Уран зэрэг химийн элемент хэзээ нээсэн, энэ бодисыг бидний үед аль үйлдвэрт ашиглаж байгаа тухай өгүүлдэг.
Уран нь эрчим хүч, цэргийн үйлдвэрлэлийн химийн элемент юм
Хүмүүс бүх цаг үед эрчим хүчний өндөр үр ашигтай эх үүсвэр олохыг хичээж, хамгийн тохиромжтой нь мөнхийн хөдөлгөөнт машин гэж нэрлэгддэг машин бүтээхийг хичээсээр ирсэн. Харамсалтай нь түүний оршин тогтнох боломжгүй нь 19-р зуунд онолын хувьд нотлогдож, нотлогдсон боловч эрдэмтэд маш их хэмжээний "цэвэр" эрчим хүч үйлдвэрлэх чадвартай ямар нэгэн төрлийн төхөөрөмжийн мөрөөдлөө биелүүлэх итгэл найдвараа хэзээ ч алдаагүй. удаан.
Уран гэх бодис нээсэн үед энэ нь тодорхой болсон. Ийм нэртэй химийн элемент нь бидний үед бүхэл бүтэн хот, шумбагч онгоц, туйлын хөлөг онгоц гэх мэтийг эрчим хүчээр хангадаг цөмийн реакторыг хөгжүүлэх үндэс суурийг тавьсан юм. Тэдний эрчим хүчийг "цэвэр" гэж нэрлэх боломжгүй нь үнэн, гэхдээ сүүлийн жилүүдэд олон компани тритид суурилсан авсаархан "атомын батерей"-ийг өргөнөөр худалдаалж байна - тэдгээр нь хөдөлгөөнт хэсэггүй бөгөөд эрүүл мэндэд аюулгүй.
Гэсэн хэдий ч энэ нийтлэлд бид химийн элемент нээсэн түүхийг нарийвчлан шинжлэх болно.уран ба түүний цөмийн задралын урвал гэж нэрлэдэг.
Тодорхойлолт
Уран бол Менделеевийн үелэх системд атомын дугаар 92-той химийн элемент юм. Түүний атомын масс нь 238.029. Энэ нь U тэмдгээр тэмдэглэгдсэн. Ердийн нөхцөлд энэ нь өтгөн, хүнд мөнгөлөг металл юм. Хэрэв бид түүний цацраг идэвхт байдлын талаар ярих юм бол уран өөрөө сул цацраг идэвхит элемент юм. Мөн бүрэн тогтвортой изотопуудыг агуулдаггүй. Мөн одоо байгаа изотопуудаас хамгийн тогтвортой нь уран-338 юм.
Бид энэ элемент гэж юу болохыг олж мэдсэн бөгөөд одоо түүний нээлтийн түүхийг харцгаая.
Түүх
Байгалийн ураны исэл гэх мэт бодисыг эрт дээр үеэс хүмүүс мэддэг байсан бөгөөд эртний гар урчууд түүгээр сав болон бусад бүтээгдэхүүнийг ус тэсвэрлэх чадваргүй, янз бүрийн керамик эдлэлийг бүрхэхэд ашигладаг байсан. чимэглэл.
1789 он бол энэхүү химийн элементийг нээсэн түүхэн дэх чухал он сар өдөр байв. Тэр үед химич, Герман гаралтай Мартин Клапрот анхны металл ураныг олж авч чадсан юм. Мөн шинэ элемент нь найман жилийн өмнө нээгдсэн гарагийг хүндэтгэн нэрээ авсан.
Бараг 50 жилийн турш тэр үед олж авсан ураныг цэвэр металл гэж үздэг байсан ч 1840 онд Францын химич Евгений-Мелкиор Пелигот Клапротын олж авсан материалыг зохих гадаад шинж тэмдгүүдээс үл хамааран баталж чадсан юм., огт металл биш, ураны исэл байсан. Хэсэг хугацааны дараа ижил Пелиго хүлээн ававжинхэнэ уран бол маш хүнд саарал металл юм. Тэр үед уран гэх мэт бодисын атомын жинг анх тогтоосон. 1874 онд химийн элементийг Дмитрий Менделеев өөрийн алдартай үелэх системдээ оруулсан бөгөөд Менделеев бодисын атомын жинг хоёр дахин нэмэгдүүлсэн. Тэгээд ердөө 12 жилийн дараа агуу химич тооцоололдоо алдаагүй нь туршилтаар нотлогдсон.
