986 m.) ir Fukušimos atominėje elektrinėje (2011 m.), kai milijonai žmonių buvo paveikti radiacijos. Pirmieji buvo prišiukšlinti didžiuliai plotai, dėl kurių sprogimo metu išsiskyrė 8 tonos urano kuro ir skilimo produktų, kurie išplito visoje Europoje. Antrasis užterštas ir praėjus trejiems metams po avarijos ir toliau teršia Ramųjį vandenyną žvejybos rajonuose. Šių nelaimingų atsitikimų padarinių likvidavimas buvo labai brangus, o išskaidžius šias išlaidas į elektros kainą, jos gerokai padidėtų.

Atskira problema – pasekmės žmonių sveikatai. Remiantis oficialia statistika, daugelis žmonių, išgyvenusių bombardavimą ar gyvenusių užterštose vietose, gavo naudos iš radiacijos – pirmųjų gyvenimo trukmė ilgesnė, antrųjų rečiau serga vėžiu, o tam tikrą mirtingumo padidėjimą ekspertai sieja su socialiniu stresu. Žmonių, žuvusių būtent dėl ​​nelaimingų atsitikimų padarinių arba dėl jų likvidavimo, skaičius siekia šimtus žmonių. Atominių elektrinių priešininkai atkreipia dėmesį, kad dėl avarijų Europos žemyne ​​žuvo keli milijonai pirmalaikių mirčių, tačiau statistikos kontekste jos tiesiog nematomos.

Nelaimingų atsitikimų zonose pašalinus žemes iš žmonių naudojimo, gaunamas įdomus rezultatas: jos tampa savotiškais gamtos draustiniais, kuriuose auga biologinė įvairovė. Tiesa, kai kurie gyvūnai serga su radiacija susijusiomis ligomis. Klausimas, kaip greitai jie prisitaikys prie padidėjusio fono, lieka atviras. Taip pat yra nuomonė, kad lėtinio švitinimo pasekmė – „atranka kvailiams“ (žr. „Chemija ir gyvenimas“, 2010, Nr. 5): net embrioninėje stadijoje išgyvena primityvesni organizmai. Visų pirma, kalbant apie žmones, tai turėtų lemti protinių gebėjimų sumažėjimą kartos, gimusios užterštose vietose netrukus po avarijos.

Kas yra nusodrintas uranas? Tai yra uranas-238, likęs nuo jo atskyrus uraną-235. Ginklinio urano ir kuro elementų gamybos atliekų kiekiai dideli – vien JAV tokio urano heksafluorido susikaupė 600 tūkst. tonų (dėl jo problemų žr. Chemistry and Life, 2008, Nr. 5) . Urano-235 kiekis jame yra 0,2%. Šios atliekos turi būti saugomos iki geresnių laikų, kai bus sukurti greitųjų neutronų reaktoriai ir uraną-238 bus galima perdirbti į plutonį, arba kažkaip panaudoti.

Jie rado tam panaudojimą. Uranas, kaip ir kiti pereinamieji elementai, naudojamas kaip katalizatorius. Pavyzdžiui, straipsnio autoriai ACS nano 2014 m. birželio 30 d. jie rašo, kad katalizatorius, pagamintas iš urano arba torio su grafenu, skirtas deguonies ir vandenilio peroksido redukcijai „turi didžiulį potencialą naudoti energetikos sektoriuje“. Kadangi urano tankis yra didelis, jis naudojamas kaip balastas laivams ir atsvara orlaiviams. Šis metalas taip pat tinka radiacinei apsaugai medicinos prietaisuose su radiacijos šaltiniais.

Kokie ginklai gali būti pagaminti iš nusodrintojo urano?Šarvus pradurtų sviedinių kulkos ir šerdys. Skaičiavimas čia yra toks. Kuo sviedinys sunkesnis, tuo didesnė jo kinetinė energija. Tačiau kuo didesnis sviedinys, tuo mažiau koncentruotas jo smūgis. Tai reiškia, kad reikalingi didelio tankio sunkieji metalai. Kulkos pagamintos iš švino (Uralo medžiotojai vienu metu naudojo ir vietinę platiną, kol suprato, kad tai taurusis metalas), o korpuso šerdys – iš volframo lydinio. Aplinkosaugininkai atkreipia dėmesį, kad švinas užteršia dirvą karinių operacijų ar medžioklės vietose ir geriau jį pakeisti kuo mažiau kenksmingu, pavyzdžiui, volframu. Tačiau volframas nėra pigus, o panašaus tankio uranas yra kenksmingos atliekos. Tuo pačiu metu leistinas dirvožemio ir vandens užterštumas uranu yra maždaug dvigubai didesnis nei švino. Taip atsitinka todėl, kad nepaisoma silpno nusodrintojo urano radioaktyvumo (ir jis taip pat yra 40% mažesnis nei natūralaus urano) ir atsižvelgiama į tikrai pavojingą cheminį veiksnį: uranas, kaip prisimename, yra nuodingas. Tuo pačiu metu jo tankis yra 1,7 karto didesnis nei švino, o tai reiškia, kad urano kulkų dydis gali būti sumažintas per pusę; uranas yra daug atsparesnis ugniai ir kietesnis nei švinas – šaudydamas jis mažiau išgaruoja, o pataikius į taikinį gamina mažiau mikrodalelių. Apskritai urano kulka yra mažiau teršianti nei švino kulka, nors toks urano panaudojimas nėra tiksliai žinomas.

Tačiau žinoma, kad amerikietiškų tankų šarvams sustiprinti naudojamos plokštės, pagamintos iš nusodrintojo urano (tai palengvina didelis tankis ir lydymosi temperatūra), o taip pat vietoj volframo lydinio šarvus pradurtų sviedinių šerdėse. Urano šerdis taip pat gera, nes uranas yra piroforinis: jo karštos mažos dalelės, susidariusios susidūrus su šarvais, užsidega ir padega viską aplinkui. Abi programos laikomos saugiomis nuo radiacijos. Taigi, paskaičiavus paaiškėjo, kad net metus išsėdėjus tanke su urano šarvais, užtaisytais urano šoviniais, įgula gautų tik ketvirtadalį leistinos dozės. O norint gauti metinę leistiną dozę, tokią amuniciją reikia prisukti prie odos paviršiaus 250 valandų.

Sviedinius su urano šerdimis – skirtus 30 mm orlaivių pabūklams ar artilerijos subkalibrams – amerikiečiai naudojo per pastaruosius karus, pradedant nuo 1991 m. Irako kampanijos. Tais metais jie lijo ant Irako šarvuotų dalinių Kuveite, o jų atsitraukimo metu į orlaivių pabūklus buvo iššauta 300 tonų nusodrintojo urano, iš kurių 250 tonų, arba 780 tūkst. Bosnijoje ir Hercegovinoje, bombarduojant nepripažintos Serbų Respublikos armiją, buvo išleista 2,75 tonos urano, o per Jugoslavijos armijos apšaudymą Kosovo ir Metohijos regione - 8,5 tonos, arba 31 tūkstantis šovinių. Kadangi tuo metu PSO nerimavo dėl urano naudojimo padarinių, buvo vykdoma stebėsena. Jis parodė, kad vieną salvę sudarė maždaug 300 šovinių, iš kurių 80 % buvo nusodrintojo urano. 10% pataikė į taikinius, o 82% nukrito per 100 metrų nuo jų. Likusieji išsiskirstė per 1,85 km. Į tanką atsitrenkęs sviedinys sudegė ir virto aerozoliu; urano sviedinys prasiskverbė pro lengvus taikinius kaip šarvuotus transporterius. Taigi daugiausiai pusantros tonos sviedinių Irake gali virsti urano dulkėmis. Pasak Amerikos strateginių tyrimų centro „RAND Corporation“ ekspertų, daugiau, nuo 10 iki 35% panaudoto urano virto aerozoliu. Kroatijos antiurano amunicijos aktyvistas Asafas Durakovičius, dirbęs įvairiose organizacijose nuo Rijado Karaliaus Faisalo ligoninės iki Vašingtono Urano medicinos tyrimų centro, apskaičiavo, kad vien Pietų Irake 1991 m. susidarė 3–6 tonos submikroninių urano dalelių. kurios buvo išsibarsčiusios didelėje teritorijoje, tai yra, urano užterštumas ten yra panašus į Černobylį.

Uranas nėra labai tipiškas aktinidas, žinomos penkios jo valentinės būsenos – nuo ​​2+ iki 6+. Kai kurie urano junginiai turi būdingą spalvą. Taigi trivalenčio urano tirpalai yra raudoni, keturiavalentis uranas yra žalias, o šešiavalentis uranas - jis egzistuoja uranilo jonų (UO 2) 2+ pavidalu - nuspalvina tirpalus geltonai... Tai, kad šešiavalentis uranas sudaro junginius su daugybe organinių medžiagų. kompleksą sudarončios medžiagos, pasirodė labai svarbios elemento Nr.92 ekstrahavimo technologijai.

Būdinga tai, kad išorinis urano jonų elektroninis apvalkalas visada yra visiškai užpildytas; Valentiniai elektronai yra ankstesniame elektronų sluoksnyje, 5f posluoksnyje. Jei palygintume uraną su kitais elementais, akivaizdu, kad į jį labiausiai panašus plutonis. Pagrindinis skirtumas tarp jų yra didelis urano joninis spindulys. Be to, plutonis yra stabiliausias keturiavalentėje būsenoje, o uranas – šešiavalentėje. Tai padeda juos atskirti, o tai labai svarbu: branduolinis kuras plutonis-239 gaunamas tik iš urano, o balastas – urano-238 energetiniu požiūriu. Plutonis susidaro urano masėje, ir jie turi būti atskirti!

Tačiau pirmiausia reikia gauti šią urano masę, kuri praeina per ilgą technologinę grandinę, pradedant nuo rūdos. Paprastai daugiakomponentė, urano neturinti rūda.

Lengvasis sunkiojo elemento izotopas

Kai kalbėjome apie elemento Nr.92 gavimą, sąmoningai praleidome vieną svarbų etapą. Kaip žinote, ne visas uranas gali palaikyti branduolinę grandininę reakciją. Uranas-238, kuris sudaro 99,28% natūralaus izotopų mišinio, to negali. Dėl šios priežasties uranas-238 paverčiamas plutoniu, o natūralų urano izotopų mišinį siekiama atskirti arba praturtinti urano-235 izotopu, galinčiu dalyti šiluminius neutronus.

