Članek govori o tem, kdaj je bil odkrit tak kemični element, kot je uran, in v katerih panogah se ta snov uporablja v našem času.
Uran je kemični element v energetski in vojaški industriji
Ljudje so ves čas poskušali najti visoko učinkovite vire energije in idealno - ustvariti tako imenovani večni motor. Žal je bila nemožnost njegovega obstoja teoretično dokazana in utemeljena že v 19. stoletju, vendar znanstveniki še vedno niso izgubili upanja, da bi uresničili sanje o nekakšni napravi, ki bi bila sposobna proizvajati veliko količino "čiste" energije za zelo dolgo časa.
Deloma se je to uresničilo z odkritjem takšne snovi, kot je uran. Kemični element s tem imenom je bil osnova za razvoj jedrskih reaktorjev, ki v našem času zagotavljajo energijo celim mestom, podmornicam, polarnim ladjam itd. Res je, da njihove energije ne moremo imenovati "čista", vendar v zadnjih letih veliko podjetij razvija kompaktne "atomske baterije" na osnovi tritija za široko prodajo - nimajo gibljivih delov in so varne za zdravje.
Vendar pa bomo v tem članku podrobno analizirali zgodovino odkritja kemičnega elementaimenovan uran in reakcija cepitve njegovih jeder.
Definicija
Uran je kemični element, ki ima atomsko številko 92 v periodnem sistemu Mendelejeva. Njegova atomska masa je 238,029. Označena je s simbolom U. V normalnih pogojih je gosta, težka srebrnkasta kovina. Če govorimo o njegovi radioaktivnosti, potem je uran sam element s šibko radioaktivnostjo. Prav tako ne vsebuje popolnoma stabilnih izotopov. In najbolj stabilen izmed obstoječih izotopov je uran-338.
Ugotovili smo, kaj je ta element, zdaj pa si oglejmo zgodovino njegovega odkritja.
Zgodovina
Takšno snov, kot je naravni uranov oksid, so ljudje poznali že od antičnih časov, starodavni obrtniki pa so jo uporabljali za izdelavo glazure, s katero so pokrivali različne keramike za vodoodpornost posod in drugih izdelkov ter njihovo okraski.
Leto 1789 je bilo pomemben datum v zgodovini odkritja tega kemičnega elementa. Takrat je kemik in v Nemčiji rojen Martin Klaproth uspel pridobiti prvi kovinski uran. In novi element je dobil ime v čast planetu, odkritemu osem let prej.
Takrat pridobljen uran je skoraj 50 let veljal za čisto kovino, vendar je leta 1840 francoski kemik Eugene-Melchior Peligot uspel dokazati, da je material, ki ga je pridobil Klaproth, kljub ustreznim zunanjim znakom, sploh ni bila kovina, ampak uranov oksid. Malo kasneje je isti Peligo prejelpravi uran je zelo težka siva kovina. Takrat je bila prvič določena atomska teža takšne snovi, kot je uran. Kemični element je leta 1874 umestil Dmitrij Mendelejev v svoj znameniti periodni sistem elementov, Mendelejev pa je dvakrat podvojil atomsko maso snovi. In šele 12 let pozneje je bilo eksperimentalno dokazano, da se veliki kemik v svojih izračunih ni zmotil.
Radioaktivnost
Toda res široko zanimanje za ta element v znanstveni skupnosti se je začelo leta 1896, ko je Becquerel odkril dejstvo, da uran oddaja žarke, ki so bili poimenovani po raziskovalcu - Becquerellovi žarki. Kasneje je ena najbolj znanih znanstvenikov na tem področju, Marie Curie, ta pojav poimenovala radioaktivnost.
Naslednji pomemben datum pri preučevanju urana se šteje za leto 1899: takrat je Rutherford odkril, da je sevanje urana nehomogeno in je razdeljeno na dve vrsti - alfa in beta žarke. In leto pozneje je Paul Villar (Villard) odkril tretjo, zadnjo vrsto radioaktivnega sevanja, ki nam jo danes poznamo - tako imenovane gama žarke.
Sedem let pozneje, leta 1906, je Rutherford na podlagi svoje teorije radioaktivnosti izvedel prve poskuse, katerih namen je bil določiti starost različnih mineralov. Te študije so med drugim postavile temelje za oblikovanje teorije in prakse radiokarbonske analize.
Fisija uranovih jeder
Toda morda najpomembnejše odkritje, zahvaljujoč kateremu jeRazširjeno rudarjenje in obogatitev urana za miroljubne in vojaške namene je proces cepitve uranovih jeder. Zgodilo se je leta 1938, odkritje sta izvedla nemška fizika Otto Hahn in Fritz Strassmann. Kasneje je ta teorija dobila znanstveno potrditev v delih več nemških fizikov.
