Kémia és élet - urán tények és faktiki
Amennyiben uránt bányásznak? Az urán a világban nem is olyan kicsi - mert ő az előfordulási a 38. helyen. És a legtöbb ez az elem az üledékes kőzetek - széntartalmú palák és phosphorites: 8 # 8729; 10 -3 10 -2 és 2,5% -kal. Csak a földkéreg tartalmaz 10-14 tonna urán, de a fő probléma az, hogy nagyon szórakozott, és nem képez erős mezőnyben. Az ipari jelentőségű mintegy 15 urán ásványi anyagok. Ez uránszurokérc - szolgál alapul annak négyértékű urán-oxid, autunit - különböző szilikátok, foszfátok, és a bonyolultabb vegyületek titán- vagy vanádium-alapú hatvegyértékű urán.
Mi a Becquerel-sugarak? Megnyitása után Wolfgang Röntgen X-ray francia fizikus Henri Becquerel érdekelt fluoreszcens urán sók, amelyek alapján történik, a napfény. Azt akarta tudni, hogy van-e, majd az X-sugarakat. Valójában, ezek voltak jelen - só megvilágítja a fényképészeti lemez keresztül fekete papírt. Az egyik kísérletben azonban a só nem terjed ki és a lemez még mindig sötét. Amikor a fotográfiai lemez között a sót, és tegye egy fémtárgyat, majd alatta volt kisebb mértékű sötétedése. Következésképpen, az új sugarak megjelent nem köszönhető, hogy a gerjesztő fényt a fém urán és részlegesen telt. Úgy hívták őket, az első „Becquerel-sugarak.” Ezt követően, azt találtuk, hogy elsősorban alfa sugarak egy kis mennyiségű béta-sugarak: az a tény, hogy a fő urán izotópok bomlási bocsátanak ki alfa-részecskét, és az utódok teszt és béta-bomlás.
Mekkora a radioaktivitás urán? Nincsenek stabil izotópok az urán, ezek mind a radioaktív. A leghosszabb életű - 238 felezési ideje 4,4 milliárd év .. Ezután jön az urán-235-0700000000 éve .. Mindkét mennek keresztül alfa-részecske, és a tórium izotópok relevánsak. Az urán-238 több mint 99% -a természetes urán. Mert a hatalmas felezési a radioaktivitás az elem kicsi, és emellett, alfa-részecskék nem képesek leküzdeni a kérges bőr felületén réteget az emberi test. Azt mondják, hogy munka után a Kurchatov urán csak megtörölte a kezét egy zsebkendőt, és nem összefüggő betegségek radioaktivitás, nem szenvednek.
Miért van szükség az urán? Korábban azt használják a pigment előállítására kerámia és színes üveg. Most urán - alapján a nukleáris energia és a nukleáris fegyverek. Ez használ egyedülálló funkció - a képesség, hogy megosszák a kernel.
Hogy a láncreakció urán? Nem sokkal azután, mivel kimutattuk kísérletileg lehetőségét maghasadás az urán és a tórium (és egyéb elválasztó elemek a világon semmilyen értelmes mennyiségű nem), a munka a Princeton, Niels Bohr és John Wheeler, és függetlenül attól, hogy a szovjet fizikus J. I.Frenkel németek Siegfried Flügge és Gottfried von Droste létre az elmélet a maghasadás. Ebből majd a két mechanizmus. One - kapcsolódó küszöb felszívódását gyors neutronok. Elmondása szerint, hogy kezdeményezzen a hasadási neutronok kell elég sok energiát, több mint 1 MeV nukleáris fő izotópok - urán-238 és a tórium-232. Alacsonyabb energia neutron felszívódását U-238 egy rezonáns jellegű. Így egy neutron energia 25 eV ezerszer nagyobb területet befogó keresztmetszete, mint más energiákat. Ebben az esetben nem kell felosztani a következő lesz: az urán-238 és urán-239 lesz, hogy a felezési ideje 23,54 perc alakulnak neptúnium-239, az egyik egy felezési 2,33 nap - egy hosszú életű plutónium-239. A tórium-232 és urán-233 lesz.
