Քիմիական տարր ուրան. հատկություններ, բնութագրեր, բանաձև. Ուրանի արդյունահանում և օգտագործում

Որտեղի՞ց է առաջացել ուրան:Ամենայն հավանականությամբ, այն հայտնվում է գերնոր աստղերի պայթյունների ժամանակ։ Բանն այն է, որ երկաթից ծանր տարրերի նուկլեոսինթեզի համար պետք է լինի հզոր նեյտրոնային հոսք, որը տեղի է ունենում հենց գերնոր աստղի պայթյունի ժամանակ։ Թվում է, որ ավելի ուշ, երբ խտանում է իր կողմից ձևավորված նոր աստղային համակարգերի ամպից, ուրանը, հավաքվելով նախամոլորակային ամպի մեջ և լինելով շատ ծանր, պետք է սուզվի մոլորակների խորքերը: Բայց դա այդպես չէ: Ուրանը ռադիոակտիվ տարր է, և այն ջերմություն է թողնում, երբ քայքայվում է: Հաշվարկը ցույց է տալիս, որ եթե ուրանը հավասարաչափ բաշխվեր մոլորակի ամբողջ հաստությամբ, գոնե նույն կոնցենտրացմամբ, ինչ մակերեսի վրա, ապա այն չափազանց շատ ջերմություն կարձակեր: Ավելին, դրա հոսքը պետք է նվազի, քանի որ ուրանը սպառվում է։ Քանի որ նման ոչինչ չի նկատվում, երկրաբանները կարծում են, որ ուրանի առնվազն մեկ երրորդը, և, հնարավոր է, ամբողջը, կենտրոնացած է երկրակեղևում, որտեղ դրա պարունակությունը կազմում է 2,5∙10-4%: Թե ինչու դա տեղի ունեցավ, չի քննարկվում:

Որտեղ է արդյունահանվում ուրան.Ուրանը Երկրի վրա այնքան էլ փոքր չէ՝ տարածվածության առումով այն 38-րդ տեղում է։ Եվ ամենից շատ այս տարրը նստվածքային ապարներում է՝ ածխածնային թերթաքարեր և ֆոսֆորիտներ՝ համապատասխանաբար մինչև 8∙10 -3 և 2,5∙10 -2%: Ընդհանուր առմամբ, երկրի ընդերքը պարունակում է 10 14 տոննա ուրան, սակայն հիմնական խնդիրընրանով, որ այն շատ ցրված է և հզոր հանքավայրեր չի կազմում։ Արդյունաբերական նշանակություն ունեն ուրանի շուրջ 15 հանքանյութեր։ Սա ուրանի սկիպիդար է. դրա հիմքը քառավալենտ ուրանի օքսիդն է, ուրանի միկա - տարբեր սիլիկատներ, ֆոսֆատներ և վեցավալենտ ուրանի հիման վրա վանադիումի կամ տիտանի հետ ավելի բարդ միացություններ:

Որոնք են Բեկերելի ճառագայթները:Վոլֆգանգ Ռենտգենի կողմից ռենտգենյան ճառագայթների հայտնաբերումից հետո ֆրանսիացի ֆիզիկոս Անտուան-Անրի Բեկերելը հետաքրքրվեց ուրանի աղերի փայլով, որն առաջանում է արևի լույսի ազդեցության տակ։ Նա ուզում էր հասկանալ՝ այստեղ էլ ռենտգեն կա՞։ Իրոք, նրանք ներկա էին. աղը լուսավորեց լուսանկարչական ափսեը սև թղթի միջով: Փորձերից մեկում, սակայն, աղը չի լուսավորվել, և լուսանկարչական ափսեը դեռ մթնում է: Երբ աղի և լուսանկարչական ափսեի միջև մետաղական առարկա էր դրվում, դրա տակ մթագնումն ավելի քիչ էր։ Հետևաբար, նոր ճառագայթները ընդհանրապես չեն առաջացել ուրանի լույսի գրգռման պատճառով և մասամբ չեն անցել մետաղի միջով։ Նրանք սկզբում կոչվում էին «Բեկերելի ճառագայթներ»: Հետագայում պարզվեց, որ դրանք հիմնականում ալֆա ճառագայթներ են՝ բետա ճառագայթների փոքր ավելացումով. բանն այն է, որ ուրանի հիմնական իզոտոպները քայքայման ժամանակ արտանետում են ալֆա մասնիկ, իսկ դուստր արտադրանքները նույնպես բետա քայքայվում են:

Որքա՞ն է ուրանի ռադիոակտիվությունը:Ուրանը չունի կայուն իզոտոպներ, դրանք բոլորն էլ ռադիոակտիվ են: Ամենաերկարակյացը ուրան-238-ն է՝ 4,4 միլիարդ տարի կիսամյակ: Հաջորդը ուրան-235-ն է՝ 0,7 միլիարդ տարի։ Երկուսն էլ ենթարկվում են ալֆա քայքայման և դառնում թորիումի համապատասխան իզոտոպներ։ Uranium-238-ը կազմում է ամբողջ բնական ուրանի 99%-ը: Իր երկար կիսամյակի շնորհիվ այս տարրի ռադիոակտիվությունը փոքր է, և բացի այդ, ալֆա մասնիկները չեն կարողանում հաղթահարել մակերեսի եղջերաթաղանթը։ մարդու մարմինը. Ասում են, որ Ի.Վ. Կուրչատովը ուրանի հետ աշխատելուց հետո պարզապես թաշկինակով սրբել է ձեռքերը և ռադիոակտիվության հետ կապված որևէ հիվանդություն չի ունեցել։

Հետազոտողները բազմիցս դիմել են ուրանի հանքերում և վերամշակող գործարաններում աշխատողների հիվանդությունների վիճակագրությանը։ Օրինակ, ահա կանադացի և ամերիկացի փորձագետների վերջին հոդվածը, որը վերլուծել է Կանադայի Սասկաչևան նահանգի Էլդորադո հանքավայրի ավելի քան 17000 աշխատողների առողջական տվյալները 1950-1999 թթ. բնապահպանական հետազոտություն, 2014, 130, 43–50, DOI:10.1016/j.envres.2014.01.002): Նրանք բխում էին նրանից, որ ճառագայթումն ամենաուժեղ ազդեցությունն է ունենում արյան արագ բազմապատկման վրա՝ հանգեցնելով քաղցկեղի համապատասխան տեսակների։ Վիճակագրությունը ցույց է տվել, որ հանքի աշխատողները հիվանդություն ունեն տարբեր տեսակներավելի քիչ արյան քաղցկեղ, քան միջին կանադացին: Միևնույն ժամանակ, ճառագայթման հիմնական աղբյուրը համարվում է ոչ թե բուն ուրանը, այլ դրա կողմից առաջացած գազային ռադոնը և դրա քայքայման արտադրանքները, որոնք կարող են ներթափանցել մարմին թոքերի միջոցով:

Ինչու է ուրանը վնասակար.? Այն, ինչպես մյուս ծանր մետաղները, շատ թունավոր է և կարող է առաջացնել երիկամների և լյարդի անբավարարություն: Մյուս կողմից, ուրանը, լինելով ցրված տարր, անխուսափելիորեն առկա է ջրում, հողում և, կենտրոնանալով սննդի շղթայում, մտնում է մարդու օրգանիզմ։ Խելամիտ է ենթադրել, որ էվոլյուցիայի գործընթացում կենդանի էակները սովորել են չեզոքացնել ուրանը բնական կոնցենտրացիաներում: Ամենավտանգավոր ուրանը ջրի մեջ է, ուստի ԱՀԿ-ն սահմանեց՝ սկզբում այն ​​15 մկգ/լ էր, իսկ 2011-ին նորմատիվը հասցվեց 30 մկգ/գ-ի։ Որպես կանոն, ջրում շատ ավելի քիչ ուրան կա՝ ԱՄՆ-ում միջինը 6,7 մկգ/լ, Չինաստանում և Ֆրանսիայում՝ 2,2 մկգ/լ։ Բայց կան նաև ուժեղ շեղումներ։ Այսպիսով, Կալիֆոռնիայի որոշ շրջաններում այն ​​հարյուր անգամ ավելի է ստանդարտից՝ 2,5 մգ/լ, իսկ հարավային Ֆինլանդիայում այն ​​հասնում է 7,8 մգ/լ-ի: Հետազոտողները փորձում են հասկանալ, թե արդյոք ԱՀԿ ստանդարտը չափազանց խիստ է` ուսումնասիրելով ուրանի ազդեցությունը կենդանիների վրա: Ահա տիպիկ աշխատանք BioMed Research International, 2014, ՀՎՀՀ 181989; DOI: 10.1155/2014/181989): Ֆրանսիացի գիտնականները 9 ամիս առնետներին կերակրել են սպառված ուրանով համալրված ջրով և համեմատաբար բարձր կոնցենտրացիայով՝ 0,2-ից մինչև 120 մգ/լ: Ստորին արժեքը հանքավայրի մոտ ջուրն է, մինչդեռ վերինը ոչ մի տեղ չի հայտնաբերվել՝ ուրանի առավելագույն կոնցենտրացիան, որը չափվում է նույն Ֆինլանդիայում, 20 մգ/լ է։ Ի զարմանս հեղինակների, հոդվածը կոչվում է հենց այսպես. «Ֆիզիոլոգիական համակարգերի վրա ուրանի նկատելի ազդեցության անսպասելի բացակայությունը...», - ուրանը գործնականում ոչ մի ազդեցություն չի ունեցել առնետների առողջության վրա: Կենդանիները լավ են սնվել, ճիշտ գիրացել, հիվանդությունից չեն բողոքել ու քաղցկեղից չեն մահացել։ Ուրանը, ինչպես և պետք է լիներ, հիմնականում նստում էր երիկամներում և ոսկորներում, իսկ հարյուրապատիկ ավելի փոքր քանակությամբ՝ լյարդում, և դրա կուտակումը, ինչպես և սպասվում էր, կախված էր ջրի պարունակությունից։ Այնուամենայնիվ, դա չի հանգեցրել երիկամային անբավարարության կամ նույնիսկ բորբոքման որևէ մոլեկուլային մարկերի նկատելի տեսքի: Հեղինակները առաջարկել են սկսել ԱՀԿ խիստ ուղեցույցների վերանայում։ Այնուամենայնիվ, կա մեկ նախազգուշացում՝ ազդեցությունը ուղեղի վրա: Առնետների ուղեղում ավելի քիչ ուրան կար, քան լյարդում, սակայն դրա պարունակությունը կախված չէր ջրի քանակից։ Բայց ուրանը ազդել է ուղեղի հակաօքսիդանտ համակարգի աշխատանքի վրա. կատալազի ակտիվությունն աճել է 20%-ով, գլուտատիոն պերօքսիդազն աճել է 68-90%-ով, մինչդեռ սուպերօքսիդ դիսմուտազի ակտիվությունը նվազել է 50%-ով՝ անկախ դոզանից։ Սա նշանակում է, որ ուրանն ակնհայտորեն օքսիդատիվ սթրես է առաջացրել ուղեղում, և օրգանիզմն արձագանքել է դրան: Նման էֆեկտ՝ ուրանի ուժեղ ազդեցություն ուղեղի վրա, ի դեպ, դրա մեջ դրա կուտակման բացակայության դեպքում, ինչպես նաև սեռական օրգաններում, նկատվել է ավելի վաղ։ Ավելին, 75–150 մգ/լ կոնցենտրացիայով ուրանով ջուրը, որը Նեբրասկայի համալսարանի հետազոտողները 6 ամիս կերակրել են առնետներին ( Նեյրոտոքսիկոլոգիա և տերատոլոգիա, 2005, 27, 1, 135–144; DOI:10.1016/j.ntt.2004.09.001) ազդել է դաշտում բաց թողնված կենդանիների, հիմնականում արուների վարքագծի վրա. նրանք հատել են գծերը, կանգնել իրենց հետևի ոտքերի վրա և մաքրել մորթին, ի տարբերություն հսկիչների: Կան ապացույցներ, որ ուրանը նաև կենդանիների մոտ հանգեցնում է հիշողության խանգարման: Վարքագծի փոփոխությունը կապված է ուղեղում լիպիդային օքսիդացման մակարդակի հետ: Պարզվում է՝ ուրանի ջրից առնետները դարձել են առողջ, բայց հիմար։ Այս տվյալները դեռ օգտակար կլինեն մեզ այսպես կոչված Պարսից ծոցի համախտանիշի (Ծոցի պատերազմի համախտանիշ) վերլուծության մեջ։

Արդյո՞ք ուրանը աղտոտում է թերթաքարային գազի հանքավայրերը:Դա կախված է նրանից, թե որքան ուրան կա գազ պարունակող ապարներում և ինչպես է այն կապված նրանց հետ: Օրինակ, Բուֆալոյի համալսարանի դոցենտ Թրեյսի Բանկը ուսումնասիրել է Մարսելուս Շեյլը, որը ձգվում է արևմտյան Նյու Յորք նահանգից Փենսիլվանիա և Օհայո մինչև Արևմտյան Վիրջինիա: Պարզվեց, որ ուրանը քիմիապես կապված է ածխաջրածինների աղբյուրի հետ (հիշեցնենք, որ հարակից ածխածնային թերթաքարերն ունեն ուրանի ամենաբարձր պարունակությունը): Փորձերը ցույց են տվել, որ կարի ճեղքման համար օգտագործվող լուծույթը հիանալի լուծում է ուրանը։ «Երբ այս ջրերում ուրանը գտնվում է մակերեսի վրա, այն կարող է աղտոտել շրջակա տարածքը: Այն ճառագայթման վտանգ չի պարունակում, բայց ուրանը թունավոր տարր է», - նշում է Թրեյսի Բանկը 2010 թվականի հոկտեմբերի 25-ի համալսարանի մամուլի հաղորդագրության մեջ: Թերթաքարային գազի արդյունահանման ժամանակ ուրանի կամ թորիումով շրջակա միջավայրի աղտոտման ռիսկի վերաբերյալ մանրամասն հոդվածներ դեռ չեն պատրաստվել։

Ինչու է անհրաժեշտ ուրան:Նախկինում այն ​​օգտագործվել է որպես պիգմենտ կերամիկայի և գունավոր ապակու արտադրության համար։ Այժմ ուրանը միջուկային էներգիայի հիմքն է և ատոմային զենքեր. Այս դեպքում օգտագործվում է նրա յուրահատուկ հատկությունը՝ միջուկի բաժանվելու ունակությունը։

