Abi Tele2-st, tariifid, küsimused

Uraan on radioaktiivne keemiline element, mida leidub looduses. Seda kasutatakse peamiselt elektrienergia tootmiseks. Kuid seda kasutatakse ka meditsiinilistel eesmärkidel ja kahjuks ka tuumapommide valmistamisel.

See element avastati Saksa impeeriumi territooriumil 1789. aastal. See on saanud oma nime planeedi Uraani järgi, mis avastati 8 aastat varem. Uraani radioaktiivsus avastati aga alles 1896. aastal.

Uraan on perioodilisuse tabeli viimane element. See on ka kõige raskem element, mis Maal looduslikult eksisteerib. Kui aatom jaguneb, tekib elektrienergia.

Elekter, mida toodetakse uraanist, on alternatiiv fossiilkütustele, nagu nafta ja kivisüsi. Tänapäeval pärineb 16% maailma elektrist uraanist.

uraani maak

Uraani ja elektri tootmine

Uraani sümbol perioodilisustabelis on U. Uraan koosneb peamiselt kahest isotoobist - 235U Ja 238U. Uraanist 99,7% on 238U ja ainult ülejäänud 0,7% on 235U.

Just 235U isotoop, mis moodustab nii väikese protsendi uraanist, võimaldab saada energiat aatomituuma lõhestamisel. Elektri tootmiseks peab 235U isotoobi kontsentratsioon olema 3–4%. Nii et keemikud rikastavad uraani.

Uraani rikastamist saab läbi viia kahel viisil: ultratsentrifuugimise või gaasilise difusiooni abil. Mõlemad meetodid eraldavad isotoobid ja selle tulemusena suureneb 235U kontsentratsioon.

Tuumaenergiat peetakse puhtaks, kuna see ei eralda kasvuhoonegaase ja selle jäätmed on piisavalt väikesed. Selle energia eeliseks on ka see, et seda on lihtne transportida ja see ei nõua palju hoiuruumi.

Rikastatud uraan pressitakse 1x1 cm suurusteks tablettideks.Sellise tableti energiatõhusus on väga kõrge: kahest tabletist saab 4-liikmelise pere 1 kuuks energiat.

Seega on uraan suurepärane alternatiiv naftale ja kivisöele: selleks, et toota sama palju elektrit, kui toodab 1 kilogramm uraani, on vaja 10 tonni naftat ja 20 tonni kivisütt. Seda lisaks negatiivsetele mõjudele, mida viimastel on keskkonnale. Lisaks vajavad nafta ja kivisüsi palju ruumi.

Tuumaenergia puudused

Üks peamisi puudusi on õnnetuste oht ja nende tagajärjed keskkonnale. Uraani radioaktiivsusega saastunud tsoonid muutuvad elamiskõlbmatuks.

Tuumajäätmed on veel üks negatiivne tagajärg. Tootmisjääke ei saa uuesti kasutada ja need tuleb nõuetekohaselt kõrvaldada. Inimeste kokkupuude selliste jäätmetega võib põhjustada geneetilisi mutatsioone, haigusi ja isegi kohest surma.

Tuumajäätmete tünnid

Uraani leidmine ja kasutamine

Pärast uraanimaagi maapinnast väljavõtmist see purustatakse, töödeldakse ja valmistatakse väikesteks uraanigraanuliteks. Uraanigraanulid allutatakse kõrgetele temperatuuridele, et muuta need tugevamaks.

Tabletid asetatakse tuubidesse, tavaliselt tsirkooniumi. Igas tuubis on kuni 335 tabletti. 236 toru moodustavad kütusesõlme ehk TVEL (fuel element), mis seejärel asetatakse tuumareaktorisse.

Pärast kütuse paigutamist reaktorisse algab tuuma lõhustumise protsess. Lõhustumine toimub uraani aatomituuma neutronpommitamise tulemusena.

Kui neutron põrkub uraani aatomiga, jaguneb viimane kaheks teiseks aatomiks. Toimub suur hulk energiat ja muid neutroneid. Nad põrkuvad aatomitega ja tekitavad ahelreaktsiooni.

Vabanev energia muutub soojuseks, mis soojendab reaktoris olevat vett. Kuuma vee aur lülitab sisse turbiinid, mis omakorda generaatorid. Need generaatorid toodavad elektrit.

Uraani omadused

• normaalsetel temperatuuritingimustel ja normaalrõhul on sellel tahke kuju;
• on hõbehalli värvi;
• on radioaktiivne. Selle radioaktiivsus suureneb kuumutamisel;
• on kõrge aatomitihedusega.

Tuuma- (aatomi)energia Venemaal

Venemaal on 10 tuumaelektrijaama.

Peamised uraani leiukohad Venemaal asuvad Krasnokamenski linna lähedal. Seal asuvad ka peamised kaevandus- ja keemiaühingud ning suurim uraani kaevandamise ettevõte.

Kaevandatava uraani mahu poolest on Venemaa 5. kohal. Aga uraanivarude osas - 3. koht.

uraan maailmas

Suurimad uraanivarud on Austraalias. Siis tulevad Kasahstan, Venemaa, Kanada, Lõuna-Aafrika Vabariik, Niger ja Brasiilia.

Tuumaelektrijaamadest elektri tootmisel on esikohal Kanada, Kasahstan ja Austraalia. Need kolm riiki toodavad kokku üle poole maailma tuumaenergiast.

Vt tabelit uraani tootmise ja varude kohta iga loetletud riigi kohta.

Uraani- ja tuumapommid

Elektri tootmiseks rikastatakse uraani nii, et 235U isotoobi sisaldus oleks 3 või 4%.

Aatomipommi tootmiseks peab selle sisaldus olema 90%.

Kui uraani rikastatakse sellise tasemeni, on tuuma lõhustumine neutronpommitamise teel tõsine protsess. Tuumareaktori õnnetuse korral oleksid tagajärjed katastroofilised.

USA poolt Teise maailmasõja lõpus Hiroshimale (linn Jaapanis) visatud pomm kandis nime "Kid" (inglise keelest. Little boy). See sisaldas 64 kg rikastatud uraani. Selle pommi hävitav jõud oli 15 000 tonni TNT ekvivalent.

Pilv Hiroshima kohal pärast aatomipommi

"Kid" tekitas kuumalaine, mille temperatuur jõudis 4000 kraadi, ja selle kiirus oli 440 meetrit sekundis.

Plahvatus põhjustas 80 000 inimese surma. Tuhanded inimesed puutusid kiirgusega kokku.

Lisaks sellele, et aatomipomm lõpetas paljude inimeste elud, kogevad kiirguse mõju lugematu arv põlvkondi pommitamise ohvreid.

URAAN (nimetus planeedi Uraan auks, mis avastati vahetult enne teda; ladina uraan * a. uraan; n. Uraan; f. uraan; ja. uranio), U on perioodilise süsteemi III rühma radioaktiivne keemiline element. Mendelejevi aatomnumber 92, aatommass 238,0289, viitab aktiniididele. Looduslik uraan koosneb kolme isotoobi segust: 238 U (99,282%, T 1/2 4 468,10 9 aastat), 235 U (0,712%, T 1/2 0,704,10 9 aastat), 234 U (0,006%) T 1/2 0,244,10 6 aastat). Samuti on teada 11 uraani tehislikku radioaktiivset isotoopi massinumbritega 227–240.

Uraani avastas 1789. aastal UO 2 kujul saksa keemik M. G. Klaproth. Metallilise uraani hankis 1841. aastal prantsuse keemik E. Peligot. Pikka aega oli uraani kasutusala väga piiratud ning alles radioaktiivsuse avastamisega aastal 1896 algas selle uurimine ja kasutamine.

Uraani omadused

Vabas olekus on uraan helehall metall; alla 667,7 °C iseloomustab seda rombikujuline (a=0,28538 nm, b=0,58662 nm, c=0,49557 nm) kristallvõre (a-modifikatsioon), temperatuurivahemikus 667,7-774 °C - tetragonaalne (a = 0,0759 1. nm, c = 0,5656 nm; R-modifikatsioon), kõrgemal temperatuuril - kehakeskne kuupvõre (a = 0,3538 nm, g-modifikatsioon). Tihedus 18700 kg / m 3, sulamistemperatuur t 1135 °C, keemistemperatuur t umbes 3818 °C, molaarne soojusmahtuvus 27,66 J / (mol.K), elektritakistus 29,0,10 -4 (oomi.m), soojusjuhtivus 22, 5 W/(m.K), joonpaisumise temperatuuritegur 10,7,10 -6 K -1 . Uraani üleminekutemperatuur ülijuhtivasse olekusse on 0,68 K; nõrk paramagnet, spetsiifiline magnetiline vastuvõtlikkus 1.72.10 -6 . Tuumad 235 U ja 233 U lõhustuvad spontaanselt, samuti aeglaste ja kiirete neutronite püüdmisel, 238 U lõhustuvad ainult kiirete (üle 1 MeV) neutronite püüdmisel. Aeglaste neutronite kinnipüüdmisel muutub 238 U 239 Puks. Uraani kriitiline mass (93,5% 235U) vesilahustes on alla 1 kg, lahtise kuuli puhul umbes 50 kg; 233 U puhul on kriitiline mass ligikaudu 1/3 235 U kriitilisest massist.

