Uran, chemický prvek: historie objevu a reakce jaderného štěpení

Článek popisuje, kdy byl objeven takový chemický prvek jako uran a v jakých průmyslových odvětvích se dnes tato látka používá.

Uran je chemický prvek energetického a vojenského průmyslu

Vždycky se lidé snažili najít vysoce účinné zdroje energie a v ideálním případě - vytvořit tzv věčný pohybový stroj. Bohužel, neschopnost své existence teoreticky prokázáno a doloženo v XIX století, ale vědci ještě nikdy ztratili naději realizovat sen o nějakém zařízení, které by bylo možné vydat velké množství „čisté“ energie po velmi dlouhou dobu.

Částečně to bylo úspěšně provedeno s objevem látky, jako je uran. Chemický prvek s tímto jménem tvořil základ pro vývoj jaderných reaktorů, které dnes dodávají energii všem městům, ponorkám, polárním lodím a tak dále. Je pravda, že jejich energie nemůže být nazývána "čistá", avšak v uplynulých letech mnohé společnosti vyvíjejí kompaktní "atomové baterie" založené na tritiu pro široký prodej - nemají pohyblivé části a jsou bezpečné pro zdraví.

V tomto článku se však budeme podrobně zabývat historií objevu chemického prvku uranu a reakce štěpení jeho jader.

Definice

Uran je chemický prvek, který má v periodické tabulce Mendelejeva atomové číslo 92. Atomová hmotnost je 238 029. Označuje se symbolem U. Za normálních podmínek je to hustý, těžký kov stříbrné barvy. Když hovoříme o jeho radioaktivitě, pak samotný uran je prvek se slabou radioaktivitou. Rovněž nemá zcela stabilní izotopy. A nejstabilnější z existujících izotopů je uran-338.

S tím, co tento prvek představuje, jsme zjistili, a nyní budeme zvažovat historii jeho objevu.

Historie

Taková látka, jako je přirozený oxid uranu, je známo, že lidé od starověku a používá své dávné pány na výrobu glazur, která zahrnuje různé keramické nádoby pro odolnost proti vodě a dalších produktů, stejně jako jejich výzdobu.

Důležitým datem v historii objevu tohoto chemického prvku byl 1789. To bylo tehdy, že chemik a německý původ, Martin Klaproth, získal první kovový uran. A nový prvek získal jméno na počest otevřené planety o osm let dříve.

Téměř 50 let získal při uran byl považován za čistý kov, nicméně, v roce 1840 francouzský chemik Eugène-Peligot Melkor byl schopen prokázat, že materiál získaný Klaproth, i když vhodnými vnějších znaků, ne kov a oxid uranu. O něco později, všichni to samé platilo Peligot uran - velmi těžký kov šedá. Tehdy poprvé a atomová hmotnost látky byla stanovena jako uran. Chemický prvek byl umístěn Dmitri Mendeleev ve své známé periodického systému prvků v roce 1874, se Mendeleev zdvojnásobil atomovou hmotností látky dvakrát. Teprve po 12 letech bylo empiricky dokázáno, že skvělý chemik Ve svých výpočtech jsem se nemýlil.

Radioaktivita

Ale skutečný zájem na tomto širokém rámci vědecké komunity začala v roce 1896, kdy Becquerel zjistil, že uranové vyzařuje paprsky, které byly pojmenovány po průzkumník - becquerel paprsky. Později jeden z nejznámějších vědců v této oblasti - Marie Curie, nazval tento jev radioaktivity.

Další důležité datum ve studiu uranu se považuje za rok 1899: tehdy byl Rutherford zjištěn, že záření uranu je nehomogenní a je rozděleno na dva typy - alfa a beta paprsky. O rok později objevil Paul Villar (Viillard) třetí, poslední známý druh radioaktivního záření, tzv. Gama paprsky.

O sedm let později v roce 1906 provedl Rutherford na základě své teorie radioaktivity první pokusy, jejichž účelem bylo určit věk různých minerálů. Tyto studie začaly, včetně tvorby teorie a praxe radiokarbonová analýza.

Štěpení uranových jader

Ale možná nejdůležitější objev, díky němuž široká těžba a obohacování uranu začala pro mírové i vojenské účely, je proces jaderné štěpení uranu. Stalo se to v roce 1938, objev provedly síly německých fyziků Otto Ghana a Fritz Strassmann. Později tato teorie získala vědecké potvrzení v díle několika německých fyziků.