Betöltése üzemanyag rudak a reaktoron belül a kalinini atomerőmű negyedik egység. Fotó: OJSC Rosatom, www.rosatom.ru
A második mechanizmus - doorsteps felszívódását a neutron, meg a harmadik többé-kevésbé általános hasadó izotóp - U235 (és hiányzik a természetben a plutónium-239 és urán-233) magába szívja a neutronok is lassú, úgynevezett termikus energia, egy energia, mint a a molekulák részt vesznek a termikus mozgás - 0,025 eV, mint egy magrésze. És ez nagyon jó: a termikus neutron befogási keresztmetszet területe négyszer nagyobb, mint a gyors, MeV. Ez fontos a urán-235 az egész későbbi történetében atomenergia: biztosítja a szorzás neutronok természetes urán. Megnyomása után a neutron urán-235 atommag instabillá válik, és gyorsan oszlik két egyenlőtlen részre. Az út mentén, néhány legyek (átlag 2,75), új neutronokat. Ha eljut a lényege az uránt, hogy hatására a szorzás neutronok egy mértani - megy egy láncreakció, amely elvezet egy robbanás miatt a gyors megjelenése hatalmas mennyiségű hőt. Sem a 238, vagy a tórium-232, így nem tud dolgozni: elvégre a hasadási neutronok kibocsátott átlagos energia 1-3 MeV, azaz, ha van egy energia küszöbértéket 1 MeV neutronok jelentős része minden bizonnyal nem okoz reakciót, és a szaporodás nem. Tehát ezekről izotópok kell elfelejteni, és meg kell lassítani a neutronok hőenergiává lehető leghatékonyabban úgy, hogy kölcsönhatásba lépnek a magok az urán-235. Ez nem teszi lehetővé számukra, hogy a rezonáns abszorpció urán-238: Still természetes urán izotóp, ami valamivel kevesebb, mint 99,3% és a neutronok gyakran szembesülnek vele, ahelyett, hogy a cél az urán-235. És az eljáró moderátor, akkor támogatja a szorzás neutronok állandó szinten, és megakadályozzák a robbanás - ellenőrzött láncreakció.
A számítást végzett Zeldovich és Yu.B. Khariton ugyanabban végzetes 1939 bebizonyította, hogy kell használni a neutronmoderátor formájában nehézvíz vagy grafit és urán-235 dúsított természetes urán legalább 1,83 alkalommal. Ezután az ötlet sújtotta őket tiszta fantázia: „Meg kell jegyezni, hogy körülbelül kétszerese a gazdagodás, hanem jelentős mennyiségű urán szükséges a lánc robbanás, <…> Rendkívül testes, közel a szinte lehetetlen feladat. " Most ez a probléma megoldódott, és a nukleáris ipar termel szabvány erőművek dúsított urán urán-235 3,5%.
Mi a spontán maghasadás? 1940 G.N.Flerov K.A.Petrzhak és megállapította, hogy az urán hasadási spontán módon külső befolyástól mentes, azonban a felezési ideje sokkal hosszabb, mint a szokásos alfa-részecske. Mivel ebben a főcsoportban termelt neutronok, ha nem hagyja, hogy elszáll a reakciózónából, kik szolgálnak kezdeményezője a láncreakció. Ezt a jelenséget használják létrehozását atomreaktorok.