Bistvo mehanizma, ki so ga odkrili, je bilo naslednje: če obsevate jedro izotopa urana-235 z nevtronom, potem, ko zajame prosti nevtron, se začne deliti. In kot zdaj vsi vemo, ta proces spremlja sproščanje ogromne količine energije. To se zgodi predvsem zaradi kinetične energije samega sevanja in drobcev jedra. Zdaj vemo, kako se zgodi fisija urana.
Odkritje tega mehanizma in njegovih rezultatov je izhodišče za uporabo urana v miroljubne in vojaške namene.
Če govorimo o njegovi uporabi v vojaške namene, potem se prvič pojavi teorija, da je mogoče ustvariti pogoje za tak proces, kot je neprekinjena cepitvena reakcija uranovega jedra (saj je za detonacijo potrebna ogromna energija jedrska bomba) sta dokazala sovjetska fizika Zeldovich in Khariton. Toda da bi ustvarili takšno reakcijo, je treba uran obogatiti, saj v normalnem stanju nima potrebnih lastnosti.
Seznanili smo se z zgodovino tega elementa, zdaj bomo ugotovili, kje se uporablja.
Uporabe in vrste izotopa urana
Po odkritju takšnega procesa, kot je reakcija verižne cepitve urana, so se fiziki soočili z vprašanjem, kje ga uporabiti?
Trenutno obstajata dve glavni področji, kjer se uporabljajo izotopi urana. To je miroljubna (ali energetska) industrija in vojska. Tako prvi kot drugi uporabljata reakcijo jedrske cepitve izotopa urana-235, razlikuje se le izhodna moč. Preprosto povedano, v jedrskem reaktorju ni treba ustvarjati in vzdrževati tega procesa z enako močjo, kot je potrebna za izvedbo eksplozije jedrske bombe.
Tako so bile navedene glavne industrije, v katerih se uporablja reakcija cepitve urana.
Toda pridobivanje izotopa urana-235 je izjemno zapletena in draga tehnološka naloga, zato si vsaka država ne more privoščiti gradnje tovarn za obogatitev. Na primer, za pridobitev dvajsetih ton uranovega goriva, v katerem bo vsebnost izotopa urana 235 od 3-5 %, bo treba obogatiti več kot 153 ton naravnega, "surovega" urana.
Izotop urana-238 se večinoma uporablja pri načrtovanju jedrskega orožja za povečanje njegove moči. Tudi, ko zajame nevtron, čemur sledi proces beta razpada, se lahko ta izotop sčasoma spremeni v plutonij-239 – običajno gorivo za večino sodobnih jedrskih reaktorjev.
Kljub vsem pomanjkljivostim takšnih reaktorjev (visoki stroški, zahtevnost vzdrževanja, nevarnost nesreče) se njihovo delovanje zelo hitro poplača in proizvedejo neprimerljivo več energije kot klasične termo ali hidroelektrarne.
Prav tako je reakcija cepitve uranovega jedra omogočila ustvarjanje jedrskega orožja za množično uničevanje. Odlikuje ga ogromna moč, relativnakompaktnost in dejstvo, da je sposoben narediti velike površine zemljišč neprimerne za bivanje ljudi. Res je, sodobno atomsko orožje uporablja plutonij, ne uran.
osiromašeni uran
Obstaja tudi taka vrsta urana, kot je osiromašen. Ima zelo nizko stopnjo radioaktivnosti, kar pomeni, da ni nevaren za ljudi. Ponovno se uporablja v vojaški sferi, na primer dodajajo ga oklepu ameriškega tanka Abrams, da mu dajo dodatno moč. Poleg tega lahko v skoraj vseh visokotehnoloških vojskah najdete različne granate z osiromašenim uranom. Poleg velike mase imajo še eno zelo zanimivo lastnost - po uničenju izstrelka se njegovi drobci in kovinski prah spontano vnamejo. In mimogrede, tak projektil je bil prvič uporabljen med drugo svetovno vojno. Kot lahko vidimo, je uran element, ki se uporablja na različnih področjih človeške dejavnosti.
Sklep
Po napovedih znanstvenikov bodo okoli leta 2030 vsa velika nahajališča urana popolnoma izčrpana, nato pa se bo začel razvoj njegovih težko dostopnih plasti in cena se bo dvignila. Mimogrede, sama uranova ruda je za ljudi popolnoma neškodljiva - nekateri rudarji že več generacij delajo na njenem pridobivanju. Zdaj smo ugotovili zgodovino odkritja tega kemičnega elementa in kako se uporablja cepitvena reakcija njegovih jeder.
Mimogrede, znano je zanimivo dejstvo - uranove spojine se že dolgo uporabljajo kot barve za porcelan insteklo (tako imenovano uranovo steklo) do 1950-ih.