Podstata mechanismu, který objevili, byla následující: jestliže jeden ozařuje jádro izotopu uranu-235 s neutronem, potom zachycením volného neutronu se začíná rozdělovat. A jak všichni víme, tento proces je doprovázen přidělením kolosálního množství energie. To je dáno především kinetickou energií samotného záření a fragmenty jádra. Takže nyní víme, jak probíhá štěpení uranových jader.

Objev tohoto mechanismu a jeho výsledků je výchozím bodem pro využití uranu jak pro mírové, tak i vojenské účely.

Pokud budeme hovořit o jeho využití pro vojenské účely, poprvé teorie, které mohou vytvořit podmínky pro takový proces, jako kontinuální reakci štěpení uranu (která by ohrozila jadernou bombu vyžaduje ohromné ​​množství energie), svědčí sovětských fyziků Zeldovich a Khariton. Aby však bylo možné vytvořit takovou reakci, uran, musí být obohacen, jak ve svém obvyklém stavu požadovaných vlastností nebude mít.

Zjistili jsme se s historií tohoto prvku, nyní pochopíme, kde se uplatňuje.

Aplikace a druhy izotopů uranu

Po objevení takového procesu, jako je reakce řetězového dělení uranu, se fyzici začali ptát, kam ho použít.

V současné době existují dva hlavní směry, kde se používají izotopy uranu. Jedná se o mírový (nebo energetický) průmysl a vojenský průmysl. Jak první, tak druhé použití štěpné reakce izotopových jader uranu-235, je pouze výstupní výkon odlišný. Jednoduše řečeno, v atomovém reaktoru není zapotřebí vytvářet a udržovat tento proces se stejnou kapacitou, jaká je nezbytná pro výbuch jaderné bomby.

Takže jsou uvedeny hlavní větve, ve kterých se používá štěpná reakce uranu.

Získání izotopu uranu-235 je však nesmírně složitým a nákladným technologickým úkolem a ne každý stát si může dovolit stavět koncentrátory. Například pro získání dvaceti tun uranového paliva, u kterého bude obsah izotopu 235 uranu od 3-5%, bude nutné obohatit více než 153 tun přírodního "surového" uranu.

Izotopový uran 238 se používá hlavně v konstruktivní schématu jaderných zbraní ke zvýšení své síly. Také, když zachytí neutron s následným procesem beta-rozpadu, může být tento izotop převeden na plutonium-239, což je společné palivo pro většinu moderních jaderných reaktorů.

Navzdory všem nedostatkům těchto reaktorů (vysoká cena, složitost služby, nebezpečí selhání) se jejich provoz velmi rychle vyplácí a produkují nesrovnatelně více energie než klasické tepelné nebo vodní elektrárny.

Také reakce štěpení jádra uranu umožnila vytvoření jaderných zbraní hromadného ničení. Vyznačuje se obrovskou silou, relativní kompaktností a skutečností, že může způsobit, že velké plochy půdy jsou nevhodné pro život. Je pravda, že moderní atomové zbraně používají plutonium, nikoliv uran.

Ochuzený uran

Existuje také druh uranu, který je vyčerpaný. Má velmi nízkou úroveň radioaktivity, což znamená, že pro lidi není nebezpečné. Používá se znovu ve vojenské sféře, například se přidává do zbroje nádrže amerického Abramsu, aby jí dal další pevnost. Navíc v téměř všech špičkových armádách najdete různé skořápky s ochuzeným uranem. Vedle vysoké hmotnosti mají také velmi zajímavou vlastnost: po zničení projektilu se jeho fragmenty a kovový prach samozapalují. A mimochodem, poprvé byla taková skořápka použita během druhé světové války. Jak vidíme, uran je prvek, který byl používán v různých oblastech lidské činnosti.

Závěr

Vědci předpovídají, že v roce 2030 budou veškeré těžké uranové ložiska úplně vyčerpány, a poté začne vývoj těžko dostupných vrstev a zvýší se cena. Mimochodem, ona sama uranové rudy je pro lidi naprosto neškodná - někteří horníci pracují na jeho těžbě celým generací. Nyní jsme pochopili historii objevu tohoto chemického prvku a jak se aplikuje štěpná reakce jeho jader.

Mimochodem je zajímavá skutečnost - sloučeniny uranu se již dlouho používají jako nátěrové hmoty pro porcelán a sklo (tzv. uranové sklo) až do padesátých let.