Цацраг идэвхжил
Гэхдээ 1896 онд Беккерел уран нь судлаачийн нэрээр нэрлэгдсэн туяа ялгаруулдаг болохыг олж мэдсэнээс хойш шинжлэх ухааны нийгэмлэгт энэ элементийг үнэхээр өргөн сонирхож эхэлсэн. Хожим нь энэ салбарын хамгийн алдартай эрдэмтдийн нэг Мари Кюри энэ үзэгдлийг цацраг идэвхит гэж нэрлэсэн.
Уран судлалын дараагийн чухал огноог 1899 он гэж үздэг: яг тэр үед Рутерфорд ураны цацраг нь нэгэн төрлийн бус бөгөөд альфа, бета туяа гэсэн хоёр төрөлд хуваагддаг болохыг олж мэдсэн. Жилийн дараа Пол Виллар (Виллард) гамма цацраг гэж нэрлэгддэг цацраг идэвхт цацрагийн гурав дахь, хамгийн сүүлчийн төрөл болох гамма цацрагийг нээсэн.
Долоон жилийн дараа 1906 онд Рутерфорд цацраг идэвхт байдлын онолдоо тулгуурлан төрөл бүрийн ашигт малтмалын насыг тодорхойлох зорилготой анхны туршилтуудыг хийжээ. Эдгээр судалгаанууд нь бусад зүйлсийн дунд радиокарбон шинжилгээний онол, практикийг бий болгох үндэс суурийг тавьсан.
Ураны цөмийн задрал
Гэхдээ магадгүй хамгийн чухал нээлт, үүний ачаарУраныг энхийн болон цэргийн зорилгоор өргөнөөр олборлох, баяжуулах нь ураны цөмийг задлах үйл явц юм. Энэ нь 1938 онд болсон бөгөөд нээлтийг Германы физикч Отто Хан, Фриц Страсманн нар хийжээ. Хожим нь энэ онол нь Германы хэд хэдэн физикчдийн бүтээлээр шинжлэх ухааны үндэслэлтэй батлагдлаа.
Тэдний нээсэн механизмын мөн чанар нь дараах байдалтай байв: хэрвээ та уран-235 изотопын цөмийг нейтроноор цацруулж, чөлөөт нейтроныг барьж авбал тэр хуваагдаж эхэлдэг. Одоо бид бүгд мэдэж байгаачлан энэ үйл явц нь асар их хэмжээний энерги ялгарах дагалддаг. Энэ нь гол төлөв цацрагийн өөрөө болон цөмийн хэсгүүдийн кинетик энергийн улмаас тохиолддог. Тиймээс одоо бид ураны задрал хэрхэн явагддагийг мэдэж байна.
Энэ механизм болон түүний үр дүнг нээсэн нь ураныг энхийн болон цэргийн зорилгоор ашиглах эхлэлийн цэг юм.
Хэрэв бид түүнийг цэргийн зориулалтаар ашиглах талаар ярих юм бол ураны цөмийн тасралтгүй задралын урвал гэх мэт үйл явцын нөхцөлийг бүрдүүлэх боломжтой гэсэн онол анх удаа гарч ирж байна (учир нь дэлбэрэхэд асар их энерги шаардлагатай байдаг. цөмийн бөмбөг) гэдгийг Зөвлөлтийн физикч Зельдович, Харитон нар нотолсон. Гэхдээ ийм урвал үүсгэхийн тулд ураныг баяжуулах шаардлагатай, учир нь хэвийн төлөвт нь шаардлагатай шинж чанар байдаггүй.
Бид энэ элементийн түүхтэй танилцсан, одоо хаана ашиглагдаж байгааг олж мэдэх болно.
Уран изотопын хэрэглээ ба төрөл
Уран гинжин задрах урвал гэх мэт процессыг нээсний дараа физикчид үүнийг хаана ашиглах вэ гэсэн асуулттай тулгарсан.