Ի՞նչ է միջուկային տրոհումը: Միջուկի տարրալուծումը երկու անհավասար մեծ կտորների. Հենց այս հատկության շնորհիվ է, որ նեյտրոնային ճառագայթման հետեւանքով նուկլեոսինթեզի ժամանակ մեծ դժվարությամբ առաջանում են ուրանից ծանր միջուկներ։ Երևույթի էությունը հետևյալն է. Եթե ​​միջուկում նեյտրոնների և պրոտոնների թվի հարաբերակցությունը օպտիմալ չէ, այն դառնում է անկայուն։ Սովորաբար նման միջուկը արտանետում է կամ ալֆա մասնիկը` երկու պրոտոն և երկու նեյտրոն, կամ բետա մասնիկը` պոզիտրոն, որն ուղեկցվում է նեյտրոններից մեկի փոխակերպմամբ պրոտոնի: Առաջին դեպքում ստացվում է պարբերական աղյուսակի տարր՝ երկու բջիջ ետևից բաժանված, երկրորդում՝ մեկ բջիջ առաջ: Այնուամենայնիվ, ուրանի միջուկը, ի լրումն ալֆա և բետա մասնիկներ արտանետելու, կարող է տրոհվել՝ քայքայվել պարբերական աղյուսակի մեջտեղում գտնվող երկու տարրերի միջուկների մեջ, օրինակ՝ բարիումի և կրիպտոնի, ինչը նա անում է՝ ստանալով նոր նեյտրոն. Այս երեւույթը հայտնաբերվեց ռադիոակտիվության հայտնաբերումից անմիջապես հետո, երբ ֆիզիկոսները նոր հայտնաբերված ճառագայթմանը ենթարկեցին այն ամենը, ինչ ունեին: Ահա թե ինչպես է այս մասին գրում իրադարձությունների մասնակից Օտտո Ֆրիշը (Uspekhi fizicheskikh nauk, 1968, 96, 4). Բերիլիումի ճառագայթների՝ նեյտրոնների հայտնաբերումից հետո Էնրիկո Ֆերմին ճառագայթեց դրանք, մասնավորապես, ուրան՝ բետա քայքայման պատճառ դառնալու համար, նա հույս ուներ իր հաշվին ստանալ հաջորդ՝ 93-րդ տարրը, որն այժմ կոչվում է նեպտունի: Հենց նա հայտնաբերեց ճառագայթված ուրանի մեջ ռադիոակտիվության նոր տեսակ, որը նա կապեց տրանսուրանի տարրերի առաջացման հետ։ Այս դեպքում նեյտրոնների դանդաղեցումը, որի համար բերիլիումի աղբյուրը ծածկված էր պարաֆինի շերտով, ավելացրեց այս առաջացած ռադիոակտիվությունը։ Ամերիկացի ռադիոքիմիկոս Արիստիդ ֆոն Գրոսեն ենթադրեց, որ այդ տարրերից մեկը պրոտակտինն է, բայց նա սխալվում էր: Բայց Օտտո Հանը, ով այն ժամանակ աշխատում էր Վիեննայի համալսարանում և համարում էր, որ 1917 թվականին հայտնաբերված պրոտակտինիումը իր մտահղացումն է, որոշեց, որ պարտավոր է պարզել, թե այս դեպքում ինչ տարրեր են ձեռք բերվել։ Լիզ Մեյթների հետ 1938 թվականի սկզբին Հանը առաջարկեց, հիմնվելով փորձերի արդյունքների վրա, որ ռադիոակտիվ տարրերի ամբողջ շղթաներ են ձևավորվում, որոնք առաջանում են ուրանի 238 միջուկների բազմաթիվ բետա քայքայման արդյունքում, որոնք կլանել են նեյտրոնը և նրա դուստր տարրերը: Շուտով Լիզ Մեյթները ստիպված եղավ փախչել Շվեդիա՝ վախենալով Ավստրիայի Անշլուսից հետո նացիստների հնարավոր հաշվեհարդարից։ Հանը, շարունակելով իր փորձերը Ֆրից Ստրասմանի հետ, հայտնաբերեց, որ ապրանքների մեջ կա նաև բարիում, թիվ 56 տարրը, որը ոչ մի կերպ չէր կարող ստացվել ուրանից. ուրանի ալֆայի քայքայման բոլոր շղթաներն ավարտվում են շատ ավելի ծանր կապարով: Հետազոտողները այնքան էին զարմացել արդյունքից, որ այն չհրապարակեցին, միայն նամակներ էին գրում ընկերներին, մասնավորապես՝ Գյոթեբորգում գտնվող Լիզ Մեյթներին։ Այնտեղ, 1938 թվականի Սուրբ Ծննդյան օրը, նրան այցելեց նրա եղբորորդին՝ Օտտո Ֆրիշը, և, քայլելով ձմեռային քաղաքի շրջակայքում՝ նա դահուկներով է, մորաքույրը՝ ոտքով, նրանք քննարկեցին ուրանի ճառագայթման ժամանակ բարիումի հայտնվելու հնարավորությունը։ միջուկային տրոհման պատճառով (Լիզ Մեյթների մասին ավելին տե՛ս «Քիմիա և կյանք», 2013, թիվ 4): Վերադառնալով Կոպենհագեն՝ Ֆրիշը, բառացիորեն դեպի ԱՄՆ մեկնող շոգենավի ճանապարհին, բռնեց Նիլս Բորին և տեղեկացրեց բաժանման գաղափարի մասին։ Բորը, ապտակելով ճակատին, ասաց. «Օ՜, ինչ հիմարներ էինք մենք։ Սա պետք է շուտ նկատեինք»։ 1939 թվականի հունվարին Ֆրիշը և Մեյթները հոդված են հրապարակել նեյտրոնների ազդեցության տակ ուրանի միջուկների տրոհման մասին։ Այդ ժամանակ Օտտո Ֆրիշն արդեն ստեղծել էր հսկիչ փորձ, ինչպես նաև բազմաթիվ ամերիկյան խմբեր, որոնք հաղորդագրություն էին ստացել Բորից։ Նրանք ասում են, որ ֆիզիկոսները սկսեցին ցրվել իրենց լաբորատորիաներում հենց 1939 թվականի հունվարի 26-ին Վաշինգտոնում տեսական ֆիզիկայի ամենամյա կոնֆերանսի ժամանակ, երբ նրանք հասկացան գաղափարի էությունը: Հակումը հայտնաբերելուց հետո Հանը և Ստրասմանը վերանայեցին իրենց փորձերը և պարզեցին, ինչպես իրենց գործընկերները, որ ճառագայթված ուրանի ռադիոակտիվությունը կապված չէ տրանսուրանի հետ, այլ պարբերական աղյուսակի կեսից տրոհման ժամանակ առաջացած ռադիոակտիվ տարրերի քայքայման հետ:

Ինչպե՞ս է գործում շղթայական ռեակցիան ուրանում:Ուրանի և թորիումի միջուկների տրոհման հնարավորությունը փորձնականորեն ապացուցվելուց անմիջապես հետո (և Երկրի վրա որևէ նշանակալի քանակությամբ այլ տրոհվող տարրեր չկան), Նիլս Բորը և Ջոն Ուիլերը, ովքեր աշխատում էին Փրինսթոնում, ինչպես նաև անկախ խորհրդային տեսական ֆիզիկոս Յա. I. Frenkel-ը և գերմանացիները Զիգֆրիդ Ֆլյուգեն և Գոտֆրիդ ֆոն Դրոստեն ստեղծել են միջուկային տրոհման տեսությունը: Դրանից բխում էին երկու մեխանիզմ. Մեկը կապված է արագ նեյտրոնների կլանման շեմի հետ։ Նրա խոսքով՝ տրոհում սկսելու համար նեյտրոնը պետք է ունենա բավականին բարձր էներգիա՝ 1 ՄէՎ-ից ավելի հիմնական իզոտոպների՝ ուրան-238-ի և թորիում-232-ի միջուկների համար։ Ավելի ցածր էներգիաների դեպքում ուրանի 238-ի կողմից նեյտրոնի կլանումը ռեզոնանսային բնույթ ունի։ Այսպիսով, 25 էՎ էներգիա ունեցող նեյտրոնն ունի գրավման խաչմերուկ, որը հազարավոր անգամ ավելի մեծ է, քան այլ էներգիաների դեպքում: Այս դեպքում տրոհում չի լինի. ուրան-238-ը կդառնա ուրան-239, որը 23,54 րոպե կիսամյակի դեպքում կվերածվի նեպտունիում-239-ի, իսկ 2,33 օր կիսամյակը կվերածվի երկարատև- ապրել է պլուտոնիում-239. Թորիում-232-ը կդառնա ուրան-233.

Երկրորդ մեխանիզմը նեյտրոնի ոչ շեմային կլանումն է, որին հաջորդում է երրորդ քիչ թե շատ տարածված տրոհվող իզոտոպը՝ ուրան-235 (ինչպես նաև պլուտոնիում-239 և ուրան-233, որոնք բացակայում են բնության մեջ). ցանկացած նեյտրոն կլանելով: , նույնիսկ դանդաղ, այսպես կոչված, ջերմային, ջերմային շարժմանը մասնակցող մոլեկուլների համար էներգիայով՝ 0,025 էՎ, այդպիսի միջուկը կբաժանվի։ Եվ սա շատ լավ է. ջերմային նեյտրոնների համար գրավման խաչմերուկը չորս անգամ ավելի մեծ է, քան արագ, մեգաէլեկտրոնվոլտայինների համար: Սա է ուրան-235-ի նշանակությունը միջուկային էներգիայի ողջ հետագա պատմության համար. այն է, որ ապահովում է նեյտրոնների բազմապատկումը բնական ուրանում։ Նեյտրոնին հարվածելուց հետո ուրանի-235 միջուկը դառնում է անկայուն և արագ բաժանվում է երկու անհավասար մասերի։ Ճանապարհին մի քանի (միջինում 2,75) նոր նեյտրոններ են դուրս թռչում։ Եթե ​​նրանք հարվածեն նույն ուրանի միջուկներին, կհանգեցնեն նեյտրոնների էքսպոնենցիալ բազմապատկմանը - կսկսվի շղթայական ռեակցիա, որը կհանգեցնի պայթյունի՝ հսկայական ջերմության արագ արտանետման պատճառով։ Ո՛չ ուրան-238-ը, ո՛չ էլ թորիումը-232-ը չեն կարող այս կերպ աշխատել. չէ՞ որ տրոհման ժամանակ արտանետվում են 1-3 ՄէՎ միջին էներգիա ունեցող նեյտրոններ, այսինքն՝ եթե կա 1 ՄէՎ էներգիայի շեմ, զգալի մասն է. նեյտրոնները, անշուշտ, չեն կարողանա ռեակցիա առաջացնել, և վերարտադրություն չի լինի: Սա նշանակում է, որ այս իզոտոպները պետք է մոռացվեն, և նեյտրոնները պետք է դանդաղեցնեն ջերմային էներգիան, որպեսզի նրանք հնարավորինս արդյունավետ փոխազդեն ուրանի 235 միջուկների հետ: Միևնույն ժամանակ, ուրանի-238-ի կողմից դրանց ռեզոնանսային կլանումը չի կարելի թույլ տալ. չէ՞ որ բնական ուրանի մեջ այս իզոտոպը մի փոքր պակաս է 99,3%-ից, և նեյտրոններն ավելի հաճախ բախվում են դրան, և ոչ թե թիրախային ուրան-235-ին: Եվ հանդես գալով որպես մոդերատոր՝ հնարավոր է պահպանել նեյտրոնների բազմապատկումը մշտական ​​մակարդակում և կանխել պայթյունը՝ վերահսկել շղթայական ռեակցիան։

Նույն ճակատագրական 1939 թվականին Յա. առնվազն 1,83 անգամ: Այնուհետև նրանց այս միտքը մաքուր ֆանտազիա թվաց. «Պետք է նշել, որ մոտավորապես կրկնապատկվում է ուրանի այն բավականին զգալի քանակությունների հարստացումը, որոնք անհրաժեշտ են շղթայական պայթյուն իրականացնելու համար,<...>չափազանց ծանր խնդիր է՝ գործնական անհնարինությանը մոտ»։ Այժմ այս խնդիրը լուծված է, և միջուկային արդյունաբերությունը զանգվածաբար արտադրում է ուրան-235-ով հարստացված ուրան մինչև 3,5% էլեկտրակայանների համար։

Ի՞նչ է ինքնաբուխ միջուկային տրոհումը: 1940 թվականին Գ. Ն. Ֆլերովը և Կ. Քանի որ նման տրոհումից առաջանում են նաև նեյտրոններ, եթե նրանց թույլ չտրվի թռչել ռեակցիայի գոտուց, նրանք կծառայեն որպես շղթայական ռեակցիայի նախաձեռնողներ։ Հենց այս երեւույթն է օգտագործվում միջուկային ռեակտորների ստեղծման ժամանակ։

Ինչու՞ է անհրաժեշտ միջուկային էներգիան:Զելդովիչը և Խարիտոնն առաջիններից են, ովքեր հաշվարկել են միջուկային էներգիայի տնտեսական ազդեցությունը (Uspekhi fizicheskikh nauk, 1940, 23, 4): «... Այս պահին դեռևս անհնար է վերջնական եզրակացություններ անել անվերջ ճյուղավորվող շղթաներով ուրանի միջուկային տրոհման ռեակցիայի իրականացման հնարավորության կամ անհնարինության մասին։ Եթե ​​նման ռեակցիան իրագործելի է, ապա ռեակցիայի արագությունը ավտոմատ կերպով ճշգրտվում է՝ ապահովելու, որ այն սահուն է ընթանում՝ չնայած փորձարարի տրամադրության տակ գտնվող հսկայական էներգիային: Այս հանգամանքը բացառիկ բարենպաստ է ռեակցիայի էներգիայի օգտագործման համար։ Ուստի, թեև սա չսպանված արջի մաշկի բաժանում է, մենք ներկայացնում ենք որոշ թվեր, որոնք բնութագրում են ուրանի էներգիայի օգտագործման հնարավորությունները։ Եթե ​​տրոհման գործընթացն ընթանում է արագ նեյտրոնների վրա, հետևաբար, ռեակցիան գրավում է ուրանի հիմնական իզոտոպը (U238), ապա.<исходя из соотношения теплотворных способностей и цен на уголь и уран>Ուրանի հիմնական իզոտոպից կալորիականության արժեքը պարզվում է, որ մոտ 4000 անգամ ավելի էժան է, քան ածխից (եթե, իհարկե, «այրման» և ջերմության հեռացման գործընթացները ուրանի դեպքում շատ ավելի թանկ չեն, քան ածուխի դեպքում): Դանդաղ նեյտրոնների դեպքում «ուրանի» կալորիականության արժեքը (հիմնված վերը նշված թվերի վրա) կլինի, հաշվի առնելով, որ U235 իզոտոպի առատությունը 0,007 է, արդեն ընդամենը 30 անգամ էժան կլինի «ածուխի» կալորիայից, մնացած բոլոր բաները հավասար են:

Առաջին վերահսկվող շղթայական ռեակցիան իրականացվել է 1942 թվականին Էնրիկո Ֆերմիի կողմից Չիկագոյի համալսարանում, և ռեակտորը ձեռքով կառավարվել է գրաֆիտի ձողեր հրելով և քաշելով, քանի որ նեյտրոնային հոսքը փոխվել է: Առաջին էլեկտրակայանը կառուցվել է Օբնինսկում 1954 թվականին։ Բացի էներգիա գեներացնելուց, առաջին ռեակտորներն աշխատել են նաև զենքի համար նախատեսված պլուտոնիում արտադրելու համար։

Ինչպե՞ս է աշխատում ատոմակայանը:Այժմ ռեակտորների մեծ մասն աշխատում է դանդաղ նեյտրոններով: Հարստացված ուրանը՝ մետաղի, համաձուլվածքի, օրինակ՝ ալյումինի կամ օքսիդի տեսքով, դրվում է երկար բալոնների՝ վառելիքի տարրերի մեջ։ Դրանք որոշակի ձևով տեղադրվում են ռեակտորում, և դրանց միջև դրվում են մոդերատորի ձողեր, որոնք վերահսկում են շղթայական ռեակցիան։ Ժամանակի ընթացքում ռեակտորի թունավորումները կուտակվում են վառելիքի տարրում՝ ուրանի տրոհման արտադրանք, որը նաև ունակ է կլանել նեյտրոնները: Երբ ուրանի 235 կոնցենտրացիան ընկնում է կրիտիկական մակարդակից, տարրը հանվում է շահագործումից: Սակայն այն պարունակում է ուժեղ ռադիոակտիվությամբ բազմաթիվ տրոհման բեկորներ, որոնք տարիների ընթացքում նվազում են, ինչի պատճառով էլ տարրերը երկար ժամանակ զգալի քանակությամբ ջերմություն են արձակում։ Դրանք պահվում են հովացման լողավազաններում, այնուհետև կամ թաղում են, կամ փորձում են մշակել՝ արդյունահանել չայրված ուրան-235, կուտակված պլուտոնիում (այն օգտագործվում էր ատոմային ռումբեր պատրաստելու համար) և այլ իզոտոպներ, որոնք կարելի է օգտագործել։ Չօգտագործված մասը ուղարկվում է գերեզմանոց։

Այսպես կոչված արագ նեյտրոնային ռեակտորներում կամ բուծող ռեակտորներում տարրերի շուրջ տեղադրված են ուրան-238 կամ թորիում-232 ռեֆլեկտորներ: Նրանք դանդաղեցնում են և չափազանց արագ նեյտրոններ ուղարկում ետ ռեակցիայի գոտի։ Դանդաղեցվելով մինչև ռեզոնանսային արագության՝ նեյտրոնները կլանում են այս իզոտոպները՝ վերածվելով համապատասխանաբար պլուտոնիում-239-ի կամ ուրան-233-ի, որոնք կարող են որպես վառելիք ծառայել ատոմակայանի համար: Քանի որ արագ նեյտրոնները լավ չեն արձագանքում ուրանի-235-ի հետ, անհրաժեշտ է զգալիորեն մեծացնել դրա կոնցենտրացիան, բայց դա վճարվում է ավելի ուժեղ նեյտրոնային հոսքով: Չնայած այն հանգամանքին, որ բուծող ռեակտորները համարվում են միջուկային էներգիայի ապագան, քանի որ դրանք ավելի շատ միջուկային վառելիք են ապահովում, քան սպառում, փորձերը ցույց են տվել, որ դրանք դժվար է կառավարել: Այժմ աշխարհում մնացել է միայն մեկ նման ռեակտոր՝ Բելոյարսկի ԱԷԿ-ի չորրորդ էներգաբլոկում։

Ինչպե՞ս է քննադատվում միջուկային էներգիան։Եթե ​​չխոսենք դժբախտ պատահարների մասին, ապա այսօր ատոմային էներգիայի հակառակորդների փաստարկների հիմնական կետը առաջարկն էր դրա արդյունավետության հաշվարկին ավելացնել կայանը շահագործումից հանելուց և վառելիքով աշխատելիս շրջակա միջավայրի պահպանման ծախսերը։ Երկու դեպքում էլ ռադիոակտիվ թափոնների հուսալի հեռացման խնդիր է առաջանում, և դրանք այն ծախսերն են, որ կրում է պետությունը։ Կարծիք կա, որ եթե դրանք տեղափոխվեն էներգիայի ինքնարժեքի վրա, ապա դրա տնտեսական գրավչությունը կվերանա։

