Уран, химически елемент: историята на откриването и реакцията на ядрения разпад

Статията разказва кога е открит такъв химически елемент като уран и в какви индустрии днес се използва това вещество.

Уранът е химически елемент на енергийната и военната индустрия

По всяко време хората се опитват да намерят високоефективни източници на енергия, а в идеалния случай - да създадат така наречените вечна машина за движение. За съжаление, невъзможността за неговото съществуване теоретично доказани и обосновани в XIX век, но учените все още не е загубил надяват да реализират мечтата на някакво устройство, което ще бъде в състояние да издават голям брой "чиста" енергия за много дълго време.

Отчасти това беше успешно осъществено с откриването на вещество като уран. Химическият елемент с това име формира основата за разработването на ядрени реактори, които днес осигуряват енергия за цели градове, подводници, полярни кораби и т.н. Вярно е, че тяхната енергия не може да се нарече "чиста", но през последните години много компании разработват компактни "атомни батерии" на базата на тритий за широка продажба - нямат движещи се части и са безопасни за здравето.

Въпреки това в тази статия ще разгледаме подробно историята на откриването на химичен елемент, наречен уран, и реакцията на ядреното делене.

дефиниция

Уранът е химичен елемент с атомно число 92 в периодичната таблица на Менделеев. Атомната му маса е 238 029. Обозначава се със символа U. При нормални условия е гъст, тежък метал със сребрист цвят. Ако говорим за неговата радиоактивност, самият уран е елемент със слаба радиоактивност. Също така няма напълно стабилни изотопи. И най-стабилният от съществуващите изотопи е уран-338.

С това, което този елемент представлява, разбрахме, а сега ще разгледаме историята на неговото откритие.

история

Такова вещество, като например природен уран оксид, известен на хората от древни времена, и се използва древни господарите й за производство на глазури, която обхваща различни керамични съдове за устойчивост на вода и други продукти, както и тяхната декорация.

Важната дата в историята на откриването на този химичен елемент е 1789. Тогава химикът и немският по произход Мартин Кларпт успяват да получат първия метален уран. И новият елемент е получил името в чест на откритата планета осем години по-рано.

Почти 50 години, получени при уран се счита за чист метал, обаче, през 1840 г. Френската химик Eugène-Peligot Melkor е в състояние да докаже, че материалът, получен от Klaproth, въпреки подходящи външни признаци, не метали и уран оксид. Малко по-късно същият Peligo получи истински уран - много тежък метал със сив цвят. Тогава беше определено първо атомното тегло на вещество като уран. Химическа елемент се поставя Дмитрий Менделеев в известната си периодичната система на елементите през 1874 г., с Менделеев удвои атомното тегло на веществото два пъти. И само 12 години по-късно, това беше доказано от опита велик химик Не се заблуждавах в моите изчисления.

радиоактивност

Но истинската интерес в тази широка част от научната общност започна през 1896 г., когато Бекерел открива, че уран излъчва лъчи, които бяха кръстени на изследователя - Бекерел лъчи. По-късно, един от най-известните учени в тази област - Мария Кюри, нарича това явление радиоактивност.

Следващата важна дата в проучването на уран се счита за 1899 година: тогава Ръдърфорд откри, че лъчението на уран е нехомогенно и се разделя на два вида - алфа и бета лъчи. Година по-късно Пол Вилър (Вилард) открива третия, последния вид радиоактивни лъчения, известни досега, т.нар. Гама-лъчи.

Седем години по-късно, през 1906 г., на базата Ръдърфорд неговата теория на радиоактивност провежда първите експерименти, чиято цел е да се определи възрастта на различни минерали. Тези проучвания положиха основата, включително формирането на теория и практика радиоактивен анализ.

Деление на урановите ядра

Но може би най-важното откритие, благодарение на което широкото извличане и обогатяване на уран започна както за мирни, така и за военни цели, е процес ядрен делене уран. Това се случи през 1938 г., откритието се извърши от силите на германските физици Ото Гана и Фриц Щрасман. По-късно тази теория получи научно потвърждение в произведенията на няколко немски физици.

