Το άρθρο λέει για το πότε ανακαλύφθηκε ένα τέτοιο χημικό στοιχείο όπως το ουράνιο και σε ποιες βιομηχανίες χρησιμοποιείται αυτή η ουσία στην εποχή μας.
Το ουράνιο είναι ένα χημικό στοιχείο στην ενέργεια και τη στρατιωτική βιομηχανία
Πάντα, οι άνθρωποι προσπάθησαν να βρουν πηγές ενέργειας υψηλής απόδοσης και ιδανικά - να δημιουργήσουν μια λεγόμενη μηχανή διαρκούς κίνησης. Δυστυχώς, η αδυναμία ύπαρξής της θεωρητικά αποδείχθηκε και τεκμηριώθηκε τον 19ο αιώνα, αλλά οι επιστήμονες δεν έχασαν ποτέ την ελπίδα να πραγματοποιήσουν το όνειρο κάποιου είδους συσκευής που θα ήταν ικανή να παράγει μεγάλη ποσότητα «καθαρής» ενέργειας για πολύ πολύ καιρό.
Μερικώς αυτό έγινε αντιληπτό με την ανακάλυψη μιας τέτοιας ουσίας όπως το ουράνιο. Ένα χημικό στοιχείο με αυτό το όνομα αποτέλεσε τη βάση για την ανάπτυξη πυρηνικών αντιδραστήρων, οι οποίοι στην εποχή μας παρέχουν ενέργεια σε ολόκληρες πόλεις, υποβρύχια, πολικά πλοία κ.λπ. Είναι αλήθεια ότι η ενέργειά τους δεν μπορεί να ονομαστεί "καθαρή", αλλά τα τελευταία χρόνια πολλές εταιρείες έχουν αναπτύξει συμπαγείς "ατομικές μπαταρίες" με βάση τρίτιο για ευρεία πώληση - δεν έχουν κινούμενα μέρη και είναι ασφαλείς για την υγεία.
Ωστόσο, σε αυτό το άρθρο θα αναλύσουμε λεπτομερώς την ιστορία της ανακάλυψης ενός χημικού στοιχείουπου ονομάζεται ουράνιο και η αντίδραση της σχάσης των πυρήνων του.
Ορισμός
Το ουράνιο είναι ένα χημικό στοιχείο που έχει ατομικό αριθμό 92 στον περιοδικό πίνακα του Mendeleev. Η ατομική του μάζα είναι 238.029. Ονομάζεται με το σύμβολο U. Υπό κανονικές συνθήκες, είναι ένα πυκνό, βαρύ αργυρόχρωμο μέταλλο. Αν μιλάμε για τη ραδιενέργεια του, τότε το ίδιο το ουράνιο είναι ένα στοιχείο με ασθενή ραδιενέργεια. Επίσης δεν περιέχει απόλυτα σταθερά ισότοπα. Και το πιο σταθερό από τα υπάρχοντα ισότοπα είναι το ουράνιο-338.
Καταλάβαμε τι είναι αυτό το στοιχείο και τώρα ας δούμε την ιστορία της ανακάλυψής του.
Ιστορία
Μια τέτοια ουσία όπως το φυσικό οξείδιο του ουρανίου ήταν γνωστή στους ανθρώπους από την αρχαιότητα και οι αρχαίοι τεχνίτες τη χρησιμοποιούσαν για να φτιάξουν λούστρο, το οποίο χρησιμοποιήθηκε για την κάλυψη διαφόρων κεραμικών για την αντοχή στο νερό αγγείων και άλλων προϊόντων, καθώς και διακοσμητικά.
Το έτος 1789 ήταν μια σημαντική ημερομηνία στην ιστορία της ανακάλυψης αυτού του χημικού στοιχείου. Τότε ήταν που ο χημικός και γερμανικής καταγωγής Martin Klaproth μπόρεσε να αποκτήσει το πρώτο μεταλλικό ουράνιο. Και το νέο στοιχείο πήρε το όνομά του προς τιμή του πλανήτη που ανακαλύφθηκε οκτώ χρόνια νωρίτερα.