Haridus ja sisu looduses

Uraani peamine tarbija on tuumaenergeetika (tuumareaktorid, tuumajaamad). Lisaks kasutatakse uraani tuumarelvade tootmiseks. Kõik muud uraani kasutamise valdkonnad on järsult allutatud.

Artiklis räägitakse, millal avastati selline keemiline element nagu uraan ja millistes tööstusharudes seda ainet meie ajal kasutatakse.

Uraan - energia- ja sõjatööstuse keemiline element

Inimesed on läbi aegade püüdnud leida ülitõhusaid energiaallikaid, ideaaljuhul luua nn.Teoreetiliselt tõestati ja põhjendati selle olemasolu võimatus kahjuks juba 19. sajandil, kuid teadlased ei kaotanud siiski lootust tõdeda. unistus mingist seadmest, mis oleks võimeline andma suures koguses "puhast" energiat väga pikka aega.

Osaliselt äratati see ellu sellise aine nagu uraan avastamisega. Selle nimega keemiline element moodustas aluse tuumareaktorite väljatöötamisele, mis meie ajal varustavad energiaga terveid linnu, allveelaevu, polaarlaevu jne. Tõsi, nende energiat ei saa nimetada "puhtaks", kuid viimastel aastatel on paljud ettevõtted arendanud laialdaseks müügiks kompaktseid triitiumipõhiseid "aatomipatareisid" - neil pole liikuvaid osi ja need on tervisele ohutud.

Kuid selles artiklis analüüsime üksikasjalikult keemilise elemendi, mida nimetatakse uraaniks, avastamise ajalugu ja selle tuumade lõhustumisreaktsiooni.

Definitsioon

Uraan on keemiline element, mille perioodilisuse tabelis on aatomnumber 92. Selle aatommass on 238,029. Seda tähistatakse sümboliga U. Tavatingimustes on see tihe, raske hõbedase värvi metall. Kui me räägime selle radioaktiivsusest, siis uraan ise on nõrga radioaktiivsusega element. Samuti ei sisalda see täiesti stabiilseid isotoope. Ja uraan-338 peetakse olemasolevatest isotoopidest kõige stabiilsemaks.

Saime aru, mis see element on, ja nüüd kaalume selle avastamise ajalugu.

Lugu

Sellist ainet nagu looduslik uraanoksiid on inimesed teadnud juba iidsetest aegadest ning iidsed käsitöölised valmistasid sellest glasuuri, millega kaeti anumate ja muude toodete veekindluse tagamiseks erinevaid keraamikaid ning nende kaunistusi.

Selle keemilise elemendi avastamise ajaloos oli oluline kuupäev 1789. Just siis suutis keemik ja Saksa päritolu Martin Klaproth hankida esimese metallilise uraani. Ja uus element sai oma nime kaheksa aastat varem avastatud planeedi auks.

Ligi 50 aastat peeti siis saadud uraani puhtaks metalliks, kuid 1840. aastal suutis prantsuse keemik Eugene-Melchior Peligot tõestada, et Klaprothi saadud materjal ei olnud vaatamata sobivatele välismärkidele üldse metall, vaid uraanoksiid. Veidi hiljem sai seesama Peligo ehtsa uraani – väga raske halli metalli. Siis määrati esmakordselt sellise aine nagu uraan aatommass. Keemilise elemendi 1874. aastal paigutas Dmitri Mendelejev oma kuulsasse elementide perioodilisustabelisse ja Mendelejev kahekordistas aine aatommassi kaks korda. Ja alles 12 aastat hiljem tõestati eksperimentaalselt, et ta ei eksinud oma arvutustes.

Radioaktiivsus

Kuid tõeliselt laialdane huvi selle elemendi vastu teadusringkondades sai alguse 1896. aastal, kui Becquerel avastas tõsiasja, et uraan kiirgab kiiri, mis said oma nime uurija järgi - Becquereli kiirgused. Hiljem nimetas selle valdkonna üks kuulsamaid teadlasi Marie Curie seda nähtust radioaktiivsuseks.

Järgmiseks oluliseks kuupäevaks uraani uurimisel peetakse 1899. aastat: just siis avastas Rutherford, et uraani kiirgus on ebahomogeenne ja jaguneb kahte tüüpi – alfa- ja beetakiired. Ja aasta hiljem avastas Paul Villar (Villard) kolmanda, viimase meile tänapäeval teadaoleva radioaktiivse kiirguse liigi – nn gammakiirguse.

Seitse aastat hiljem, 1906. aastal, viis Rutherford oma radioaktiivsuse teooria põhjal läbi esimesed katsed, mille eesmärgiks oli erinevate mineraalide vanuse määramine. Need uuringud panid aluse muuhulgas teooria ja praktika kujunemisele

Uraani tuumade lõhustumine

Kuid ilmselt kõige olulisem avastus, tänu millele sai alguse uraani laialdane kaevandamine ja rikastamine nii rahumeelsetel kui ka sõjalistel eesmärkidel, on uraani tuumade lõhustumise protsess. See juhtus 1938. aastal, avastuse viisid läbi saksa füüsikud Otto Hahn ja Fritz Strassmann. Hiljem sai see teooria teadusliku kinnituse veel mitme saksa füüsiku töödes.

Nende avastatud mehhanismi olemus oli järgmine: kui uraan-235 isotoobi tuuma kiiritatakse neutroniga, hakkab see vaba neutroni kinni püüdes jagunema. Ja nagu me kõik nüüd teame, kaasneb selle protsessiga tohutul hulgal energiat vabanemine. See juhtub peamiselt kiirguse enda ja tuuma fragmentide kineetilise energia tõttu. Nüüd teame, kuidas uraani lõhustumine toimub.

Selle mehhanismi avastamine ja selle tulemused on lähtepunktiks uraani kasutamisele nii rahumeelsetel kui ka sõjalistel eesmärkidel.

Kui rääkida selle kasutamisest sõjalistel eesmärkidel, siis esmakordselt kõlas teooria, mille kohaselt on võimalik luua tingimused selliseks protsessiks nagu uraani tuuma pidev lõhustumisreaktsioon (kuna tuumapommi plahvatamiseks on vaja tohutut energiat). tõestasid Nõukogude füüsikud Zeldovitš ja Khariton. Kuid sellise reaktsiooni tekitamiseks tuleb uraani rikastada, kuna normaalses olekus pole sellel vajalikke omadusi.

Tutvusime selle elemendi ajalooga, nüüd selgitame välja, kus seda kasutatakse.

Uraani isotoopide kasutusalad ja tüübid

Pärast sellise protsessi nagu uraani ahellõhustumisreaktsiooni avastamist seisid füüsikud silmitsi küsimusega, kus seda kasutada saab?

Praegu on uraani isotoopide kasutusel kaks peamist valdkonda. See on rahumeelne (või energia)tööstus ja sõjavägi. Nii esimene kui ka teine ​​kasutavad uraan-235 isotoobi reaktsiooni, erineb ainult väljundvõimsus. Lihtsamalt öeldes ei ole tuumareaktoris vaja seda protsessi luua ja säilitada sama võimsusega, mis on vajalik tuumapommi plahvatamiseks.

Niisiis loetleti peamised tööstusharud, milles uraani lõhustumise reaktsiooni kasutatakse.

Kuid uraan-235 isotoobi hankimine on äärmiselt keeruline ja kulukas tehnoloogiline ülesanne ning mitte iga riik ei saa endale lubada rikastusjaamade ehitamist. Näiteks kahekümne tonni uraanikütuse saamiseks, milles uraan 235 isotoobi sisaldus on 3–5%, on vaja rikastada rohkem kui 153 tonni looduslikku "toores" uraani.

