Článok hovorí o tom, kedy bol objavený taký chemický prvok ako urán a v ktorých priemyselných odvetviach sa táto látka v súčasnosti používa.
Urán je chemický prvok v energetickom a vojenskom priemysle
Vždy sa ľudia snažili nájsť vysoko efektívne zdroje energie a v ideálnom prípade vytvoriť takzvaný perpetum mobile. Bohužiaľ, nemožnosť jeho existencie bola teoreticky dokázaná a podložená už v 19. storočí, no vedci stále nestrácali nádej na uskutočnenie sna o nejakom zariadení, ktoré by bolo schopné produkovať veľké množstvo „čistej“energie za veľmi dlhú dobu. dlho.
Čiastočne sa to podarilo objavom takej látky, ako je urán. Chemický prvok s týmto názvom vytvoril základ pre vývoj jadrových reaktorov, ktoré v našej dobe dodávajú energiu celým mestám, ponorkám, polárnym lodiam atď. Je pravda, že ich energiu nemožno nazvať „čistou“, ale v posledných rokoch mnoho spoločností vyvíja kompaktné „atómové batérie“na báze trícia na široký predaj – nemajú žiadne pohyblivé časti a sú bezpečné pre zdravie.
V tomto článku si však podrobne rozoberieme históriu objavu chemického prvkunazývaný urán a reakcia štiepenia jeho jadier.
Definícia
Urán je chemický prvok, ktorý má v Mendelejevovej periodickej tabuľke atómové číslo 92. Jeho atómová hmotnosť je 238 029. Je označený symbolom U. Za normálnych podmienok je to hustý, ťažký striebristý kov. Ak hovoríme o jeho rádioaktivite, potom samotný urán je prvkom so slabou rádioaktivitou. Neobsahuje ani úplne stabilné izotopy. A najstabilnejší z existujúcich izotopov je urán-338.
Prišli sme na to, čo je tento prvok, a teraz sa pozrime na históriu jeho objavenia.
História
Látku ako prírodný oxid uránu poznali ľudia už od pradávna a starí remeselníci z nej vyrábali glazúru, ktorou sa pokrývala rôzna keramika kvôli vodeodolnosti nádob a iných výrobkov, ako aj ich dekorácie.
Rok 1789 bol dôležitým dátumom v histórii objavu tohto chemického prvku. Vtedy sa chemikovi a nemeckému rodákovi Martinovi Klaprothovi podarilo získať prvý kovový urán. A nový prvok dostal svoje meno na počesť planéty objavenej pred ôsmimi rokmi.
Vtedy získaný urán bol takmer 50 rokov považovaný za čistý kov, avšak v roku 1840 dokázal chemik z Francúzska Eugene-Melchior Peligot, že materiál získaný spoločnosťou Klaproth napriek vhodným vonkajším znakom, nebol vôbec kov, ale oxid uránu. O niečo neskôr dostal ten istý Peligoskutočný urán je veľmi ťažký sivý kov. Vtedy sa prvýkrát určila atómová hmotnosť takej látky, akou je urán. Chemický prvok v roku 1874 zaradil Dmitri Mendelejev do svojej slávnej periodickej tabuľky prvkov a Mendelejev dvakrát zdvojnásobil atómovú hmotnosť látky. A len o 12 rokov neskôr sa experimentálne dokázalo, že veľký chemik sa vo svojich výpočtoch nemýlil.
Rádioaktivita
Skutočne rozšírený záujem o tento prvok vo vedeckej komunite sa však začal v roku 1896, keď Becquerel objavil skutočnosť, že urán vyžaruje lúče, ktoré boli pomenované po výskumníkovi – Becquerelove lúče. Neskôr jedna z najznámejších vedkýň v tejto oblasti, Marie Curie, nazvala tento jav rádioaktivitou.
Za ďalší dôležitý dátum v štúdiu uránu sa považuje rok 1899: vtedy Rutherford zistil, že žiarenie uránu je nehomogénne a delí sa na dva typy – alfa a beta lúče. A o rok neskôr Paul Villar (Villard) objavil tretí, posledný typ rádioaktívneho žiarenia, ktorý dnes poznáme – takzvané gama lúče.
O sedem rokov neskôr, v roku 1906, uskutočnil Rutherford na základe svojej teórie rádioaktivity prvé experimenty, ktorých účelom bolo určiť vek rôznych minerálov. Tieto štúdie položili základy, okrem iného, pre formovanie teórie a praxe rádiokarbónovej analýzy.
Štepenie jadier uránu
Ale možno najdôležitejší objav, vďaka ktorémurozšírená ťažba a obohacovanie uránu na mierové aj vojenské účely je procesom štiepenia jadier uránu. Stalo sa tak v roku 1938, objav uskutočnili nemeckí fyzici Otto Hahn a Fritz Strassmann. Neskôr táto teória získala vedecké potvrdenie v prácach niekoľkých ďalších nemeckých fyzikov.