Szmolenszk atomerőmű. Fotó: OJSC Rosatom, www.rosatom.ru
Miért van szükség az atomenergia? Zeldovich és Khariton az elsők között volt, aki megvizsgálta a gazdasági hatása a nukleáris energia ( „Advan Fizikai Tudományok” 1940, 23, 4). ”. Még mindig lehetetlen, hogy végleges következtetéseket a lehetőségét vagy lehetetlenségét az urán hasadási reakció végtelenül elágazó láncok. Ha ez a reakció lehetséges, hogy automatikusan beállítja a sebességet a reakciót, ez biztosítja a nyugodt áramlását, annak ellenére, hogy hatalmas mennyiségű energiát bocsát a kísérletet. Ez a körülmény rendkívül kedvező az energia felhasználás a reakció. Itt van miért - annak ellenére, hogy elosztjuk a megölt medve bőrére - néhány számot, amely jellemzi a lehetőségét urán energiafelhasználást. Ha a szétválás folyamat gyors tenyésztő, így, a reakció rögzíti a fő izotóp urán (U238), majd a <исходя из соот- ношения теплотворных способностей и цен на уголь и уран> értéke a fő izotóp urán kalória körülbelül 4000-szor kisebb, mint a szén (ha persze a folyamatok „égő” a hőelvezető és nem jelenik meg az uránium esetében lényegesen drágább, mint a szén esetében). Abban az esetben, lassú neutronok költsége „urán” kalória (feltételezve, hogy a fenti adatok) lesz, figyelembe véve, hogy az előfordulási gyakorisága az izotóp U235 egyenlő 0,007, már csak 30-szer olcsóbb, mint a „szén” kalóriát egyéb tényező. "
Az első vezérelt láncreakció végzett 1942 Enrico Fermi University of Chicago, és a reaktor működtethető manuálisan - zárás a grafitrudak, és nyomja a változás a neutronfluxus. Az első erőmű épült, Obninsk 1954. Amellett, hogy a villamosenergia-termelés az első reaktor még dolgoznak a termelés fegyver minőségű plutónium.
Hogyan működik egy atomerőmű? Most a legtöbb reaktorokat lassú neutronokat. Dúsított urán formájában fémötvözetből, például alumíniumból vagy oxid formájában van hajtva a hosszú henger - a fűtőelemek. Ezek meghatározott módon szerelt a reaktorban, és a közöttük vezetünk be a moderátor rudak, amelyek szabályozzák a láncreakciót. Idővel, a tüzelőanyag-elem felhalmozódott mérgek reaktor - az urán hasadási termékek is képesek elnyelni neutronokat. Amikor a koncentrációja urán-235 alá esik a kritikus értéket, az elem kivonják a működés. Van azonban egy csomó hasadási erős radioaktivitást, ami csökkenti az évek során, ami az elemek hosszú ideig kiadás jelentős mennyiségű hőt. Ezek tartják a hűtőtó, majd vagy deponálni vagy kívánják újrafeldolgozni a - távolítsa el a nem égett urán-235, a plutónium előállított (ez volt a gyártás atomi bombák) és egyéb izotópok, hogy lehet alkalmazni. A fel nem használt részét küld a temetőket.
Corps repülés atombomba a Múzeum nukleáris fegyverek VNIIEF. Fotó: OJSC Rosatom, www.rosatom.ru
Az úgynevezett gyors reaktorok, vagy tenyésztő reaktorok reflektorok szerelt körül elemei urán-238 vagy tórium-232. Lelassítják, és visszaküldték túl gyors neutronok a reakció zónában. Késleltetett ugyanaz a rezonancia-fordulatszámon neutronelnyelõ említett izotópok rendre fordult plutónium-239 vagy urán-233, amely alapul szolgálhat a tüzelőanyag a növény. Mivel a gyors neutronok reagálnak rosszul azzal, hogy jelentősen növelje az urán-235 koncentrációja, de megéri erősebb neutronfluxust. Annak ellenére, hogy tenyésztő reaktorok kell tekinteni a jövőben a nukleáris energia, mert így több nukleáris üzemanyagot, mint ráfordítás - kísérletek azt mutatták, hogy nehéz kezelni. Most már csak egy ilyen reaktor maradt a világon - a negyedik hatalmi egység Beloyarsk atomerőmű.
Mint kritikusa az atomenergia-ipar? Ha nem beszélünk a baleset, a lényeg az érveket az ellenfelek az atomenergia ma volt egy javaslat, hogy adjunk számításához költséghatékonyság környezetvédelmi eltávolítása után az állomás üzemen kívül, és amikor az üzemanyaggal bánik. Mindkét esetben a problémák biztonságos radioaktív hulladék ártalmatlanítására, amely a költség, hogy az állam viseli. Úgy gondoljuk, hogy ha a váltás, hogy az energia ára, a gazdasági vonzerejét eltűnik.