Buvo sukurta daug metodų uranui-235 ir uranui-238 atskirti. Dažniausiai naudojamas dujų difuzijos metodas. Jo esmė ta, kad per porėtą pertvarą praleidžiant dviejų dujų mišinį, šviesa praeis greičiau. Dar 1913 metais F. Astonas tokiu būdu dalinai atskyrė neoninius izotopus.

Dauguma urano junginių normaliomis sąlygomis yra kietieji ir gali virsti dujine būsena tik labai aukštoje temperatūroje, kai apie jokius subtilius izotopų atskyrimo procesus negali būti nė kalbos. Tačiau bespalvis urano junginys su fluoru, UF 6 heksafluoridas, sublimuojasi jau 56,5 ° C temperatūroje (esant atmosferos slėgiui). UF 6 yra lakiausias urano junginys ir geriausiai tinka jo izotopams atskirti dujų difuzijos būdu.

Urano heksafluoridas pasižymi dideliu cheminiu aktyvumu. Vamzdžių, siurblių, talpyklų korozija, sąveika su mechanizmų tepimu – nedidelis, bet įspūdingas sąrašas bėdų, kurias teko įveikti difuzinių įrenginių kūrėjams. Susidūrėme su dar rimtesniais sunkumais.

Urano heksafluoridas, gautas fluorinant natūralų urano izotopų mišinį, „difuzijos“ požiūriu gali būti laikomas dviejų labai panašių molekulinių masių dujų mišiniu – 349 (235 + 19 * 6) ir 352 (238). + 19 * 6). Didžiausias teorinis atskyrimo koeficientas vienoje difuzijos stadijoje dujoms, kurių molekulinė masė labai skiriasi, yra tik 1,0043. Realiomis sąlygomis ši vertė yra dar mažesnė. Pasirodo, urano-235 koncentraciją nuo 0,72 iki 99 % galima padidinti tik kelių tūkstančių difuzijos žingsnių pagalba. Todėl urano izotopų atskyrimo įrenginiai užima keliasdešimties hektarų plotą. Akytųjų pertvarų plotas gamyklų atskyrimo kaskadose yra maždaug tokio paties dydžio.

Trumpai apie kitus urano izotopus

Gamtinis uranas, be urano-235 ir urano-238, apima uraną-234. Šio reto izotopo gausa išreiškiama skaičiumi su keturiais nuliais po kablelio. Daug lengviau prieinamas dirbtinis izotopas yra uranas-233. Jis gaunamas apšvitinant toriu branduolinio reaktoriaus neutronų sraute:

232 90 Th + 10n → 233 90 Th -β-→ 233 91 Pa -β-→ 233 92 U
Pagal visas branduolinės fizikos taisykles uranas-233, kaip nelyginis izotopas, yra padalintas šiluminiais neutronais. Ir svarbiausia, kad reaktoriuose su uranu-233 gali (ir vyksta) išplėstinis branduolinio kuro dauginimasis. Įprastame terminiame neutroniniame reaktoriuje! Skaičiavimai rodo, kad torio reaktoriuje sudegus kilogramui urano-233, jame turėtų susikaupti 1,1 kg naujo urano-233. Stebuklas, ir viskas! Sudeginome kilogramą kuro, bet kuro kiekis nesumažėjo.

Tačiau tokie stebuklai įmanomi tik naudojant branduolinį kurą.

Urano-torio ciklas terminiuose neutroniniuose reaktoriuose yra pagrindinis urano-plutonio ciklo konkurentas branduolinio kuro atgaminimui greitųjų neutronų reaktoriuose... Tiesą sakant, tik dėl to elementas Nr. 90 - toris - buvo priskirtas prie strateginė medžiaga.

Kiti dirbtiniai urano izotopai nevaidina reikšmingo vaidmens. Tik verta paminėti uraną-239 – pirmąjį izotopą urano-238 plutonio-239 transformacijų grandinėje. Jo pusinės eliminacijos laikas yra tik 23 minutės.

Urano izotopai, kurių masės skaičius didesnis nei 240, šiuolaikiniuose reaktoriuose nespėja susidaryti. Urano-240 tarnavimo laikas yra per trumpas ir jis suyra, nespėdamas užfiksuoti neutrono.

Itin galinguose termobranduolinio sprogimo neutronų srautuose urano branduolys sugeba užfiksuoti iki 19 neutronų per milijoninę sekundės dalį. Tokiu atveju gimsta urano izotopai, kurių masės skaičius nuo 239 iki 257. Apie jų egzistavimą sužinota iš tolimųjų transurano elementų – sunkiųjų urano izotopų palikuonių – atsiradimo termobranduolinio sprogimo produktuose. Patys „genties įkūrėjai“ yra per daug nestabilūs, kad beta skiltų ir pereitų į aukštesnius elementus dar ilgai prieš tai, kai branduolinių reakcijų produktai išgaunami iš sprogimo sumaišytų uolienų.

Šiuolaikiniai šiluminiai reaktoriai degina uraną-235. Jau esamuose greitųjų neutronų reaktoriuose išsiskiria bendro izotopo urano-238 branduolių energija, o jei energija yra tikras turtas, tai urano branduoliai artimiausiu metu bus naudingi žmonijai: elemento Nr. 92 energija bus naudinga. tapti mūsų egzistavimo pagrindu.

Gyvybiškai svarbu užtikrinti, kad uranas ir jo dariniai degtų tik taikių elektrinių branduoliniuose reaktoriuose, degtų lėtai, be dūmų ir liepsnos.

KITAS URANO ŠALTINIS. Šiais laikais jis tapo jūros vandeniu. Jau veikia bandomieji-pramoniniai įrenginiai, skirti uranui iš vandens išgauti naudojant specialius sorbentus: titano oksidą arba akrilo pluoštą, apdorotą tam tikrais reagentais.

KAS KIEK. 80-ųjų pradžioje urano gamyba kapitalistinėse šalyse siekė apie 50 000 g per metus (pagal U3O). Maždaug trečdalį šios sumos skyrė JAV pramonė. Antroje vietoje yra Kanada, trečioje – Pietų Afrika. Nigoras, Gabonas, Namibija. Iš Europos šalių daugiausia urano ir jo junginių pagamina Prancūzija, tačiau jo dalis buvo beveik septynis kartus mažesnė nei JAV.

NETRADICINIAI RYŠIAI. Nors ne be pagrindo teigiama, kad urano ir plutonio chemija yra geriau ištirta nei tradicinių elementų, tokių kaip geležis, chemija, chemikai vis dar atranda naujų urano junginių. Taigi 1977 metais žurnalas „Radiochemija“, XIX t., Nr. 6 pranešė apie du naujus uranilo junginius. Jų sudėtis yra MU02(S04)2-SH20, kur M yra dvivalentis mangano arba kobalto jonas. Rentgeno spindulių difrakcijos modeliai parodė, kad nauji junginiai buvo dvigubos druskos, o ne dviejų panašių druskų mišinys.

Branduolinės technologijos daugiausia pagrįstos radiochemijos metodų taikymu, kurie savo ruožtu yra pagrįsti radioaktyviųjų elementų fizinėmis, fizinėmis, cheminėmis ir toksinėmis savybėmis.

Šiame skyriuje apsiribosime trumpu pagrindinių skiliųjų izotopų – urano ir plutonio – savybių aprašymu.

Uranas

Uranas ( uranas) U - aktinidų grupės elementas, periodinės sistemos 7-0 periodas, Z=92, atominė masė 238,029; sunkiausias gamtoje.

Yra žinomi 25 urano izotopai, visi jie radioaktyvūs. Lengviausias 217U (Tj/ 2 =26 ms), sunkiausias 2 4 2 U (7 T J / 2 =i6,8 min). Yra 6 branduoliniai izomerai. Gamtiniame urane yra trys radioaktyvūs izotopai: 2 8 ir (99, 2 739%, Ti/ 2 = 4,47109 l), 2 35 U (0,7205%, G, / 2 = 7,04-109 metai) ir 2 34 U (0,0056% Ti/ 2=2,48-yuz l). Gamtinio urano savitasis radioaktyvumas yra 2,48104 Bq, padalytas beveik per pusę tarp 2 34 U ir 288 U; 2 35U įneša nedidelį indėlį (specifinis 2 zi izotopo aktyvumas gamtiniame urane yra 21 kartą mažesnis nei 2 3 8 U aktyvumas). Šiluminio neutronų gaudymo skerspjūviai yra atitinkamai 46, 98 ir 2,7 barn 2 zzi, 2 35U ir 2 3 8 U; skyriaus 527 ir 584 tvartas atitinkamai 2 zzi ir 2 z 8 ir atitinkamai; natūralus izotopų mišinys (0,7% 235U) 4,2 tvartas.

Lentelė 1. Branduolinės fizikinės savybės 2 h9 Ri ir 2 35Ts.

Lentelė 2. Neutronų gaudymas 2 35Ts ir 2 z 8 C.

Šeši urano izotopai gali savaime dalytis: 282 U, 2 zzi, 234 U, 235 U, 2 z 6 i ir 2 z 8 i. Natūralūs izotopai 2 33 ir 2 35 U dalijasi veikiami tiek šiluminių, tiek greitųjų neutronų, o 2 3 8 branduoliai gali dalytis tik tada, kai užfiksuoja neutronus, kurių energija didesnė nei 1,1 MeV. Fiksuojant mažesnės energijos neutronus, 288 U branduoliai pirmiausia virsta 2 -i9U branduoliais, kurie vėliau suyra p ir pirmiausia virsta į 2 -"*9Np, o po to į 2 39Pu. Efektyvūs skerspjūviai šiluminiam fiksavimui neutronai iš 2 34U, 2 branduoliai 35U ir 2 3 8 ir yra lygūs atitinkamai 98, 683 ir 2,7 barn. Visiškas 2 35 U dalijimasis lemia 2-107 kWh/kg „šilumos energijos ekvivalentą“. Izotopai 2 35 U ir 2 zzi naudojami kaip branduolinis kuras, galintis palaikyti dalijimosi grandininę reakciją.

Branduoliniai reaktoriai gamina n dirbtinių urano izotopų, kurių masės skaičiai 227-^240, iš kurių ilgiausiai gyvena 233 U (7 V 2 =i.62 *io 5 metai); jis gaunamas torį apšvitinant neutronais. Itin galinguose termobranduolinio sprogimo neutronų srautuose gimsta urano izotopai, kurių masės skaičius yra 239^257.

Uranas-232- technogeninis nuklidas, a emiteris, T x / 2=68,9 metų, pirminiai izotopai 2 h 6 Pu(a), 23 2 Np(p*) ir 23 2 Ra(p), dukterinis nuklidas 228 Th. Savaiminio dalijimosi intensyvumas – 0,47 padalos/s kg.