Podstata mechanizmu, ktorý objavili, bola nasledovná: ak ožiarite jadro izotopu uránu-235 neutrónom, potom sa zachytením voľného neutrónu začne deliť. A ako už všetci vieme, tento proces je sprevádzaný uvoľnením obrovského množstva energie. Deje sa tak najmä v dôsledku kinetickej energie samotného žiarenia a fragmentov jadra. Takže teraz vieme, ako prebieha štiepenie uránu.
Objav tohto mechanizmu a jeho výsledky sú východiskovým bodom pre využitie uránu na mierové aj vojenské účely.
Ak hovoríme o jeho využití na vojenské účely, tak po prvý raz prevláda teória, že je možné vytvoriť podmienky pre taký proces, akým je kontinuálna štiepna reakcia jadra uránu (keďže na detonáciu je potrebná obrovská energia jadrová bomba) dokázali sovietski fyzici Zeldovič a Khariton. Na vytvorenie takejto reakcie však musí byť urán obohatený, pretože v normálnom stave nemá potrebné vlastnosti.
Zoznámili sme sa s históriou tohto prvku, teraz prídeme na to, kde sa používa.
Použitie a typy izotopov uránu
Po objavení takého procesu, akým je reťazová štiepna reakcia uránu, stáli fyzici pred otázkou, kde to využiť?
V súčasnosti existujú dve hlavné oblasti, kde sa používajú izotopy uránu. Ide o mierový (alebo energetický) priemysel a armádu. Prvý aj druhý využívajú jadrovú štiepnu reakciu izotopu uránu-235, líši sa len výstupný výkon. Jednoducho povedané, v jadrovom reaktore nie je potrebné vytvárať a udržiavať tento proces s rovnakou silou, aká je potrebná na vykonanie výbuchu jadrovej bomby.
Boli teda uvedené hlavné priemyselné odvetvia, v ktorých sa štiepna reakcia uránu používa.
Získanie izotopu uránu-235 je však mimoriadne zložitá a nákladná technologická úloha a nie každý štát si môže dovoliť postaviť zariadenia na obohacovanie. Napríklad na získanie dvadsiatich ton uránového paliva, v ktorom bude obsah izotopu uránu 235 od 3 do 5 %, bude potrebné obohatiť viac ako 153 ton prírodného, „surového“uránu.
Izotop uránu-238 sa používa hlavne pri navrhovaní jadrových zbraní na zvýšenie ich výkonu. Tiež, keď zachytí neutrón, po ktorom nasleduje proces beta rozpadu, tento izotop sa môže nakoniec zmeniť na plutónium-239 - bežné palivo pre väčšinu moderných jadrových reaktorov.
Napriek všetkým nedostatkom takýchto reaktorov (vysoká cena, zložitosť údržby, nebezpečenstvo havárie) sa ich prevádzka veľmi rýchlo vypláca a vyrábajú neporovnateľne viac energie ako klasické tepelné či vodné elektrárne.
Reakcia štiepenia jadra uránu tiež umožnila vytvorenie jadrových zbraní hromadného ničenia. Vyznačuje sa obrovskou silou, relatívnoukompaktnosť a skutočnosť, že je schopný urobiť veľké plochy pôdy nevhodnými pre ľudské bývanie. Pravda, moderné atómové zbrane používajú plutónium, nie urán.
Chudobnený urán
Existuje aj taká rozmanitosť uránu, ako je ochudobnený. Má veľmi nízku úroveň rádioaktivity, čo znamená, že nie je nebezpečný pre ľudí. Opäť sa používa vo vojenskej sfére, pridáva sa napríklad do pancierovania amerického tanku Abrams, aby mu dodal dodatočnú silu. Navyše takmer vo všetkých high-tech armádach nájdete rôzne náboje s ochudobneným uránom. Okrem vysokej hmotnosti majú ešte jednu veľmi zaujímavú vlastnosť – po zničení strely sa samovoľne vznietia jej úlomky a kovový prach. A mimochodom, prvýkrát bol takýto projektil použitý počas druhej svetovej vojny. Ako vidíme, urán je prvok, ktorý sa používa v rôznych oblastiach ľudskej činnosti.
Záver
Podľa predpovedí vedcov budú okolo roku 2030 všetky veľké ložiská uránu úplne vyčerpané, po čom sa začne vývoj jeho ťažko dostupných vrstiev a cena stúpne. Mimochodom, samotná uránová ruda je pre ľudí absolútne neškodná – niektorí baníci na jej ťažbe pracujú už celé generácie. Teraz sme prišli na históriu objavu tohto chemického prvku a ako sa využíva štiepna reakcia jeho jadier.
Mimochodom, je známy zaujímavý fakt - zlúčeniny uránu sa už dlho používajú ako farby na porcelán asklo (tzv. uránové sklo) do 50. rokov 20. storočia.