Ընդդիմություն կա նաև միջուկային էներգիայի կողմնակիցների շրջանում։ Նրա ներկայացուցիչները մատնանշում են ուրան-235-ի եզակիությունը, որը փոխարինող չունի, քանի որ այլընտրանքային իզոտոպները, որոնք տրոհվում են ջերմային նեյտրոններով՝ պլուտոնիում-239 և ուրան-233, բնության մեջ բացակայում են հազարամյակների կիսամյակի պատճառով: Իսկ դրանք ստացվում են հենց ուրանի-235-ի տրոհման արդյունքում։ Եթե ​​ավարտվի, գեղեցիկը կվերանա բնական աղբյուրնեյտրոններ միջուկային շղթայական ռեակցիայի համար: Նման շռայլության արդյունքում մարդկությունը կկորցնի ապագայում էներգիայի ցիկլում թորիում-232 ներգրավելու հնարավորությունը, որի պաշարները մի քանի անգամ գերազանցում են ուրանի պաշարները։

Տեսականորեն մասնիկների արագացուցիչները կարող են օգտագործվել մեգաէլեկտրոնվոլտ էներգիայով արագ նեյտրոնների հոսք ստանալու համար։ Այնուամենայնիվ, եթե մենք խոսում ենք, օրինակ, միջմոլորակային թռիչքների մասին ատոմային շարժիչով, ապա մեծագույն արագացուցիչով սխեմա իրականացնելը շատ դժվար կլինի։ Ուրանի 235-ի սպառումը վերջ է դնում նման նախագծերին։

Ի՞նչ է զենքի համար նախատեսված ուրանը:Սա բարձր հարստացված ուրան-235 է: Նրա կրիտիկական զանգվածը, որը համապատասխանում է նյութի մի կտորի չափին, որում շղթայական ռեակցիան ինքնաբերաբար տեղի է ունենում, բավական փոքր է զինամթերք պատրաստելու համար: Նման ուրան կարող է օգտագործվել ատոմային ռումբ պատրաստելու համար, ինչպես նաև ջերմամիջուկային ռումբի ապահովիչ։

Ի՞նչ աղետներ են կապված ուրանի օգտագործման հետ:Ճեղքվող տարրերի միջուկներում կուտակված էներգիան հսկայական է։ Անտեսման կամ դիտավորության պատճառով վերահսկողությունից փախած այս էներգիան կարող է շատ դժվարություններ առաջացնել: Երկու ամենասարսափելի միջուկային աղետները տեղի են ունեցել 1945 թվականի օգոստոսի 6-ին և 8-ին, երբ ԱՄՆ ռազմաօդային ուժերը ատոմային ռումբեր նետեցին Հիրոսիմայի և Նագասակիի վրա՝ սպանելով և վիրավորելով հարյուր հազարավոր խաղաղ բնակիչների: Ավելի փոքր մասշտաբի աղետները կապված են ատոմակայաններում և միջուկային ցիկլի ձեռնարկություններում տեղի ունեցած վթարների հետ։ Առաջին խոշոր վթարը տեղի է ունեցել 1949 թվականին ԽՍՀՄ-ում Չելյաբինսկի մոտ գտնվող «Մայակ» գործարանում, որտեղ արտադրվում էր պլուտոնիում. հեղուկ ռադիոակտիվ թափոններ մտել են Թեչա գետը։ 1957 թվականի սեպտեմբերին դրա վրա պայթյուն է տեղի ունեցել մեծ քանակությամբ ռադիոակտիվ նյութի արտանետմամբ։ Տասնմեկ օր անց Windscale-ում բրիտանական պլուտոնիումի ռեակտորը այրվեց, պայթյունի արտադրանքի ամպը ցրվեց: Արեւմտյան Եվրոպա. 1979 թվականին Փենսիլվանիայում այրվել է Trimail Island ատոմակայանի ռեակտորը։ Չեռնոբիլի ատոմակայանում (1986թ.) և Ֆուկուսիմայի ատոմակայանում (2011թ.) տեղի ունեցած վթարները հանգեցրին ամենատարածված հետևանքների, երբ միլիոնավոր մարդիկ ենթարկվեցին ճառագայթման։ Առաջինը աղտոտեց հսկայական հողերը՝ 8 տոննա ուրանի վառելիքը քայքայված արտադրանքով դուրս նետելով պայթյունի հետևանքով, որը տարածվեց ամբողջ Եվրոպայում։ Երկրորդը աղտոտված է և վթարից երեք տարի անց շարունակում է աղտոտել Խաղաղ օվկիանոսը ձկնաբուծության ոլորտներում: Այս վթարների հետեւանքների վերացումը շատ թանկ արժեր, եւ եթե այդ ծախսերը տարրալուծվեին էլեկտրաէներգիայի ինքնարժեքի, այն զգալիորեն կբարձրանար։

Առանձին խնդիր է մարդու առողջության վրա ունեցած հետեւանքները։ Պաշտոնական վիճակագրության համաձայն՝ ռմբակոծությունից փրկված կամ աղտոտված տարածքներում ապրող շատ մարդիկ օգտվում էին ազդեցությունից. առաջիններն ունեն ավելի բարձր կյանքի տեւողություն, երկրորդները՝ ավելի քիչ քաղցկեղ, իսկ փորձագետները մահացության որոշակի աճը վերագրում են սոցիալական սթրեսին: Ճշգրիտ դժբախտ պատահարների հետևանքներից կամ դրանց լուծարման հետևանքով մահացածների թիվը հարյուրավոր է։ Ատոմակայանների հակառակորդները նշում են, որ վթարները եվրոպական մայրցամաքում հանգեցրել են մի քանի միլիոն վաղաժամ մահվան, դրանք պարզապես անտեսանելի են վիճակագրական ֆոնի վրա։

Դժբախտ պատահարների գոտիներում հողերի դուրս բերումը մարդու օգտագործումից բերում է մի հետաքրքիր արդյունքի. դրանք դառնում են մի տեսակ արգելոցներ, որտեղ աճում է կենսաբազմազանությունը։ Ճիշտ է, որոշ կենդանիներ տառապում են ճառագայթման հետ կապված հիվանդություններից։ Հարցը, թե որքան արագ նրանք կհարմարվեն ավելացված ֆոնին, մնում է բաց։ Կարծիք կա նաև, որ խրոնիկական ճառագայթման հետևանքը «հիմարի ընտրությունն է» (տես Քիմիա և կյանք, 2010, թիվ 5). ավելի պարզունակ օրգանիզմներ գոյատևում են նույնիսկ սաղմնային փուլում: Մասնավորապես, մարդկանց հետ կապված դա պետք է հանգեցնի վթարից անմիջապես հետո աղտոտված տարածքներում ծնված սերնդի մտավոր կարողությունների նվազմանը։

Ի՞նչ է սպառված ուրանը:Սա ուրան-238-ն է, որը մնացել է ուրան-235-ի արդյունահանումից: Զենքի համար նախատեսված ուրանի և վառելիքի տարրերի արտադրությունից թափոնների ծավալները մեծ են. միայն Միացյալ Նահանգներում կուտակվել է 600 հազար տոննա նման ուրանի հեքսաֆտորիդ (դրա հետ կապված խնդիրների համար տե՛ս «Քիմիա և կյանք», 2008 թ. 5). Նրանում ուրանի 235-ի պարունակությունը կազմում է 0,2%։ Այս թափոնները կամ պետք է պահվեն մինչև ավելի լավ ժամանակներ, երբ կստեղծվեն արագ նեյտրոնային ռեակտորներ, և հնարավոր կլինի ուրանի 238-ը վերամշակել պլուտոնիումի, կամ ինչ-որ կերպ օգտագործել:

Նրանք գտան դրա կիրառությունը: Ուրանը, ինչպես մյուս անցումային տարրերը, օգտագործվում է որպես կատալիզատոր։ Օրինակ, հոդվածի հեղինակները ACS Nano 2014 թվականի հունիսի 30-ով նրանք գրում են, որ ուրանի կամ թորիումի կատալիզատորը գրաֆենով թթվածնի և ջրածնի պերօքսիդի նվազեցման համար «ունի էներգիայի կիրառման մեծ ներուժ»: Իր բարձր խտության պատճառով ուրանը նավերի համար ծառայում է որպես բալաստ, իսկ ինքնաթիռների համար՝ հակակշիռ։ Այս մետաղը հարմար է նաև ճառագայթային պաշտպանության համար ճառագայթային աղբյուրներ ունեցող բժշկական սարքերում:

Ի՞նչ զենք կարելի է պատրաստել սպառված ուրանից:Փամփուշտներ և միջուկներ՝ զրահապատ արկերի համար։ Ահա հաշվարկը. Որքան ծանր է արկը, այնքան բարձր է նրա կինետիկ էներգիան։ Բայց ինչ ավելի մեծ չափսարկ, այնքան քիչ կենտրոնացված է նրա ազդեցությունը։ Այսպիսով, մենք պետք է ծանր մետաղներբարձր խտությամբ։ Փամփուշտները պատրաստված են կապարից (Ուրալի որսորդները ժամանակին օգտագործում էին նաև հայրենի պլատին, մինչև հասկացան, թե դա ինչ է): թանկարժեք մետաղ), պատյանների միջուկները պատրաստված են վոլֆրամի համաձուլվածքից։ Բնապահպանները նշում են, որ կապարը աղտոտում է հողը պատերազմի կամ որսի վայրերում, և ավելի լավ կլիներ այն փոխարինել ավելի քիչ վնասակար բանով, օրինակ՝ նույն վոլֆրամով։ Բայց վոլֆրամը էժան չէ, և ուրանը, իր խտությամբ նման, վնասակար թափոն է։ Միևնույն ժամանակ, հողի և ջրի թույլատրելի աղտոտվածությունը ուրանով մոտավորապես երկու անգամ ավելի բարձր է, քան կապարինը։ Դա տեղի է ունենում այն ​​պատճառով, որ սպառված ուրանի թույլ ռադիոակտիվությունը (և այն նաև 40%-ով ավելի քիչ է, քան բնական ուրանը) անտեսվում է և հաշվի է առնվում իսկապես վտանգավոր քիմիական գործոնը. ուրանը, ինչպես հիշում ենք, թունավոր է: Միևնույն ժամանակ, դրա խտությունը 1,7 անգամ մեծ է կապարիից, ինչը նշանակում է, որ ուրանի փամփուշտների չափերը կարող են կրճատվել կիսով չափ; ուրանը շատ ավելի հրակայուն է և ավելի կարծր, քան կապարը. կրակելիս այն ավելի քիչ գոլորշիանում է, իսկ երբ հարվածում է թիրախին, արտադրում է ավելի քիչ միկրոմասնիկներ: Ընդհանրապես ուրանի փամփուշտը ավելի քիչ է աղտոտում միջավայրըքան կապարը, սակայն հստակ հայտնի չէ ուրանի նման օգտագործման մասին:

Բայց հայտնի է, որ սպառված ուրանի թիթեղները օգտագործվում են ամերիկյան տանկերի զրահը ուժեղացնելու համար (դրան նպաստում է նրա բարձր խտությունը և հալման կետը), ինչպես նաև միջուկներում վոլֆրամի խառնուրդի փոխարեն՝ զրահապատ արկերի համար։ Ուրանի միջուկը նույնպես լավն է, քանի որ ուրանը պիրոֆորիկ է. նրա տաք մանր մասնիկները, որոնք ձևավորվում են զրահի վրա հարվածելիս, բռնկվում են և հրկիզվում շուրջբոլորը: Երկու հավելվածներն էլ համարվում են ճառագայթային անվտանգ: Այսպիսով, հաշվարկը ցույց տվեց, որ նույնիսկ մեկ տարի առանց ուրանի զինամթերքով բեռնված տանկի մեջ դուրս գալուց հետո անձնակազմը կստանար թույլատրելի չափաբաժնի միայն մեկ քառորդը։ Իսկ տարեկան թույլատրելի չափաբաժին ստանալու համար նման զինամթերքը պետք է 250 ժամ պտտել մաշկի մակերեսին։

Ուրանի միջուկներով արկեր՝ 30 մմ ավիացիոն հրացանների կամ հրետանային ենթատրամաչափի համար, օգտագործվել են ամերիկացիների կողմից վերջին պատերազմներում՝ սկսած 1991 թվականի Իրաքյան տարվա արշավից: Այդ տարի նրանք 300 տոննա սպառված ուրան են լցրել Քուվեյթի իրաքյան զրահապատ ստորաբաժանումների վրա, իսկ նրանց նահանջի ժամանակ 250 տոննա կամ 780000 կրակոց ընկել է ավիացիոն հրացանների վրա։ Բոսնիա և Հերցեգովինայում չճանաչված Սերպսկայի Հանրապետության բանակի ռմբակոծման ժամանակ օգտագործվել է 2,75 տոննա ուրան, իսկ հարավսլավական բանակի գնդակոծման ժամանակ Կոսովո և Մետոհիա նահանգում՝ 8,5 տոննա, կամ 31000 արկ։ Քանի որ ԱՀԿ-ն մինչ այդ հոգում էր ուրանի օգտագործման հետևանքների մասին, մշտադիտարկում էր իրականացվում։ Նա ցույց տվեց, որ մեկ համազարկը բաղկացած է մոտավորապես 300 արկից, որոնց 80%-ը պարունակում է սպառված ուրան։ 10%-ը հարվածել է թիրախներին, իսկ 82%-ն ընկել է դրանցից 100 մետր հեռավորության վրա։ Մնացածը ցրվել է 1,85 կմ հեռավորության վրա։ Տանկին խոցած արկը այրվել է և վերածվել աերոզոլի, զրահափոխադրիչների նման թեթև թիրախներ խոցվել են ուրանի արկով։ Այսպիսով, Իրաքում ամենաշատը մեկուկես տոննա արկերը կարող են վերածվել ուրանի փոշու։ Ամերիկյան RAND Corporation ռազմավարական հետազոտությունների կենտրոնի փորձագետների կարծիքով՝ օգտագործված ուրանի ավելի քան 10-ից 35%-ը վերածվել է աերոզոլի։ Խորվաթական ուրանի զինամթերքի մարտիկ Ասաֆ Դուրակովիչը, ով աշխատել է տարբեր կազմակերպություններում՝ Ռիադի Քինգ Ֆեյսալ հիվանդանոցից մինչև Վաշինգտոնի ուրանի բժշկական հետազոտությունների կենտրոնը, կարծում է, որ միայն հարավային Իրաքում 1991 թվականին ձևավորվել են 3-6 տոննա ուրանի ենթամիկրոնային մասնիկներ: որը ցրված է լայն տարածության վրա, այսինքն՝ այնտեղ ուրանի աղտոտվածությունը համեմատելի է Չեռնոբիլի հետ։

ՈՒՐԱՆ (անունն ի պատիվ իրենից քիչ առաջ հայտնաբերված Ուրան մոլորակի. լատ. uran * a. uranium; n. Uran; f. uranium; and. uranio), U, պարբերական համակարգի III խմբի ռադիոակտիվ քիմիական տարր է։ Մենդելեևի ատոմային համարը՝ 92, ատոմային զանգվածը՝ 238,0289, վերաբերում է ակտինիդներին։ Բնական ուրանը բաղկացած է երեք իզոտոպների խառնուրդից՝ 238 U (99,282%, T 1/2 4,468,10 9 տարի), 235 U (0,712%, T 1/2 0,704,10 9 տարի), 234 U (0,006%, T 1/2 0.244.10 6 տարի). Հայտնի են նաև ուրանի 11 արհեստական ​​ռադիոակտիվ իզոտոպներ՝ 227-ից 240 զանգվածային թվերով։

Ուրանը հայտնաբերվել է 1789 թվականին UO 2-ի տեսքով գերմանացի քիմիկոս Մ.Գ.Կլապրոտի կողմից։ Մետաղական ուրան ստացվել է 1841 թվականին ֆրանսիացի քիմիկոս Է.Պելիգոի կողմից։ Երկար ժամանակ ուրանը շատ սահմանափակ կիրառություն ուներ, և միայն 1896 թվականին ռադիոակտիվության հայտնաբերմամբ սկսվեցին դրա ուսումնասիրությունն ու օգտագործումը։