Uranas-232 susidaro dėl šių skilimų:

Nuklido *3 a Np P + -skilimas (Ti/2 =14,7 min):

Branduolinėje pramonėje 2 3 2 U susidaro kaip šalutinis produktas, kai torio kuro cikle vyksta daliojo (ginklo klasės) nuklido 2 zi sintezė. Kai 2 3 2 Th apšvitinamas neutronais, įvyksta pagrindinė reakcija:

ir dviejų pakopų šalutinė reakcija:

232 U iš torio susidaro tik su greitaisiais neutronais (E">6 MeV). Jei pradinėje medžiagoje yra 2 3°TH, tai 2 3 2 U susidarymą papildo reakcija: 2 3°TH + u-> 2 3'TH. Ši reakcija vyksta naudojant terminius neutronus. 2 3 2 U generavimas yra nepageidautinas dėl daugelio priežasčių. Jis slopinamas naudojant torį, kurio minimali koncentracija yra 2 3°TH.

2 × 2 skilimas vyksta šiomis kryptimis:

Skilimas 228 Th (tikimybė 10%, skilimo energija 5,414 MeV):

skleidžiamų alfa dalelių energija yra 5,263 MeV (31,6 proc. atvejų) ir 5,320 MeV (68,2 proc. atvejų).

• - savaiminis skilimas (tikimybė mažesnė nei ~ 12%);
• - klasterio irimas, kai susidaro 28 Mg nuklidas (skilimo tikimybė mažesnė nei 5*10" 12%):

Klasterio irimas, kai susidaro 2 nuklidas

Uranas-232 yra ilgos skilimo grandinės, apimančios nuklidus - kietųjų y kvantų skleidėjus, įkūrėjas:

^U-(3,64 dienos, a,y)-> 220 Rn-> (55,6 s, a)-> 21b Po->(0,155 s, a)-> 212 Pb-> (10,64 valandos , p, y) - > 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.

Gaminant 2 zi torio energijos cikle 2 3 2 U kaupimasis yra neišvengiamas. Intensyvi y spinduliuotė, atsirandanti dėl 2 3 2 U irimo, trukdo vystytis torio energijai. Neįprasta yra tai, kad tolygus izotopas 2 3 2 11 turi didelį skilimo skerspjūvį veikiant neutronams (75 barnai terminiams neutronams), taip pat didelį neutronų gaudymo skerspjūvį – 73 barnai. 2 3 2 U naudojamas radioaktyvaus žymeklio metodu cheminiuose tyrimuose.

2 h 2 ir yra ilgos skilimo grandinės (pagal 2 h 2 T schemą), į kurią įeina kietųjų y kvantų nuklidų skleidėjai, įkūrėjas. Gaminant 2 zi torio energijos cikle 2 3 2 U kaupimasis yra neišvengiamas. Intensyvi y spinduliuotė, atsirandanti dėl 232 U skilimo, trukdo vystytis torio energijai. Neįprasta yra tai, kad tolygus izotopas 2 3 2 U turi didelį skilimo skerspjūvį veikiant neutronams (75 barnai terminiams neutronams), taip pat didelį neutronų gaudymo skerspjūvį – 73 barnai. 2 3 2 U dažnai naudojamas radioaktyvaus žymeklio metodu cheminiuose ir fizikiniuose tyrimuose.

Uranas-233- žmogaus sukurtas radionuklidas, a-spinduliuotojas (energija 4,824 (82,7%) ir 4,783 MeV (14,9%)), Tvi= 1,585105 metų, pirminiai nuklidai 2 37Pu(a)-? 2 33Np(p +)-> 2 ззРа(р), dukterinis nuklidas 22 9Th. Branduoliniuose reaktoriuose iš torio gaunama 2 zzi: 2 z 2 Th pagauna neutroną ir virsta 2 zzT, kuris suyra į 2 zzRa, o vėliau į 2 zzi. 2 zi (nelyginis izotopas) branduoliai gali ir spontaniškai, ir skilti veikiami bet kokios energijos neutronų, todėl tinka tiek atominiams ginklams, tiek reaktorių kurui gaminti. Efektyvus dalijimosi skerspjūvis yra 533 barnai, gaudymo skerspjūvis yra 52 barnai, neutronų išeiga: vienam dalijimosi įvykiui - 2,54, vienam absorbuotam neutronui - 2,31. Kritinė 2 zzi masė yra tris kartus mažesnė už kritinę 2 35U masę (-16 kg). Savaiminio dalijimosi intensyvumas yra 720 padalijimų/s kg.

Uranas-233 susidaro dėl šių skilimų:

- (3 + -nuklido 2 skilimas 33Np (7^=36,2 min):

Pramoniniu mastu 2 zi gaunama iš 2 32 Th, apšvitinant neutronais:

Kai neutronas yra absorbuojamas, 2 zzi branduolys paprastai suskaidomas, bet kartais užfiksuoja neutroną, virsdamas 2 34 U. Nors 2 zzi paprastai dalijasi sugėręs neutroną, kartais jis išlaiko neutroną, virsdamas 2 34U. 2 zirų gamyba vykdoma tiek greituosiuose, tiek šiluminiuose reaktoriuose.

Ginklų požiūriu 2 ZZI yra palyginami su 2 39Pu: jo radioaktyvumas yra 1/7 2 39Pu aktyvumo. (Ti/2 = 159200 litrų, palyginti su 24100 litrų Pu), kritinė 2zi masė yra 60% didesnė nei ^Pu (16 kg prieš 10 kg), o savaiminio dalijimosi greitis yra 20 kartų didesnis (bth - “, palyginti su 310 10). Neutronų srautas iš 2 zzi yra tris kartus didesnis nei 2 39Pi. Branduolinio krūvio sukūrimas remiantis 2 zi reikalauja daugiau pastangų nei ^Pi. Pagrindinė kliūtis yra 232 U priemaišų buvimas 2ZZI, kurio skilimo projektų y spinduliuotė apsunkina darbą su 2ZZI ir leidžia lengvai aptikti gatavus ginklus. Be to, dėl trumpo 2 3 2 U pusinės eliminacijos periodo jis yra aktyvus alfa dalelių šaltinis. 2 zi su 1% 232 ir turi tris kartus stipresnį a-aktyvumą nei ginklų klasės plutonis ir atitinkamai didesnį radiotoksiškumą. Ši a-veikla sukelia neutronų susidarymą lengvuosiuose ginklo užtaiso elementuose. Siekiant sumažinti šią problemą, tokių elementų kaip Be, B, F, Li turėtų būti minimalus. Neutronų fono buvimas neturi įtakos sprogimo sistemų veikimui, tačiau pabūklų grandinės reikalauja aukšto lengvųjų elementų grynumo. 23 2 U kiekis ginkluose 2 klasės zis neturi viršyti 5 milijonines dalis (0,0005 proc. ) Šiluminių jėgainių reaktorių kure 2 3G buvimas nėra kenksmingas, o netgi pageidautinas, nes sumažina galimybę panaudoti uraną ginklams. 0,2 proc.

2 zi skilimas vyksta šiomis kryptimis:

Skilimas per 22 9 (tikimybė 10%, skilimo energija 4,909 MeV):

skleidžiamų jaro dalelių energija yra 4,729 MeV (1,61% atvejų), 4,784 MeV (13,2% atvejų) ir 4,824 MeV (84,4% atvejų).

• - spontaniškas dalijimasis (tikimybė
• - klasterio irimas, kai susidaro 28 Mg nuklidas (skilimo tikimybė mažesnė nei 1,3*10_13%):

Klasterio skilimas susidarant nuklidui 24 Ne (skilimo tikimybė 7,3-10-“%):

2 zzi skilimo grandinė priklauso neptūnio serijai.

Specifinis 2 zi radioaktyvumas yra 3,57-8 Bq/g, o tai atitinka -15% plutonio a-aktyvumą (ir radiotoksiškumą). Vos 1% 2 3 2 U padidina radioaktyvumą iki 212 mCi/g.

Uranas-234(Uranas II, UII) dalis gamtinio urano (0,0055%), 2,445105 metų, a-spinduliuotojas (a dalelių energija 4,777 (72%) ir

4,723 (28 %) MeV), pirminiai radionuklidai: 2 h 8 Pu(a), 234 Pa(P), 234 Np(p +),

dukterinis izotopas 2 z”-oje.

Paprastai 234 U yra pusiausvyroje su 2 h 8 u, irsta ir susidaro tokiu pat greičiu. Maždaug pusę natūralaus urano radioaktyvumo sudaro 234 U. Paprastai 234U gaunama senų gryno 2 × 8 Pu preparatų jonų mainų chromatografijos būdu. A-skilimo metu *zRi duoda 2 34U, todėl seni preparatai 2 h 8 Ru yra geri 2 34U šaltiniai. yuo g 238Pi yra po metų 776 mg 2 34U, po 3 metų

2,2 g 2 34 U. 2 34U koncentracija labai prisodrintame urane yra gana didelė dėl lengvatinio sodrinimo lengvais izotopais. Kadangi 2 34u yra stiprus y-spinduliuotojas, jo koncentracijai urane, skirtame perdirbti į kurą, taikomi apribojimai. Padidinti 234i lygiai yra priimtini reaktoriams, tačiau perdirbtame panaudotame kure jau yra nepriimtino šio izotopo kiekio.

234i skilimas vyksta šiomis kryptimis:

A-skilimas esant 2 3°Т (tikimybė 100%, skilimo energija 4,857 MeV):

skleidžiamų alfa dalelių energija yra 4,722 MeV (28,4 proc. atvejų) ir 4,775 MeV (71,4 proc. atvejų).

• - spontaniškas dalijimasis (tikimybė 1,73-10-9%).
• - klasterio irimas, kai susidaro 28 Mg nuklidas (skilimo tikimybė 1,4-10%, kitais duomenimis 3,9-10%):

• - klasterių irimas, susidarant nuklidams 2 4Ne ir 26 Ne (skilimo tikimybė 9-10", 2%, kitais duomenimis 2,3-10_11%):

Vienintelis žinomas izomeras yra 2 34ti (Tx/2 = 33,5 μs).

2 34U šiluminių neutronų sugerties skerspjūvis yra 100 barnų, o rezonansinio integralo vidurkis per įvairius tarpinius neutronus yra 700 barnų. Todėl šiluminiuose neutroniniuose reaktoriuose jis paverčiamas skiliaisiais 235U greičiau nei daug didesnis 238U kiekis (kurio skerspjūvis 2,7 barno) paverčiamas į 2 39Ru. Dėl to panaudotame kure yra mažiau 2 34U nei naujame kure.