Για σχεδόν 50 χρόνια, το ουράνιο που αποκτήθηκε τότε θεωρούνταν καθαρό μέταλλο, ωστόσο, το 1840, ένας χημικός από τη Γαλλία, ο Eugene-Melchior Peligot, μπόρεσε να αποδείξει ότι το υλικό που έλαβε ο Klaproth, παρά τα κατάλληλα εξωτερικά σημάδια, δεν ήταν καθόλου μέταλλο, αλλά οξείδιο του ουρανίου. Λίγο αργότερα, το ίδιο Peligo παρέλαβεΤο πραγματικό ουράνιο είναι ένα πολύ βαρύ γκρι μέταλλο. Τότε ήταν που προσδιορίστηκε για πρώτη φορά το ατομικό βάρος μιας τέτοιας ουσίας όπως το ουράνιο. Το χημικό στοιχείο το 1874 τοποθετήθηκε από τον Dmitri Mendeleev στον περίφημο περιοδικό πίνακα στοιχείων του και ο Mendeleev διπλασίασε το ατομικό βάρος της ουσίας δύο φορές. Και μόνο 12 χρόνια αργότερα, αποδείχθηκε πειραματικά ότι ο μεγάλος χημικός δεν έκανε λάθος στους υπολογισμούς του.
Ραδιενέργεια
Αλλά το πραγματικά διαδεδομένο ενδιαφέρον για αυτό το στοιχείο στην επιστημονική κοινότητα ξεκίνησε το 1896, όταν ο Μπεκερέλ ανακάλυψε το γεγονός ότι το ουράνιο εκπέμπει ακτίνες που ονομάστηκαν από τον ερευνητή - Ακτίνες Μπεκερέλ. Αργότερα, μια από τις πιο διάσημες επιστήμονες στον τομέα αυτό, η Μαρία Κιουρί, ονόμασε αυτό το φαινόμενο ραδιενέργεια.
Η επόμενη σημαντική ημερομηνία στη μελέτη του ουρανίου θεωρείται το 1899: ήταν τότε που ο Ράδερφορντ ανακάλυψε ότι η ακτινοβολία του ουρανίου είναι ανομοιογενής και χωρίζεται σε δύο τύπους - ακτίνες άλφα και βήτα. Και ένα χρόνο αργότερα, ο Paul Villar (Villard) ανακάλυψε τον τρίτο, τον τελευταίο τύπο ραδιενεργού ακτινοβολίας που είναι γνωστός σε εμάς σήμερα - τις λεγόμενες ακτίνες γάμμα.
Επτά χρόνια αργότερα, το 1906, ο Ράδερφορντ, βάσει της θεωρίας του για τη ραδιενέργεια, διεξήγαγε τα πρώτα πειράματα, σκοπός των οποίων ήταν ο προσδιορισμός της ηλικίας διαφόρων ορυκτών. Αυτές οι μελέτες έθεσαν τα θεμέλια, μεταξύ άλλων, για τη διαμόρφωση της θεωρίας και της πρακτικής της ανάλυσης ραδιοανθράκων.
Σχάση πυρήνων ουρανίου
Αλλά, ίσως, η πιο σημαντική ανακάλυψη, χάρη στην οποία ηΗ ευρεία εξόρυξη και ο εμπλουτισμός ουρανίου τόσο για ειρηνικούς όσο και για στρατιωτικούς σκοπούς είναι η διαδικασία σχάσης των πυρήνων ουρανίου. Συνέβη το 1938, η ανακάλυψη έγινε από τους Γερμανούς φυσικούς Otto Hahn και Fritz Strassmann. Αργότερα, αυτή η θεωρία έλαβε επιστημονική επιβεβαίωση στα έργα αρκετών ακόμη Γερμανών φυσικών.
