Artykuł opowiada o tym, kiedy odkryto taki pierwiastek chemiczny jak uran iw jakich branżach ta substancja jest używana w naszych czasach.
Uran jest pierwiastkiem chemicznym w przemyśle energetycznym i wojskowym
Przez cały czas ludzie próbowali znaleźć wysoce wydajne źródła energii, a najlepiej - stworzyć tak zwaną perpetuum mobile. Niestety niemożność jego istnienia została teoretycznie udowodniona i uzasadniona już w XIX wieku, ale naukowcy wciąż nigdy nie tracili nadziei na realizację marzenia o jakimś urządzeniu, które byłoby w stanie wytworzyć dużą ilość „czystej” energii przez bardzo długi czas.
Częściowo zostało to zrealizowane wraz z odkryciem takiej substancji jak uran. Pierwiastek chemiczny o tej nazwie stał się podstawą rozwoju reaktorów jądrowych, które w naszych czasach dostarczają energię całym miastom, okrętom podwodnym, statkom polarnym i tak dalej. To prawda, że ich energii nie można nazwać „czystą”, ale w ostatnich latach wiele firm rozwijało na szeroką skalę kompaktowe „akumulatory atomowe” na bazie trytu – nie mają one ruchomych części i są bezpieczne dla zdrowia.
Jednak w tym artykule szczegółowo przeanalizujemy historię odkrycia pierwiastka chemicznegozwany uranem i reakcja rozszczepienia jej jąder.
Definicja
Uran to pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 92 w układzie okresowym Mendelejewa. Jego masa atomowa wynosi 238 029. Jest oznaczony symbolem U. W normalnych warunkach jest to gęsty, ciężki srebrzysty metal. Jeśli mówimy o jego radioaktywności, to sam uran jest pierwiastkiem o słabej radioaktywności. Nie zawiera też całkowicie stabilnych izotopów. A najbardziej stabilnym z istniejących izotopów jest uran-338.
Odkryliśmy, czym jest ten pierwiastek, a teraz przyjrzyjmy się historii jego odkrycia.
Historia
Taka substancja jak naturalny tlenek uranu była znana ludziom od czasów starożytnych, a starożytni rzemieślnicy używali jej do wytwarzania glazury, którą stosowano do pokrywania różnych materiałów ceramicznych w celu zapewnienia wodoodporności naczyń i innych produktów, a także ich dekoracje.
Rok 1789 był ważną datą w historii odkrycia tego pierwiastka chemicznego. Właśnie wtedy chemik i urodzony w Niemczech Martin Klaproth był w stanie pozyskać pierwszy metaliczny uran. A nowy pierwiastek otrzymał swoją nazwę na cześć planety odkrytej osiem lat wcześniej.
Pozyskiwany wówczas uran był przez prawie 50 lat uważany za czysty metal, jednak w 1840 r. chemik z Francji Eugene-Melchior Peligot zdołał udowodnić, że materiał otrzymany przez Klaprotha, pomimo odpowiednich oznak zewnętrznych, wcale nie był metalem, ale tlenkiem uranu. Nieco później to samo Peligo otrzymałoprawdziwy uran to bardzo ciężki szary metal. Wtedy po raz pierwszy określono masę atomową takiej substancji jak uran. Pierwiastek chemiczny w 1874 roku został umieszczony przez Dymitra Mendelejewa w jego słynnym układzie okresowym pierwiastków, a Mendelejew dwukrotnie podwoił masę atomową substancji. A dopiero 12 lat później eksperymentalnie udowodniono, że wielki chemik nie mylił się w swoich obliczeniach.
Radioaktywność
Ale naprawdę powszechne zainteresowanie tym pierwiastkiem w środowisku naukowym zaczęło się w 1896 roku, kiedy Becquerel odkrył fakt, że uran emituje promienie, które nazwano na cześć badacza - promienie Becquerela. Później jedna z najsłynniejszych naukowców w tej dziedzinie, Marie Curie, nazwała to zjawisko radioaktywnością.
Następną ważną datą w badaniach uranu jest rok 1899: to wtedy Rutherford odkrył, że promieniowanie uranu jest niejednorodne i dzieli się na dwa typy - promienie alfa i beta. A rok później Paul Villar (Villard) odkrył trzeci, ostatni znany nam dzisiaj typ promieniowania radioaktywnego – tak zwane promienie gamma.
Siedem lat później, w 1906 roku, Rutherford, na podstawie swojej teorii radioaktywności, przeprowadził pierwsze eksperymenty, których celem było określenie wieku różnych minerałów. Badania te położyły między innymi podwaliny pod powstanie teorii i praktyki analizy radiowęglowej.
Rozszczepienie jąder uranu
Ale być może najważniejsze odkrycie, dzięki któremupowszechnym wydobyciem i wzbogacaniem uranu zarówno do celów pokojowych, jak i wojskowych jest proces rozszczepiania jąder uranu. Stało się to w 1938 roku, odkrycia dokonali niemieccy fizycy Otto Hahn i Fritz Strassmann. Później teoria ta uzyskała naukowe potwierdzenie w pracach kilku kolejnych fizyków niemieckich.