Uranas-235 priklauso 4P+3 šeimai, galinti sukelti dalijimosi grandininę reakciją. Tai pirmasis izotopas, kuriame buvo aptikta priverstinio branduolio dalijimosi reakcija veikiant neutronams. Sugerdamas neutroną, 235U tampa 2 zbi, kuris yra padalintas į dvi dalis, išskiria energiją ir išspinduliuoja keletą neutronų. Skilęs bet kokios energijos neutronais ir galintis savaime dalytis, izotopas 2 35U yra natūralaus ufano dalis (0,72%), a-spinduliuotojas (energijos 4,397 (57%) ir 4,367 (18%) MeV), Ti/j=7,038-8 metai, motininiai nuklidai 2 35Pa, 2 35Np ir 2 39Pu, dukra - 23th. Savaiminio skilimo greitis 2 3su 0,16 dalijimosi/s kg. Skilus vienam 2 35U branduoliui, išsiskiria 200 MeV energijos = 3,210 p J, t.y. 18 TJ/mol=77 TJ/kg. Skilimo šiluminiais neutronais skerspjūvis yra 545 barnai, o greitųjų neutronų - 1,22 barnai, neutronų išeiga: vienam dalijimosi aktui - 2,5, absorbuotam neutronui - 2,08.

komentuoti. Lėto neutronų gaudymo skerspjūvis, norint gauti izotopą 2 sii (oo barn), kad bendras lėtos neutronų sugerties skerspjūvis būtų 645 barn.

• - savaiminis skilimas (tikimybė 7*10~9%);
• - klasterio skilimas, susidarant nuklidams 2 °Ne, 2 5Ne ir 28 Mg (tikimybės atitinkamai yra 8-io_10%, 8-kg 10%, 8*10",0%):

Ryžiai. 1.

Vienintelis žinomas izomeras yra 2 35n»u (7/2 = 2b min).

Savitasis aktyvumas 2 35C 7,77-4 Bq/g. Ginklinio urano (93,5% 2 35U) kritinė masė rutuliui su atšvaitu yra 15-7-23 kg.

Skilimas 2 » 5U naudojamas atominiuose ginkluose, energijos gamybai ir svarbių aktinidų sintezei. Grandininę reakciją palaiko 2 35C dalijimosi metu susidarančių neutronų perteklius.

Uranas-236Žemėje natūraliai randama nedideliais kiekiais (jo Mėnulyje yra daugiau), a-spinduliuotojas (?

Ryžiai. 2. Radioaktyvioji šeima 4/7+2 (įskaitant -з 8 и).

Atominiame reaktoriuje 2 sz sugeria šiluminį neutroną, po to dalijasi su 82% tikimybe, o su 18% tikimybe išmeta y kvantą ir virsta 2 sb ir (100 dalijusių branduolių ten 2 35U yra 22 susiformavę branduoliai 2 3 6 U) . Mažais kiekiais jis yra šviežio kuro dalis; kaupiasi, kai uranas apšvitinamas neutronais reaktoriuje, todėl naudojamas kaip panaudoto branduolinio kuro „signalizacijos įtaisas“. 2 hb ir susidaro kaip šalutinis produktas atskiriant izotopus dujų difuzijos būdu regeneruojant panaudotą branduolinį kurą. 236 U yra neutronų nuodai, susidarantys galios reaktoriuje, jo buvimą branduoliniame kure kompensuoja didelis sodrinimo lygis 2 35 U.

2 z b ir naudojamas kaip vandenyno vandenų maišymosi žymeklis.

Uranas-237,T&= 6,75 dienos, beta ir gama spinduliuotę, galima gauti iš branduolinių reakcijų:

Aptikimas 287 ir atliekamas pagal linijas su Ei = o,ob MeV (36 %), 0,114 MeV (0,06 %), 0,165 MeV (2,0 %), 0,208 MeV (23 %)

237U naudojamas radiotracer metodu cheminiuose tyrimuose. Išmatuojant atominių ginklų bandymų nuosėdų koncentraciją (2–4°Am), gaunama vertingos informacijos apie užtaiso tipą ir naudojamą įrangą.

Uranas-238- priklauso 4P+2 šeimai, dalijasi didelės energijos neutronais (daugiau nei 1,1 MeV), gali savaime dalytis, sudaro gamtinio urano (99,27%) pagrindą, a-spinduliuotojas, 7’; /2=4>468-109 metai, tiesiogiai suyra į 2 34Th, susidaro nemažai genetiškai giminingų radionuklidų, o po 18 produktų virsta 206 Рb. Gryno 2 3 8 U savitasis radioaktyvumas yra 1,22-104 Bq. Pusinės eliminacijos laikas yra labai ilgas – apie 10 16 metų, todėl skilimo tikimybė pagrindinio proceso – alfa dalelės emisijos – atžvilgiu yra tik 10" 7. Vienas kilogramas urano duoda tik 10 savaiminių skilimų per sekundę, ir per tą patį laiką alfa dalelės išskiria 20 milijonų branduolių Motininiai nuklidai: 2 4 2 Pu(a), *38ra(p-) 234Th, dukra T,/ 2 = 2 :i 4 Th.

Uranas-238 susidaro dėl šių skilimų:

2 (V0 4) 2 ] 8H 2 0. Iš antrinių mineralų dažnas hidratuotas kalcio uranilfosfatas Ca(U0 2) 2 (P0 4) 2 -8H 2 0. Neretai uraną mineraluose lydi kiti naudingi elementai – titanas. , tantalas, retieji žemės metalai. Todėl natūralu siekti sudėtingo urano turinčių rūdų perdirbimo.

Pagrindinės fizinės urano savybės: atominė masė 238,0289 amu. (g/mol); atominis spindulys 138 pm (1 pm = 12 m); jonizacijos energija (pirmasis elektronas 7,11 eV; elektroninė konfigūracija -5f36d‘7s 2; oksidacijos laipsniai 6, 5, 4, 3; GP l = 113 2, 2 °; T t,1=3818°; tankis 19,05; savitoji šiluminė talpa 0,115 JDKmol); tempiamasis stipris 450 MPa, lydymosi šiluma 12,6 kJ/mol, garavimo šiluma 417 kJ/mol, savitoji šiluma 0,115 J/(mol-K); molinis tūris 12,5 cm3/mol; charakteristika Debye temperatūra © D =200K, perėjimo į superlaidžią būseną temperatūra apie.68K.

Uranas yra sunkus, sidabriškai baltas, blizgus metalas. Jis yra šiek tiek minkštesnis už plieną, kalus, lankstus, turi nedideles paramagnetines savybes, miltelių pavidalo yra piroforinis. Uranas turi tris alotropines formas: alfa (ortorombinis, a-U, gardelės parametrai 0=285, b= 587, c=49b pm, stabilus iki 667,7°), beta (tetragonalinis, p-U, stabilus nuo 667,7 iki 774,8°), gama (su kubine kūno centre esančia grotele, y-U, esanti nuo 774,8° iki lydymosi taškų, frm= ii34 0), kuriame uranas yra kaliiausias ir patogiausias perdirbti.

Kambario temperatūroje ortorombinė a-fazė yra stabili, prizminė struktūra susideda iš banguotų atominių sluoksnių, lygiagrečių plokštumai ABC, itin asimetriškoje prizminėje gardelėje. Sluoksniuose atomai yra glaudžiai sujungti, o gretimų sluoksnių atomų ryšių stiprumas yra daug silpnesnis (4 pav.). Dėl šios anizotropinės struktūros sunku legiruoti uraną su kitais metalais. Tik molibdenas ir niobis sukuria kietosios fazės lydinius su uranu. Tačiau urano metalas gali sąveikauti su daugeliu lydinių, sudarydamas intermetalinius junginius.

668^775° diapazone yra (3-urano. Ketrakampio tipo gardelė turi sluoksniuotą struktūrą su lygiagrečiais plokštumai ab padėtyse 1/4С, 1/2 Su ir 3/4C vienetinio elemento. Esant aukštesnei nei 775° temperatūrai, susidaro y-uranas su į kūną orientuota kubine gardele. Molibdeno pridėjimas leidžia y fazei būti kambario temperatūroje. Molibdenas sudaro daugybę kietų tirpalų su y-uranu ir stabilizuoja y fazę kambario temperatūroje. y-uranas yra daug minkštesnis ir lankstesnis nei trapus a ir (3 fazės.

Neutronų apšvitinimas daro didelę įtaką urano fizinėms ir mechaninėms savybėms, padidindamas mėginio dydį, pasikeitusią formą, taip pat smarkiai pablogindamas urano blokų mechanines savybes (šliaužimą, trapumą). branduolinio reaktoriaus veikimas. Tūrio padidėjimas atsiranda dėl urano kaupimosi dalijantis mažesnio tankio elementų priemaišoms (vertimas 1% uranas į skaldymo elementus padidina tūrį 3,4 proc.

Ryžiai. 4. Kai kurios urano kristalinės struktūros: a - a-uranas, b - p-uranas.

Dažniausiai naudojami metalinio urano gavimo būdai yra jo fluoridų redukcija šarminiais arba šarminių žemių metalais arba išlydytų druskų elektrolizė. Uraną taip pat galima gauti metalotermiškai redukuojant iš karbidų su volframu arba tantalu.

Gebėjimas lengvai atsisakyti elektronų lemia urano redukcines savybes ir didesnį jo cheminį aktyvumą. Uranas gali sąveikauti su beveik visais elementais, išskyrus tauriąsias dujas, įgydamas oksidacijos laipsnius +2, +3, +4, +5, +6. Tirpale pagrindinis valentingumas yra 6+.

Metalinis uranas, greitai oksiduodamasis ore, yra padengtas švytinčia oksido plėvele. Smulkūs urano milteliai savaime užsiliepsnoja ore (1504-175° temperatūroje), sudarydami ir;) Ov. 1000° temperatūroje uranas susijungia su azotu, sudarydamas geltoną urano nitridą. Vanduo gali reaguoti su metalu lėtai žemoje temperatūroje ir greitai aukštoje temperatūroje. Uranas smarkiai reaguoja su verdančiu vandeniu ir garais, išskirdamas vandenilį, kuris sudaro hidridą su uranu

Ši reakcija yra energingesnė nei urano degimas deguonimi. Dėl šio cheminio urano aktyvumo būtina apsaugoti uraną branduoliniuose reaktoriuose nuo sąlyčio su vandeniu.