Същността на открития от тях механизъм е следната: ако някой облъчи ядрото на урановия 235 изотоп с неутрон, тогава, като улови свободен неутрон, той започва да се дели. И както всички знаем сега, този процес се придружава от разпределянето на колосално количество енергия. Това се дължи главно на кинетичната енергия на самата радиация и на фрагментите на ядрото. Значи сега знаем как се извършва деленето на урановите ядра.

Откриването на този механизъм и неговите резултати е отправна точка за използването на уран за мирни и военни цели.

Ако говорим за неговото използване за военни цели, за първи път теория, която може да се създадат условия за такъв процес, като непрекъсната реакция на урана делене (без да се дестабилизира ядрена бомба изисква огромна енергия), доказано от съветските физици Зелдович и Харитон. Но за да се създаде такава реакция, уранът трябва да бъде обогатен, тъй като в обичайното си състояние той не притежава необходимите свойства.

Ние се запознахме с историята на този елемент, сега ще разберем къде се прилага.

Приложение и типове уранови изотопи

След откриването на такъв процес като реакцията на верижното разделяне на урана, физиците започнаха да се запитат къде да го използват.

Понастоящем има две основни направления, в които се използват изотопи на уран. Това е мирна (или енергийна) промишленост и военна. Както първото, така и второто използване на реакцията на делене на изотопните ядра на уран-235, само изходната мощност е различна. Просто казано, в атомния реактор няма нужда да се създава и поддържа този процес със същия капацитет, какъвто е необходим за взрив на ядрена бомба.

Така че са изброени основните клонове, в които се използва реакцията на делене на урана.

Но получаването на изотопа на уран-235 е изключително сложна и скъпа технологична задача, а не всяка държава може да си позволи да изгради концентратори. Например, за да се получи двадесет тона ураново гориво, в което съдържанието на урановия изотоп 235 ще бъде от 3-5%, ще е необходимо да се обогатят повече от 153 тона природен "суров" уран.

Изотопният уран-238 се използва основно в конструктивната схема на ядреното оръжие за увеличаване на неговата мощност. Също така, когато улавя неутрон с последващия процес на бета-разпад, този изотоп може евентуално да се превърне в плутоний-239 - общо гориво за повечето съвременни ядрени реактори.

Въпреки всички недостатъци на тези реактори (висока цена, сложност на грижи, рискът от инцидент), експлоатацията им плаща за себе си много бързо, и енергията, която произвеждаме, е несравнимо по-голям от класическата топлинна или водноелектрическа енергия.

Също така, реакцията на разпадането на урановото ядро ​​позволи създаването на ядрени оръжия за масово унищожение. Той се отличава с огромна сила, относителна компактност и с факта, че може да направи големи площи земя неподходящи за живеене. Вярно е, че модерните атомни оръжия използват плутоний, а не уран.

Обеднен уран

Съществува и уран, който е изчерпан. Тя има много ниско ниво на радиоактивност, което означава, че не е опасно за хората. Той се използва отново във военната сфера, например, той се добавя към бронята на американския резервоар "Абрамс", за да му даде допълнителна крепост. В допълнение, в почти всички високотехнологични армии можете да намерите различни черупки с обеднен уран. В допълнение към високата маса, те имат и друго много интересно свойство: след разрушаването на снаряда, фрагментите и металният прах се самозапалват. И между другото, за пръв път подобна черупка се използва по време на Втората световна война. Както виждаме, уранът е елемент, който се използва в различни области на човешката дейност.

заключение

Учените прогнозират, че около 2030 г. всички големи уранови находища ще бъдат напълно изчерпани, след което ще започне разработването на труднодостъпни слоеве от него и цената ще се увеличи. Между другото, тя сама уранова руда е абсолютно безвреден за хората - някои миньори работят за извличането му от цели поколения. Сега разбрахме историята на откриването на този химичен елемент и как се прилага реакцията на ядрено разкъсване на неговите ядра.

Между другото, един интересен факт е известен - урановите съединения отдавна се използват като бои за порцелан и стъкло (т.нар. урано стъкло) до 50-те години на миналия век.