Uraan-238 isotoopi kasutatakse peamiselt tuumarelvade konstrueerimisel nende võimsuse suurendamiseks. Samuti võib see isotoop neutroni kinni püüdmisel, millele järgneb beetalagunemisprotsess, lõpuks muutuda plutoonium-239-ks – enamiku kaasaegsete tuumareaktorite tavaliseks kütuseks.

Hoolimata kõigist selliste reaktorite puudustest (kõrge hind, hoolduse keerukus, avariioht) tasub nende töö väga kiiresti ära ning need toodavad võrreldamatult rohkem energiat kui klassikalised soojus- või hüdroelektrijaamad.

Reaktsioon võimaldas luua ka massihävitusrelvi. Seda eristab tohutu tugevus, suhteline kompaktsus ja asjaolu, et see on võimeline muutma suured maa-alad inimasustuseks kõlbmatuks. Tõsi, kaasaegsed aatomirelvad kasutavad plutooniumi, mitte uraani.

vaesestatud uraan

Samuti on vaesestatud uraani mitmesuguseid. Sellel on väga madal radioaktiivsus, mis tähendab, et see ei ole inimestele ohtlik. Seda kasutatakse taas militaarsfääris, näiteks lisatakse seda ameeriklaste Abramsi tanki soomukile, et anda sellele lisajõudu. Lisaks leiab peaaegu kõigist kõrgtehnoloogilistest armeedest erinevaid.Lisaks suurele massile on neil veel üks väga huvitav omadus - pärast mürsu hävimist süttivad selle killud ja metallitolm iseeneslikult. Ja muide, esimest korda kasutati sellist mürsku Teise maailmasõja ajal. Nagu näeme, on uraan element, mida on kasutatud erinevates inimtegevuse valdkondades.

Järeldus

Teadlaste prognooside kohaselt ammenduvad 2030. aasta paiku kõik suured uraanimaardlad täielikult, misjärel algab selle raskesti ligipääsetavate kihtide areng ja hind tõuseb. Muide, see on inimestele täiesti kahjutu - mõned kaevurid on selle tootmise kallal põlvkondi töötanud. Nüüd oleme välja mõelnud selle keemilise elemendi avastamise ajaloo ja selle, kuidas selle tuumade lõhustumisreaktsiooni kasutatakse.

Muide, on teada huvitav fakt - uraaniühendeid on pikka aega kasutatud portselani ja klaasi värvidena (nn kuni 1950. aastateni.

Uraan (U) on element aatomnumbriga 92 ja aatommassiga 238,029. See on Dmitri Ivanovitš Mendelejevi perioodilise süsteemi III rühma radioaktiivne keemiline element, mis kuulub aktiniidide perekonda. Uraan on väga raske (2,5 korda raskem kui raud, üle 1,5 korra raskem kui plii), hõbevalge läikiv metall. Puhtal kujul on see terasest veidi pehmem, tempermalmist, painduv ja kergete paramagnetiliste omadustega.

Looduslik uraan koosneb kolme isotoobi segust: 238U (99,274%) poolestusajaga 4,51∙109 aastat; 235U (0,702%) poolväärtusajaga 7,13∙108 aastat; 234U (0,006%) poolväärtusajaga 2,48∙105 aastat. Viimane isotoop ei ole primaarne, vaid radiogeenne; see on osa 238U radioaktiivsest seeriast. Uraani isotoobid 238U ja 235U on kahe radioaktiivse seeria eellased. Nende seeriate viimased elemendid on plii isotoobid 206Pb ja 207Pb.

Praegu on teada 23 uraani tehislikku radioaktiivset isotoopi massiarvuga 217 kuni 242. Nende hulgas on pikima elueaga 233U poolestusajaga 1,62∙105 aastat. See saadakse tooriumi neutronkiirguse tulemusena, mis on võimeline termiliste neutronite mõjul lõhustuma.

Uraani avastas 1789. aastal saksa keemik Martin Heinrich Klaproth mineraalse pigiseguga tehtud katsete tulemusena. Uue elemendi nimi oli William Herscheli hiljuti avastatud (1781) planeedi Uraan auks. Järgmised pool sajandit peeti Klaprothi saadud ainet metalliks, kuid 1841. aastal lükkas selle ümber prantsuse keemik Eugene Melchior Peligot, kes tõestas saksa keemiku poolt saadud uraani (UO2) oksiidsust. Peligol endal õnnestus saada metallist uraani, redutseerides UCl4 metallilise kaaliumiga, samuti määrata uue elemendi aatommass. Järgmine uraani ja selle omaduste alaste teadmiste arendamisel oli D. I. Mendelejev - 1874. aastal paigutas ta oma tabeli kõige kaugemasse lahtrisse tema väljatöötatud teooriale tuginedes keemiliste elementide periodiseerimise kohta. Peligo poolt varem määratud uraani aatommassi (120) kahekordistas vene keemik, selliste oletuste õigsust kinnitasid kaksteist aastat hiljem Saksa keemiku Zimmermanni katsed.

Aastakümneid pakkus uraan huvi vaid kitsale keemikute ja loodusteadlaste ringile, piiratud oli ka selle kasutamine – klaasi ja värvide tootmine. Alles selle metalli radioaktiivsuse avastamisega (1896. aastal Henri Becquereli poolt) algas uraanimaakide tööstuslik töötlemine 1898. aastal. Palju hiljem (1939) avastati tuuma lõhustumise fenomen ja alates 1942. aastast on uraanist saanud peamine tuumakütus.

Uraani kõige olulisem omadus on see, et mõnede selle isotoopide tuumad on neutronite hõivamisel võimelised lõhustuma, selle protsessi tulemusena vabaneb tohutul hulgal energiat. Seda elemendi nr 92 omadust kasutatakse tuumareaktorites, mis toimivad energiaallikana, ja see on ka aatomipommi toime aluseks. Uraani kasutatakse geoloogias mineraalide ja kivimite vanuse määramiseks, et määrata kindlaks geoloogiliste protsesside järgnevus (geokronoloogia). Tänu sellele, et kivimid sisaldavad erinevas kontsentratsioonis uraani, on neil erinev radioaktiivsus. Seda omadust kasutatakse kivimite valikul geofüüsikaliste meetoditega. Seda meetodit kasutatakse kõige laialdasemalt naftageoloogias kaevude raiumiseks. Uraaniühendeid kasutati värvidena portselanile maalimisel ning keraamiliste glasuuride ja emailide jaoks (värvides kollane, pruun, roheline ja must, olenevalt oksüdatsiooniastmest), näiteks naatriumuranaat Na2U2O7 kasutati kollase pigmendina aastal. maalimine.

Bioloogilised omadused

Uraan on bioloogilises keskkonnas üsna tavaline element; selle metalli kontsentraatoriteks peetakse teatud tüüpi seeni ja vetikaid, mis sisalduvad looduses uraani bioloogilise tsükli ahelas vastavalt skeemile: vesi - veetaimed - kala - mees. Nii jõuab uraan koos toidu ja veega inimeste ja loomade kehasse, täpsemalt seedetrakti, kus imendub umbes protsent sissetulevatest kergestilahustuvatest ühenditest ja mitte rohkem kui 0,1% vähelahustuvatest. Hingamisteedes ja kopsudes, samuti limaskestades ja nahas siseneb see element õhuga. Hingamisteedes ja eriti kopsudes on imendumine palju intensiivsem: kergesti lahustuvad ühendid imenduvad 50%, halvasti lahustuvad 20%. Seega leidub uraani väikestes kogustes (10-5 - 10-8%) loomade ja inimeste kudedes. Taimedes (kuivas jäägis) sõltub uraani kontsentratsioon selle sisaldusest mullas, seega 10-4% mullakontsentratsiooni korral sisaldab taim 1,5∙10-5% või vähem. Uraani jaotumine kudedes ja elundites on ebaühtlane, peamisteks akumulatsioonikohtadeks on luukoed (skelett), maks, põrn, neerud, aga ka kopsud ja bronho-kopsu lümfisõlmed (kui kopsudesse satuvad vähelahustuvad ühendid). Uraan (karbonaadid ja kompleksid valkudega) eritub kiiresti verest. Keskmiselt on 92. elemendi sisaldus loomade ja inimeste elundites ja kudedes 10-7%. Näiteks veise veri sisaldab uraani 1∙10-8 g/ml, inimese veri aga 4∙10-10 g/g. Veise maks sisaldab 8∙10-8 g/g, inimestel samas elundis 6∙10-9 g/g; veiste põrn sisaldab 9∙10-8 g/g, inimestel - 4,7∙10-7 g/g. Veiste lihaskudedes koguneb seda kuni 4∙10-11 g/g. Lisaks leidub inimkehas uraani kopsudes vahemikus 6∙10-9 – 9∙10-9 g/g; neerudes 5,3∙10-9 g/g (kortikaalne kiht) ja 1,3∙10-8 g/g (medulla); luukoes 1∙10-9 g/g; luuüdis 1∙10-8 g/g; juustes 1,3∙10-7 g/g. Luudes leiduv uraan põhjustab luukoe pidevat kiiritamist (uraani luustikust täieliku eemaldamise periood on 600 päeva). Kõige vähem sellest metallist ajus ja südames (umbes 10-10 g / g). Nagu varem mainitud, on peamised viisid, kuidas uraan kehasse siseneb, vesi, toit ja õhk. Toidu ja vedelikega kehasse siseneva metalli päevane annus on 1,9∙10-6 g, õhuga 7∙10-9 g. Uraani aga väljutatakse organismist iga päev: uriiniga 0,5∙10-7 g. kuni 5∙10-7 g; väljaheitega 1,4∙10-6 g kuni 1,8∙10-6 g. Kaod juuste, küünte ja surnud nahahelvestega - 2∙10-8 g.