Uranas tirpsta druskos, azoto ir kitose rūgštyse, sudarydamas U(IV) druskas, bet nesąveikauja su šarmais. Uranas išstumia vandenilį iš neorganinių rūgščių ir metalų, tokių kaip gyvsidabris, sidabras, varis, alavas, platina ir auksas, tirpalų. Energingai purtant, metalinės urano dalelės pradeda švytėti.

Urano atomo elektronų apvalkalo struktūrinės savybės (^/-elektronų buvimas) ir kai kurios jo fizikinės ir cheminės savybės yra pagrindas uraną klasifikuoti kaip aktinidų serijos narį. Tačiau yra cheminė analogija tarp urano ir Cr, Mo ir W. Uranas yra labai reaktyvus ir reaguoja su visais elementais, išskyrus tauriąsias dujas. Kietoje fazėje U(VI) pavyzdžiai yra uranilo trioksidas U0 3 ir uranilo chloridas U0 2 C1 2. Urano tetrachloridas UC1 4 ir urano dioksidas U0 2

U(IV) pavyzdžiai. Medžiagos, kurių sudėtyje yra U(IV), paprastai yra nestabilios ir ilgą laiką veikiamos ore tampa šešiavalenčios.

Urano-deguonies sistemoje sumontuoti šeši oksidai: UO, U0 2, U 4 0 9 ir 3 Ov, U0 3. Jiems būdingas platus homogeniškumo diapazonas. U0 2 yra bazinis oksidas, o U0 3 yra amfoterinis. U0 3 – sąveikauja su vandeniu, sudarydamas daugybę hidratų, iš kurių svarbiausi yra diurano rūgštis H 2 U 2 0 7 ir urano rūgštis H 2 1U 4. Su šarmais U0 3 sudaro šių rūgščių druskas – uranatus. U0 3 ištirpus rūgštyse, susidaro dvigubo krūvio uranilo katijono U0 2 a+ druskos.

Stechiometrinės sudėties urano dioksidas, U0 2, yra rudas. Didėjant deguonies kiekiui okside, spalva pasikeičia iš tamsiai rudos į juodą. CaF 2 tipo kristalinė struktūra, A = 0,547 nm; tankis 10,96 g/cm"* (didžiausias tankis tarp urano oksidų). T , pl = 2875 0 , Tk „ = 3450°, D#°298 = -1084,5 kJ/mol. Urano dioksidas yra puslaidininkis, turintis skylių laidumą ir stiprų paramagnetinį. MPC = o,015 mg/m3. Netirpi vandenyje. Esant -200° temperatūrai prideda deguonies, pasiekdamas sudėtį U0 2>25.

Urano (IV) oksidas gali būti pagamintas šiomis reakcijomis:

Urano dioksidas pasižymi tik bazinėmis savybėmis, jis atitinka bazinį hidroksidą U(OH) 4, kuris vėliau paverčiamas hidratuotu hidroksidu U0 2 H 2 0. Urano dioksidas lėtai tirpsta stipriose neoksiduojančiose rūgštyse, nesant atmosferos deguonies. III+ jonų susidarymas:

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

Jis tirpsta koncentruotose rūgštyse, o tirpimo greitį galima žymiai padidinti pridedant fluoro jonų.

Ištirpinus azoto rūgštyje, susidaro uranilo jonas 1O 2 2+:

Triurano oktaoksidas U 3 0s (urano oksidas) yra milteliai, kurių spalva svyruoja nuo juodos iki tamsiai žalios; stipriai susmulkinus įgauna alyvuogių žalią spalvą. Dideli juodi kristalai palieka žalius dryžius ant porceliano. Žinomos trys U 3 0 kristalinės modifikacijos h: a-U 3 C>8 - rombinė kristalų struktūra (erdvės grupė C222; 0 = 0,671 nm; 6 = 1,197 nm; c = o,83 nm; d =0,839 nm); p-U 3 0e - rombinė kristalų struktūra (erdvės grupė Stst; 0 = 0,705 nm; 6 = 1,172 nm; 0 = 0,829 nm. Skilimo pradžia oooo° (perėjimai į 100 2), MPC = 0,075 mg/m3.

U 3 C>8 galima gauti atliekant reakciją:

Kalcinuojant U0 2, U0 2 (N0 3) 2, U0 2 C 2 0 4 3H 2 0, U0 4 -2H 2 0 arba (NH 4) 2 U 2 0 7 750 0 temperatūroje ore arba deguonies atmosferoje ( p = 150+750 mmHg) gauti stechiometriškai gryną U 3 08.

Kai U 3 0s kalcinuojamas esant T>oooo°, jis sumažėja iki 10 2, bet atvėsus ore grįžta į U 3 0s. U 3 0e tirpsta tik koncentruotose stipriose rūgštyse. Druskos ir sieros rūgštyse susidaro U(IV) ir U(VI) mišinys, o azoto rūgštyje – uranilo nitratas. Atskiestos sieros ir vandenilio chlorido rūgštys labai silpnai reaguoja su U 3 Os net kaitinamos, pridėjus oksiduojančių medžiagų (azoto rūgšties, piroliuzito) smarkiai padidėja tirpimo greitis. Koncentruotas H 2 S0 4 ištirpina U 3 Os ir susidaro U(S0 4) 2 ir U0 2 S0 4 . Azoto rūgštis ištirpdo U 3 Oe, kad susidarytų uranilo nitratas.

Urano trioksidas, U0 3 - ryškiai geltonos spalvos kristalinė arba amorfinė medžiaga. Reaguoja su vandeniu. MPC = 0,075 mg/m3.

Jis gaunamas deginant amonio poliuranatus, urano peroksidą, uranilo oksalatą 300-500° temperatūroje ir uranilo nitrato heksahidratą. Taip gaunami amorfinės struktūros oranžiniai milteliai, kurių tankis

6,8 g/cmz. IU 3 kristalinę formą galima gauti oksiduojant U 3 0 8 450°h-750° temperatūroje deguonies sraute. Yra šešios U0 3 kristalinės modifikacijos (a, (3, y> §> ?, n) - U0 3 yra higroskopinis ir drėgname ore virsta uranilo hidroksidu. Kaitinant 520°-^6oo° temperatūroje gaunamas kompozicijos junginys 1U 2>9, toliau kaitinant iki 6oo° galima gauti U 3 Os.

Vandenilis, amoniakas, anglis, šarminiai ir šarminių žemių metalai redukuoja U0 3 iki U0 2. Praleidžiant HF ir NH 3 dujų mišinį, susidaro UF 4. Esant didesniam valentingumui, uranas pasižymi amfoterinėmis savybėmis. Veikiant rūgštims U0 3 arba jų hidratams, susidaro uranilo druskos (U0 2 2+), kurios yra geltonai žalios spalvos:

Dauguma uranilo druskų gerai tirpsta vandenyje.

Susiliejus su šarmais, U03 sudaro urano rūgšties druskas – MDKH uranatus:

Su šarminiais tirpalais urano trioksidas sudaro poliurano rūgščių druskas - poliuranatus DHM 2 0y1U 3 pH^O.

Urano rūgšties druskos praktiškai netirpsta vandenyje.

Rūgštinės U(VI) savybės yra mažiau ryškios nei bazinės.

Uranas kambario temperatūroje reaguoja su fluoru. Aukštesniųjų halogenidų stabilumas mažėja nuo fluoridų iki jodidų. Fluorai UF 3, U4F17, U2F9 ir UF 4 yra nepastovūs, o UFe – lakūs. Svarbiausi fluoridai yra UF 4 ir UFe.

Ftppippiyanir okgilya t"yanya ppptrkart pagal praktiką:

Reakcija verdančiojoje sluoksnyje vykdoma pagal lygtį:

Galima naudoti fluorinančius agentus: BrF 3, CC1 3 F (Freonas-11) arba CC1 2 F 2 (Freonas-12):

Urano fluoridas (1U) UF 4 („žalia druska“) yra nuo melsvai žalsvos iki smaragdo spalvos milteliai. G 11L = yuz6°; Гк,«,.=-1730°. DN° 29 8= 1856 kJ/mol. Kristalinė struktūra monokliniška (sp. gp. C2/s; 0=1,273 nm; 5=1,075 nm; 0=0,843 nm; d= 6,7 nm; p=12b°20"; tankis 6,72 g/cm3. UF 4 yra stabilus, neaktyvus, nelakus junginys, blogai tirpus vandenyje. Geriausias UF 4 tirpiklis yra rūkstanti perchloro rūgštis HC10 4. Tirpsta oksiduojančiose rūgštyse ir susidaro uranilo druska; greitai ištirpsta karštame Al(N0 3) 3 arba AlCl 3 tirpale, taip pat boro rūgšties tirpale, parūgštintame H 2 S0 4, HC10 4 arba HC1. Kompleksinės medžiagos, jungiančios fluoro jonus, Pavyzdžiui, Fe3 +, Al3 + arba boro rūgštis, taip pat prisideda prie UF 4 tirpimo. Su kitų metalų fluoridais susidaro daug blogai tirpių dvigubų druskų (MeUFe, Me 2 UF6, Me 3 UF 7 ir kt.). NH 4 UF 5 yra pramoninės svarbos.

U(IV) fluoridas yra tarpinis preparato produktas

tiek UF6, tiek urano metalas.

UF 4 galima gauti atliekant reakcijas:

arba elektrolitiniu būdu redukuojant uranilo fluoridą.

Urano heksafluoridas UFe – kambario temperatūroje dramblio kaulo spalvos kristalai su dideliu lūžio rodikliu. Tankis

5,09 g/cmz, skysto UFe tankis - 3,63 g/cmz. Lakus junginys. Tvoag = 5^>5°> Gil=b4,5° (esant slėgiui). Sočiųjų garų slėgis pasiekia atmosferą esant 560°. Susidarymo entalpija AH° 29 8 = -211b kJ/mol. Kristalų struktūra yra ortorombinė (erdvės grupė. Rpt; 0 = 0,999 nm; fe= 0,8962 nm; c=o,5207 nm; d 5,060 nm (25°). MPC - 0,015 mg/m3. Iš kietos būsenos UF6 gali sublimuotis (sublimuotis) į dujas, aplenkdamas skystąją fazę esant įvairiems slėgiams. Sublimacijos šiluma esant 50 0 50 kJ/mg. Molekulė neturi dipolio momento, todėl UF6 nesijungia. UFr garai yra idealios dujos.

