Макалада уран сыяктуу химиялык элемент качан табылганы жана бул зат биздин убакта кайсы тармактарда колдонулуп жатканы айтылат.
Уран - энергетика жана аскердик өнөр жайдагы химиялык элемент
Бардык убакта адамдар энергиянын жогорку эффективдүү булактарын табууга аракет кылышкан, ал эми идеалдуу - түбөлүк кыймылдаткыч деп аталган машинаны түзүүгө. Тилекке каршы, анын болушунун мүмкүн эместиги 19-кылымда теориялык жактан далилденген жана далилденген, бирок илимпоздор дагы эле эң чоң көлөмдөгү "таза" энергияны өндүрүүгө жөндөмдүү кандайдыр бир түзүлүштүн кыялын ишке ашыруудан үмүтүн эч качан жоготушкан эмес. көп убакыт.
Жарым-жартылай бул уран сыяктуу заттын ачылышы менен ишке ашкан. Мындай аталыштагы химиялык элемент биздин убакта бүтүндөй шаарларды, суу астындагы кайыктарды, полярдык кемелерди жана башкаларды энергия менен камсыз кылуучу өзөктүк реакторлорду өнүктүрүү үчүн негиз болгон. Ырас, алардын энергиясын “таза” деп атоого болбойт, бирок акыркы жылдары көптөгөн компаниялар кеңири сатуу үчүн тритийдин негизиндеги “атомдук батарейкаларды” иштеп чыгууда – алардын кыймылдуу бөлүктөрү жок жана ден-соолук үчүн коопсуз.
Бирок бул макалада биз химиялык элементтин ачылыш тарыхын кеңири талдап чыгабызуран жана анын ядролорунун бөлүнүү реакциясы деп аталат.
Аныктама
Уран – Менделеевдин мезгилдик системасындагы атомдук номери 92 болгон химиялык элемент. Анын атомдук массасы 238.029. Ал U белгиси менен белгиленет. Кадимки шарттарда ал тыгыз, оор күмүш сымал металл. Эгерде анын радиоактивдүүлүгү жөнүндө айтсак, анда урандын өзү радиоактивдүүлүгү начар элемент. Ал ошондой эле толугу менен туруктуу изотопторду камтыбайт. Ал эми учурдагы изотоптордун эң туруктуусу уран-338.
Биз бул элемент эмне экенин түшүндүк, эми анын ачылыш тарыхын карап көрөлү.
Тарых
Табигый урандын оксиди сыяктуу зат байыркы замандан бери эле адамдарга белгилүү жана аны байыркы усталар глазурь жасоо үчүн колдонушкан, ал идиштердин жана башка буюмдардын сууга туруктуулугу үчүн түрдүү керамикалык буюмдарды жабуу үчүн колдонулган, ошондой эле алардын жасалгалар.
1789-жыл бул химиялык элементтин ачылыш тарыхындагы маанилүү дата болгон. Мына ошондо химик жана германиялык Мартин Клапрот биринчи металлдык уранды ала алган. Жана жаңы элемент сегиз жыл мурун табылган планетанын урматына өз ысымын алды.
Дээрлик 50 жыл бою ошол кезде алынган уран таза металл катары эсептелип келген, бирок 1840-жылы Франциядан келген химик Евгений-Мелькиор Пелигот ылайыктуу тышкы белгилерине карабастан Клапрот тарабынан алынган материал далилдей алган., такыр металл эмес, уран оксиди болгон. Бир аздан кийин ошол эле Пелиго кабыл алдычыныгы уран абдан оор боз металл болуп саналат. Мына ошондо уран сыяктуу заттын атомдук салмагы биринчи жолу аныкталган. 1874-жылы химиялык элемент Дмитрий Менделеев тарабынан элементтердин белгилүү мезгилдик системасына киргизилген жана Менделеев заттын атомдук салмагын эки эсе көбөйткөн. Ал эми 12 жылдан кийин гана улуу химиктин эсептөөлөрүндө жаңылбаганы эксперименталдык түрдө далилденди.
Радиоактивдүүлүк
Бирок илимий чөйрөдө бул элементке чындап эле кеңири кызыгуу 1896-жылы, Беккерель урандын нурларды чыгаруучу фактысын ачкандан кийин, изилдөөчүнүн аты менен аталган - Беккерель нурлары болгон. Кийинчерээк бул чөйрөдөгү эң белгилүү окумуштуулардын бири Мари Кюри бул кубулушту радиоактивдүүлүк деп атаган.
Уранды изилдөөдөгү кийинки маанилүү дата 1899-жыл деп эсептелет: дал ошондо Рутерфорд урандын нурлануусу бир тектүү эмес экенин жана эки түргө - альфа жана бета нурларына бөлүнөрүн ачкан. Ал эми бир жылдан кийин Пол Виллар (Виллард) бүгүнкү күндө бизге белгилүү болгон радиоактивдүү нурлануунун үчүнчү, акыркы түрүн - гамма нурлар деп аталган түрүн ачты.
Жети жылдан кийин 1906-жылы Резерфорд өзүнүн радиоактивдүүлүк теориясынын негизинде биринчи эксперименттерди жүргүзгөн, анын максаты ар түрдүү минералдардын жашын аныктоо болгон. Бул изилдөөлөр башка нерселер менен катар радиокарбон анализинин теориясы менен практикасынын калыптанышына негиз салышкан.
Уран ядролорунун бөлүнүшү
Бирок, балким, эң маанилүү ачылыш, анын аркасындауранды тынчтык жана согуштук максаттарда кенири казып алуу жана байытуу уран ядролорунун бөлүнүү процесси болуп саналат. Бул 1938-жылы болгон, ачылыш немис физиктери Отто Хан жана Фриц Страсман тарабынан ишке ашырылган. Кийинчерээк бул теория дагы бир нече немис физиктеринин эмгектеринде илимий жактан тастыкталган.