Η ουσία του μηχανισμού που ανακάλυψαν ήταν η εξής: εάν ακτινοβολήσετε τον πυρήνα του ισοτόπου ουρανίου-235 με ένα νετρόνιο, τότε, συλλαμβάνοντας ένα ελεύθερο νετρόνιο, αυτό αρχίζει να διαιρείται. Και, όπως όλοι γνωρίζουμε τώρα, αυτή η διαδικασία συνοδεύεται από την απελευθέρωση τεράστιας ποσότητας ενέργειας. Αυτό συμβαίνει κυρίως λόγω της κινητικής ενέργειας της ίδιας της ακτινοβολίας και των θραυσμάτων του πυρήνα. Τώρα λοιπόν γνωρίζουμε πώς συμβαίνει η σχάση ουρανίου.
Η ανακάλυψη αυτού του μηχανισμού και τα αποτελέσματά του είναι το σημείο εκκίνησης για τη χρήση ουρανίου τόσο για ειρηνικούς όσο και για στρατιωτικούς σκοπούς.
Αν μιλάμε για τη χρήση του για στρατιωτικούς σκοπούς, τότε για πρώτη φορά η θεωρία ότι είναι δυνατό να δημιουργηθούν συνθήκες για μια τέτοια διαδικασία όπως μια συνεχής αντίδραση σχάσης του πυρήνα του ουρανίου (αφού απαιτείται τεράστια ενέργεια για να εκραγεί μια πυρηνική βόμβα) αποδείχθηκε από τους Σοβιετικούς φυσικούς Zeldovich και Khariton. Για να δημιουργηθεί όμως μια τέτοια αντίδραση, το ουράνιο πρέπει να εμπλουτιστεί, αφού στην κανονική του κατάσταση δεν έχει τις απαραίτητες ιδιότητες.
Γνωριστήκαμε με την ιστορία αυτού του στοιχείου, τώρα θα καταλάβουμε πού χρησιμοποιείται.
Χρήσεις και τύποι ισοτόπων ουρανίου
Μετά την ανακάλυψη μιας τέτοιας διαδικασίας όπως η αντίδραση αλυσιδωτής σχάσης ουρανίου, οι φυσικοί αντιμετώπισαν το ερώτημα πού να τη χρησιμοποιήσουν;
Επί του παρόντος, υπάρχουν δύο βασικοί τομείς όπου χρησιμοποιούνται ισότοπα ουρανίου. Αυτή είναι μια ειρηνική (ή ενεργειακή) βιομηχανία και στρατιωτική βιομηχανία. Τόσο το πρώτο όσο και το δεύτερο χρησιμοποιούν την αντίδραση πυρηνικής σχάσης του ισοτόπου ουρανίου-235, μόνο η ισχύς εξόδου διαφέρει. Με απλά λόγια, σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα, δεν υπάρχει ανάγκη να δημιουργηθεί και να διατηρηθεί αυτή η διαδικασία με την ίδια ισχύ που είναι απαραίτητη για να πραγματοποιηθεί η έκρηξη μιας πυρηνικής βόμβας.
Έτσι, καταγράφηκαν οι κύριες βιομηχανίες στις οποίες χρησιμοποιείται η αντίδραση σχάσης ουρανίου.
Αλλά η απόκτηση του ισοτόπου ουρανίου-235 είναι ένα εξαιρετικά περίπλοκο και δαπανηρό τεχνολογικό έργο, και δεν μπορεί κάθε κράτος να αντέξει οικονομικά να κατασκευάσει μονάδες εμπλουτισμού. Για παράδειγμα, για την απόκτηση είκοσι τόνων καυσίμου ουρανίου, στα οποία η περιεκτικότητα του ισοτόπου ουρανίου 235 θα είναι από 3-5%, θα χρειαστεί να εμπλουτιστούν περισσότεροι από 153 τόνοι φυσικού, «ακατέργαστου» ουρανίου.