Jis gaunamas fluorui veikiant jo U junginį:

Be dujų fazės reakcijų, taip pat yra ir skystosios fazės reakcijų

pavyzdžiui, gaminant UF6 naudojant halofluoridus

Yra būdas gauti UF6 nenaudojant fluoro – oksiduojant UF 4:

UFe nereaguoja su sausu oru, deguonimi, azotu ir C0 2, bet susilietus su vandeniu, net jo pėdsakais, hidrolizuojamas:

Jis sąveikauja su dauguma metalų, sudarydamas jų fluoridus, o tai apsunkina jo saugojimo būdus. Tinkamos indų medžiagos darbui su UF6 yra: kaitinamas Ni, Monelis ir Pt, šaltyje - taip pat teflonas, visiškai sausas kvarcas ir stiklas, varis ir aliuminis. 25-0°C temperatūroje sudaro kompleksinius junginius su šarminių metalų fluoridais ir sidabru 3NaFUFr>, 3KF2UF6 tipo.

Jis gerai tirpsta įvairiuose organiniuose skysčiuose, neorganinėse rūgštyse ir visuose halofluoriduose. Inertiškas džiovinimui 0 2, N 2, C0 2, C1 2, Br 2. UFr būdinga redukcijos reakcija su dauguma grynų metalų. UF6 intensyviai reaguoja su angliavandeniliais ir kitomis organinėmis medžiagomis, todėl uždaros talpyklos su UFe gali sprogti. UF6 25-r100° diapazone sudaro kompleksines druskas su šarmų ir kitų metalų fluoridais. Ši savybė naudojama selektyviojo UF išgavimo technologijoje

Urano hidridai UH 2 ir UH 3 užima tarpinę padėtį tarp į druską panašių hidridų ir kietų vandenilio tirpalų metale hidridų.

Uranui reaguojant su azotu susidaro nitridai. U-N sistemoje yra žinomos keturios fazės: UN (urano nitridas), a-U 2 N 3 (sekvinitridas), p- U 2 N 3 ir JT If90. Neįmanoma pasiekti sudėties UN 2 (dinitridas). Urano mononitrido UN sintezė yra patikima ir gerai kontroliuojama, kurią geriausia atlikti tiesiogiai iš elementų. Urano nitridai yra miltelių pavidalo medžiagos, kurių spalva svyruoja nuo tamsiai pilkos iki pilkos spalvos; atrodo kaip metalas. JT turi kubinę į paviršių nukreiptą kristalinę struktūrą, pavyzdžiui, NaCl (0 = 4,8892 A); (/=14,324, 7^=2855°, stabilus vakuume iki 1700 0. Jis gaunamas U arba U hidridui reaguojant su N 2 arba NH 3, aukštesniųjų U nitridų skilimas 1300° temperatūroje arba jų redukcija metalu uranu. U 2 N 3 žinomas dviejų polimorfinių modifikacijų: kubinis a ir šešiakampis p (0 = 0,3688 nm, 6 = 0,5839 nm), išskiria N 2 vakuume, aukštesnėje nei 8oo°. Jis gaunamas redukuojant UN 2 vandeniliu. UN2 dinitridas sintetinamas U reaguojant su N2 esant dideliam N2 slėgiui. Urano nitridai lengvai tirpsta rūgštyse ir šarmų tirpaluose, tačiau juos skaido išlydyti šarmai.

Urano nitridas gaunamas dviejų pakopų karboterminiu urano oksido redukavimu:

Kaitinimas argone esant 7M450 0 10*20 val

Urano nitridas, kurio sudėtis yra artima dinitridui, UN 2, gali būti gaunamas veikiant UF 4 amoniaku aukštoje temperatūroje ir slėgyje.

Urano dinitridas suyra kaitinant:

Urano nitridas, prisodrintas 2 35 U, turi didesnį skilimo tankį, šilumos laidumą ir lydymosi temperatūrą nei urano oksidai – tradicinis šiuolaikinių jėgainių reaktorių kuras. Jis taip pat pasižymi geromis mechaninėmis savybėmis ir stabilumu, pranašesniu už tradicinį kurą. Todėl šis junginys laikomas perspektyviu branduolinio kuro pagrindu greitųjų neutronų reaktoriuose (IV kartos branduoliniuose reaktoriuose).

komentuoti. Labai naudinga praturtinti JT „5N“, nes .4 N linkęs gaudyti neutronus, per (n,p) reakciją generuodamas radioaktyvųjį izotopą 14 C.

Urano karbidas UC 2 (α-fazė) yra šviesiai pilka kristalinė medžiaga su metaliniu blizgesiu. U-C sistemoje (urano karbidai) yra UC 2 (?-fazė), UC 2 (b-fazė), U 2 C3 (e-fazė), UC (b-fazė) - urano karbidai. Urano dikarbidą UC 2 galima gauti atliekant šias reakcijas:

U + 2C^UC 2 (54v)

Urano karbidai naudojami kaip kuras branduoliniams reaktoriams; jie yra perspektyvūs kaip kuras kosminių raketų varikliams.

Uranilo nitratas, uranilo nitratas, U0 2 (N0 3) 2 -6H 2 0. Metalo vaidmenį šioje druskoje atlieka uranilo 2+ katijonas. Gelsvi kristalai su žalsvu atspalviu, lengvai tirpsta vandenyje. Vandeninis tirpalas yra rūgštus. Tirpus etanolyje, acetone ir eteryje, netirpus benzene, toluene ir chloroforme. Kaitinant kristalai išsilydo ir išskiria HN0 3 ir H 2 0. Kristalinis hidratas lengvai išgaruoja ore. Būdinga reakcija yra ta, kad veikiant NH 3 susidaro geltonos amonio urano nuosėdos.

Uranas gali sudaryti metalo-organinius junginius. Pavyzdžiai yra ciklopentadienilo dariniai, kurių sudėtis yra U(C5H5)4 ir jų halogenu pakeistas u(C5H5)3G arba u(C5H5)2G2.

Vandeniniuose tirpaluose uranas yra stabiliausias U(VI) oksidacijos būsenoje uranilo jono U0 2 2+ pavidalu. Mažesniu mastu jai būdinga U(IV) būsena, tačiau ji gali pasireikšti net U(III) forma. U(V) oksidacijos būsena gali egzistuoti kaip IO2+ jonas, tačiau ši būsena retai pastebima dėl jos polinkio į disproporciją ir hidrolizę.

Neutraliuose ir rūgštiniuose tirpaluose U(VI) yra U0 2 2+ – geltonojo uranilo jono pavidalu. Gerai tirpios uranilo druskos yra nitratas U0 2 (N0 3) 2, sulfatas U0 2 S0 4, chloridas U0 2 C1 2, fluoridas U0 2 F 2, acetatas U0 2 (CH 3 C00) 2. Šios druskos iš tirpalų išsiskiria kristalinių hidratų, turinčių skirtingą vandens molekulių skaičių, pavidalu. Mažai tirpios uranilo druskos yra: oksalatas U0 2 C 2 0 4, fosfatai U0 2 HP0., ir UO2P2O4, amonio uranilfosfatas UO2NH4PO4, natrio uranilo vanadatas NaU0 2 V0 4, ferocianidas (2U0. Uranilo jonui būdingas polinkis sudaryti sudėtingus junginius. Taigi žinomi kompleksai su -, 4- tipo fluoro jonais; nitratų kompleksai " ir 2*; sieros rūgšties kompleksai 2" ir 4-; karbonato kompleksai 4" ir 2" ir kt. Šarmams veikiant uranilo druskų tirpalus, išsiskiria mažai tirpios Me 2 U 2 0 7 tipo diuranatų nuosėdos (monuranatai Me 2 U0 4 nėra išskiriami iš tirpalų, jie gaunami suliejus urano oksidus su šarmais).Žinomi Me 2 U n 0 3 n+i poliuranatai (pavyzdžiui, Na 2 U60i 9).

U(VI) rūgštiniuose tirpaluose redukuoja iki U(IV) geležies, cinko, aliuminio, natrio hidrosulfito ir natrio amalgamos. Tirpalai yra žalios spalvos. Iš jų nusėda šarmai hidroksidas U0 2 (0H) 2, vandenilio fluorido rūgštis - fluoridas UF 4 -2,5H 2 0, oksalo rūgštis - oksalatas U(C 2 0 4) 2 -6H 2 0. U 4+ jonas turi tendenciją sudaro mažiau kompleksų nei uranilo jonai.

Uranas (IV) tirpale yra U 4+ jonų pavidalu, kurie yra labai hidrolizuoti ir hidratuoti:

Rūgščiuose tirpaluose hidrolizė slopinama.

Uranas (VI) tirpale sudaro uranilo oksokaciją - U0 2 2+ Yra žinoma daug uranilo junginių, kurių pavyzdžiai yra: 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 ir kt.

Hidrolizės metu uranilo jonui susidaro daugybė daugiabranduolinių kompleksų:

Toliau hidrolizuojant atsiranda U 3 0s(0H) 2, o po to U 3 0 8 (0H) 4 2 -.

Kokybiniam urano aptikimui naudojami cheminės, liuminescencinės, radiometrinės ir spektrinės analizės metodai. Cheminiai metodai daugiausia grindžiami spalvotų junginių susidarymu (pavyzdžiui, raudonai ruda junginio spalva su ferocianidu, geltona su vandenilio peroksidu, mėlyna su arsenazo reagentu). Liuminescencinis metodas pagrįstas daugelio urano junginių savybe, veikiant UV spinduliams, sukelti gelsvai žalsvą švytėjimą.

Kiekybinis urano nustatymas atliekamas įvairiais metodais. Svarbiausi iš jų yra: tūriniai metodai, kuriuos sudaro U(VI) redukcija iki U(IV), po to titravimas oksiduojančių medžiagų tirpalais; gravimetriniai metodai - uranatų, peroksido, U(IV) cupferranatų, hidroksichinolato, oksalato ir kt. po to jie kalcinuojami oooo° temperatūroje ir sveria U 3 0s; poliarografiniai metodai nitratų tirpale leidžia nustatyti 10*7-g10-9 g urano; daug kolorimetrinių metodų (pavyzdžiui, naudojant H 2 0 2 šarminėje terpėje, su arsenazo reagentu, esant EDTA, su dibenzoilmetanu, tiocianato komplekso pavidalu ir kt.); liuminescencinis metodas, leidžiantis nustatyti, kada sulydoma su NaF į Yu 11 g urano.

235U priklauso A radiacijos pavojaus grupei, minimalus reikšmingas aktyvumas yra MZA = 3,7-10 4 Bq, 2 3 8 ir - D grupei, MZA = 3,7-6 Bq (300 g).