Ուրանի հատկությունները

Իր ազատ վիճակում ուրանը մետաղ է։ բաց մոխրագույն; 667,7°C-ից ցածր, այն բնութագրվում է ռոմբիկ (a=0,28538 նմ, b=0,58662 նմ, c=0,49557 նմ) բյուրեղային ցանցով (a-մոդիֆիկացիա), 667,7-774°C՝ քառանկյուն (a = քառանկյուն): 1,0759 նմ, c = 0,5656 նմ; R-փոփոխություն), ավելի բարձր ջերմաստիճանում՝ մարմնի կենտրոնացված խորանարդ վանդակ (a = 0,3538 նմ, գ-ձևափոխում): Խտությունը 18700 կգ / մ 3, հալման t 1135 ° C, եռման t մոտ 3818 ° C, մոլային ջերմային հզորությունը 27.66 J / (mol.K), էլեկտրական դիմադրողականությունը 29.0.10 -4 (Ohm.m), ջերմային հաղորդունակությունը 22, 5 W/(mK), գծային ընդարձակման ջերմաստիճանի գործակիցը 10.7.10 -6 K -1: Ուրանի անցման ջերմաստիճանը գերհաղորդիչ վիճակին 0,68 Կ է; թույլ պարամագնիս, հատուկ մագնիսական զգայունություն 1.72.10 -6. 235 U և 233 U միջուկները ինքնաբերաբար տրոհվում են, ինչպես նաև դանդաղ և արագ նեյտրոնների որսալու ժամանակ, 238 U տրոհվում են միայն արագ (1 ՄէՎ-ից ավելի) նեյտրոնների որսալու ժամանակ։ Երբ դանդաղ նեյտրոնները գրավվում են, 238 U-ն վերածվում է 239 Pu-ի: Ուրանի կրիտիկական զանգվածը (93,5% 235U) ջրային լուծույթներում 1 կգ-ից պակաս է, բաց գնդիկի համար մոտ 50 կգ; 233 U-ի համար կրիտիկական զանգվածը կազմում է 235 U-ի կրիտիկական զանգվածի մոտավորապես 1/3-ը:

Կրթություն և բովանդակություն բնության մեջ

Ուրանի հիմնական սպառողը միջուկային էներգետիկան է (միջուկային ռեակտորներ, ատոմակայաններ)։ Բացի այդ, ուրանն օգտագործվում է միջուկային զենք արտադրելու համար։ Ուրանի օգտագործման մյուս բոլոր ոլորտները խիստ ստորադաս նշանակություն ունեն։

Ուրան(լատ. uranium), u, Մենդելեևի պարբերական համակարգի III խմբի ռադիոակտիվ քիմիական տարր, պատկանում է ընտանիքին։ ակտինիդներ,ատոմային համարը՝ 92, ատոմային զանգվածը՝ 238,029; մետաղական. Բնական U.-ն բաղկացած է երեք իզոտոպների խառնուրդից՝ 238 u - 99,2739% կիսամյակով t 1 / 2 = 4,51 10 9 տարի, 235 u - 0,7024% (t 1 / 2 = 7,13 10 8 տարի) և 234 u. - 0,0057% (t 1 / 2 \u003d 2,48 10 5 տարի): 227-ից 240 զանգվածային թվերով 11 արհեստական ​​ռադիոակտիվ իզոտոպներից երկարակյացը 233 u է (t 1 / 2 \u003d 1.62 10 5 տարի); այն ստացվում է թորիումի նեյտրոնային ճառագայթման արդյունքում։ 238 u և 235 u երկու ռադիոակտիվ սերիաների նախահայրերն են:

Պատմության տեղեկանք. 1789-ին բացվել է U. քիմիկոս Մ. Հերշել 1781-ին Մետաղական վիճակում 1841-ին ֆրանս. քիմիկոս Է. Պելիգո՝ ucl 4-ի մետաղական կալիումով ռեդուկցիայի ժամանակ։ Սկզբում Ու.-ին նշանակվել է 120 ատոմային զանգված, և միայն 1871 թվականին Դ.Ի. Մենդելեևըեկել է այն եզրակացության, որ այդ արժեքը պետք է կրկնապատկվի։

Երկար ժամանակ ուրանը հետաքրքրում էր միայն քիմիկոսների նեղ շրջանակին և սահմանափակ օգտագործում էր ներկերի և ապակու արտադրության համար: Երեւույթի բացահայտմամբ ռադիոակտիվությունՎ.-ն 1896 թվականին և ռադիում 1898 թվականին սկսվեց ուրանի հանքաքարի արդյունաբերական վերամշակումը` նպատակ ունենալով արդյունահանել և օգտագործել ռադիում գիտական ​​հետազոտությունև բժշկություն։ 1942 թվականից՝ 1939 թվականին միջուկային տրոհման երևույթի հայտնաբերումից հետո , Հիմնական միջուկային վառելիք դարձավ U.

բաշխումը բնության մեջ. Երկրակեղևի գրանիտե շերտի և նստվածքային թաղանթի համար բնորոշ տարր է Ու. U.-ի միջին պարունակությունը երկրակեղևում (կլարկ) կազմում է 2,5 10 -4% կշռային, թթվային հրային ապարներում՝ 3,5 10 -4%, կավերում և թերթաքարերում՝ 3,2 10 -4%, հիմնային ապարներում՝ 5 10 -5%։ , թիկնոցի ուլտրամաֆիկ ապարներում 3 10 -7%։ Սառը և տաք, չեզոք և ալկալային ջրերում Ու.–ն աշխուժորեն գաղթում է պարզ և բարդ իոնների, հատկապես կարբոնատային կոմպլեքսների տեսքով։ Redox ռեակցիաները կարևոր դեր են խաղում ջրի երկրաքիմիայի մեջ, քանի որ ջրի միացությունները, որպես կանոն, շատ լուծելի են օքսիդացնող միջավայր ունեցող ջրերում և վատ լուծվող ջրերում վերականգնող միջավայրով (օրինակ, ջրածնի սուլֆիդ):

Հայտնի է մոտ 100 U. միներալներ; Դրանցից 12-ը արդյունաբերական նշանակություն ունեն . Երկրաբանական պատմության ընթացքում ռադիոակտիվ քայքայման պատճառով երկրակեղևում U.-ի պարունակությունը նվազել է. այս գործընթացը կապված է երկրակեղևում Pb և He ատոմների կուտակման հետ: Ու–ի ռադիոակտիվ քայքայումը կարևոր դեր է խաղում երկրակեղևի էներգիայի մեջ՝ հանդիսանալով խորը ջերմության զգալի աղբյուր։

ֆիզիկական հատկություններ. U. գույնը նման է պողպատին և կարող է հեշտությամբ մշակվել։ Այն ունի երեք ալոտրոպ մոդիֆիկացիա՝ a, b և g փուլային փոխակերպման ջերմաստիճաններով՝ a ®b 668,8 ± 0,4 ° C, b® g 772,2 ± 0,4 ° С; a - ձեւը ունի ռոմբաձեւ վանդակավոր ա= 2,8538 å, բ= 5,8662 å, -ից\u003d 4,9557 å), բ-ձև - քառանկյուն վանդակ (720 ° С-ում բայց = 10,759 , բ= 5,656 å), g-ձև՝ մարմնի կենտրոնացված խորանարդ վանդակ (850°c-ում ա = 3,538 å): U. խտությունը ա-ձևով (25°c) 19,05 ± 0,2 գ/սմ 3 , տ pl 1132 ± 1°C; տ kip 3818 °C; ջերմահաղորդություն (100–200°c), 28.05 Երեք/(մ· TO) , (200–400 °c) 29.72 Երեք/(մ· TO) ; տեսակարար ջերմություն (25°c) 27.67 կՋ/(կգ· TO) ; էլեկտրական դիմադրողականություն սենյակային ջերմաստիճանում մոտ 3 10 -7 օհմ· սմ, 600°c-ում 5.5 10 -7 օհմ· սմ;ունի գերհաղորդականություն 0,68 ± 0.02K; թույլ պարամագնիս, հատուկ մագնիսական զգայունություն սենյակային ջերմաստիճանում 1.72 10 -6.

Ու–ի մեխանիկական հատկությունները կախված են նրա մաքրությունից, մեխանիկական և ջերմային մշակման եղանակներից։ Ձուլված U-ի համար առաձգականության մոդուլի միջին արժեքը 20,5 10 -2 Mn/m 2 վերջնական առաձգական ուժ սենյակային ջերմաստիճանում 372–470 Mn/m 2 , ուժը մեծանում է b - և g - փուլերից կարծրացումից հետո; միջին կարծրություն՝ ըստ Brinell 19.6–21.6 10 2 Mn/m 2 .

Ճառագայթումը նեյտրոնային հոսքով (որը տեղի է ունենում միջուկային ռեակտոր) փոխում է ուրանի ֆիզիկամեխանիկական հատկությունները. զարգանում է սողուն և մեծանում է փխրունությունը, նկատվում է արտադրանքի դեֆորմացիա, ինչը ստիպում է ուրանի օգտագործումը միջուկային ռեակտորներում ուրանի տարբեր համաձուլվածքների տեսքով։

U. - ռադիոակտիվ տարր. 235 u և 233 u միջուկները ինքնաբուխ տրոհվում են, ինչպես նաև դանդաղ (ջերմային) և արագ նեյտրոնների գրավման ժամանակ՝ 508 10 -24 արդյունավետ տրոհման խաչմերուկով։ սմ 2 (508 գոմ) եւ 533 10 -24 սմ 2 (533 գոմ) համապատասխանաբար։ 238 u միջուկները տրոհվում են՝ որսալով միայն արագ նեյտրոններ, որոնց էներգիան առնվազն 1 է։ Մև;երբ դանդաղ նեյտրոններ են գրավվում, 238 u-ն վերածվում է 239 pu-ի , որի միջուկային հատկությունները մոտ են 235 u. Քննադատական զանգվածը U. (93,5% 235 u) ջրային լուծույթներում 1-ից փոքր է կգ,բաց գնդակի համար՝ մոտ 50 կգ, ռեֆլեկտորով գնդակի համար՝ 15 - 23 կգ; 233 u կրիտիկական զանգվածը մոտավորապես 235 u կրիտիկական զանգվածի 1/3-ն է։

Քիմիական հատկություններ. U ատոմի արտաքին էլեկտրոնային թաղանթի կոնֆիգուրացիան. 7 ս 2 6 դ 1 5 զ 3 . U. վերաբերում է ռեակտիվ մետաղներին, միացություններում այն ​​ցուցադրում է օքսիդացման վիճակներ + 3, + 4, + 5, + 6, երբեմն + 2; ամենակայուն միացություններն են u (iv) և u (vi): Օդում այն ​​դանդաղորեն օքսիդանում է՝ մակերեսի վրա երկօքսիդի թաղանթի ձևավորմամբ, որը մետաղը չի պաշտպանում հետագա օքսիդացումից։ Փոշու վիճակում U.-ն պիրոֆոր է և այրվում է վառ բոցով։ Թթվածնի հետ առաջացնում է uo 2 երկօքսիդ, uo 3 եռօքսիդ և մեծ թվով միջանկյալ օքսիդներ, որոնցից գլխավորը u 3 o 8-ն է։ Այս միջանկյալ օքսիդները իրենց հատկություններով նման են uo 2 և uo 3-ին: Բարձր ջերմաստիճաններում uo 2-ն ունի միատարրության լայն շրջանակ՝ uo 1.60-ից մինչև uo 2.27: Ֆտորի հետ 500–600°c ջերմաստիճանում այն ​​ձևավորում է տետրաֆտորիդ (կանաչ ասեղանման բյուրեղներ, քիչ լուծվող ջրում և թթուներում) և uf 6 հեքսաֆտորիդ (սպիտակ բյուրեղային նյութը վեհանում է՝ առանց հալվելու 56,4°c-ում)։ ծծմբով - մի շարք միացություններ, որոնցից ամենաբարձր արժեքըունի մեզ (միջուկային վառելիք): Երբ U.-ը փոխազդում է ջրածնի հետ 220 ° C-ում, ստացվում է հիդրիդ uh 3; ազոտով 450-ից 700 ° C ջերմաստիճանում և մթնոլորտային ճնշմամբ - u 4 n 7 նիտրիդ, ազոտի ավելի բարձր ճնշման և նույն ջերմաստիճանի դեպքում կարելի է ստանալ un, u 2 n 3 և un 2; ածխածնի հետ 750–800°c ջերմաստիճանում, մոնոկարբիդ uc, երկկարբիդ uc 2, ինչպես նաև u 2 c 3; մետաղների հետ ձևավորում է տարբեր տեսակի համաձուլվածքներ . U. դանդաղ արձագանքում է եռացող ջրի հետ՝ առաջացնելով uo 2 և h 2 , ջրային գոլորշու հետ 150–250 °C ջերմաստիճանի միջակայքում; լուծելի է աղաթթուներում և ազոտական ​​թթուներում, թեթևակի՝ խտացված հիդրոֆլորաթթուում։ u-ի համար (vi) բնորոշ է ուրանի իոնի uo 2 2 + առաջացումը. ուրանի աղերը դեղին են և շատ լուծելի են ջրի և հանքային թթուների մեջ. աղերը u (iv) կանաչ են և քիչ լուծվող; ուրանի իոնը չափազանց ընդունակ է կոմպլեքս առաջացնել ջրային լուծույթներում ինչպես անօրգանական, այնպես էլ օրգանական նյութեր; Տեխնոլոգիայի համար առավել կարևոր են կարբոնատ, սուլֆատ, ֆտորիդ, ֆոսֆատ և այլ բարդույթներ։ Հայտնի է մեծ քանակությամբ ուրանատներ (աղեր, որոնք մեկուսացված չեն մաքուր ձևուրանի թթու), որի բաղադրությունը տատանվում է կախված պատրաստման պայմաններից. բոլոր ուրանատներն ունեն ցածր լուծելիություն ջրում:

U.-ն և նրա միացությունները ճառագայթային են և քիմիապես թունավոր։ Առավելագույն թույլատրելի դոզան (SDA) մասնագիտական ​​ազդեցության համար 5 remտարում։

Անդորրագիր. U. ստացվում է 0,05–0,5% u պարունակող ուրանի հանքաքարերից։ Հանքաքարերը գործնականում չեն հարստացվում, բացառությամբ ռադիոմետրիկ տեսակավորման սահմանափակ մեթոդի, որը հիմնված է ռադիումի ճառագայթման վրա, որը միշտ կապված է ուրանի հետ: Հիմնականում հանքաքարերը տարրալվացվում են ծծմբի, երբեմն ազոտական ​​թթուների կամ սոդայի լուծույթներով՝ U.-ի վերածելով թթվային լուծույթի՝ uo 2 so 4 կամ բարդ անիոնների 4- ձևով, իսկ սոդայի լուծույթի ձևով։ 4-ից. Իոնափոխանակիչ խեժերի վրա սորբումը և օրգանական լուծիչներով արդյունահանումը (տրիբուտիլֆոսֆատ, ալկիլֆոսֆորաթթուներ և ամիններ) օգտագործվում են լուծույթներից և միջուկներից U.-ի արդյունահանման և խտացման, ինչպես նաև կեղտերը հեռացնելու համար։ Այնուհետև, ամոնիումի կամ նատրիումի ուրանատները կամ հիդրօքսիդ u (oh) 4-ը նստեցվում են լուծույթներից՝ ավելացնելով ալկալի: Բարձր մաքրության միացություններ ստանալու համար տեխնիկական արտադրանքը լուծվում է ազոտաթթվի մեջ և ենթարկվում զտման գործընթացի, որի վերջնական արտադրանքներն են uo 3 կամ u 3 o 8; այս օքսիդները կրճատվում են 650–800°c-ում ջրածնով կամ տարանջատված ամոնիակով մինչև uo 2, որին հաջորդում է նրա փոխակերպումը uf 4-ի՝ 500–600°c գազային ջրածնի ֆտորիդով մշակման միջոցով։ uf 4 կարելի է ստանալ նաև ֆտորաթթվով լուծույթներից uf 4 · nh 2 o բյուրեղային հիդրատի նստեցմամբ, որին հաջորդում է արտադրանքի ջրազրկումը 450°C ջերմաստիճանում ջրածնի հոսքում: Արդյունաբերության մեջ uf 4-ից ուրանի ստացման հիմնական մեթոդը կալցիում-ջերմային կամ մագնեզիում-ջերմային վերականգնումն է, ընդ որում ուրանը արտադրվում է մինչև 1,5 տոննա կշռող ձուլակտորների տեսքով, ձուլակտորները զտվում են վակուումային վառարաններում:

U. տեխնոլոգիայի շատ կարևոր գործընթաց է դրա հարստացումը 235 u իզոտոպով հանքաքարերում բնական պարունակությունից բարձր կամ այս իզոտոպի մաքուր ձևով մեկուսացումը: , քանի որ հիմնական միջուկային վառելիքը 235 u է. դա իրականացվում է գազի ջերմային դիֆուզիոն, կենտրոնախույս և այլ մեթոդներով, որոնք հիմնված են 235 u և 238 u զանգվածների տարբերության վրա. U.-ն օգտագործվում է տարանջատման գործընթացներում ցնդող uf 6 հեքսաֆտորիդի տեսքով։ Բարձր հարստացված U. կամ իզոտոպներ ստանալուց հետո հաշվի են առնվում դրանց կրիտիկական զանգվածները. այս դեպքում ամենահարմար մեթոդը U. օքսիդների վերականգնումն է կալցիումով; այս գործընթացում առաջացած կաո խարամը հեշտությամբ անջատվում է U.-ից՝ թթուներում տարրալուծվելով։

Փոշի մետալուրգիան օգտագործվում է փոշիացված ածխաթթու գազի, կարբիդների, նիտրիդների և այլ հրակայուն միացությունների ստացման համար։

Դիմում. Մետաղական U. կամ դրա միացությունները հիմնականում օգտագործվում են որպես միջուկային վառելիք միջուկային ռեակտորներ. U իզոտոպների բնական կամ ցածր հարստացված խառնուրդն օգտագործվում է ատոմակայանների անշարժ ռեակտորներում, բարձր հարստացման արդյունքը՝ ատոմակայաններկամ արագ նեյտրոնների վրա աշխատող ռեակտորներում։ 235 u աղբյուրն է միջուկային էներգիամեջ միջուկային զենքեր. 238 u-ը ծառայում է որպես միջուկային երկրորդային վառելիքի՝ պլուտոնիումի աղբյուր։

Վ.Մ.Կուլիֆեև.