Teadlased viitavad sellele, et väheses koguses uraani on inimkeha, loomade ja taimede normaalseks toimimiseks vajalik. Selle rolli füsioloogias pole aga veel selgitatud. On kindlaks tehtud, et 92. elemendi sisaldus inimkehas on keskmiselt umbes 9∙10-5 g (Rahvusvaheline Kiirguskaitsekomisjon). Tõsi, see arv erineb erinevates piirkondades ja territooriumidel mõnevõrra.

Vaatamata oma seni teadmata, kuid kindlale bioloogilisele rollile elusorganismides on uraan endiselt üks ohtlikumaid elemente. Esiteks väljendub see selle metalli toksilises toimes, mis tuleneb selle keemilistest omadustest, eelkõige ühendite lahustuvusest. Nii on näiteks lahustuvad ühendid (uranüül ja teised) mürgisemad. Kõige sagedamini toimub mürgitamine uraani ja selle ühenditega rikastamistehastes, uraani tooraine kaevandamise ja töötlemise ettevõtetes ning muudes tootmisrajatistes, kus uraan on seotud tehnoloogiliste protsessidega.

Kehasse tungides mõjutab uraan absoluutselt kõiki elundeid ja nende kudesid, sest toime toimub rakutasandil: pärsib ensüümide aktiivsust. Mõjutatud on peamiselt neerud, mis väljendub suhkru ja valgu järsu suurenemises uriinis, mille järel areneb oliguuria. Mõjutatud on seedetrakt ja maks. Uraanimürgitus jaguneb ägedaks ja krooniliseks, viimane areneb järk-järgult ja võib olla asümptomaatiline või kergete ilmingutega. Hilisem krooniline mürgistus toob aga kaasa vereloome, närvisüsteemi häireid ja muid tõsiseid terviseprobleeme.

Üks tonn graniitkivi sisaldab ligikaudu 25 grammi uraani. Nende 25 grammi reaktoris põletamisel vabanev energia on võrreldav energiaga, mis vabaneb 125 tonni kivisöe põletamisel võimsate termokatelde ahjudes! Nende andmete põhjal võib eeldada, et lähitulevikus peetakse graniiti üheks mineraalkütuse liigiks. Kokku sisaldab maakoore suhteliselt õhuke kahekümnekilomeetrine pinnakiht ligikaudu 1014 tonni uraani, energiaekvivalendiks ümber arvutades saadakse lihtsalt kolossaalne näitaja - 2,36,1024 kilovatt-tundi. Isegi kõik väljatöötatud, uuritud ja tulevased põlevate mineraalide maardlad kokku ei suuda anda miljondikutki sellest energiast!

Teadaolevalt on kuumtöödeldud uraanisulamitele iseloomulik kõrge voolavuspiir, roome ja suurenenud korrosioonikindlus, väiksem kalduvus muuta tooteid temperatuurikõikumiste ja kiiritamise mõjul. Nendest põhimõtetest lähtuvalt kasutati 20. sajandi alguses ja kuni kolmekümnendateni uraani karbiidi kujul tööriistateraste tootmisel. Lisaks käis ta mõnes sulamis volframit asendamas, mis oli odavam ja kättesaadavam. Ferrouraani tootmisel oli U osakaal kuni 30%. Tõsi, 20. sajandi teisel kolmandikul jäi selline uraani kasutamine olematuks.

Nagu teate, toimub meie Maa soolestikus pidev urni isotoopide lagunemise protsess. Niisiis on teadlased välja arvutanud, et selle metalli kogu massi, mis on ümbritsetud maakera sisse, energia hetkeline vabanemine soojendaks meie planeedi mitme tuhande kraadise temperatuurini! Selline nähtus on aga õnneks võimatu – soojus eraldub ju järk-järgult – kuna uraani ja selle derivaatide tuumad läbivad rea pikaajalisi radioaktiivseid muundumisi. Selliste muundumise kestust saab hinnata looduslike uraani isotoopide poolestusaegade järgi, näiteks 235U puhul on see 7108 aastat ja 238U puhul 4,51109 aastat. Uraanisoojus soojendab aga Maad oluliselt. Kui kogu Maa massis oleks uraani sama palju kui ülemises kahekümnekilomeetrises kihis, oleks temperatuur planeedil palju kõrgem kui praegu. Maa keskpunkti poole liikudes aga uraani kontsentratsioon väheneb.

Tuumareaktorites töödeldakse ainult väikest osa laetud uraanist, see on tingitud kütuse lõhustumisproduktidega räbumisest: 235U põleb läbi, ahelreaktsioon hääbub järk-järgult. Kütusevardad on aga endiselt täidetud tuumakütusega, mida tuleb taaskasutada. Selleks demonteeritakse ja saadetakse töötlemisele vanad kütuseelemendid - need lahustatakse hapetes ning saadud lahusest ekstraheeritakse ekstraheerimise teel uraan, utiliseerimist vajavad lõhustumisfragmendid jäävad lahusesse. Seega selgub, et uraanitööstus on praktiliselt jäätmevaba keemiatootmine!

Uraani isotoopide eraldamise tehased hõivavad mitmekümne hektari suuruse ala, mis on ligikaudu sama suurusjärgu ja poorsete vaheseinte pindala tehase eralduskaskaadides. See on tingitud uraani isotoopide eraldamise difusioonimeetodi keerukusest – 235U kontsentratsiooni tõstmiseks 0,72-lt 99%-ni on ju vaja mitu tuhat difusioonietappi!

Uraani-plii meetodil õnnestus geoloogidel välja selgitada kõige iidsemate mineraalide vanus, meteoriidikivimeid uurides aga meie planeedi ligikaudne sünniaeg. Tänu "uraani kellale" määrati Kuu pinnase vanus. Huvitaval kombel selgus, et 3 miljardit aastat pole Kuul vulkaanilist tegevust toimunud ja Maa looduslik satelliit jääb passiivseks kehaks. Lõppude lõpuks on isegi kõige nooremad Kuu aine tükid elanud kauem kui kõige iidsemate maapealsete mineraalide vanus.

Lugu

Uraani kasutamine algas väga ammu – juba 1. sajandil eKr kasutati looduslikust uraanoksiidist kollase glasuuri valmistamiseks, mida kasutati keraamika värvimisel.

Tänapäeval toimus uraani uurimine järk-järgult - mitmes etapis, pideva suurenemisega. Selle elemendi avastas 1789. aastal saksa loodusfilosoof ja keemik Martin Heinrich Klaproth, kes taastas Saksi vaigumaagist (“uraani pigi”) kaevandatud kuldkollase “maa” mustaks metallitaoliseks aineks (uraan). oksiid - UO2). Nimi anti tol ajal teadaoleva kõige kaugema planeedi – Uraani – auks, mille omakorda avastas 1781. aastal William Herschel. Sellega lõpeb uue elemendi uurimise esimene etapp (Klaproth oli kindel, et avastas uue metalli), tuleb enam kui viiekümneaastane paus.

1840. aastat võib pidada uraani uurimise ajaloos uue verstaposti alguseks. Sellest aastast võttis noor keemik Prantsusmaalt Eugene Melchior Peligot (1811-1890) metallilise uraani saamise probleemi, peagi (1841) see tal ka õnnestus – metallilist uraani saadi UCl4 redutseerimisel metallilise kaaliumiga. Lisaks tõestas ta, et Klaprothi avastatud uraan oli tegelikult vaid selle oksiid. Prantslane määras ka uue elemendi hinnangulise aatommassi – 120. Siis tuleb taas uraani omaduste uurimisse pikk paus.