Straipsnio turinys

URANAS, U (uranas), metalinis cheminis elementas iš aktinidų šeimos, kuriai priklauso Ac, Th, Pa, U ir transurano elementai (Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr). Uranas išpopuliarėjo dėl jo naudojimo branduoliniuose ginkluose ir branduolinėje energetikoje. Urano oksidai taip pat naudojami stiklui ir keramikai dažyti.

Buvimas gamtoje.

Urano kiekis žemės plutoje yra 0,003%, o paviršiniame žemės sluoksnyje jis randamas keturių tipų nuosėdų pavidalu. Pirma, tai yra uranito arba urano pikio (urano dioksido UO 2) gyslos, kuriose yra labai daug urano, bet retai. Juos lydi radžio nuosėdos, nes radis yra tiesioginis urano izotopinio skilimo produktas. Tokios venos aptinkamos Zaire, Kanadoje (Didysis lokių ežeras), Čekijoje ir Prancūzijoje. Antrasis urano šaltinis yra torio ir urano rūdos konglomeratai kartu su kitų svarbių mineralų rūdomis. Konglomeratuose paprastai yra pakankamai aukso ir sidabro, kuriuos reikia išgauti, o uranas ir toris yra susiję elementai. Dideli šių rūdų telkiniai yra Kanadoje, Pietų Afrikoje, Rusijoje ir Australijoje. Trečiasis urano šaltinis yra nuosėdinės uolienos ir smiltainiai, kuriuose gausu mineralinio karnotito (kalio uranilo vanadato), kuriame, be urano, yra nemažai vanadžio ir kitų elementų. Tokios rūdos randamos vakarinėse JAV valstijose. Ketvirtasis nuosėdų šaltinis yra geležies-urano skalūnai ir fosfato rūdos. Švedijos skalūnuose randama turtingų telkinių. Kai kuriose Maroko ir JAV fosfatų rūdose yra daug urano, o fosfatų telkiniai Angoloje ir Centrinėje Afrikos Respublikoje yra dar turtingesni urano. Daugumoje lignitų ir kai kurių anglių paprastai yra urano priemaišų. Šiaurės ir Pietų Dakotoje (JAV) aptikta daug urano turinčių lignito telkinių, o Ispanijoje ir Čekijoje – bituminės anglies.

Atidarymas.

Uraną 1789 metais atrado vokiečių chemikas M. Klaprothas, pavadinęs elementą Urano planetos atradimo garbei prieš 8 metus. (Klaprothas buvo pagrindinis savo laiko chemikas; jis taip pat atrado kitus elementus, įskaitant Ce, Ti ir Zr.) Iš tikrųjų Klaproto gauta medžiaga buvo ne elementinis uranas, o oksiduota jo forma, o elementinis uranas pirmą kartą buvo gautas prancūzų chemikas E. .Peligo 1841. Nuo atradimo momento iki XX a. uranas neturėjo tokios reikšmės kaip šiandien, nors buvo nustatytos daugelis jo fizinių savybių, taip pat jo atominė masė ir tankis. 1896 metais A. Becquerel nustatė, kad urano druskos turi spinduliuotę, kuri tamsoje apšviečia fotografinę plokštelę. Šis atradimas paskatino chemikus pradėti mokslinius tyrimus radioaktyvumo srityje ir 1898 m. prancūzų fizikų sutuoktiniai P. Curie ir M. Sklodowska-Curie išskyrė radioaktyviųjų elementų polonio ir radžio druskas bei E. Rutherfordą, F. Soddy, K. Fayansą. ir kiti mokslininkai sukūrė radioaktyvaus skilimo teoriją, padėjusią šiuolaikinės branduolinės chemijos ir branduolinės energijos pagrindus.

Pirmieji urano panaudojimai.

Nors urano druskų radioaktyvumas buvo žinomas, jo rūdos pirmajame šio amžiaus trečdalyje buvo naudojamos tik lydinčiam radžiui gauti, o uranas buvo laikomas nepageidaujamu šalutiniu produktu. Jo naudojimas daugiausia buvo sutelktas keramikos technologijoje ir metalurgijoje; Urano oksidai buvo plačiai naudojami stiklui dažyti nuo šviesiai geltonos iki tamsiai žalios spalvos, o tai prisidėjo prie nebrangios stiklo gamybos plėtros. Šiandien šių pramonės šakų produktai yra identifikuojami kaip fluorescenciniai ultravioletiniais spinduliais. Pirmojo pasaulinio karo metu ir netrukus po to uranas karbido pavidalu buvo naudojamas įrankių plieno gamyboje, panašiai kaip Mo ir W; 4–8% urano pakeitė volframą, kurio gamyba tuo metu buvo ribota. Įrankiniam plienui gauti 1914–1926 metais kasmet buvo pagaminama kelios tonos ferourano, turinčio iki 30% (masės) U. Tačiau toks urano panaudojimas truko neilgai.

Šiuolaikinis urano panaudojimas.

Urano pramonė pradėjo formuotis 1939 m., kai buvo atliktas urano izotopo 235 U dalijimasis, dėl kurio 1942 m. gruodžio mėn. buvo techniškai įgyvendintos kontroliuojamos grandininės urano dalijimosi reakcijos. Taip gimė atomo amžius. , kai uranas iš nereikšmingo elemento išaugo į vieną svarbiausių gyvybės visuomenės elementų. Dėl karinės urano svarbos atominės bombos gamybai ir jo kaip kuro panaudojimui branduoliniuose reaktoriuose urano paklausa astronomiškai išaugo. Įdomi yra urano paklausos augimo chronologija, pagrįsta nuosėdų istorija Didžiojo Bear ežere (Kanada). 1930 metais šiame ežere buvo aptiktas dervos mišinys – urano oksidų mišinys, o 1932 metais šioje vietoje buvo įdiegta radžio valymo technologija. Iš kiekvienos tonos rūdos (dervos mišinio) buvo gauta po 1 g radžio ir apie pusę tonos šalutinio produkto – urano koncentrato. Tačiau radžio buvo mažai ir jo kasyba buvo sustabdyta. Nuo 1940 iki 1942 m. plėtra buvo atnaujinta ir urano rūda pradėta gabenti į JAV. 1949 m. panašus urano gryninimas su tam tikrais patobulinimais buvo naudojamas grynam UO 2 gaminti. Ši gamyba išaugo ir dabar yra viena didžiausių urano gamybos įrenginių.

Savybės.

Uranas yra vienas sunkiausių gamtoje randamų elementų. Grynas metalas yra labai tankus, plastiškas, elektropozityvus, mažas elektros laidumas ir labai reaktyvus.

Uranas turi tris alotropines modifikacijas: a-uranas (ortorombinė kristalinė gardelė), egzistuoja nuo kambario temperatūros iki 668 ° C; b-uranas (sudėtinga tetragoninio tipo kristalinė gardelė), stabili 668–774°C temperatūroje; g-uranas (kūno centre kubinė kristalinė gardelė), stabili nuo 774°C iki lydymosi temperatūros (1132°C). Kadangi visi urano izotopai yra nestabilūs, visi jo junginiai pasižymi radioaktyvumu.

Urano izotopai

238 U, 235 U, 234 U gamtoje randama santykiu 99,3:0,7:0,0058, o 236 U yra nedideli kiekiai. Visi kiti urano izotopai nuo 226 U iki 242 U gaunami dirbtiniu būdu. Izotopas 235 U yra ypač svarbus. Veikiamas lėtų (terminių) neutronų, jis dalijasi, išskirdamas milžinišką energiją. Visiškas 235 U dalijimasis lemia 2H 10 7 kWh h/kg „šilumos energijos ekvivalento“ išsiskyrimą. 235 U dalijimasis gali būti naudojamas ne tik dideliems energijos kiekiams gaminti, bet ir kitiems svarbiems aktinidiniams elementams sintetinti. Gamtinis urano izotopas gali būti naudojamas branduoliniuose reaktoriuose neutronams, susidariusiems dalijantis 235 U, gaminti, o neutronų perteklių, kurio nereikia grandininei reakcijai, gali užfiksuoti kitas natūralus izotopas, todėl susidaro plutonis:

Kai 238 U yra bombarduojamas greitais neutronais, įvyksta šios reakcijos:

Pagal šią schemą labiausiai paplitęs izotopas 238 U gali būti paverstas plutoniu-239, kuris, kaip ir 235 U, taip pat gali dalytis veikiamas lėtųjų neutronų.

Šiuo metu yra gauta daug dirbtinių urano izotopų. Tarp jų 233 U yra ypač pastebimas, nes jis taip pat dalijasi sąveikaudamas su lėtais neutronais.

Kai kurie kiti dirbtiniai urano izotopai dažnai naudojami kaip radioaktyvūs atsekamieji cheminiai ir fiziniai tyrimai; tai visų pirma b- emiteris 237 U ir a- emiteris 232 U.

Jungtys.

Uranas, labai reaktyvus metalas, turi oksidacijos būsenas nuo +3 iki +6, aktyvumo serijoje yra artimas beriliui, sąveikauja su visais nemetalais ir sudaro intermetalinius junginius su Al, Be, Bi, Co, Cu, Fe, Hg , Mg, Ni, Pb, Sn ir Zn. Smulkiai susmulkintas uranas yra ypač reaktyvus ir aukštesnėje nei 500 °C temperatūroje jis dažnai įsitraukia į reakcijas, būdingas urano hidridui. Gabalinis uranas arba drožlės ryškiai dega 700–1000 °C temperatūroje, o urano garai dega jau 150–250 °C; uranas reaguoja su HF 200–400 °C temperatūroje, sudarydamas UF 4 ir H 2 . Uranas lėtai tirpsta koncentruotame HF arba H 2 SO 4 ir 85 % H 3 PO 4 net 90 ° C temperatūroje, tačiau lengvai reaguoja su koncentratu. HCl ir mažiau aktyvus su HBr arba HI. Aktyviausios ir greičiausios urano reakcijos su atskiestu ir koncentruotu HNO 3 vyksta susidarant uranilo nitratui ( žr. žemiau). Esant HCl, uranas greitai ištirpsta organinėse rūgštyse, sudarydamas organines U4+ druskas. Priklausomai nuo oksidacijos laipsnio, uranas sudaro kelių rūšių druskas (svarbiausios iš jų yra su U 4+, viena iš jų UCl 4 yra lengvai oksiduojama žalioji druska); UO 2 (NO 3) 2 tipo uranilo druskos (radikalas UO 2 2+) yra geltonos spalvos ir fluorescuoja žaliai. Uranilo druskos susidaro ištirpinant amfoterinį oksidą UO 3 (geltona spalva) rūgščioje terpėje. Šarminėje aplinkoje UO 3 sudaro uranatus, tokius kaip Na 2 UO 4 arba Na 2 U 2 O 7. Pastarasis junginys („geltonasis uranilas“) naudojamas porceliano glazūrų ir fluorescencinių stiklų gamyboje.