Одоогийн байдлаар ураны изотопыг ашигладаг үндсэн хоёр газар байдаг. Энэ бол энх тайван (эсвэл эрчим хүчний) үйлдвэрлэл, цэрэг арми юм. Эхний болон хоёр дахь хоёулаа уран-235 изотопын цөмийн задралын урвалыг ашигладаг бөгөөд зөвхөн гаралтын хүч нь ялгаатай. Энгийнээр хэлбэл, цөмийн реакторт цөмийн бөмбөг дэлбэлэхэд шаардагдах хүч чадлаар энэ үйл явцыг бий болгож, хадгалах шаардлагагүй.
Тиймээс ураны задралын урвалыг ашигладаг үндсэн үйлдвэрүүдийг жагсаав.
Гэхдээ уран-235 изотопыг олж авах нь маш нарийн төвөгтэй, өртөг өндөртэй технологийн ажил бөгөөд муж бүр баяжуулах үйлдвэр барих боломжгүй. Тухайлбал, ураны 235 изотопын агууламж 3-5% байх хорин тонн ураны түлш авахын тулд 153 гаруй тонн байгалийн "түүхий" уран баяжуулах шаардлагатай.
Уран-238 изотопыг цөмийн зэвсгийн хүчийг нэмэгдүүлэхийн тулд голчлон ашигладаг. Түүнчлэн нейтроныг барьж, улмаар бета задралын процесс явагдах үед энэ изотоп нь яваандаа плутони-239 болж хувирах бөгөөд энэ нь ихэнх орчин үеийн цөмийн реакторуудын нийтлэг түлш болох юм.
Иймэрхүү реакторын бүх дутагдалтай талуудыг (өндөр өртөгтэй, засвар үйлчилгээний нарийн төвөгтэй байдал, ослын аюул) үл харгалзан тэдний үйл ажиллагаа маш хурдан үр дүнгээ өгдөг бөгөөд сонгодог дулааны болон усан цахилгаан станцуудтай харьцуулшгүй их эрчим хүч үйлдвэрлэдэг.
Мөн ураны цөмийн задралын урвал нь үй олноор хөнөөх цөмийн зэвсэг бүтээх боломжтой болсон. Энэ нь асар их хүч чадал, харьцангуйгаараа ялгагданаавсаархан, том талбайг хүн амьдрахад тохиромжгүй болгох чадвартай. Орчин үеийн атомын зэвсэг нь уран биш плутонийг ашигладаг нь үнэн.
Хоосон уран
Мөн шавхагдсан ураны төрөл зүйл бий. Энэ нь цацраг идэвхт бодисын агууламж маш бага тул хүний хувьд аюултай биш гэсэн үг. Үүнийг цэргийн салбарт дахин ашигладаг, жишээлбэл, Америкийн Абрамс танкийн хуягт нэмэлт хүч өгөхийн тулд нэмдэг. Нэмж дурдахад бараг бүх өндөр технологийн армид шавхагдсан урантай янз бүрийн бүрхүүл олж болно. Тэдний өндөр массаас гадна тэд бас нэг сонирхолтой шинж чанартай байдаг - сумыг устгасны дараа түүний хэлтэрхий, металл тоос нь аяндаа дүрэлздэг. Дашрамд хэлэхэд, Дэлхийн 2-р дайны үед ийм сумыг анх удаа ашиглаж байжээ. Бидний харж байгаагаар уран бол хүний үйл ажиллагааны янз бүрийн салбарт ашиглагдаж ирсэн элемент юм.
Дүгнэлт
Эрдэмтдийн таамаглаж байгаагаар 2030 он гэхэд ураны бүх томоохон ордууд бүрмөсөн шавхагдаж, үүний дараа хүрэхэд бэрх давхаргын олборлолт эхэлж, үнэ өснө. Дашрамд хэлэхэд, ураны хүдэр өөрөө хүмүүст огт хор хөнөөлгүй байдаг - зарим уурхайчид түүнийг олборлохоор үе үеийнхэн ажиллаж ирсэн. Одоо бид энэхүү химийн элементийг нээсэн түүх болон түүний цөмийн задралын урвалыг хэрхэн ашигладаг болохыг олж мэдлээ.
Дашрамд хэлэхэд, нэгэн сонирхолтой баримт мэдэгдэж байна - ураны нэгдлүүдийг эрт дээр үеэс шаазан, шаазан эдлэлийн будаг болгон ашиглаж ирсэн.1950-иад он хүртэл шил (ураны шил гэж нэрлэгддэг).