Alles 1874. aastal ilmuvad uued oletused uraani olemuse kohta: Dmitri Ivanovitš Mendelejev, järgides tema välja töötatud teooriat keemiliste elementide periodiseerimise kohta, leiab oma tabelis koha uuele metallile, asetades uraani viimasesse lahtrisse. Lisaks suurendab Mendelejev uraani varem eeldatud aatommassi kahe võrra, eksimata ka selles, mida kinnitasid Saksa keemiku Zimmermanni katsed 12 aastat hiljem.

Alates 1896. aastast "kukkusid" avastused uraani omaduste uurimise vallas üksteise järel: ülalmainitud aastal täiesti juhuslikult (kaaliumuranüülsulfaadi kristallide fosforestsentsi uurides) 43-aastane füüsikaprofessor Antoine. Henri Becquerel avastab Becquerel Raysi, mille Marie Curie nimetas hiljem ümber radioaktiivsuseks. Samal aastal töötab Henri Moissan (taas keemik Prantsusmaalt) välja meetodi puhta metallilise uraani saamiseks.

1899. aastal avastas Ernest Rutherford uraanipreparaatide kiirguse ebahomogeensuse. Selgus, et kiirgust on kahte tüüpi - alfa- ja beetakiired, mis on oma omadustelt erinevad: nad kannavad erinevat elektrilaengut, on erineva teepikkusega aines ja nende ioniseerimisvõime on samuti erinev. Aasta hiljem avastas gammakiirguse ka Paul Villard.

Ernest Rutherford ja Frederick Soddy töötasid ühiselt välja uraani radioaktiivsuse teooria. Sellele teooriale tuginedes tegi Rutherford 1907. aastal esimesed katsed, et määrata radioaktiivse uraani ja tooriumi uurimisel mineraalide vanust. 1913. aastal võttis F. Soddy kasutusele isotoopide mõiste (vanakreeka keelest iso - "võrdne", "sama" ja topos - "koht"). 1920. aastal tegi sama teadlane ettepaneku, et isotoopide abil saab määrata kivimite geoloogilise vanuse. Tema oletused osutusid õigeks: 1939. aastal lõi Alfred Otto Karl Nier esimesed võrrandid vanuse arvutamiseks ja kasutas isotoopide eraldamiseks massispektromeetrit.

1934. aastal viis Enrico Fermi läbi rea katseid keemiliste elementide pommitamiseks neutronitega – osakestega, mille avastas J. Chadwick 1932. aastal. Selle operatsiooni tulemusena ilmusid uraanis senitundmatud radioaktiivsed ained. Fermi ja teised tema katsetes osalenud teadlased väitsid, et nad avastasid transuraanielemendid. Neli aastat üritati neutronpommitamise saaduste hulgast tuvastada transuraanielemente. Kõik lõppes 1938. aastal, kui Saksa keemikud Otto Hahn ja Fritz Strassmann leidsid, et vaba neutroni hõivamisel jaguneb 235U uraani isotoobi tuum, samas eraldub piisavalt suur energia (ühe uraani tuuma kohta), peamiselt tänu kineetilise energia killud ja kiirgus. Edasiliikumiseks Saksa keemikud ebaõnnestusid. Lisa Meitner ja Otto Frisch suutsid oma teooriat põhjendada. Sellest avastusest sai alguse aatomisisese energia kasutamine nii rahumeelsetel kui ka sõjalistel eesmärkidel.

Looduses olemine

Uraani keskmine sisaldus maakoores (clarke) on 3∙10-4 massiprotsenti, mis tähendab, et seda on maa soolestikus rohkem kui hõbedat, elavhõbedat, vismutit. Uraan on maakoore graniidikihi ja settekihi iseloomulik element. Seega on tonnis graniidis umbes 25 grammi elementi nr 92. Kokku sisaldub Maa suhteliselt õhukeses kahekümnekilomeetrises ülemises kihis üle 1000 tonni uraani. Happelistes tardkivimites 3,5∙10-4%, savides ja kildades 3,2∙10-4%, eriti rikastatud orgaanilise ainega, aluselistes kivimites 5∙10-5%, vahevöö ülialuselistes kivimites 3∙10-7%. .

Uraan rändab jõuliselt külmas ja kuumas, neutraalses ja aluselises vees liht- ja kompleksioonidena, eriti karbonaatkomplekside kujul. Uraani geokeemias mängivad olulist rolli redoksreaktsioonid, seda kõike seetõttu, et uraaniühendid lahustuvad reeglina hästi oksüdeeriva keskkonnaga vetes ja halvasti lahustuvad redutseeriva keskkonnaga (vesiniksulfiid) vees.

Uraani mineraalseid maake on teada üle saja, need erinevad keemilise koostise, päritolu, uraani kontsentratsiooni poolest, kogu sordist pakuvad praktilist huvi vaid kümmekond. Suurima tööstusliku tähtsusega uraani peamisteks esindajateks looduses võib pidada oksiide - uraniniiti ja selle sorte (nasturaan ja uraanimust), aga ka silikaate - koffiniiti, titanate - davidiiti ja branneriiti; fosfaatide vesilahused ja uranüülarsenaadid – uraani vilgukivi.

Uraniniit – UO2 esineb peamiselt iidsetes – eelkambriumi kivimites selgete kristalliliste vormidena. Uraniniit moodustab isomorfsed seeriad torianiidi ThO2 ja ütrotserianiidiga (Y,Ce)O2. Lisaks sisaldavad kõik uraniniidid uraani ja tooriumi radiogeenseid lagunemissaadusi: K, Po, He, Ac, Pb, aga ka Ca ja Zn. Uraniniit ise on kõrge temperatuuriga mineraal, mis on iseloomulik graniidile ja süeniidi pegmatiitidele koos keeruliste uraanniob-tantaal-titanaatide (kolumbiit, pürokloor, samarskiit jt), tsirkooni ja monasiidiga. Lisaks esineb uraniniiti hüdrotermilistes, skarni- ja settekivimites. Suured uraniidimaardlad on teada Kanadas, Aafrikas, Ameerika Ühendriikides, Prantsusmaal ja Austraalias.

Nasturaan (U3O8), tuntud ka kui uraani pigi või pigi segu, mis moodustab krüptokristallilisi kollomorfseid agregaate, on vulkanogeenne ja hüdrotermiline mineraal, mida leidub paleosoikumides ning nooremates kõrge ja keskmise temperatuuriga kihistudes. Pigisegu pidevad kaaslased on sulfiidid, arseniidid, looduslik vismut, arseen ja hõbe, karbonaadid ja mõned muud elemendid. Need maagid on väga uraanirikkad, kuid äärmiselt haruldased, sageli koos raadiumiga, seda on lihtne seletada: raadium on uraani isotooplagunemise otsene produkt.

Uraanimustad (lahtised mullased agregaadid) on peamiselt esindatud noortes - tsenosoikumides ja nooremates moodustistes, mis on iseloomulikud hüdrotermilisele uraansulfiidile ja settemaardlatele.

Uraani ekstraheeritakse ka kõrvalsaadusena alla 0,1% maakidest, näiteks kulda sisaldavatest konglomeraatidest.

Peamised uraanimaakide leiukohad asuvad USA-s (Colorado, Põhja- ja Lõuna-Dakota), Kanadas (Ontario ja Saskatchewani provintsid), Lõuna-Aafrikas (Witwatersrand), Prantsusmaal (Keskmassif), Austraalias (Põhjaterritoorium) ja paljudes teistes riikides. . Venemaal on peamine uraanimaagi piirkond Transbaikalia. Umbes 93% Venemaa uraanist kaevandatakse Tšita oblastis (Krasnokamenski linna lähedal) asuvas leiukohas.

Rakendus

Kaasaegne tuumaenergia on lihtsalt mõeldamatu ilma elemendi nr 92 ja selle omadusteta. Kuigi mitte nii kaua aega tagasi – enne esimese tuumareaktori käivitamist kaevandati uraanimaagid peamiselt selleks, et neist raadiumit ammutada. Mõnedes värvainetes ja katalüsaatorites on kasutatud väikeses koguses uraaniühendeid. Tegelikult peeti uraani peaaegu olematu tööstusliku väärtusega elemendiks ja kui dramaatiliselt olukord muutus pärast uraani isotoopide lõhustumisvõime avastamist! See metall sai koheselt strateegilise tooraine nr 1 staatuse.