Istota mechanizmu, który odkryli, była następująca: jeśli napromieniujesz jądro izotopu uranu-235 neutronem, to wychwytując wolny neutron, zaczyna się on dzielić. A jak wszyscy wiemy, temu procesowi towarzyszy uwolnienie ogromnej ilości energii. Dzieje się tak głównie za sprawą energii kinetycznej samego promieniowania oraz fragmentów jądra. Więc teraz wiemy, jak zachodzi rozszczepienie uranu.
Odkrycie tego mechanizmu i jego wyników jest punktem wyjścia do wykorzystania uranu zarówno do celów pokojowych, jak i wojskowych.
Jeśli mówimy o jego wykorzystaniu do celów wojskowych, to po raz pierwszy pojawia się teoria, że możliwe jest stworzenie warunków dla takiego procesu, jak ciągła reakcja rozszczepienia jądra uranu (ponieważ do detonacji potrzebna jest ogromna energia bomba atomowa) udowodnili radzieccy fizycy Zeldovich i Khariton. Ale aby wywołać taką reakcję, uran musi zostać wzbogacony, ponieważ w swoim normalnym stanie nie ma niezbędnych właściwości.
Zapoznaliśmy się z historią tego pierwiastka, teraz dowiemy się, gdzie jest używany.
Zastosowania i typy izotopów uranu
Po odkryciu takiego procesu, jak reakcja rozszczepienia łańcucha uranu, fizycy stanęli przed pytaniem, gdzie go użyć?
Obecnie istnieją dwa główne obszary, w których stosuje się izotopy uranu. To przemysł pokojowy (lub energetyczny) i militarny. Zarówno pierwsza, jak i druga wykorzystują reakcję rozszczepienia jądrowego izotopu uranu-235, różni się tylko moc wyjściowa. Mówiąc najprościej, w reaktorze jądrowym nie ma potrzeby tworzenia i utrzymywania tego procesu z taką samą mocą, jaka jest niezbędna do przeprowadzenia eksplozji bomby jądrowej.
Wymieniono więc główne gałęzie przemysłu, w których wykorzystywana jest reakcja rozszczepienia uranu.
Ale otrzymywanie izotopu uranu-235 jest niezwykle złożonym i kosztownym zadaniem technologicznym i nie każde państwo może sobie pozwolić na budowę zakładów wzbogacania. Na przykład, aby uzyskać 20 ton paliwa uranowego, w którym zawartość izotopu uranu 235 będzie wynosić od 3-5%, konieczne będzie wzbogacenie ponad 153 ton naturalnego, „surowego” uranu.
Izotop uranu-238 jest używany głównie w projektowaniu broni jądrowej w celu zwiększenia jej mocy. Ponadto, gdy wychwytuje neutron, po którym następuje rozpad beta, izotop ten może ostatecznie przekształcić się w pluton-239 – powszechne paliwo w większości nowoczesnych reaktorów jądrowych.
Pomimo wszystkich mankamentów takich reaktorów (wysoki koszt, złożoność obsługi, niebezpieczeństwo wypadku) ich eksploatacja bardzo szybko się zwraca i wytwarzają nieporównywalnie więcej energii niż klasyczne elektrownie cieplne czy wodne.
Również reakcja rozszczepienia jądra uranu umożliwiła stworzenie broni jądrowej masowego rażenia. Wyróżnia się ogromną siłą, względnązwartość i fakt, że jest w stanie sprawić, by duże obszary ziemi nie nadawały się do zamieszkania przez ludzi. To prawda, że współczesna broń atomowa wykorzystuje pluton, a nie uran.
Zubożony uran
Istnieje również taka różnorodność uranu jak zubożony. Ma bardzo niski poziom radioaktywności, co oznacza, że nie jest niebezpieczny dla ludzi. Jest ponownie używany w sferze wojskowej, na przykład jest dodawany do pancerza amerykańskiego czołgu Abrams, aby dodać mu dodatkowej siły. Ponadto w prawie wszystkich armiach zaawansowanych technologicznie można znaleźć różne pociski ze zubożonym uranem. Oprócz dużej masy posiadają jeszcze jedną bardzo ciekawą właściwość – po zniszczeniu pocisku jego fragmenty i pył metalowy samoczynnie się zapalają. A tak przy okazji, po raz pierwszy taki pocisk został użyty podczas II wojny światowej. Jak widać, uran jest pierwiastkiem, który znalazł zastosowanie w różnych dziedzinach działalności człowieka.
Wniosek
Według prognoz naukowców około 2030 roku wszystkie duże złoża uranu zostaną całkowicie wyczerpane, po czym rozpocznie się zagospodarowanie jego trudno dostępnych warstw, a cena wzrośnie. Nawiasem mówiąc, sama ruda uranu jest dla ludzi absolutnie nieszkodliwa – niektórzy górnicy pracują nad jej wydobyciem od pokoleń. Teraz poznaliśmy historię odkrycia tego pierwiastka chemicznego i sposób wykorzystania reakcji rozszczepienia jej jąder.
Nawiasem mówiąc, znany jest interesujący fakt - związki uranu są od dawna używane jako farby do porcelany iszkło (tzw. szkło uranowe) do lat 50.