Алар ачкан механизмдин маңызы төмөнкүдөй болгон: уран-235 изотопунун ядросун нейтрон менен нурландырсаңыз, анда эркин нейтронду кармап, ал бөлүнө баштайт. Ал эми, азыр баарыбызга белгилүү болгондой, бул процесс энергиянын эбегейсиз көлөмүн чыгаруу менен коштолот. Бул, негизинен, радиациянын өзүнүн жана ядронун фрагменттеринин кинетикалык энергиясына байланыштуу болот. Эми биз урандын бөлүнүшү кандай болорун билебиз.
Бул механизмдин ачылышы жана анын натыйжалары уранды тынчтык жана согуштук максаттарда колдонуунун башталышы болуп саналат.
Эгерде аны согуштук максатта пайдалануу женунде айта турган болсок, анда биринчи жолу уран ядросунун үзгүлтүксүз бөлүнүү реакциясы сыяктуу процесс үчүн шарттарды түзүүгө болот деген теория (анткени жардыруу үчүн эбегейсиз энергия талап кылынат) ядролук бомба) советтик физиктер Зельдович жана Харитон тарабынан далилденген. Бирок мындай реакцияны жаратуу үчүн уранды байытуу керек, анткени анын нормалдуу абалында ал керектүү касиеттерге ээ эмес.
Бул элементтин тарыхы менен тааныштык, эми анын кайда колдонулганын аныктайбыз.
Уран изотопунун колдонулушу жана түрлөрү
Уран чынжырынын бөлүнүү реакциясы сыяктуу процесс ачылгандан кийин физиктер аны кайда колдонуу керек деген суроого туш болушкан?
Учурда уран изотоптору колдонулган эки негизги аймак бар. Бул тынчтык (же энергетикалык) өнөр жай жана аскердик болуп саналат. Биринчиси да, экинчиси да уран-235 изотопунун ядролук бөлүнүү реакциясын колдонушат, бир гана чыгуу кубаттуулугу айырмаланат. Жөнөкөй сөз менен айтканда, өзөктүк реактордо бул процессти өзөктүк бомбанын жарылуусун ишке ашыруу үчүн зарыл болгон күч менен түзүүнүн жана сактоонун кереги жок.
Ошентип, урандын бөлүнүү реакциясы колдонулган негизги тармактар тизмеленген.
Бирок уран-235 изотопун алуу өтө татаал жана кымбат баалуу технологиялык иш жана ар бир мамлекеттин байытуу заводдорун курууга кудурети жетпейт. Мисалы, урандын 235 изотопунун курамы 3-5%ке чейин болгон жыйырма тонна уран отун алуу үчүн 153 тоннадан ашык табигый, "чийки" уранды байытуу керек.
Уран-238 изотопу негизинен өзөктүк куралдын күчүн жогорулатуу үчүн жасалат. Ошондой эле, ал нейтронду кармаганда, андан кийин бета ажыроо процесси жүргөндө, бул изотоп акыры плутоний-239га айланышы мүмкүн - көпчүлүк заманбап өзөктүк реакторлор үчүн жалпы отун.
Мындай реакторлордун бардык кемчиликтерине (баасы жогору, техникалык тейлөөнүн татаалдыгы, авария коркунучу) карабастан, алардын иштеши абдан тез өзүн актап, классикалык ТЭЦ же ГЭСтерге караганда теңдешсиз көп энергия өндүрөт.
Ошондой эле уран ядросунун бөлүнүү реакциясы массалык кыргын салуучу ядролук куралды түзүүгө мүмкүндүк берди. Ал өзүнүн эбегейсиз күчү, салыштырмалуулугу менен айырмаланаткомпакттуулугу жана ал жердин ири аянттарын адамдардын жашоосу үчүн жараксыз кылууга жөндөмдүү экендиги. Ырас, заманбап атомдук куралдар уранды эмес, плутонийди колдонот.
Тууланган уран
Урандын да азайып кеткен түрү бар. Анын радиоактивдүүлүк деңгээли өтө төмөн, демек ал адамдар үчүн коркунучтуу эмес. Ал кайрадан аскердик чөйрөдө колдонулат, мисалы, америкалык Abrams танкынын курал-жарактарына кошумча күч берүү үчүн кошулат. Кошумчалай кетсек, дээрлик бардык жогорку технологиялуу армияларда ураны азайып кеткен ар кандай снаряддарды таба аласыз. Алардын жогорку массасынан тышкары, дагы бир абдан кызыктуу касиети бар - снаряд жок кылынгандан кийин, анын сыныктары жана металл чаңдары өзүнөн өзү тутанып кетет. Айтмакчы, биринчи жолу мындай снаряд Экинчи дүйнөлүк согуш учурунда колдонулган. Көрүнүп тургандай, уран адам ишмердүүлүгүнүн түрдүү тармактарында колдонулган элемент.
Тыянак
Окумуштуулардын болжолдоолору боюнча, болжол менен 2030-жылы урандын бардык ири кендери толугу менен түгөнүп, андан кийин анын жетүүгө кыйын катмарлары өздөштүрүлө баштайт жана баасы көтөрүлөт. Айтмакчы, уран рудасынын өзү адамдар үчүн таптакыр зыянсыз – кээ бир шахтерлор аны казып алуу боюнча муундан-муунга чейин иштеп келишет. Эми биз бул химиялык элементтин ачылышынын тарыхын жана анын ядролорунун бөлүнүү реакциясы кантип колдонуларын түшүндүк.
Баса, бир кызыктуу факт белгилүү - уран бирикмелери фарфор жанаайнек (уран айнек деп аталган) 1950-жылдарга чейин.