Tänapäeval on metallilise uraani ja ka selle ühendite peamiseks kasutusalaks tuumareaktorite kütus. Niisiis kasutatakse tuumaelektrijaamade statsionaarsetes reaktorites madala rikastusega (looduslikku) uraani isotoopide segu ning tuumaelektrijaamades ja kiirete neutronreaktorites kasutatakse kõrge rikastusastmega uraani.

Suurim rakendus on uraani isotoop 235U, kuna see on võimalik isemajandav tuumaahelreaktsioon, mis pole tüüpiline teistele uraani isotoopidele. Tänu sellele omadusele kasutatakse 235U kütusena nii tuumareaktorites kui ka tuumarelvades. 235U isotoobi eraldamine looduslikust uraanist on aga keeruline ja kulukas tehnoloogiline probleem.

Looduses kõige levinum uraani isotoop 238U võib lõhustuda, kui seda pommitatakse suure energiaga neutronitega. Selle isotoobi seda omadust kasutatakse termotuumarelvade võimsuse suurendamiseks – kasutatakse termotuumareaktsiooni käigus tekkivaid neutroneid. Lisaks saadakse 238U isotoobist plutooniumi isotoop 239Pu, mida saab omakorda kasutada ka tuumareaktorites ja aatomipommis.

Viimasel ajal on laialdaselt kasutatud tooriumist reaktorites kunstlikult saadud uraani isotoopi 233U, mis saadakse tooriumi kiiritamisel tuumareaktori neutronvoos:

23290Th + 10n → 23390Th -(β–)→ 23391Pa –(β–)→ 23392U

233U lõhustatakse termiliste neutronite toimel, lisaks võib 233U-ga reaktorites toimuda tuumakütuse laiendatud taastootmine. Niisiis, kui tooriumireaktoris põleb läbi kilogramm 233U, peaks sellesse kogunema 1,1 kg uut 233U (neutronite püüdmise tulemusena tooriumi tuumade poolt). Lähitulevikus on uraani-tooriumi tsükkel termilistes neutronreaktorites uraani-plutooniumi tsükli peamine konkurent tuumakütuse aretamisel kiirneutronreaktorites. Seda nukliidi kütusena kasutavad reaktorid on juba olemas ja töötavad (KAMINI Indias). 233U on ka kõige lootustandvam kütus gaasifaasi tuumarakettmootorite jaoks.

Muud uraani tehisisotoobid ei mängi olulist rolli.

Pärast “vajalike” isotoopide 234U ja 235U eraldamist looduslikust uraanist nimetatakse järelejäänud toorainet (238U) “vaesestatud uraaniks”, see on poole radioaktiivsem kui looduslik uraan, peamiselt tänu 234U eemaldamisele sellest. Kuna uraani peamine kasutusala on energia tootmine, on vaesestatud uraan madala majandusliku väärtusega vähekasutatav toode. Kuid tänu oma madalale hinnale, samuti suurele tihedusele ja ülikõrgele ristlõikele kasutatakse seda kiirgusvarjestamiseks ja ballastina kosmoserakendustes, näiteks lennukite juhtimispindadel. Lisaks kasutatakse vaesestatud uraani ballastina kosmosesõidukites ja võidusõidujahtides; suure kiirusega güroskoobi rootorites, suurtes hooratastes, õlipuurides.

Kuid vaesestatud uraani tuntuim kasutusala on selle kasutamine sõjalistes rakendustes – soomust läbistavate mürskude ja moodsate tankisoomukite, näiteks tanki M-1 Abrams südamikuna.

Uraani vähemtuntud kasutusalasid seostatakse peamiselt selle ühenditega. Nii et väike uraani lisamine annab klaasile kauni kollakasrohelise fluorestsentsi, mõned uraaniühendid on valgustundlikud, sel põhjusel kasutati uranüülnitraati laialdaselt negatiivide tugevdamiseks ja positiivide (fotoprintide) pruuniks värvimiseks.

Karbiidi 235U, mis on legeeritud nioobiumkarbiidi ja tsirkooniumkarbiidiga, kasutatakse tuumareaktiivmootorite kütusena. Raua ja vaesestatud uraani (238U) sulameid kasutatakse võimsate magnetostriktiivsete materjalidena. Värvimisel kasutati kollase pigmendina naatriumuranaati Na2U2O7, varem kasutati uraaniühendeid värvidena portselani värvimisel ning keraamiliste glasuuride ja emailide jaoks (värvides kollane, pruun, roheline ja must, olenevalt oksüdatsiooniastmest). .

Tootmine

Uraani saadakse uraanimaakidest, mis erinevad oluliselt mitmete omaduste poolest (vastavalt tekketingimustele "kontrast", kasulike lisandite sisaldus jne), millest peamine on uraani protsent. Selle tunnuse järgi eristatakse viit sorti maake: väga rikas (sisaldab üle 1% uraani); rikas (1-0,5%); keskmine (0,5-0,25%); tavaline (0,25-0,1%) ja vaene (alla 0,1%). Kuid isegi 0,01–0,015% uraani sisaldavatest maakidest ekstraheeritakse see metall kõrvalsaadusena.

Uraani toorainete arendamise aastate jooksul on uraani maakidest eraldamiseks välja töötatud palju meetodeid. See on tingitud nii uraani strateegilisest tähtsusest mõnes piirkonnas kui ka selle looduslike ilmingute mitmekesisusest. Vaatamata meetodite ja toorainebaaside mitmekesisusele koosneb uraani tootmine kolmest etapist: uraanimaagi esialgne kontsentreerimine; uraani leostumine ja piisavalt puhaste uraaniühendite saamine sadestamise, ekstraheerimise või ioonivahetuse teel. Lisaks, olenevalt tekkiva uraani eesmärgist, järgneb toote rikastamine 235U isotoobiga või kohe elementaarse uraani redutseerimine.

Niisiis, algselt on maak kontsentreeritud - kivim purustatakse ja täidetakse veega. Sel juhul sadestuvad segu raskemad elemendid kiiremini. Primaarseid uraanimineraale sisaldavates kivimites toimub nende kiire sadestumine, kuna need on väga rasked. Uraani sekundaarseid mineraale sisaldavate maakide kontsentreerimisel toimub aheraine settimine, mis on sekundaarsetest mineraalidest palju raskem, kuid võib sisaldada väga kasulikke elemente.

Uraanimaake peaaegu ei rikastata, välja arvatud orgaaniline radiomeetrilise sorteerimise meetod, mis põhineb raadiumi γ-kiirgusel, mis uraaniga alati kaasas käib.

Uraani tootmise järgmine samm on leostumine, seega läheb uraan lahusesse. Põhimõtteliselt leostatakse maagid väävel-, mõnikord lämmastikhappe- või soodalahustega, viides uraani happeliseks lahuseks UO2SO4 või kompleksanioonide kujul ja soodalahuseks 4-kompleksi aniooni kujul. Väävelhappe kasutamise meetod on odavam, kuid see pole alati rakendatav - kui tooraine sisaldab neljavalentset uraani (uraanivaiku), mis väävelhappes ei lahustu. Sellistel juhtudel kasutatakse leolist leotamist või neljavalentne uraan oksüdeeritakse kuuevalentseks. Seebikivi (seebikivi) kasutamine on kasulik magnesiiti või dolomiiti sisaldava maagi leostamisel, mille lahustumiseks on vaja liiga palju hapet.

Pärast leostumist ei sisalda lahus mitte ainult uraani, vaid ka teisi elemente, mis nagu uraan, ekstraheeritakse samade orgaaniliste lahustitega, sadestuvad samadel ioonvahetusvaikudel ja sadestuvad samadel tingimustel. Sellises olukorras tuleb uraani selektiivseks eraldamiseks kasutada palju redoksreaktsioone, et välistada soovimatu element erinevates etappides. Ioonivahetus- ja ekstraheerimismeetodite üks eeliseid on see, et uraani ekstraheeritakse üsna täielikult kehvadest lahustest.