Ուրանը մարմնում Միկրոքանակություններով (10 -5 -10 -5%) հանդիպում է բույսերի, կենդանիների և մարդկանց հյուսվածքներում։ Բույսերի մոխիրներում (U. պարունակությամբ հողում մոտ 10 -4) կոնցենտրացիան կազմում է 1,5 10 -5%։ U.-ն առավելագույն չափով կուտակված է որոշ սնկերի և ջրիմուռների կողմից (վերջիններս ակտիվորեն մասնակցում են U.-ի կենսագենիկ միգրացիային ջրի շղթայով - ջրային բույսեր - ձուկ - մարդ): U.-ն կենդանիների և մարդկանց օրգանիզմ է մտնում սննդի և ջրի հետ աղեստամոքսային տրակտ, օդի հետ՝ շնչուղիներ, ինչպես նաև մաշկի և լորձաթաղանթների միջոցով։ U. միացությունները ներծծվում են աղեստամոքսային տրակտում` լուծվող միացությունների մուտքային քանակի մոտ 1%-ը և քիչ լուծվողների 0,1%-ից ոչ ավել; թոքերում ներծծվում են համապատասխանաբար 50% և 20%: U.-ն օրգանիզմում բաշխվում է անհավասարաչափ։ Հիմնական պահեստները (տեղադրման և կուտակման վայրերն են) փայծաղը, երիկամները, կմախքը, լյարդը, իսկ քիչ լուծվող միացությունների ներշնչման դեպքում՝ թոքերը և բրոնխո-թոքային ավշային հանգույցները։ Ու–ի արյունը (կարբոնատների և սպիտակուցներով կոմպլեքսների տեսքով) երկար ժամանակ չի շրջանառվում։ Կենդանիների և մարդկանց օրգաններում և հյուսվածքներում U.-ի պարունակությունը չի գերազանցում 10 -7-ը տ/տ. Այսպիսով, խոշոր եղջերավոր անասունների արյունը պարունակում է 1 10 -8 գ/մլլյարդ 8 10 -8 տ/տ,մկանները 4 10 -8 տ/տ,փայծաղ 9 10 -8 տ/տ. U.-ի պարունակությունը մարդու օրգաններում է՝ լյարդում 6 10 -9 տ/տ, թոքերում 6 10 -9 -9 10 -9 գ/գ, փայծաղում՝ 4,7 10 -9. տ/տ, արյան մեջ 4 10 -9 գ/մլերիկամներում 5.3 10 -9 (կեղևային շերտ) և 1.3 10 -9 տ/տ(մեդուլլա), ոսկորներում 1 10 -9 տ/տ, ոսկրածուծում 1 10 -9 տ/տ, մազերի մեջ 1.3 10 -7 տ/տ. Ոսկրային հյուսվածքի մեջ պարունակվող U.-ն առաջացնում է նրա մշտական ​​ճառագայթումը (կմախքից U.-ի կիսամյակը մոտ 300 է. օր) . U.-ի ամենացածր կոնցենտրացիան ուղեղում և սրտում է (10-10 տ/տ): U.-ի օրական ընդունումը սննդի և հեղուկների հետ՝ 1,9 10 -6 է, սօդ - 7 10 -9 Գ. U.-ի օրական արտազատումը մարդու օրգանիզմից կազմում է՝ մեզի 0.5 10 -7 -5 10 -7, կղանքով՝ 1.4 10 -6 -1.8 10 -6. է, սմազեր - 2 10 -8 գ.

Ըստ Ճառագայթային պաշտպանության միջազգային հանձնաժողովի տվյալների՝ U.-ի միջին պարունակությունը մարդու օրգանիզմում 9 10 -8 գ է։ Այս արժեքը կարող է տարբեր լինել տարբեր շրջանների համար։ Ենթադրվում է, որ U.-ն անհրաժեշտ է կենդանիների և բույսերի բնականոն կյանքի համար, սակայն պարզաբանված չեն նրա ֆիզիոլոգիական գործառույթները։

G. P. Galibin.

Թունավոր գործողություն դրա շնորհիվ Վ քիմիական հատկություններՈւրանիլը և U-ի այլ լուծվող միացությունները ավելի թունավոր են: U-ով և դրա միացություններով թունավորումը հնարավոր է ուրանի հումքի արդյունահանման և վերամշակման ձեռնարկություններում և այլ արդյունաբերական օբյեկտներում, որտեղ այն օգտագործվում է տեխնոլոգիական գործընթացում: Կուլ տալով U.-ն գործում է բոլոր օրգանների և հյուսվածքների վրա՝ հանդիսանալով ընդհանուր բջջային թույն։ Նախնական թունավորման նշանները. երիկամների վնասում (մեզում սպիտակուցի և շաքարի տեսք, այնուհետև օլիգուրիա) , ախտահարվում են նաև լյարդը և ստամոքս-աղիքային տրակտը: Տարբերում են սուր և քրոնիկական թունավորումներ. վերջիններս բնութագրվում են աստիճանական զարգացմամբ և ախտանշանների ավելի փոքր սրությամբ։ Քրոնիկ թունավորմամբ հնարավոր են արյունաստեղծ խանգարումներ, նյարդային համակարգև ուրիշներ Ենթադրվում է, որ U.-ի գործողության մոլեկուլային մեխանիզմը կապված է ֆերմենտների ակտիվությունը զսպելու ունակության հետ։

Թունավորման կանխարգելում. տեխնոլոգիական գործընթացների շարունակականություն, կնքված սարքավորումների օգտագործում, օդի աղտոտվածության կանխարգելում, կեղտաջրերի մաքրում մինչև դրանք ջրային մարմիններ թափվելը, մեղր: աշխատողների առողջական վիճակի նկատմամբ վերահսկողություն, շրջակա միջավայրում U.-ի և դրա միացությունների թույլատրելի պարունակության հիգիենիկ ստանդարտներին համապատասխանելը.

V. F. Կիրիլլով.

Լիտ.:Ռադիոակտիվության ուսմունքը. Պատմություն և արդիականություն, խմբ. Բ.Մ.Կեդրովա.Մոսկվա, 1973թ. Պետրոսյանց Ա.Մ., Գիտական ​​որոնումից մինչև միջուկային արդյունաբերություն, Մ., 1970; Էմելյանով Վ.Ս., Եվստյուխին Ա.Ի., Միջուկային վառելիքի մետալուրգիա, Մ., 1964; Sokursky Yu. N., Sterlin Ya. M., Fedorchenko V. A., Uranus and its alloys, M., 1971; Evseeva L. S., Perelman A. I., Ivanov K. E., Uranium Geochemistry in the zone of hydrogenation, 2nd ed., M., 1974; Ուրանի միացությունների ֆարմակոլոգիա և թունաբանություն, [թարգմ. անգլերենից], հատոր 2, Մ., 1951; Գուսկովա Վ. Ն., Ուրան. Ճառագայթային-հիգիենիկ բնութագիր, Մ., 1972; Անդրեևա Օ. Ս., Աշխատանքային առողջություն ուրանի և դրա միացությունների հետ աշխատելիս, Մ., 1960; Նովիկով Յու.Վ., Շրջակա միջավայրում ուրանի պարունակության ուսումնասիրության հիգիենիկ հարցեր և դրա ազդեցությունը մարմնի վրա, Մ., 1974:

Ուրանը (U) 92 ատոմային համարով և 238,029 ատոմային զանգվածով տարր է։ Դմիտրի Իվանովիչ Մենդելեևի պարբերական համակարգի III խմբի ռադիոակտիվ քիմիական տարր է, պատկանում է ակտինիդների ընտանիքին։ Ուրանը շատ ծանր (երկաթից 2,5 անգամ ծանր, կապարից ավելի քան 1,5 անգամ), արծաթափայլ փայլուն մետաղ է։ Իր մաքուր տեսքով այն պողպատից մի փոքր ավելի փափուկ է, ճկուն, ճկուն և ունի թեթև պարամագնիսական հատկություններ:

Բնական ուրանը բաղկացած է երեք իզոտոպների խառնուրդից. 235U (0,702%) 7,13∙108 տարի կիսաքայքայմամբ; 234U (0,006%)՝ 2,48∙105 տարի կիսամյակով: Վերջին իզոտոպը ոչ թե առաջնային է, այլ ռադիոգենիկ, այն 238U ռադիոակտիվ շարքի մի մասն է։ Ուրանի 238U և 235U իզոտոպները երկու ռադիոակտիվ շարքերի նախադրյալներն են։ Այս շարքի վերջնական տարրերն են կապարի 206Pb և 207Pb իզոտոպները։

Ներկայումս հայտնի են ուրանի 23 արհեստական ​​ռադիոակտիվ իզոտոպներ՝ 217-ից 242 զանգվածային թվերով, որոնցից ամենաերկարակյացն է 233U-ը՝ 1,62∙105 տարի կիսամյակի ժամկետով։ Ստացվում է թորիումի նեյտրոնային ճառագայթման արդյունքում, որը կարող է տրոհվել ջերմային նեյտրոնների ազդեցության տակ։

Ուրանը հայտնաբերվել է 1789 թվականին գերմանացի քիմիկոս Մարտին Հայնրիխ Կլապրոտի կողմից՝ պիչբլենդ հանքանյութի հետ իր փորձերի արդյունքում։ Նոր տարրի անունը եղել է Ուիլյամ Հերշելի կողմից վերջերս հայտնաբերված (1781 թ.) Ուրան մոլորակի պատվին։ Հաջորդ կես դարի ընթացքում Կլապրոտի ստացած նյութը համարվում էր մետաղ, բայց 1841 թվականին դա հերքվեց ֆրանսիացի քիմիկոս Յուջին Մելքիոր Պելիգոտի կողմից, ով ապացուցեց գերմանացի քիմիկոսի կողմից ստացված ուրանի (UO2) օքսիդային բնույթը: Ինքը՝ Պելիգոյին, հաջողվել է ստանալ մետաղական ուրան՝ UCl4-ը մետաղական կալիումով նվազեցնելով, ինչպես նաև որոշել. ատոմային քաշընոր տարր. Ուրանի և նրա հատկությունների մասին գիտելիքների մշակման մեջ հաջորդը Դ. Ի. Մենդելեևն էր. 1874 թվականին, քիմիական տարրերի պարբերականացման մասին իր մշակած տեսության հիման վրա, նա ուրան տեղադրեց իր սեղանի ամենահեռավոր խցում: Նախկինում Peligo-ի կողմից որոշված ​​ուրանի (120) ատոմային զանգվածը կրկնապատկվել է ռուս քիմիկոսի կողմից, նման ենթադրությունների ճիշտությունը հաստատվել է տասներկու տարի անց գերմանացի քիմիկոս Ցիմերմանի փորձերով։

Շատ տասնամյակներ շարունակ ուրանը հետաքրքրում էր միայն քիմիկոսների և բնագետների նեղ շրջանակին, դրա օգտագործումը նույնպես սահմանափակ էր՝ ապակու և ներկերի արտադրությունը: Միայն այս մետաղի ռադիոակտիվության հայտնաբերմամբ (1896 թվականին Անրի Բեկերելի կողմից) սկսվեց ուրանի հանքաքարերի արդյունաբերական վերամշակումը 1898 թվականին։ Շատ ավելի ուշ (1939) հայտնաբերվեց միջուկային տրոհման ֆենոմենը, և 1942 թվականից ուրանը դարձավ հիմնական միջուկային վառելիքը։

Ուրանի ամենակարեւոր հատկությունն այն է, որ նրա որոշ իզոտոպների միջուկները ունակ են տրոհվել նեյտրոններ բռնելիս, այս գործընթացի արդյունքում ահռելի քանակությամբ էներգիա է ազատվում։ Թիվ 92 տարրի այս հատկությունն օգտագործվում է որպես էներգիայի աղբյուրներ ծառայող միջուկային ռեակտորներում, ինչպես նաև ատոմային ռումբի գործողության հիմքում։ Ուրանը երկրաբանության մեջ օգտագործվում է միներալների տարիքը որոշելու համար և ժայռերերկրաբանական պրոցեսների հաջորդականությունը հստակեցնելու նպատակով (երկրաքրոնոլոգիա)։ Շնորհիվ այն բանի, որ ապարները պարունակում են ուրանի տարբեր կոնցենտրացիաներ, դրանք ունեն տարբեր ռադիոակտիվություն։ Այս հատկությունն օգտագործվում է երկրաֆիզիկական մեթոդներով ապարների ընտրության ժամանակ։ Այս մեթոդը առավել լայնորեն կիրառվում է նավթային երկրաբանության մեջ՝ հորատանցքերի հատման համար: Ուրանի միացություններն օգտագործվում էին որպես ներկեր՝ ճենապակի վրա ներկելու և կերամիկական ջնարակների և էմալների համար (գունավոր գույներով՝ դեղին, շագանակագույն, կանաչ և սև՝ կախված օքսիդացման աստիճանից), օրինակ՝ նատրիումի ուրանատը՝ Na2U2O7, որպես դեղին պիգմենտ։ Նկարչություն.

Կենսաբանական հատկություններ

Ուրանը բավականին տարածված տարր է կենսաբանական միջավայր , այս մետաղի խտացուցիչ են համարվում սնկերի և ջրիմուռների որոշ տեսակներ, որոնք ըստ սխեմայի ներառված են բնության մեջ ուրանի կենսաբանական ցիկլի շղթայում՝ ջուր - ջրային բույսեր - ձուկ - մարդ։ Այսպիսով, սննդի և ջրի հետ ուրանը մտնում է մարդկանց և կենդանիների մարմին, իսկ ավելի ստույգ՝ ստամոքս-աղիքային տրակտ, որտեղ ներծծվում են մուտքային հեշտությամբ լուծվող միացությունների մոտ մեկ տոկոսը և քիչ լուծվող միացությունների ոչ ավելի, քան 0,1 տոկոսը: Շնչառական և թոքերի, ինչպես նաև լորձաթաղանթների և մաշկի մեջ այս տարրը ներթափանցում է օդի հետ միասին։ Շնչառական ուղիներում և հատկապես թոքերի մեջ կլանումը շատ ավելի ինտենսիվ է. հեշտությամբ լուծվող միացությունները ներծծվում են 50%-ով, իսկ քիչ լուծվողը՝ 20%-ով: Այսպիսով, ուրանը հայտնաբերվում է փոքր քանակությամբ (10-5 - 10-8%) կենդանիների և մարդկանց հյուսվածքներում։ Բույսերում (չոր մնացորդում) ուրանի կոնցենտրացիան կախված է հողում դրա պարունակությունից, ուստի հողի 10-4% կոնցենտրացիայի դեպքում բույսը պարունակում է 1,5∙10-5% կամ ավելի քիչ։ Ուրանի բաշխումը հյուսվածքներում և օրգաններում անհավասար է, կուտակման հիմնական վայրերն են ոսկրային հյուսվածքները (կմախքը), լյարդը, փայծաղը, երիկամները, ինչպես նաև թոքերը և բրոնխո-թոքային ավշային հանգույցները (երբ քիչ լուծվող միացությունները մտնում են թոքեր): Ուրանը (կարբոնատները և սպիտակուցներով կոմպլեքսները) արագորեն դուրս է գալիս արյունից։ Միջին հաշվով 92-րդ տարրի պարունակությունը կենդանիների և մարդկանց օրգաններում և հյուսվածքներում կազմում է 10-7%: Օրինակ՝ խոշոր եղջերավոր անասունների արյունը պարունակում է 1∙10-8 գ/մլ ուրան, մինչդեռ մարդու արյունը՝ 4∙10-10 գ/գ: Տավարի լյարդը պարունակում է 8∙10-8 գ/գ, մարդու մոտ՝ նույն օրգանում՝ 6∙10-9 գ/գ; խոշոր եղջերավոր կենդանիների փայծաղը պարունակում է 9∙10-8 գ/գ, մարդկանց մոտ՝ 4,7∙10-7 գ/գ։ Տավարի մկանային հյուսվածքներում կուտակվում է մինչև 4∙10-11 գ/գ։ Բացի այդ, մարդու օրգանիզմում ուրան պարունակվում է թոքերում 6∙10-9 - 9∙10-9 գ/գ միջակայքում; երիկամներում 5,3∙10-9 գ/գ (կեղևային շերտ) և 1,3∙10-8 գ/գ (մեդուլլա); ոսկրային հյուսվածքում 1∙10-9 գ/գ; ոսկրածուծում 1∙10-8 գ/գ; մազերի մեջ 1.3∙10-7 գ/գ. Ոսկորներում առկա ուրանն առաջացնում է ոսկրային հյուսվածքի մշտական ​​ճառագայթում (կմախքից ուրանի ամբողջական հեռացման ժամանակահատվածը 600 օր է)։ Այս մետաղից ամենաքիչը ուղեղում և սրտում (մոտ 10-10 գ / գ): Ինչպես արդեն նշվեց, ուրանի օրգանիզմ ներթափանցելու հիմնական ուղիներն են ջուրը, սնունդը և օդը: Սննդի և հեղուկների հետ օրգանիզմ ներթափանցող մետաղի օրական չափաբաժինը կազմում է 1,9∙10-6 գ, օդի հետ՝ 7∙10-9 գ, սակայն ամեն օր ուրան արտազատվում է օրգանիզմից՝ մեզի հետ՝ 0,5∙10-7 գ։ մինչեւ 5∙10-7 գ; կղանքով 1,4∙10-6 գ-ից մինչև 1,8∙10-6 գ Մազերով, եղունգներով և մահացած մաշկի փաթիլներով կորուստներ՝ 2∙10-8 գ.