Το ισότοπο ουρανίου-238 χρησιμοποιείται κυρίως στο σχεδιασμό πυρηνικών όπλων για την αύξηση της ισχύος τους. Επίσης, όταν συλλαμβάνει ένα νετρόνιο, ακολουθούμενο από μια διαδικασία διάσπασης βήτα, αυτό το ισότοπο μπορεί τελικά να μετατραπεί σε πλουτώνιο-239 - ένα κοινό καύσιμο για τους περισσότερους σύγχρονους πυρηνικούς αντιδραστήρες.
Παρά όλες τις αδυναμίες τέτοιων αντιδραστήρων (υψηλό κόστος, πολυπλοκότητα συντήρησης, κίνδυνος ατυχήματος), η λειτουργία τους αποδίδει πολύ γρήγορα και παράγουν ασύγκριτα περισσότερη ενέργεια από τους κλασικούς θερμικούς ή υδροηλεκτρικούς σταθμούς.
Επίσης, η αντίδραση της σχάσης του πυρήνα του ουρανίου κατέστησε δυνατή τη δημιουργία πυρηνικών όπλων μαζικής καταστροφής. Διακρίνεται για την τεράστια δύναμη του, σχετικήσυμπαγής και το γεγονός ότι είναι ικανό να κάνει μεγάλες εκτάσεις γης ακατάλληλες για ανθρώπινη κατοίκηση. Είναι αλήθεια ότι τα σύγχρονα ατομικά όπλα χρησιμοποιούν πλουτώνιο, όχι ουράνιο.
Απεμπλουτισμένο ουράνιο
Υπάρχει επίσης μια τέτοια ποικιλία ουρανίου που έχει εξαντληθεί. Έχει πολύ χαμηλό επίπεδο ραδιενέργειας, που σημαίνει ότι δεν είναι επικίνδυνο για τον άνθρωπο. Χρησιμοποιείται ξανά στη στρατιωτική σφαίρα, για παράδειγμα, προστίθεται στην πανοπλία του αμερικανικού τανκ Abrams για να του δώσει επιπλέον δύναμη. Επιπλέον, σε όλους σχεδόν τους στρατούς υψηλής τεχνολογίας μπορείτε να βρείτε διάφορα κοχύλια με απεμπλουτισμένο ουράνιο. Εκτός από την υψηλή μάζα τους, έχουν μια άλλη πολύ ενδιαφέρουσα ιδιότητα - μετά την καταστροφή του βλήματος, τα θραύσματά του και η μεταλλική σκόνη αναφλέγονται αυθόρμητα. Και παρεμπιπτόντως, για πρώτη φορά ένα τέτοιο βλήμα χρησιμοποιήθηκε κατά τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο. Όπως μπορούμε να δούμε, το ουράνιο είναι ένα στοιχείο που έχει χρησιμοποιηθεί σε διάφορους τομείς της ανθρώπινης δραστηριότητας.
Συμπέρασμα
Σύμφωνα με τις προβλέψεις των επιστημόνων, γύρω στο 2030, όλα τα μεγάλα κοιτάσματα ουρανίου θα εξαντληθούν πλήρως, μετά την οποία θα αρχίσει η ανάπτυξη των δυσπρόσιτων στρωμάτων του και η τιμή θα αυξηθεί. Παρεμπιπτόντως, το ίδιο το μετάλλευμα ουρανίου είναι απολύτως ακίνδυνο για τους ανθρώπους - ορισμένοι ανθρακωρύχοι εργάζονται για την εξόρυξή του εδώ και γενιές. Τώρα έχουμε καταλάβει την ιστορία της ανακάλυψης αυτού του χημικού στοιχείου και πώς χρησιμοποιείται η αντίδραση σχάσης των πυρήνων του.
Παρεμπιπτόντως, είναι γνωστό ένα ενδιαφέρον γεγονός - οι ενώσεις ουρανίου χρησιμοποιούνται από καιρό ως χρώματα για πορσελάνη καιγυαλί (το λεγόμενο γυαλί ουρανίου) μέχρι τη δεκαετία του 1950.