Pärast kõiki neid toiminguid viiakse uraan tahkesse olekusse - ühte oksiididest või UF4 tetrafluoriidiks. Selline uraan sisaldab suure termilise neutronite püüdmise ristlõikega lisandeid – liitiumi, boori, kaadmiumi ja haruldasi muldmetalle. Lõpptootes ei tohiks nende sisaldus ületada sajatuhandik ja miljondik protsenti! Selleks lahustatakse uraan uuesti, seekord lämmastikhappes. Uranüülnitraat UO2(NO3)2 puhastatakse ekstraheerimisel tributüülfosfaadi ja mõnede teiste ainetega täiendavalt vajalike tingimusteni. Seejärel see aine kristalliseeritakse (või sadestatakse) ja süüdatakse õrnalt. Selle toimingu tulemusena tekib uraantrioksiid UO3, mis redutseeritakse vesinikuga UO2-ks. Temperatuuril 430–600 ° C reageerib uraanoksiid kuiva vesinikfluoriidiga ja muutub UF4 tetrafluoriidiks. Juba sellest ühendist saadakse metallilist uraani tavaliselt kaltsiumi või magneesiumi abil tavapärase redutseerimise teel.

Füüsikalised omadused

Metalliline uraan on väga raske, see on kaks ja pool korda raskem kui raud ja poolteist korda raskem pliist! See on üks raskemaid elemente, mida Maa sooltes talletatakse. Oma hõbevalge värvi ja säraga meenutab uraan terast. puhas metall plastist, pehme, suure tihedusega, kuid samal ajal on seda lihtne töödelda. Uraan on elektropositiivne, sellel on ebaolulised paramagnetilised omadused - spetsiifiline magnetiline tundlikkus toatemperatuuril on 1,72 10 -6, Sellel on madal elektrijuhtivus, kuid kõrge reaktsioonivõime. Sellel elemendil on kolm allotroopset modifikatsiooni: α, β ja γ. α-vormil on rombikujuline kristallvõre järgmiste parameetritega: a = 2,8538 Å, b = 5,8662 Å, c = 469557 Å. See vorm on stabiilne temperatuurivahemikus toatemperatuurist kuni 667,7 ° C. Uraani tihedus α-vormis temperatuuril 25 ° C on 19,05±0,2 g/cm 3. β-vormil on tetragonaalne kristallvõre, see on stabiilne temperatuurivahemikus 667,7° C kuni 774,8° C. Nelinurkse võre parameetrid: a = 10,759 Å, b = 5,656 Å. Kehakeskse kuubikujulise struktuuriga γ-vorm, stabiilne alates 774,8°C kuni sulamistemperatuurini (1132°C).

Uraani redutseerimise protsessis näete kõiki kolme faasi. Selleks kasutatakse spetsiaalset aparaati, milleks on õmblusteta terastoru, mis on vooderdatud kaltsiumoksiidiga, on vajalik, et toru teras ei suhtleks uraaniga. Uraani ja magneesiumi (või kaltsiumi) tetrafluoriidi segu laaditakse aparaadisse, misjärel see kuumutatakse temperatuurini 600 ° C. Kui see temperatuur on saavutatud, lülitatakse sisse elektrikaitse, mis hakkab koheselt voolama. eksotermiline redutseerimisreaktsioon, samal ajal kui laetud segu täielikult sulab. Vedel uraan (temperatuur 1132 ° C) vajub oma kaalu tõttu täielikult põhja. Pärast uraani täielikku sadestumist aparaadi põhjale algab jahutamine, uraan kristalliseerub, selle aatomid reastuvad ranges järjekorras, moodustades kuupvõre - see on γ-faas. Järgmine üleminek toimub 774°C juures – jahtuva metalli kristallvõre muutub tetragonaalseks, mis vastab β-faasile. Kui valuploki temperatuur langeb 668 ° C-ni, paigutavad aatomid oma read uuesti ümber, paiknedes lainetena paralleelsetes kihtides - α-faasis. Rohkem muudatusi ei ole.

Uraani peamised parameetrid viitavad alati α-faasile. Sulamistemperatuur (sulamistemperatuur) 1132°C, uraani keemistemperatuur (tboil) 3818°C. Erisoojus toatemperatuuril 27,67 kJ/(kg K) või 6,612 cal/(g°C). Elektriline eritakistus temperatuuril 25 °C on ligikaudu 3 10 -7 oomi cm ja juba 600 ° C juures 5,5 10 -7 oomi cm. Uraani soojusjuhtivus varieerub ka sõltuvalt temperatuurist: näiteks vahemikus 100-200 ° C on see 28,05 W / (m K) või 0,067 cal / (cm sek ° C) ja kui see tõuseb 400-ni ° C, suureneb see kuni 29,72 W / (m K) 0,071 cal / (cm sek ° C). Uraani ülijuhtivus on 0,68 K. Keskmine Brinelli kõvadus on 19,6–21,6·10 2 MN / m 2 ehk 200–220 kgf / mm 2.

Paljud 92. elemendi mehaanilised omadused sõltuvad selle puhtusest, termilise ja mehaanilise töötlemise režiimidest. Nii ka valatud uraani kohta maksimaalne tõmbetugevus toatemperatuuril 372-470 MN/m 2 ehk 38-48 kgf/mm 2, elastsusmooduli keskmine väärtus 20,5·10 -2 MN/m2 ehk 20,9·10 -3 kgf/mm 2. Uraani tugevus suureneb pärast kustutamist β- ja γ-faasist.

Uraani kiiritamine neutronvooga, interaktsioon veega, mis jahutab metallilisest uraanist valmistatud kütuseelemente, ja muud töötegurid võimsates termilistes neutronreaktorites - kõik see põhjustab muutusi uraani füüsikalistes ja mehaanilistes omadustes: metall muutub hapraks, tekib roomamine, metallilise uraani saaduste deformatsioon. Sel põhjusel kasutatakse tuumareaktorites uraanisulameid, näiteks molübdeeniga, selline sulam on veekindel, tugevdab metalli, säilitades samal ajal kõrge temperatuuriga kuupvõre.

Keemilised omadused

Keemiliselt on uraan väga aktiivne metall. Õhus see oksüdeerub, moodustades pinnale sillerdava UO2 dioksiidi kile, mis ei kaitse metalli edasise oksüdeerumise eest, nagu juhtub titaani, tsirkooniumi ja mitmete teiste metallidega. Hapnikuga moodustab uraan UO2 dioksiidi, UO3 trioksiidi ja suure hulga vaheoksiide, millest olulisim on U3O8, need oksiidid on omadustelt sarnased UO2 ja UO3-ga. Pulbrilises olekus on uraan pürofooriline ja võib süttida kergel kuumutamisel (150 ° C ja üle selle), põlemisega kaasneb ere leek, moodustades lõpuks U3O8. Temperatuuril 500–600 ° C interakteerub uraan fluoriga, moodustades vees ja hapetes kergelt lahustuvad rohelised nõelakujulised kristallid - uraantetrafluoriid UF4, samuti UF6 - heksafluoriid (valged kristallid, mis sublimeeruvad temperatuuril sulamata 56,4 °C). UF4 ja UF6 on näited uraani interaktsioonist halogeenidega, moodustades uraanhalogeniidid. Uraan ühineb kergesti väävliga, moodustades hulga ühendeid, millest kõige olulisem on USA - tuumakütus. Uraan reageerib vesinikuga temperatuuril 220 °C, moodustades UH3 hüdriidi, mis on keemiliselt väga aktiivne. Edasisel kuumutamisel laguneb UH3 vesinikuks ja pulbriliseks uraaniks. Koostoime lämmastikuga toimub kõrgematel temperatuuridel - 450–700 ° C ja atmosfäärirõhul saadakse U4N7 nitriid, lämmastiku rõhu tõusuga samadel temperatuuridel on võimalik saada UN, U2N3 ja UN2. Kõrgematel temperatuuridel (750–800 °C) reageerib uraan süsinikuga, moodustades monokarbiidi UC, dikarbiidi UC2 ja U2C3. Uraan interakteerub veega, moodustades UO2 ja H2, aeglasemalt külma veega ja aktiivsemalt kuuma veega. Lisaks kulgeb reaktsioon auruga temperatuuril 150 kuni 250 °C. See metall lahustub vesinikkloriid-HCl-s ja lämmastik-HNO3-hapetes, vähem aktiivselt kõrgelt kontsentreeritud vesinikfluoriidhappes, reageerib aeglaselt väävel-H2SO4 ja ortofosfor-H3PO4-hapetega. Hapetega tekkivate reaktsioonide saadused on uraani neljavalentsed soolad. Anorgaanilistest hapetest ja mõnede metallide (kuld, plaatina, vask, hõbe, tina ja elavhõbe) sooladest on uraan võimeline vesinikku välja tõrjuma. Uraan ei suhtle leelistega.