Van ellenzék és azok között a nukleáris szurkolók. Képviselői pont az egyediségét urán-235, amelynek nincs csere, mert az alternatív hasadó izotópok termikus neutronok - plutónium-239 és urán-233 - köszönhetően a felezési ideje több ezer éve a természetben nincsenek. A őket pontosan azért, mert a hasadás az urán-235. Ha véget ér, el fog tűnni, csodálatos természeti neutronforrás a nukleáris láncreakció. Ennek eredményeként az ilyen extravagáns emberiség elveszíti a lehetőséget, hogy a jövőben, hogy vegyenek részt az energia tórium-232 sorozat, a tartalékok, amely többször is nagyobb, mint az urán.
Elméletileg, a kapott fluxus gyors neutronok MeV energiájú részecskegyorsító lehet használni. Azonban, ha ez például bolygóközi járatok atomi motor, az áramkör végrehajtott terjedelmes gyorsító nehéz lesz. Kimerülése urán-235 véget vet az ilyen projektek.
Mi a fegyver minőségű urán? Ez erősen dúsított urán-235. His kritikus tömeg - ez megegyezik a mérete egy darab anyagból, amely spontán láncreakció - elegendően kicsi ahhoz, hogy készítsen egy lőszer. Ilyen urán gyártásához felhasználható egy nukleáris bombát, és a biztosíték egy nukleáris bombát.
Ampullák izotópok, izoláljuk a besugárzott anyag NIIYAR a Rosatom. Fotó: OJSC Rosatom, www.rosatom.ru
Milyen fegyvereket lehet készíteni szegényített uránt? Golyók és a magokat páncéltörő lövedékek. A számítás itt. Minél nehezebb a lövedék, annál nagyobb a kinetikus energia. De minél nagyobb a mérete a lövedék, a kevésbé koncentrált a lövés. Ezért van szükség a nehézfémek, amelyek nagy sűrűségű. A golyók készülnek ólom (Ural vadászok egy időben használt és natív platina, amíg rájöttünk, hogy ez egy nemesfém), a mag kagyló - volfrám ötvözet. A környezetvédők rámutatnak, hogy vezető szennyezi a talajt helyenként a harcok és a vadászat, és jobb lenne, hogy helyette valami kevésbé káros, mint az azonos volfrám. De wolfram nem olcsó, de hasonló a sűrűsége urán - itt van, veszélyes hulladéknak. Ebben az esetben a megengedett talaj- és víz urán kb kétszer nagyobb, mint az ólom. Mint kiderült, azért, mert a gyenge radioaktivitás szegényített urán (és ez még mindig 40% -kal kevesebb, mint a természetes) elhanyagolt és úgy igazán veszélyes vegyi faktor: urán, ahogy emlékszem, mérgező. Ugyanakkor, a sűrűsége 1,7-szer nagyobb, mint az ólom, és így a méret a urán lövedékek felezhető; urán sokkal ellenállóbbak és kemény, mint az ólom -, amikor begyullad elpárolog kevesebb, és a cél becsapódáskor kevesebbet ad mikrorészecskék. Általában urán lövedék kevésbé környezetszennyező, mint az ólom, azonban jelentősen az ilyen használat nem ismert uránt.
De azt tudjuk, hogy a szegényített urán használják erősítésére páncélzatban US tartályok (amelyek hozzájárulnak a nagy sűrűségű és olvadáspont), és ahelyett, hogy a volfrám ötvözet magok páncéltörő lövedékek. Az urán jó mag az a tény, hogy az urán piroforos: a meleg finom részecskék képződnek, amikor eltalálja a páncélt flare és meggyullad az egész. Mindkét alkalmazás tekinthető sugárbiztonság. Így a számítás azt mutatja, hogy még a fürdőzés után egy évet bezvylazno tartály urán páncélzat, megrakott uránium lőszerek, a legénység lesz csak a negyede a megengedett adagot. És annak érdekében, hogy a megengedett éves dózis szükséges 250 óra, hogy rögzítse a bőr felületére, például lőszer.