Գիտնականները ենթադրում են, որ սակավ քանակությամբ ուրանն անհրաժեշտ է մարդու օրգանիզմի, կենդանիների և բույսերի բնականոն գործունեության համար: Այնուամենայնիվ, նրա դերը ֆիզիոլոգիայում դեռ պարզված չէ: Հաստատվել է, որ 92-րդ տարրի միջին պարունակությունը մարդու օրգանիզմում կազմում է մոտ 9∙10-5 գ (Ճառագայթային պաշտպանության միջազգային հանձնաժողով): Ճիշտ է, տարբեր շրջանների և տարածքների համար այս ցուցանիշը որոշակիորեն տարբերվում է:

Չնայած իր դեռևս անհայտ, բայց հստակ կենսաբանական դերին կենդանի օրգանիզմներում, ուրանը մնում է ամենավտանգավոր տարրերից մեկը: Սա առաջին հերթին դրսևորվում է այս մետաղի թունավոր ազդեցությամբ, ինչը պայմանավորված է նրա քիմիական հատկություններով, մասնավորապես՝ միացությունների լուծելիությամբ։ Այսպիսով, օրինակ, լուծվող միացությունները (ուրանիլ և այլն) ավելի թունավոր են։ Ամենից հաճախ ուրանի և դրա միացությունների հետ թունավորումը տեղի է ունենում հարստացման գործարաններում, ուրանի հումքի արդյունահանման և վերամշակման ձեռնարկություններում և այլ արտադրական օբյեկտներում, որտեղ ուրան ներգրավված է տեխնոլոգիական գործընթացներում:

Ուրանը, ներթափանցելով օրգանիզմ, ազդում է բացարձակապես բոլոր օրգանների և դրանց հյուսվածքների վրա, քանի որ գործողությունը տեղի է ունենում բջջային մակարդակում. այն արգելակում է ֆերմենտների ակտիվությունը: Երիկամները հիմնականում տուժում են, ինչը դրսևորվում է մեզի մեջ շաքարի և սպիտակուցի կտրուկ ավելացմամբ՝ հետագայում զարգացնելով օլիգուրիա։ Տուժած են ստամոքս-աղիքային տրակտը և լյարդը: Ուրանի թունավորումը բաժանվում է սուր և քրոնիկական, վերջիններս աստիճանաբար զարգանում են և կարող են լինել առանց ախտանիշների կամ թեթև դրսևորումներով։ Սակայն հետագայում քրոնիկական թունավորումը հանգեցնում է արյունաստեղծության, նյարդային համակարգի և այլ լուրջ առողջական խնդիրների։

Մեկ տոննա գրանիտե քարը պարունակում է մոտավորապես 25 գրամ ուրան: Այն էներգիան, որը կարող է արձակվել ռեակտորում այս 25 գրամի այրման ժամանակ, համեմատելի է այն էներգիայի հետ, որն ազատվում է հզոր ջերմային կաթսաների վառարաններում 125 տոննա ածուխի այրման ժամանակ: Այս տվյալների հիման վրա կարելի է ենթադրել, որ մոտ ապագայում գրանիտը կհամարվի հանքային վառելիքի տեսակներից մեկը։ Ընդհանուր առմամբ, երկրակեղևի համեմատաբար բարակ քսան կիլոմետրանոց մակերեսային շերտը պարունակում է մոտավորապես 1014 տոննա ուրան, էներգիայի համարժեքի վերածվելիս ստացվում է պարզապես հսկայական ցուցանիշ՝ 2.36.1024 կվտ/ժամ։ Նույնիսկ այրվող օգտակար հանածոների բոլոր զարգացած, ուսումնասիրված և հեռանկարային հանքավայրերը միասին վերցրած ի վիճակի չեն ապահովելու այս էներգիայի նույնիսկ մեկ միլիոներորդ մասը:

Հայտնի է, որ ջերմային մշակման ենթարկված ուրանի համաձուլվածքները բնութագրվում են բարձր ելքի ուժով, սողացող և կոռոզիոն դիմադրության բարձրացմամբ, ջերմաստիճանի տատանումների և ճառագայթման ազդեցության տակ արտադրանքը փոխելու ավելի քիչ հակումով: Այս սկզբունքների հիման վրա 20-րդ դարի սկզբին և մինչև երեսունական թվականները գործիքների պողպատների արտադրության մեջ օգտագործվում էր ուրան՝ կարբիդի տեսքով։ Բացի այդ, նա գնաց փոխարինելու վոլֆրամը որոշ համաձուլվածքներում, որն ավելի էժան էր և հասանելի։ Ֆեռուրանի արտադրության մեջ U-ի մասնաբաժինը կազմել է մինչև 30%։ Ճիշտ է, 20-րդ դարի երկրորդ երրորդում ուրանի նման օգտագործումն ի չիք դարձավ։

Ինչպես գիտեք, մեր Երկրի աղիքներում տեղի է ունենում կազի իզոտոպների քայքայման անընդհատ գործընթաց: Այսպիսով, գիտնականները հաշվարկել են, որ այս մետաղի ամբողջ զանգվածի էներգիայի ակնթարթային արտանետումը, որը պարփակված է երկրի պատյանում, մեր մոլորակը տաքացնում է մինչև մի քանի հազար աստիճան ջերմաստիճան: Այնուամենայնիվ, նման երևույթը, բարեբախտաբար, անհնար է, ի վերջո, ջերմությունն աստիճանաբար արտազատվում է, քանի որ ուրանի և նրա ածանցյալների միջուկները ենթարկվում են մի շարք երկարատև ռադիոակտիվ փոխակերպումների: Նման փոխակերպումների տեւողությունը կարելի է դատել բնական ուրանի իզոտոպների կիսատ-ժամկետներից, օրինակ՝ 235U-ի համար այն կազմում է 7108 տարի, իսկ 238U-ի համար՝ 4,51109 տարի։ Այնուամենայնիվ, ուրանի ջերմությունը զգալիորեն տաքացնում է Երկիրը: Եթե ​​Երկրի ողջ զանգվածում այնքան ուրան լիներ, որքան վերին քսան կիլոմետրանոց շերտում, ապա մոլորակի վրա ջերմաստիճանը շատ ավելի բարձր կլիներ, քան հիմա։ Այնուամենայնիվ, երբ մարդը շարժվում է դեպի Երկրի կենտրոն, ուրանի կոնցենտրացիան նվազում է:

Միջուկային ռեակտորներում մշակվում է բեռնված ուրանի միայն մի փոքր մասը, դա պայմանավորված է վառելիքի տրոհման արտադրանքներով խարամով. 235U այրվում է, շղթայական ռեակցիան աստիճանաբար մարում է: Այնուամենայնիվ, վառելիքի ձողերը դեռ լցված են միջուկային վառելիքով, որը պետք է նորից օգտագործվի: Դրա համար վառելիքի հին տարրերը ապամոնտաժվում և ուղարկվում են վերամշակման. դրանք լուծվում են թթուների մեջ, իսկ ստացված լուծույթից ուրանը արդյունահանվում է արդյունահանման միջոցով, տրոհման բեկորները, որոնք պետք է հեռացվեն, մնում են լուծույթում: Այսպիսով, պարզվում է, որ ուրանի արդյունաբերությունը գործնականում առանց թափոնների քիմիական արտադրություն է։

Ուրանի իզոտոպների տարանջատման բույսերը զբաղեցնում են մի քանի տասնյակ հեկտար տարածք, մոտավորապես նույն մեծության կարգը և կայանի տարանջատման կասկադներում ծակոտկեն միջնապատերի տարածքը: Դա պայմանավորված է ուրանի իզոտոպների տարանջատման դիֆուզիոն մեթոդի բարդությամբ. ի վերջո, 235U-ի կոնցենտրացիան 0,72-ից մինչև 99% բարձրացնելու համար անհրաժեշտ է մի քանի հազար դիֆուզիոն քայլ:

Օգտագործելով ուրան-կապար մեթոդը՝ երկրաբաններին հաջողվել է պարզել ամենահին օգտակար հանածոների տարիքը, երկնաքարային ապարներն ուսումնասիրելիս հաջողվել է որոշել մեր մոլորակի ծննդյան մոտավոր ամսաթիվը։ «Ուրանի ժամացույցի» շնորհիվ որոշվել է լուսնային հողի տարիքը։ Հետաքրքիր է, որ պարզվել է, որ 3 միլիարդ տարի Լուսնի վրա հրաբխային ակտիվություն չի եղել, և Երկրի բնական արբանյակը մնում է պասիվ մարմին։ Ի վերջո, նույնիսկ լուսնային նյութի ամենաերիտասարդ կտորներն ավելի երկար են ապրել, քան երկրային ամենահին հանքանյութերի տարիքը:

Պատմություն

Ուրանի օգտագործումը սկսվել է շատ վաղուց՝ դեռևս մ.թ.ա. 1-ին դարում, բնական ուրանի օքսիդը օգտագործվում էր դեղին փայլ պատրաստելու համար, որն օգտագործվում էր կերամիկայի ներկման մեջ:

Ժամանակակից ժամանակներում ուրանի ուսումնասիրությունն ընթանում էր աստիճանաբար՝ մի քանի փուլով, շարունակական աճով։ Սկիզբը այս տարրի հայտնաբերումն էր 1789 թվականին գերմանացի բնափիլիսոփա և քիմիկոս Մարտին Հայնրիխ Կլապրոտի կողմից, ով սաքսոնական խեժի հանքաքարից արդյունահանված ոսկեդեղին «Երկիրը» վերականգնեց սև մետաղի նման նյութի (ուրանի): օքսիդ - UO2): Անվանումը տրվել է ի պատիվ այն ժամանակ հայտնի ամենահեռավոր մոլորակի՝ Ուրանի, որն իր հերթին հայտնաբերել է 1781 թվականին Ուիլյամ Հերշելը։ Սրանով ավարտվում է նոր տարրի ուսումնասիրության առաջին փուլը (Կլապրոտը վստահ էր, որ նոր մետաղ է հայտնաբերել), գալիս է ավելի քան հիսուն տարվա ընդմիջում։

1840 թվականը կարելի է համարել ուրանի հետազոտության պատմության նոր հանգրվանի սկիզբ։ Հենց այս տարվանից էր, որ ֆրանսիացի երիտասարդ քիմիկոս Յուջին Մելքիոր Պելիգոտը (1811-1890) ձեռնամուխ եղավ մետաղական ուրան ստանալու խնդրին, շուտով (1841թ.) նրան հաջողվեց. մետաղական ուրան ստացվեց UCl4-ը մետաղական կալիումով նվազեցնելով: Բացի այդ, նա ապացուցեց, որ Կլապրոտի հայտնաբերած ուրանն իրականում ընդամենը նրա օքսիդն է։ Ֆրանսիացին որոշեց նաև նոր տարրի գնահատված ատոմային զանգվածը` 120: Այնուհետև կրկին երկար ընդմիջում է ուրանի հատկությունների ուսումնասիրությունը:

Միայն 1874 թվականին ի հայտ են գալիս նոր ենթադրություններ ուրանի էության վերաբերյալ. Դմիտրի Իվանովիչ Մենդելեևը, հետևելով քիմիական տարրերի պարբերականացման վերաբերյալ իր մշակած տեսությանը, իր աղյուսակում տեղ է գտնում նոր մետաղի համար՝ ուրան տեղադրելով վերջին խցում։ Բացի այդ, Մենդելեևը երկուսով ավելացնում է ուրանի նախկինում ենթադրյալ ատոմային զանգվածը՝ չսխալվելով նաև դրանում, ինչը հաստատվեց գերմանացի քիմիկոս Ցիմմերմանի փորձարկումներով 12 տարի անց։

1896 թվականից ի վեր ուրանի հատկությունների ուսումնասիրության ոլորտում հայտնագործությունները մեկը մյուսի հետևից «ընկավ». Անրի Բեքերելը հայտնաբերում է Բեկերելի ճառագայթները, որոնք հետագայում Մարի Կյուրիի կողմից վերանվանվեցին ռադիոակտիվություն: Նույն թվականին Անրի Մոիսանը (կրկին քիմիկոս Ֆրանսիայից) մշակում է մաքուր մետաղական ուրանի ստացման մեթոդ։

1899 թվականին Էռնեստ Ռադերֆորդը հայտնաբերեց ուրանի պատրաստուկների ճառագայթման անհամասեռությունը։ Պարզվեց, որ գոյություն ունի երկու տեսակի ճառագայթում՝ ալֆա և բետա ճառագայթներ, որոնք տարբերվում են իրենց հատկություններով. դրանք կրում են տարբեր էլեկտրական լիցք, ունեն տարբեր ճանապարհի երկարություն նյութի մեջ, և նրանց իոնացնող ունակությունը նույնպես տարբեր է։ Մեկ տարի անց գամմա ճառագայթները հայտնաբերվեցին նաև Փոլ Վիլարդի կողմից։

Էռնեստ Ռադերֆորդը և Ֆրեդերիկ Սոդին համատեղ մշակել են ուրանի ռադիոակտիվության տեսությունը։ Հիմնվելով այս տեսության վրա՝ 1907 թվականին Ռադերֆորդը ձեռնարկեց առաջին փորձերը՝ որոշելու հանքանյութերի տարիքը հետազոտության մեջ։ ռադիոակտիվ ուրանև թորիում։ 1913 թվականին Ֆ. Սոդին ներկայացրեց իզոտոպների հասկացությունը (հին հունական iso-ից՝ «հավասար», «նույն» և topos՝ «տեղ»): 1920 թվականին նույն գիտնականն առաջարկեց, որ իզոտոպները կարող են օգտագործվել ապարների երկրաբանական տարիքը որոշելու համար։ Նրա ենթադրությունները ճիշտ էին. 1939 թվականին Ալֆրեդ Օտտո Կառլ Նիերը ստեղծեց տարիքը հաշվարկելու առաջին հավասարումները և օգտագործեց զանգվածային սպեկտրոմետր՝ իզոտոպներն առանձնացնելու համար։

1934 թվականին Էնրիկո Ֆերմին մի շարք փորձեր կատարեց նեյտրոններով քիմիական տարրերի ռմբակոծման վերաբերյալ՝ մասնիկներ, որոնք հայտնաբերվեցին Ջ.Չադվիքի կողմից 1932 թվականին։ Այս գործողության արդյունքում ուրանի մեջ հայտնվեցին նախկինում անհայտ ռադիոակտիվ նյութեր։ Ֆերմին և նրա փորձերին մասնակցած այլ գիտնականներ ենթադրեցին, որ իրենք հայտնաբերել են տրանսուրանի տարրեր։ Չորս տարի շարունակ նեյտրոնային ռմբակոծության արտադրանքի մեջ փորձեր են արվել հայտնաբերել տրանսուրանի տարրեր։ Ամեն ինչ ավարտվեց 1938 թվականին, երբ գերմանացի քիմիկոսներ Օտտո Հանը և Ֆրից Ստրասմանը պարզեցին, որ ազատ նեյտրոնը գրավելով՝ 235U ուրանի իզոտոպի միջուկը բաժանվում է, և բավական մեծ էներգիա է թողարկվում (ուրանի մեկ միջուկի համար) հիմնականում պայմանավորված է. կինետիկ էներգիայի բեկորներ և ճառագայթում: Շարժվեք հետագա Գերմանացի քիմիկոսներձախողվեց. Լիզա Մեյթները և Օտտո Ֆրիշը կարողացան հիմնավորել իրենց տեսությունը։ Այս հայտնագործությունն է ներատոմային էներգիայի օգտագործման սկզբնաղբյուրը թե՛ խաղաղ, թե՛ ռազմական նպատակներով։

Բնության մեջ լինելը

Երկրակեղևում (կլարկ) ուրանի միջին պարունակությունը կազմում է 3∙10-4% զանգվածով, ինչը նշանակում է, որ այն ավելի շատ է երկրի աղիքներում, քան արծաթը, սնդիկը, բիսմութը։ Ուրանը բնորոշ տարր է գրանիտի շերտի և երկրակեղևի նստվածքային թաղանթի համար։ Այսպիսով, մեկ տոննա գրանիտի մեջ կա մոտ 25 գրամ թիվ 92 տարր: Ընդհանուր առմամբ, Երկրի համեմատաբար բարակ, քսան կիլոմետրանոց վերին շերտում պարունակվում է ավելի քան 1000 տոննա ուրան։ Թթվային հրային ապարներում՝ 3,5∙10-4%, կավերում և թերթաքարերում՝ 3,2∙10-4%, հատկապես հարստացված օրգանական նյութերով, հիմնային ապարներում՝ 5∙10-5%, թիկնոցի ուլտրահիմնային ապարներում՝ 3∙10-7%։ .