Ühendites on uraanil järgmised oksüdatsiooniastmed: +3, +4, +5, +6, mõnikord +2. U3+ ei eksisteeri looduslikult ja seda saab ainult laboris. Viievalentsed uraaniühendid on enamasti ebastabiilsed ja lagunevad üsna kergesti kvaternaarseteks ja kuuevalentseteks uraaniühenditeks, mis on kõige stabiilsemad. Kuuevalentset uraani iseloomustab uranüüliooni UO22+ moodustumine, mille soolad on kollase värvusega ning lahustuvad hästi vees ja mineraalhapetes. Kuuevalentse uraani ühendite näiteks on uraantrioksiid või uraananhüdriid UO3 (oranž pulber), millel on amfoteerse oksiidi iseloom. Hapetes lahustamisel tekivad soolad, näiteks uraankloriid UO2Cl2. Leeliste toimel uranüülsoolade lahustele saadakse uraanhappe H2UO4 soolad - uraanid ja diuraanhappe H2U2O7 - diuranaadid, näiteks naatriumuranaat Na2UO4 ja naatriumdiuranaat Na2U2O7. Neljavalentsed uraanisoolad (uraantetrakloriid UCl4) on rohelised ja vähem lahustuvad. Pikaajalisel kokkupuutel õhuga on neljavalentset uraani sisaldavad ühendid tavaliselt ebastabiilsed ja muutuvad kuuevalentseteks. Uranüülsoolad, nagu uranüülkloriid, lagunevad ereda valguse või orgaaniliste ainete juuresolekul.

Iraagi suursaadiku sõnumis ÜRO juures Mohammed Ali al-Hakim 9. juulil on kirjas, et äärmuslaste käsutuses on ISIS (Iraagi ja Levandi Islamiriik). IAEA (Rahvusvaheline Aatomienergiaagentuur) kiirustas kuulutama, et Iraagis varem kasutatud tuumaainetel on madalad toksilised omadused ja seetõttu islamistide poolt vangistatud materjalid.

Olukorraga kursis olev USA valitsusallikas ütles Reutersile, et võitlejate varastatud uraan ei ole tõenäoliselt rikastatud ja seetõttu on ebatõenäoline, et seda kasutatakse tuumarelvade valmistamiseks. Iraagi võimud teavitasid sellest intsidendist ametlikult ÜRO-d ja kutsusid üles "vältima selle kasutamise ohtu", vahendab RIA Novosti.

Uraaniühendid on äärmiselt ohtlikud. Selle kohta, mida täpselt, samuti selle kohta, kes ja kuidas saab tuumakütust toota, ütleb AiF.ru.

Mis on uraan?

Uraan on keemiline element aatomnumbriga 92, hõbevalge läikiv metall, perioodilist süsteemi tähistatakse U. ei esine. Tuumakütus on valmistatud uraani isotoopidest.

Uraan on raske, hõbevalge läikiv metall. Foto: Commons.wikimedia.org / Algne üleslaadija oli Zxctypo saidil en.wikipedia.

Uraani radioaktiivsus

1938. aastal sakslane füüsikud Otto Hahn ja Fritz Strassmann kiiritas uraani tuuma neutronitega ja tegi avastuse: vaba neutroni kinnipüüdmisel uraani isotoobi tuum jaguneb ja eraldab fragmentide ja kiirguse kineetilise energia tõttu tohutult energiat. Aastatel 1939-1940 Julius Khariton Ja Jakov Zeldovitš esimest korda teoreetiliselt selgitas, et loodusliku uraani vähesel rikastamisel uraan-235-ga on võimalik luua tingimused aatomituumade pidevaks lõhustumiseks ehk anda protsessile ahelloom.

Mis on rikastatud uraan?

Rikastatud uraan on uraan, mida toodab tehnoloogiline protsess 235U isotoobi osakaalu suurendamiseks uraanis. Selle tulemusena jaguneb looduslik uraan rikastatud uraaniks ja vaesestatud uraaniks. Pärast 235U ja 234U looduslikust uraanist ekstraheerimist nimetatakse järelejäänud materjali (uraan-238) "vaesestatud uraaniks", kuna see on vaesestatud 235. isotoobis. Mõnede aruannete kohaselt hoitakse USA-s umbes 560 000 tonni vaesestatud uraanheksafluoriidi (UF6). Vaesestatud uraan on poole radioaktiivsem kui looduslik uraan, peamiselt tänu 234U eemaldamisele sellest. Kuna uraani peamine kasutusala on energia tootmine, on vaesestatud uraan vähekasutatav toode, millel on madal majanduslik väärtus.

Tuumaenergia kasutab ainult rikastatud uraani. Suurim rakendus on uraani isotoop 235U, mille puhul on võimalik isemajandav tuumaahelreaktsioon. Seetõttu kasutatakse seda isotoopi kütusena tuumareaktorites ja tuumarelvades. Isotoobi U235 eraldamine looduslikust uraanist on keeruline tehnoloogia, mida vähesed riigid suudavad rakendada. Uraani rikastamine võimaldab toota aatomituumarelvi - ühefaasilisi või üheastmelisi lõhkeseadmeid, milles põhienergia väljund saadakse raskete tuumade tuumalõhustumise reaktsioonist koos kergemate elementide moodustumisega.

Tooriumist reaktorites kunstlikult toodetud uraan-233 (toorium-232 püüab kinni neutroni ja muutub toorium-233-ks, mis laguneb protaktiinium-233-ks ja seejärel uraan-233-ks), võib tulevikus saada tavaliseks tuumaenergia tuumakütuseks. tehased (juba praegu on seda nukliidi kütusena kasutavad reaktorid, näiteks KAMINI Indias) ja aatomipommide tootmine (kriitiline mass umbes 16 kg).

30 mm kaliibriga mürsu (lennuki A-10 kahurid GAU-8) südamik, mille läbimõõt on umbes 20 mm vaesestatud uraanist. Foto: Commons.wikimedia.org / Algne üleslaadija oli Nrcprm2026 saidil en.wikipedia

Millised riigid toodavad rikastatud uraani?

• Prantsusmaa
• Saksamaa
• Holland
• Inglismaa
• Jaapan
• Venemaa
• Hiina
• Pakistan
• Brasiilia

10 riiki, mis annavad 94% maailma uraanitoodangust. Foto: Commons.wikimedia.org / KarteUrangewinnung

Miks on uraaniühendid ohtlikud?

Uraan ja selle ühendid on mürgised. Eriti ohtlikud on uraani ja selle ühendite aerosoolid. Veeslahustuvate uraaniühendite aerosoolide puhul on maksimaalne lubatud kontsentratsioon (MPC) õhus 0,015 mg / m³, uraani lahustumatute vormide puhul on MAC 0,075 mg / m³. Uraan mõjutab kehasse sattudes kõiki elundeid, olles raku üldine mürk. Uraan, nagu paljud teised raskmetallid, seondub peaaegu pöördumatult valkudega, eelkõige aminohapete sulfiidrühmadega, häirides nende funktsiooni. Uraani molekulaarne toimemehhanism on seotud selle võimega pärssida ensüümide aktiivsust. Esiteks on mõjutatud neerud (uriinis ilmuvad valgud ja suhkur, oliguuria). Kroonilise mürgistuse korral on võimalikud hematopoeetilised ja närvisüsteemi häired.

Uraani kasutamine rahumeelsetel eesmärkidel

• Väike uraani lisamine annab klaasile kauni kollakasrohelise värvi.
• Naatriumuraani kasutatakse värvimisel kollase pigmendina.
• Uraaniühendeid kasutati värvidena portselanile maalimisel ning keraamiliste glasuuride ja emailide jaoks (värvitud värvides: kollane, pruun, roheline ja must, olenevalt oksüdatsiooniastmest).
• 20. sajandi alguses kasutati uranüülnitraati laialdaselt negatiivide tugevdamiseks ja positiivide (fotoprintide) pruuniks värvimiseks (tooniks).
• Raua ja vaesestatud uraani sulameid (uraan-238) kasutatakse võimsate magnetostriktiivsete materjalidena.

Isotoop - keemilise elemendi aatomite sordid, millel on sama aatom (järjekorranumber), kuid erinevad massiarvud.

Perioodilise tabeli III rühma element, mis kuulub aktiniidide hulka; raske nõrgalt radioaktiivne metall. Tooriumil on mitmeid rakendusi, milles see mõnikord mängib asendamatut rolli. Selle metalli positsioon perioodilises elementide süsteemis ja tuuma struktuur määras selle kasutamise aatomienergia rahumeelse kasutamise valdkonnas.

*** Oliguuria (kreeka keelest oligos - väike ja ouron - uriin) - neerude kaudu eraldatud uriini koguse vähenemine.