Urano halogenidai buvo plačiai tyrinėjami 1940–1950 m., nes jie buvo naudojami kuriant urano izotopų atskyrimo atominei bombai ar branduoliniam reaktoriui metodus. Urano trifluoridas UF 3 gautas UF 4 redukuojant vandeniliu, o urano tetrafluoridas UF 4 gaunamas įvairiais būdais reaguojant HF su oksidais, tokiais kaip UO 3 arba U 3 O 8, arba elektrolitiniu būdu redukuojant uranilo junginius. Urano heksafluoridas UF 6 gaunamas fluorinant U arba UF 4 elementiniu fluoru arba veikiant deguoniui UF 4 . Heksafluoridas sudaro skaidrius kristalus su dideliu lūžio rodikliu 64 ° C (1137 mm Hg) temperatūroje; junginys yra lakus (esant normaliam slėgiui sublimuojasi 56,54 °C temperatūroje). Urano oksohalogenidų, pavyzdžiui, oksofluoridų, sudėtis yra UO 2 F 2 (uranilo fluoridas), UOF 2 (urano oksido difluoridas).

Ir Saturnas), pirmiausia išsiskiria neįprastu judėjimu aplink Saulę, būtent, skirtingai nei visos kitos planetos, Uranas sukasi „retrogradiškai“. Ką tai reiškia? Ir faktas yra tas, kad jei kitos planetos, įskaitant mūsų Žemę, yra kaip judančios viršūnės (dėl sukimo vyksta dienos ir nakties kaita), tai Uranas yra kaip riedantis rutulys, ir dėl to dienos kaita/ nakties, taip pat metų laikai šioje planetose labai skiriasi.

Kas atrado Uraną

Tačiau savo istoriją apie šią neįprastą planetą pradėkime nuo jos atradimo istorijos. Urano planetą 1781 m. atrado anglų astronomas Williamas Herschelis. Įdomu tai, kad stebėdamas neįprastą jo judėjimą astronomas pirmiausia jį supainiojo ir tik po poros metų stebėjimų gavo planetos statusą. Herschelis norėjo jį pavadinti „Georgo žvaigžde“, tačiau mokslo bendruomenė pirmenybę teikė Johano Bode pasiūlytam pavadinimui - Uranas, garbei senovės dievo Urano, kuris yra dangaus personifikacija.

Dievas Uranas senovės mitologijoje yra seniausias iš dievų, visko ir visų (įskaitant kitus dievus) kūrėjas, taip pat aukščiausiojo dievo Dzeuso (Jupiterio) senelis.

Urano planetos ypatybės

Uranas yra 14,5 karto sunkesnis už mūsų Žemę. Nepaisant to, tai yra lengviausia planeta tarp milžiniškų planetų, nes jos kaimyninė planeta, nors ir mažesnė, turi didesnę masę nei Uranas. Santykinį šios planetos lengvumą lemia jos sudėtis, kurios nemažą dalį sudaro ledas, o Urano ledas yra pats įvairiausias: yra amoniako, vandens, metano ledo. Urano tankis yra 1,27 g/cm3.

Urano temperatūra

Kokia temperatūra yra Urane? Dėl atstumo nuo Saulės, žinoma, labai šalta, o esmė čia ne tik atokumas, bet ir tai, kad Urano vidinė šiluma kelis kartus mažesnė nei kitų planetų. Planetos šilumos srautas yra labai mažas, mažesnis nei Žemės. Dėl to Urane užfiksuota viena žemiausių Saulės sistemos temperatūrų – 224 C, o tai net žemesnė nei Neptūno, esančio dar toliau nuo Saulės.

Ar yra gyvybės Urane

Esant aukščiau esančioje pastraipoje aprašytai temperatūrai akivaizdu, kad gyvybės kilimas Urane neįmanomas.

Urano atmosfera

Kokia atmosfera Urane? Šios planetos atmosfera yra padalinta į sluoksnius, kuriuos lemia temperatūra ir paviršius. Išorinis atmosferos sluoksnis prasideda 300 km atstumu nuo įprastinio planetos paviršiaus ir vadinamas atmosferos vainiku – tai šalčiausia atmosferos dalis. Dar arčiau paviršiaus yra stratosfera ir troposfera. Pastaroji yra žemiausia ir tankiausia planetos atmosferos dalis. Urano troposfera turi sudėtingą struktūrą: ją sudaro vandens debesys, amoniako debesys ir metano debesys, susimaišę chaotiškai.

Urano atmosferos sudėtis skiriasi nuo kitų planetų atmosferų dėl didelio helio ir molekulinio helio kiekio. Be to, didelė dalis Urano atmosferos priklauso metanui, cheminiam junginiui, kuris sudaro 2,3% visų atmosferos molekulių.

Urano planetos nuotrauka

Urano paviršius

Urano paviršius susideda iš trijų sluoksnių: uolų šerdies, ledinės mantijos ir išorinio vandenilio bei helio apvalkalo, kurie yra dujinės būsenos. Taip pat verta atkreipti dėmesį į kitą svarbų elementą, kuris yra Urano paviršiaus dalis – metano ledą, kuris sukuria vadinamąją planetos mėlyną spalvą.

Mokslininkai taip pat naudojo spektroskopiją, kad aptiktų anglies monoksidą ir anglies dioksidą viršutiniuose atmosferos sluoksniuose.

Taip, Uranas taip pat turi žiedus (kaip ir kitos milžiniškos planetos), nors ir ne tokius didelius ir gražius kaip jo kolegos. Priešingai, Urano žiedai yra blankūs ir beveik nematomi, nes susideda iš daugybės labai tamsių ir mažų dalelių, kurių skersmuo svyruoja nuo mikrometro iki kelių metrų. Įdomu tai, kad Urano žiedai buvo atrasti anksčiau nei kitų planetų, išskyrus Saturną, žiedai, net planetos atradėjas W. Herschelis teigė matęs žiedus Urane, bet tada juo nepatikėjo, nes tas laikas neturėjo pakankamai jėgų kitiems astronomams patvirtinti tai, ką matė Herschelis. Tik po dviejų šimtmečių, 1977 m., amerikiečių astronomai Jamesonas Eliotas, Douglasas Mincomas ir Edwardas Dunhamas, naudodamiesi Kuiperio observatorija, galėjo savo akimis stebėti Urano žiedus. Be to, tai atsitiko atsitiktinai, nes mokslininkai tiesiog ketino stebėti planetos atmosferą ir, to nesitikėdami, atrado žiedų buvimą.

Šiuo metu žinoma 13 Urano žiedų, iš kurių ryškiausias yra epsiloninis žiedas. Šios planetos žiedai yra palyginti jauni, jie susiformavo po jos gimimo. Yra hipotezė, kad Urano žiedai susidaro iš kokio nors sunaikinto planetos palydovo liekanų.

Urano mėnuliai

Kalbant apie mėnulius, kiek, jūsų manymu, yra Uranas? O jų jis turi net 27 (bent jau žinomus šiuo metu). Didžiausi yra: Miranda, Ariel, Umbriel, Oberon ir Titania. Visi Urano palydovai yra uolienų ir ledo mišinys, išskyrus Mirandą, kuri yra visiškai pagaminta iš ledo.

Taip atrodo Urano palydovai, palyginti su pačia planeta.

Daugelis palydovų neturi atmosferos, o dalis jų juda planetos žiedų viduje, per kuriuos dar vadinami vidiniais palydovais, ir visi jie turi tvirtą ryšį su Urano žiedų sistema. Mokslininkai mano, kad Uranas užfiksavo daugybę palydovų.

Urano sukimasis

Urano sukimasis aplink Saulę yra bene įdomiausias šios planetos bruožas. Kadangi rašėme aukščiau, Uranas sukasi kitaip nei visos kitos planetos, būtent „retrogradas“, kaip ir rutulys, riedantis žeme. Dėl to dienos ir nakties kaita (mūsų įprastu supratimu) Urane įvyksta tik šalia planetos pusiaujo, nepaisant to, kad jis yra labai žemai virš horizonto, maždaug kaip poliarinėse platumose. žemėje. Kalbant apie planetos ašigalius, „poliarinė diena“ ir „poliarinė naktis“ keičia viena kitą kartą per 42 Žemės metus.

Kalbant apie metus Urane, vieneri metai prilygsta mūsų 84 žemiškiems metams; būtent per tą laiką planeta sukasi savo orbita aplink Saulę.

Kiek laiko trunka skrydis į Uraną?

Kiek trunka skrydis iš Žemės į Uraną? Jei naudojant šiuolaikines technologijas, skrydis į artimiausius kaimynus Venerą ir Marsą užtrunka kelerius metus, tai į tokias tolimas planetas kaip Uranas gali užtrukti ir dešimtmečius. Iki šiol tokią kelionę yra padaręs tik vienas erdvėlaivis: 1977 metais NASA paleistas Voyager 2 1986 metais pasiekė Uraną, kaip matote, skrydis į vieną pusę truko beveik dešimtmetį.

Taip pat buvo planuota į Uraną išsiųsti Cassini aparatą, kuris užsiėmė Saturno tyrimais, tačiau tuomet buvo nuspręsta palikti Cassini netoli Saturno, kur jis mirė visai neseniai – 2017 metų rugsėjį.

• Praėjus trejiems metams po atradimo, Urano planeta tapo satyrinės brošiūros vieta. Mokslinės fantastikos rašytojai dažnai mini šią planetą savo mokslinės fantastikos darbuose.
• Uraną naktiniame danguje galima pamatyti ir plika akimi, tik reikia žinoti, kur žiūrėti, o dangus turi būti idealiai tamsus (kas, deja, šiuolaikiniuose miestuose neįmanoma).
• Urano planetoje yra vandens. Tačiau vanduo Urane yra užšalęs kaip ledas.
• Urano planeta drąsiai gali būti apdovanota „šalčiausios planetos“ Saulės sistemos laurais.

Planeta Uranas, vaizdo įrašas

Ir pabaigai įdomus vaizdo įrašas apie Urano planetą.

Šis straipsnis yra anglų kalba - .