Ուրանը աշխույժ գաղթում է սառը և տաք, չեզոք և ալկալային ջրերում պարզ և բարդ իոնների, հատկապես կարբոնատային բարդույթների տեսքով։ Ուրանի երկրաքիմիայի մեջ կարևոր դեր են խաղում ռեդոքս ռեակցիաները, այն պատճառով, որ ուրանի միացությունները, որպես կանոն, շատ լուծելի են օքսիդացնող միջավայր ունեցող ջրերում և վատ լուծվող ջրերում վերականգնող միջավայրով (ջրածնի սուլֆիդ):

Հայտնի են ուրանի հարյուրից ավելի հանքային հանքաքարեր, դրանք տարբերվում են քիմիական բաղադրությամբ, ծագմամբ, ուրանի կոնցենտրացիայով, ամբողջ սորտից գործնական հետաքրքրություն են ներկայացնում ընդամենը մեկ տասնյակը։ Բնության մեջ ուրանի հիմնական ներկայացուցիչները, որոնք ունեն ամենամեծ արդյունաբերական նշանակությունը, կարելի է համարել օքսիդները՝ ուրանինիտը և նրա սորտերը (նաստուրան և ուրան սև), ինչպես նաև սիլիկատները՝ կոֆինիտը, տիտանատները՝ դավիդիտը և բրաններիտը; ջրային ֆոսֆատներ և ուրանի արսենատներ - ուրանի միկա:

Ուրանինիտ - UO2 առկա է հիմնականում հնագույն - նախաքեմբրյան ապարներում պարզ բյուրեղային ձևերի տեսքով: Ուրանինիտը թորիանիտի ThO2-ով և իտրոկերիանիտով (Y,Ce)O2-ով կազմում է իզոմորֆ շարք: Բացի այդ, բոլոր ուրանիտները պարունակում են ուրանի և թորիումի ռադիոգենային քայքայման արտադրանք՝ K, Po, He, Ac, Pb, ինչպես նաև Ca և Zn: Ուրանինիտը ինքնին բարձր ջերմաստիճանի միներալ է, որը բնորոշ է գրանիտի և սիենիտի պեգմատիտներին՝ կապված բարդ ուրանի նիոբ-տանտալ-տիտանատների (կոլումբիտ, պիրոքլոր, սամարսկիտ և այլն), ցիրկոնի և մոնազիտի հետ: Բացի այդ, ուրանինիտը հանդիպում է հիդրոթերմային, սկարնային և նստվածքային ապարներում։ Ուրանինիտի մեծ հանքավայրեր հայտնի են Կանադայում, Աֆրիկայում, Ամերիկայի Միացյալ Նահանգներում, Ֆրանսիայում և Ավստրալիայում:

Նաստուրանը (U3O8), որը նաև հայտնի է որպես ուրանի բիծ կամ պիչբլենդ, որը ձևավորում է կրիպտոկրիստալային կոլոմորֆային ագրեգատներ, հրաբխածին և հիդրոթերմալ հանքանյութ է, որը առկա է պալեոզոյան և ավելի երիտասարդ բարձր և միջին ջերմաստիճանի գոյացություններում: Պիչբլենդի մշտական ​​ուղեկիցներն են սուլֆիդները, արսենիդները, բնիկ բիսմութը, մկնդեղը և արծաթը, կարբոնատները և որոշ այլ տարրեր: Այս հանքաքարերը շատ հարուստ են ուրանով, բայց չափազանց հազվադեպ են, հաճախ ուղեկցվում են ռադիումով, դա հեշտությամբ կարելի է բացատրել. ռադիումը ուրանի իզոտոպային քայքայման ուղղակի արդյունք է:

Ուրանի սևերը (չամրացված հողային ագրեգատները) ներկայացված են հիմնականում երիտասարդ - կենոզոյան և ավելի երիտասարդ գոյացություններում, որոնք բնորոշ են հիդրոթերմային ուրանի սուլֆիդին և նստվածքային հանքավայրերին:

Ուրանը արդյունահանվում է նաև որպես կողմնակի արտադրանք 0,1%-ից պակաս հանքաքարից, օրինակ՝ ոսկի պարունակող կոնգլոմերատներից։

Ուրանի հանքաքարի հիմնական հանքավայրերը գտնվում են ԱՄՆ-ում (Կոլորադո, Հյուսիսային և Հարավային Դակոտա), Կանադայում (Օնտարիո և Սասկաչևան նահանգներ), Հարավային Աֆրիկայում (Վիտվաթերսrand), Ֆրանսիայում (Կենտրոնական զանգված), Ավստրալիայում (Հյուսիսային տարածք) և շատ այլ երկրներում: . Ռուսաստանում ուրանի հանքաքարի հիմնական շրջանը Անդրբայկալիան է։ Ռուսական ուրանի մոտ 93%-ը արդյունահանվում է Չիտայի շրջանի հանքավայրում (Կրասնոկամենսկ քաղաքի մոտ):

Դիմում

Ժամանակակից միջուկային էներգիան պարզապես անհնար է պատկերացնել առանց թիվ 92 տարրի և դրա հատկությունների։ Թեև ոչ այնքան վաղուց՝ մինչև առաջին միջուկային ռեակտորի գործարկումը, ուրանի հանքաքարերը արդյունահանվում էին հիմնականում դրանցից ռադիում հանելու համար: Փոքր քանակությամբ ուրանի միացություններ օգտագործվել են որոշ ներկանյութերի և կատալիզատորների մեջ: Իրականում ուրանը համարվում էր գրեթե ոչ մի արդյունաբերական արժեք չունեցող տարր, և որքա՜ն կտրուկ փոխվեց իրավիճակը ուրանի իզոտոպների տրոհման ունակության հայտնաբերումից հետո։ Այս մետաղը ակնթարթորեն ստացավ թիվ 1 ռազմավարական հումքի կարգավիճակ։

Մեր օրերում մետաղական ուրանի, ինչպես նաև դրա միացությունների կիրառման հիմնական ոլորտը միջուկային ռեակտորների վառելիքն է։ Այսպիսով, ուրանի իզոտոպների ցածր հարստացված (բնական) խառնուրդն օգտագործվում է ստացիոնար ատոմակայանների ռեակտորներում, մինչդեռ բարձր հարստացված ուրանն օգտագործվում է ատոմակայաններում և արագ նեյտրոնային ռեակտորներում։

Ամենամեծ կիրառությունը ունի ուրանի 235U իզոտոպը, քանի որ հնարավոր է ինքնապահպանվող միջուկային շղթայական ռեակցիա, ինչը բնորոշ չէ ուրանի մյուս իզոտոպներին։ Այս հատկության շնորհիվ 235U-ն օգտագործվում է որպես վառելիք միջուկային ռեակտորներում, ինչպես նաև միջուկային զենքերում։ Այնուամենայնիվ, 235U իզոտոպի մեկուսացումը բնական ուրանից բարդ և ծախսատար տեխնոլոգիական խնդիր է:

Բնության մեջ ուրանի ամենաառատ իզոտոպը՝ 238U, կարող է տրոհվել, երբ ռմբակոծվում է բարձր էներգիայի նեյտրոններով։ Այս իզոտոպի այս հատկությունն օգտագործվում է ջերմամիջուկային զենքի հզորությունը բարձրացնելու համար՝ օգտագործվում են ջերմամիջուկային ռեակցիայի արդյունքում առաջացած նեյտրոններ։ Բացի այդ, պլուտոնիումի 239Pu իզոտոպը ստացվում է 238U իզոտոպից, որն իր հերթին կարող է օգտագործվել նաև միջուկային ռեակտորներում և ատոմային ռումբում։

Վերջերս լայնորեն կիրառվել է ուրանի 233U իզոտոպը, որը արհեստականորեն ստացվել է թորիումից ռեակտորներում, այն ստացվում է միջուկային ռեակտորի նեյտրոնային հոսքում թորիումի ճառագայթման միջոցով.

23290Th + 10n → 23390Th -(β–)→ 23391Pa –(β–)→ 23392U

233U-ը տրոհվում է ջերմային նեյտրոնների միջոցով, բացի այդ, միջուկային վառելիքի ընդլայնված վերարտադրությունը կարող է տեղի ունենալ 233U-ով ռեակտորներում: Այսպիսով, երբ 233U կիլոգրամը այրվում է թորիումի ռեակտորում, դրա մեջ պետք է կուտակվի 1,1 կգ նոր 233U (թորիումի միջուկների կողմից նեյտրոնների գրավման արդյունքում)։ Մոտ ապագայում ջերմային նեյտրոնային ռեակտորներում ուրանի-թորիումի ցիկլը ուրան-պլուտոնիում ցիկլի հիմնական մրցակիցն է արագ նեյտրոնային ռեակտորներում միջուկային վառելիքի բուծման համար: Այս նուկլիդը որպես վառելիք օգտագործող ռեակտորներ արդեն գոյություն ունեն և գործում են (KAMINI Հնդկաստանում): 233U-ը նաև գազաֆազային միջուկային հրթիռային շարժիչների համար ամենահեռանկարային վառելիքն է:

Այլ արհեստական ​​ուրանի իզոտոպները էական դեր չեն խաղում։

Այն բանից հետո, երբ բնական ուրանից արդյունահանվում են «անհրաժեշտ» 234U և 235U իզոտոպները, մնացած հումքը (238U) կոչվում է «թուլացած ուրան», այն կիսով չափ ռադիոակտիվ է, քան բնական ուրանը՝ հիմնականում դրանից 234U-ի հեռացման պատճառով։ Քանի որ ուրանի հիմնական օգտագործումը էներգիայի արտադրությունն է, այդ իսկ պատճառով սպառված ուրանը ցածր օգտագործման արտադրանք է, ցածր տնտեսական արժեքով: Այնուամենայնիվ, իր ցածր գնի, ինչպես նաև իր բարձր խտության և չափազանց բարձր գրավման խաչմերուկի պատճառով այն օգտագործվում է ճառագայթային պաշտպանության համար և որպես բալաստ օդատիեզերական կիրառություններում, ինչպիսիք են ինքնաթիռների կառավարման մակերեսները: Բացի այդ, սպառված ուրանն օգտագործվում է որպես բալաստ տիեզերական ծագման մեքենաներում և մրցարշավային զբոսանավերում; բարձր արագությամբ գիրոսկոպի ռոտորներում, մեծ թռչող անիվներում, նավթի հորատման մեջ:

Այնուամենայնիվ, սպառված ուրանի ամենահայտնի օգտագործումը դրա օգտագործումն է ռազմական կիրառություններում՝ որպես միջուկներ զրահապատ արկերի և ժամանակակից տանկային զրահների համար, ինչպիսիք են M-1 Abrams տանկը:

Ուրանի քիչ հայտնի կիրառությունները հիմնականում կապված են նրա միացությունների հետ: Այսպիսով, ուրանի փոքր հավելումը ապակին տալիս է գեղեցիկ դեղնականաչ ֆլուորեսցենտ, ուրանի որոշ միացություններ լուսազգայուն են, այդ իսկ պատճառով ուրանի նիտրատը լայնորեն օգտագործվում էր նեգատիվները ուժեղացնելու և (լուսանկարչական տպագրությունները) շագանակագույն ներկելու համար:

Նիոբիումի կարբիդով և ցիրկոնիումի կարբիդով համաձուլված կարբիդ 235U օգտագործվում է որպես միջուկային ռեակտիվ շարժիչների վառելիք: Որպես հզոր մագնիսական զսպող նյութեր օգտագործվում են երկաթի և հյուծված ուրանի համաձուլվածքները (238U): Նատրիումի ուրանատ Na2U2O7 օգտագործվել է որպես դեղին գունանյութ գեղանկարչության մեջ, ավելի վաղ ուրանի միացությունները օգտագործվել են որպես ներկեր՝ ճենապակի վրա ներկելու և կերամիկական ջնարակների և էմալների համար (գունավոր գույներով՝ դեղին, շագանակագույն, կանաչ և սև՝ կախված օքսիդացման աստիճանից):

Արտադրություն

Ուրանը ստացվում է ուրանի հանքաքարերից, որոնք էապես տարբերվում են մի շարք հատկանիշներով (ըստ առաջացման պայմանների՝ «հակադրությամբ», օգտակար կեղտերի պարունակությամբ և այլն), որոնցից հիմնականը ուրանի տոկոսն է։ Ըստ այս հատկանիշի՝ առանձնանում են հինգ դասի հանքաքարեր՝ շատ հարուստ (պարունակում է ավելի քան 1% ուրան); հարուստ (1-0,5%); միջին (0,5-0,25%); սովորական (0,25-0,1%) և աղքատ (0,1%-ից պակաս): Սակայն նույնիսկ 0,01-0,015% ուրան պարունակող հանքաքարերից այս մետաղը արդյունահանվում է որպես կողմնակի արտադրանք։

Ուրանի հումքի մշակման տարիների ընթացքում ուրանի հանքաքարից առանձնացնելու բազմաթիվ մեթոդներ են մշակվել։ Դա պայմանավորված է ինչպես որոշ տարածքներում ուրանի ռազմավարական նշանակությամբ, այնպես էլ նրա բնական դրսեւորումների բազմազանությամբ։ Այնուամենայնիվ, չնայած մեթոդների և հումքի բոլոր բազմազանությանը, ուրանի ցանկացած արտադրություն բաղկացած է երեք փուլից. ուրանի հանքաքարի նախնական կոնցենտրացիան; ուրանի տարրալվացում և բավականաչափ մաքուր ուրանի միացությունների ստացում տեղումների, արդյունահանման կամ իոնների փոխանակման միջոցով: Այնուհետև, կախված ստացված ուրանի նպատակից, հետևում է արտադրանքի հարստացումը 235U իզոտոպով կամ անմիջապես տարրական ուրանի կրճատումը։

Այսպիսով, սկզբում հանքաքարը խտացված է. ժայռը մանրացված է և լցված ջրով: Այս դեպքում խառնուրդի ավելի ծանր տարրերն ավելի արագ են նստում: Ուրանի առաջնային հանքանյութեր պարունակող ապարներում դրանց արագ տեղումները տեղի են ունենում, քանի որ դրանք շատ առատ են: Ուրանի երկրորդային օգտակար հանածոներ պարունակող հանքաքարերը խտացնելիս տեղի է ունենում թափոնների ապարների նստվածք, որը շատ ավելի ծանր է, քան երկրորդական հանքանյութերը, բայց կարող է պարունակել շատ օգտակար տարրեր:

Ուրանի հանքաքարերը գրեթե չեն հարստացված, բացառությամբ ռադիոմետրիկ տեսակավորման օրգանական մեթոդի՝ հիմնված ռադիումի γ-ճառագայթման վրա, որը միշտ ուղեկցում է ուրանը։

Ուրանի արտադրության հաջորդ քայլը տարրալվացումն է, ուստի ուրանը անցնում է լուծույթի: Հիմնականում հանքաքարերը տարրալվացվում են ծծմբի, երբեմն ազոտական ​​թթուների կամ սոդայի լուծույթներով՝ ուրանի տեղափոխմամբ թթվային լուծույթի մեջ՝ UO2SO4 կամ բարդ անիոնների տեսքով, իսկ սոդայի լուծույթի մեջ՝ 4 բարդ անիոնի տեսքով: Ծծմբաթթվի օգտագործման մեթոդն ավելի էժան է, սակայն, այն միշտ չէ, որ կիրառելի է. եթե հումքը պարունակում է քառավալենտ ուրան (ուրանի խեժ), որը չի լուծվում ծծմբաթթվի մեջ: Նման դեպքերում օգտագործվում է ալկալային տարրալվացում կամ քառավալենտ ուրանը օքսիդացվում է մինչև վեցավալենտ վիճակ։ Կաուստիկ սոդայի օգտագործումը ( կաուստիկ սոդա) օգտակար է մագնեզիտ կամ դոլոմիտ պարունակող հանքաքարի տարրալվացման ժամանակ, որոնց լուծարման համար պահանջվում է չափազանց շատ թթու:

Լվացքի փուլից հետո լուծույթը պարունակում է ոչ միայն ուրան, այլ նաև այլ տարրեր, որոնք, ինչպես ուրանը, արդյունահանվում են նույն օրգանական լուծիչներով, նստում են նույն իոնափոխանակման խեժերի վրա և նստում են նույն պայմաններում։ Նման իրավիճակում ուրանի ընտրովի տարանջատման համար պետք է օգտագործել բազմաթիվ ռեդոքս ռեակցիաներ՝ տարբեր փուլերում անցանկալի տարրը բացառելու համար։ Իոնափոխանակման և արդյունահանման մեթոդների առավելություններից մեկն այն է, որ ուրանը բավականին ամբողջությամբ արդյունահանվում է վատ լուծույթներից:

Այս բոլոր գործողություններից հետո ուրանը տեղափոխվում է պինդ վիճակ՝ օքսիդներից մեկի կամ UF4 տետրաֆտորիդի մեջ։ Նման ուրանը պարունակում է մեծ ջերմային նեյտրոնային կլանման խաչմերուկ ունեցող կեղտեր՝ լիթիում, բոր, կադմիում և հազվագյուտ հողային մետաղներ: Վերջնական արտադրանքում դրանց պարունակությունը չպետք է գերազանցի հարյուր հազարերորդական և միլիոներորդական տոկոսը: Դրա համար ուրանը նորից լուծվում է, այս անգամ ազոտաթթվի մեջ: Ուրանի նիտրատ UO2(NO3)2 տրիբուտիլֆոսֆատով և որոշ այլ նյութերով արդյունահանման ժամանակ լրացուցիչ մաքրվում է պահանջվող պայմաններով: Այնուհետև այս նյութը բյուրեղանում է (կամ նստում) և մեղմորեն բռնկվում: Այս գործողության արդյունքում առաջանում է ուրանի եռօքսիդ UO3, որը ջրածնի հետ վերածվում է UO2-ի։ 430-ից 600 ° C ջերմաստիճանի դեպքում ուրանի օքսիդը փոխազդում է չոր ջրածնի ֆտորիդի հետ և վերածվում UF4 տետրաֆտորիդի: Արդեն այս միացությունից մետաղական ուրան սովորաբար ստացվում է կալցիումի կամ մագնեզիումի օգնությամբ՝ պայմանական վերականգնմամբ։

Ֆիզիկական հատկություններ

Մետաղական ուրանը շատ ծանր է, այն երկուսուկես անգամ ծանր է երկաթից և մեկուկես անգամ ավելի ծանր է կապարից: Սա ամենածանր տարրերից մեկն է, որը պահվում է Երկրի աղիքներում: Իր արծաթասպիտակ գույնով և փայլով ուրանը պողպատի է հիշեցնում: մաքուր մետաղ պլաստիկ, փափուկ, ունի բարձր խտություն, բայց միևնույն ժամանակ հեշտ է մշակվում։ Ուրանը էլեկտրադրական է, ունի աննշան պարամագնիսական հատկություններ - սենյակային ջերմաստիճանում հատուկ մագնիսական զգայունությունը 1,72 10 -6 է, Այն ունի ցածր էլեկտրական հաղորդունակություն, բայց բարձր ռեակտիվություն: Այս տարրն ունի երեք ալոտրոպ մոդիֆիկացիա՝ α, β և γ։ α-ձևն ունի ռոմբիկ բյուրեղյա վանդակ հետևյալ պարամետրերը a = 2,8538 Å, b = 5,8662 Å, c = 469557 Å: Այս ձևը կայուն է ջերմաստիճանի միջակայքում՝ սենյակային ջերմաստիճանից մինչև 667,7°C: Ուրանի խտությունը α-ձևում 25°C-ում 19,05±0,2 գ/սմ3 է: β-ձևն ունի քառանկյուն բյուրեղյա վանդակ, կայուն է 667,7°C-ից մինչև 774,8°C ջերմաստիճանային տիրույթում: Քառանկյուն ցանցի պարամետրերը՝ a = 10,759 Å, b = 5,656 Å: γ-ձև՝ մարմնակենտրոն խորանարդ կառուցվածքով, կայուն 774,8°C-ից մինչև հալման կետ (1132°C):

Դուք կարող եք տեսնել ուրանի կրճատման գործընթացի բոլոր երեք փուլերը: Դրա համար օգտագործվում է հատուկ ապարատ, որն իրենից ներկայացնում է անխափան պողպատե խողովակ, որը պատված է կալցիումի օքսիդով, անհրաժեշտ է, որ խողովակի պողպատը չփոխազդի ուրանի հետ։ Ուրանի և մագնեզիումի (կամ կալցիումի) տետրաֆտորիդի խառնուրդը բեռնվում է սարքի մեջ, որից հետո այն տաքացվում է մինչև 600 ° C: Երբ այս ջերմաստիճանը հասնում է, էլեկտրական ապահովիչը միացված է, այն ակնթարթորեն հոսում է։ էկզոտերմային նվազեցման ռեակցիա, մինչդեռ բեռնված խառնուրդն ամբողջությամբ հալեցնում է: Հեղուկ ուրան (ջերմաստիճանը 1132 ° C) իր քաշի պատճառով ամբողջությամբ սուզվում է հատակին: Սարքի հատակին ուրանի ամբողջական նստումից հետո սկսվում է սառեցումը, ուրանը բյուրեղանում է, նրա ատոմները շարվում են խիստ հերթականությամբ՝ ձևավորելով խորանարդ վանդակ. սա γ-փուլն է: Հաջորդ անցումը տեղի է ունենում 774 ° C ջերմաստիճանում - սառեցնող մետաղի բյուրեղային ցանցը դառնում է քառանկյուն, որը համապատասխանում է β- փուլին: Երբ ձուլակտորի ջերմաստիճանը իջնում ​​է մինչև 668°C, ատոմները նորից վերադասավորում են իրենց շարքերը՝ ալիքներով դասավորված զուգահեռ շերտերով՝ α-փուլով։ Այլևս փոփոխություններ չկան։

Ուրանի հիմնական պարամետրերը միշտ վերաբերում են α- փուլին։ Հալման կետ (հալոց) 1132°C, ուրանի եռման կետ (tboil) 3818°C Հատուկ ջերմություն սենյակային ջերմաստիճանում 27,67 kJ/(kg K) կամ 6,612 cal/(g°C): Հատուկ էլեկտրական դիմադրությունը 25 ° C ջերմաստիճանում մոտավորապես 3 10 -7 օմ սմ է, իսկ արդեն 600 ° C 5,5 10 -7 օմ սմ: Ուրանի ջերմային հաղորդունակությունը նույնպես տատանվում է կախված ջերմաստիճանից. օրինակ, 100-200 ° C միջակայքում այն ​​կազմում է 28,05 Վտ / (մ Կ) կամ 0,067 կկալ / (սմ վրկ ° C), իսկ երբ այն բարձրանում է մինչև 400: ° C, այն ավելանում է մինչև 29,72 Վտ / (մ Կ) 0,071 կկալ / (սմ վրկ ° C): Ուրանը գերհաղորդականություն ունի 0,68 Կ: Բրինելի միջին կարծրությունը կազմում է 19,6 - 21,6·10 2 MN / մ 2 կամ 200-220 կգֆ / մմ 2:

92-րդ տարրի մեխանիկական շատ հատկություններ կախված են նրա մաքրությունից, ջերմային և մեխանիկական մշակման եղանակներից։ Այսպիսով, ձուլված ուրանի համար վերջնական առաձգական ուժ սենյակային ջերմաստիճանում 372-470 MN/m 2 կամ 38-48 kgf/mm 2, առաձգականության մոդուլի միջին արժեքը 20,5·10 -2 MN/m2 կամ 20,9·10 -3 kgf/mm 2: Ուրանի ուժգնությունը մեծանում է β- և γ-փուլերից հանգցնելուց հետո:

Ուրանի ճառագայթումը նեյտրոնային հոսքով, ջրի հետ փոխազդեցությունը, որը սառեցնում է մետաղական ուրանից պատրաստված վառելիքի տարրերը և հզոր ջերմային նեյտրոնային ռեակտորներում գործող այլ գործոններ. այս ամենը հանգեցնում է ուրանի ֆիզիկական և մեխանիկական հատկությունների փոփոխության. զարգանում է սողանք, տեղի է ունենում մետաղական ուրանի արտադրանքի դեֆորմացիա: Այդ իսկ պատճառով ուրանի համաձուլվածքներն օգտագործվում են միջուկային ռեակտորներում, օրինակ՝ մոլիբդենի հետ, այդպիսի համաձուլվածքը դիմացկուն է ջրի նկատմամբ, ամրացնում է մետաղը՝ միաժամանակ պահպանելով բարձր ջերմաստիճանի խորանարդ վանդակը։

Քիմիական հատկություններ

Քիմիապես ուրանը շատ ակտիվ մետաղ է։ Օդում այն ​​օքսիդանում է՝ մակերեսի վրա UO2 երկօքսիդի ծիածանագույն թաղանթի ձևավորմամբ, որը չի պաշտպանում մետաղը հետագա օքսիդացումից, ինչպես դա տեղի է ունենում տիտանի, ցիրկոնիումի և մի շարք այլ մետաղների դեպքում։ Թթվածնով ուրանը առաջացնում է UO2 երկօքսիդ, UO3 եռօքսիդ և մեծ թվովմիջանկյալ օքսիդներ, որոնցից գլխավորը U3O8-ն է, այս օքսիդներն իրենց հատկություններով նման են UO2-ին և UO3-ին։ Փոշու վիճակում ուրանը պիրոֆոր է և կարող է բռնկվել թեթև տաքացումից (150 ° C և ավելի), այրումը ուղեկցվում է պայծառ բոցով, ի վերջո ձևավորելով U3O8: 500-600 ° C ջերմաստիճանի դեպքում ուրանը փոխազդում է ֆտորի հետ՝ ձևավորելով կանաչ ասեղաձև բյուրեղներ, որոնք թեթևակի լուծվում են ջրի և թթուների մեջ՝ ուրանի տետրաֆտորիդ UF4, ինչպես նաև UF6՝ հեքսաֆտորիդ (սպիտակ բյուրեղներ, որոնք սուբլիմացվում են առանց ջերմաստիճանի հալվելու։ 56,4 ° C): UF4, UF6-ը ուրանի հալոգենների հետ փոխազդեցության օրինակներ են՝ առաջացնելով ուրանի հալոգենիդներ։ Ուրանը հեշտությամբ միանում է ծծմբի հետ՝ առաջացնելով մի շարք միացություններ, որոնցից ամենակարևորը ԱՄՆ-ն է՝ միջուկային վառելիքը։ Ուրանը 220°C-ում փոխազդում է ջրածնի հետ՝ առաջացնելով UH3 հիդրիդ, որը քիմիապես շատ ակտիվ է։ Հետագա տաքացման ժամանակ UH3-ը քայքայվում է ջրածնի և փոշու ուրանի: Ազոտի հետ փոխազդեցությունը տեղի է ունենում ավելի բարձր ջերմաստիճաններում՝ 450-ից մինչև 700 ° C և մթնոլորտային ճնշում, ստացվում է U4N7 նիտրիդ, նույն ջերմաստիճաններում ազոտի ճնշման բարձրացմամբ, կարելի է ստանալ UN, U2N3 և UN2: Ավելի բարձր ջերմաստիճաններում (750-800 °C) ուրանը փոխազդում է ածխածնի հետ՝ առաջացնելով մոնոկարբիդ UC, դիկարբիդ UC2 և U2C3։ Ուրանը փոխազդում է ջրի հետ՝ առաջացնելով UO2 և H2, և հետ սառը ջուրավելի դանդաղ, բայց ավելի ակտիվ տաքով: Բացի այդ, ռեակցիան ընթանում է գոլորշու հետ 150-ից 250 °C ջերմաստիճանում: Այս մետաղը լուծվում է հիդրոքլորային HCl և ազոտական ​​HNO3 թթուներում, ավելի քիչ ակտիվորեն բարձր խտացված հիդրոֆտորաթթուում, դանդաղ արձագանքում է ծծմբային H2SO4 և օրթոֆոսֆորական H3PO4 թթուներին: Թթուների հետ ռեակցիաների արգասիքները ուրանի քառավալենտ աղերն են։ Որոշ մետաղների (ոսկի, պլատին, պղինձ, արծաթ, անագ և սնդիկ) անօրգանական թթուներից և աղերից ուրանն ի վիճակի է տեղահանել ջրածինը: Ուրանը չի փոխազդում ալկալիների հետ։

Միացություններում ուրանը կարող է դրսևորել հետևյալ օքսիդացման վիճակները՝ +3, +4, +5, +6, երբեմն +2: U3+-ը բնականաբար գոյություն չունի և կարելի է ձեռք բերել միայն լաբորատորիայում: Հնգավալենտ ուրանի միացությունները մեծ մասամբ անկայուն են և բավականին հեշտությամբ քայքայվում են չորրորդական և վեցավալենտ ուրանի միացությունների, որոնք ամենակայունն են: Վեցավալենտ ուրանը բնութագրվում է ուրանի իոն UO22+ ձևավորմամբ, որի աղերը գունավորվում են. դեղինև շատ լուծելի են ջրում և հանքային թթուներում: Վեցավալենտ ուրանի միացությունների օրինակ է ուրանի եռօքսիդը կամ ուրանի անհիդրիդը UO3 (նարնջի փոշի), որն ունի ամֆոտերային օքսիդի բնույթ։ Թթուներում լուծվելիս առաջանում են աղեր, օրինակ՝ ուրանի քլորիդ UO2Cl2։ Ուրանի աղերի լուծույթների վրա ալկալիների ազդեցությամբ ստացվում են ուրանաթթվի H2UO4 աղեր՝ ուրանատներ և դիուրանաթթու H2U2O7՝ դիուրանատներ, օրինակ՝ նատրիումի ուրանատ Na2UO4 և նատրիումի դիուրանատ Na2U2O7։ Քառավալենտ ուրանի աղերը (ուրանի տետրաքլորիդ UCl4) կանաչ են և քիչ լուծվող։ Երկար ժամանակ օդի ազդեցության դեպքում քառավալենտ ուրան պարունակող միացությունները սովորաբար անկայուն են և վերածվում են վեցավալենտների։ Ուրանի աղերը, ինչպիսիք են ուրանի քլորիդը, քայքայվում են պայծառ լույսի կամ օրգանական նյութերի առկայության դեպքում:

ՍԱՀՄԱՆՈՒՄ

ՈւրանՊարբերական աղյուսակի իննսուներորդ տարրն է: Նշումը - U լատիներեն «uranium» բառից: Գտնվում է յոթերորդ շրջանում IIIB խումբ. Վերաբերում է մետաղներին։ Միջուկային լիցքը 92 է։

Ուրանը արծաթափայլ մետաղ է՝ փայլուն մակերեսով (նկ. 1)։ Ծանր. Ճկուն, ճկուն և փափուկ: Պարամագնիսների հատկությունները բնորոշ են. Ուրանը բնութագրվում է երեք փոփոխության առկայությամբ՝ α-ուրանի (ռոմբիկ համակարգ), β-ուրանի (չեռանկյուն համակարգ) և γ-ուրանի (խորանարդ համակարգ), որոնցից յուրաքանչյուրը գոյություն ունի որոշակի ջերմաստիճանային տիրույթում։

Բրինձ. 1. Ուրան. Արտաքին տեսք.

Ուրանի ատոմային և մոլեկուլային քաշը

Նյութի հարաբերական մոլեկուլային քաշը(M r) մի թիվ է, որը ցույց է տալիս, թե տվյալ մոլեկուլի զանգվածը քանի անգամ է մեծ ածխածնի ատոմի զանգվածի 1/12-ից, և տարրի հարաբերական ատոմային զանգված(A r) - քանի՞ անգամ է քիմիական տարրի ատոմների միջին զանգվածը մեծ ածխածնի ատոմի զանգվածի 1/12-ից:

Քանի որ ուրանը գոյություն ունի ազատ վիճակում U միատոմային մոլեկուլների տեսքով, դրա ատոմային և արժեքները մոլեկուլային քաշըհամընկնում. Նրանք հավասար են 238,0289-ի։

Ուրանի իզոտոպներ

Հայտնի է, որ ուրանը չունի կայուն իզոտոպներ, սակայն բնական ուրանը բաղկացած է այն 238 U (99,27%), 235 U և 234 U իզոտոպների խառնուրդից, որոնք ռադիոակտիվ են։

Կան ուրանի անկայուն իզոտոպներ՝ 217-ից 242 զանգվածային թվերով։

ուրանի իոններ

Ուրանի ատոմի արտաքին էներգիայի մակարդակի վրա կան երեք էլեկտրոններ, որոնք վալենտ են.

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 4f 14 5s 2 5p 6 5d 10 5f 3 6s 2 6p 6 6d 1 7s 2.

Քիմիական փոխազդեցության արդյունքում ուրանը հրաժարվում է իր վալենտային էլեկտրոններից, այսինքն. նրանց դոնորն է և վերածվում է դրական լիցքավորված իոնի.

U 0 -3e → U 3+.

Ուրանի մոլեկուլ և ատոմ

Ազատ վիճակում ուրանը գոյություն ունի U միատոմային մոլեկուլների տեսքով: Ահա որոշ հատկություններ, որոնք բնութագրում են ուրանի ատոմը և մոլեկուլը.

Խնդիրների լուծման օրինակներ

ՕՐԻՆԱԿ 1

ՕՐԻՆԱԿ 2