Artiklen fortæller om, hvornår et sådant kemisk grundstof som uran blev opdaget, og i hvilke industrier dette stof bruges i vor tid.
Uran er et kemisk grundstof i energi- og militærindustrien
Til alle tider har folk forsøgt at finde meget effektive energikilder og ideelt set - at skabe en såkaldt evighedsmaskine. Desværre blev umuligheden af dens eksistens teoretisk bevist og underbygget tilbage i det 19. århundrede, men videnskabsmænd mistede stadig aldrig håbet om at realisere drømmen om en slags anordning, der ville være i stand til at producere en stor mængde "ren" energi til en meget lang tid.
Dette blev delvist realiseret med opdagelsen af et sådant stof som uran. Et kemisk grundstof med dette navn dannede grundlaget for udviklingen af atomreaktorer, som i vores tid leverer energi til hele byer, ubåde, polarskibe og så videre. Ganske vist kan deres energi ikke kaldes "ren", men i de senere år har mange virksomheder udviklet kompakte tritium-baserede "atombatterier" til bredt salg - de har ingen bevægelige dele og er sikre for helbredet.
I denne artikel vil vi imidlertid analysere i detaljer historien om opdagelsen af et kemisk grundstofkaldet uran og reaktionen ved fission af dets kerner.
Definition
Uran er et kemisk grundstof, der har atomnummer 92 i Mendeleevs periodiske system. Dens atommasse er 238,029. Det er betegnet med symbolet U. Under normale forhold er det et tæt, tungt sølvagtigt metal. Hvis vi taler om dets radioaktivitet, så er uran i sig selv et grundstof med svag radioaktivitet. Den indeholder heller ikke helt stabile isotoper. Og den mest stabile af de eksisterende isotoper er uranium-338.
Vi fandt ud af, hvad dette element er, og lad os nu se på historien om dets opdagelse.
Historie
Sådan et stof som naturligt uranoxid har været kendt af folk siden oldtiden, og gamle håndværkere brugte det til at lave glasur, som blev brugt til at dække forskellige keramik til vandtæthed af kar og andre produkter, såvel som deres dekorationer.
Året 1789 var en vigtig dato i historien for opdagelsen af dette kemiske grundstof. Det var dengang, at kemikeren og tyskfødte Martin Klaproth var i stand til at skaffe det første metalliske uran. Og det nye grundstof fik sit navn til ære for planeten, der blev opdaget otte år tidligere.
I næsten 50 år blev det uran, der blev opnået dengang, betragtet som et rent metal, men i 1840 var en kemiker fra Frankrig, Eugene-Melchior Peligot, i stand til at bevise, at materialet opnået af Klaproth, på trods af passende ydre tegn, var slet ikke et metal, men uranoxid. Lidt senere modtog samme Peligoægte uran er et meget tungt gråt metal. Det var dengang, at atomvægten af et sådant stof som uran først blev bestemt. Det kemiske grundstof i 1874 blev placeret af Dmitri Mendeleev i hans berømte periodiske system af grundstoffer, og Mendeleev fordoblede stoffets atomvægt to gange. Og kun 12 år senere blev det eksperimentelt bevist, at den store kemiker ikke tog fejl i sine beregninger.
Radioaktivitet
Men den virkelig udbredte interesse for dette element i det videnskabelige samfund begyndte i 1896, da Becquerel opdagede det faktum, at uran udsender stråler, der var opkaldt efter forskeren - Becquerel-stråler. Senere kaldte en af de mest berømte videnskabsmænd på dette område, Marie Curie, dette fænomen for radioaktivitet.
Den næste vigtige dato i studiet af uran anses for at være 1899: det var dengang, Rutherford opdagede, at strålingen af uran er inhomogen og er opdelt i to typer - alfa- og beta-stråler. Og et år senere opdagede Paul Villar (Villard) den tredje, den sidste type radioaktiv stråling, vi kender i dag - de såkaldte gammastråler.
Syv år senere, i 1906, gennemførte Rutherford, på grundlag af sin teori om radioaktivitet, de første eksperimenter, hvis formål var at bestemme alderen på forskellige mineraler. Disse undersøgelser lagde blandt andet grundlaget for dannelsen af teori og praksis for radiocarbonanalyse.
Fission af urankerner
Men måske den vigtigste opdagelse, takket være hvilkenudbredt minedrift og berigelse af uran til både fredelige og militære formål er processen med sp altning af urankerner. Det skete i 1938, opdagelsen blev udført af de tyske fysikere Otto Hahn og Fritz Strassmann. Senere fik denne teori videnskabelig bekræftelse i flere tyske fysikeres værker.
Essensen af den mekanisme, de opdagede, var som følger: Hvis du bestråler kernen af uran-235-isotopen med en neutron, så begynder den at opdele en fri neutron. Og som vi alle ved nu, er denne proces ledsaget af frigivelsen af en enorm mængde energi. Dette sker hovedsageligt på grund af den kinetiske energi af selve strålingen og fragmenterne af kernen. Så nu ved vi, hvordan uranfission sker.
Opdagelsen af denne mekanisme og dens resultater er udgangspunktet for brugen af uran til både fredelige og militære formål.
Hvis vi taler om dets brug til militære formål, så er det for første gang teorien om, at det er muligt at skabe betingelser for en sådan proces som en kontinuerlig fissionsreaktion af urankernen (da der er brug for enorm energi for at detonere en atombombe) blev bevist af de sovjetiske fysikere Zeldovich og Khariton. Men for at skabe en sådan reaktion skal uran beriges, da det i sin normale tilstand ikke har de nødvendige egenskaber.
Vi stiftede bekendtskab med historien om dette element, nu vil vi finde ud af, hvor det bruges.
Uranisotopbrug og typer
Efter opdagelsen af en sådan proces som urankædefissionsreaktionen, stod fysikere over for spørgsmålet om, hvor de skulle bruge det?
I øjeblikket er der to hovedområder, hvor uranisotoper bruges. Dette er en fredelig (eller energi) industri og militær. Både den første og den anden bruger uran-235-isotopens nukleare fissionsreaktion, kun udgangseffekten er forskellig. Kort sagt, i en atomreaktor er der ingen grund til at skabe og vedligeholde denne proces med den samme kraft, som er nødvendig for at udføre eksplosionen af en atombombe.
Så, de vigtigste industrier, hvor uranfissionsreaktionen anvendes, blev opført.
Men at få uran-235-isotopen er en ekstremt kompleks og kostbar teknologisk opgave, og ikke alle stater har råd til at bygge berigelsesanlæg. For at opnå f.eks. tyve tons uranbrændstof, hvor indholdet af uran 235 isotopen vil være fra 3-5 %, vil det være nødvendigt at berige mere end 153 tons naturligt, "rå" uran.
Uran-238-isotopen bruges hovedsageligt i design af atomvåben for at øge deres kraft. Når den fanger en neutron, efterfulgt af en beta-henfaldsproces, kan denne isotop i sidste ende blive til plutonium-239 - et almindeligt brændstof for de fleste moderne atomreaktorer.
På trods af alle manglerne ved sådanne reaktorer (høje omkostninger, kompleks vedligeholdelse, fare for en ulykke), betaler deres drift sig meget hurtigt, og de producerer uforlignelig mere energi end klassiske termiske eller vandkraftværker.
Også gjorde reaktionen ved sp altning af uranium-kernen det muligt at skabe atomare masseødelæggelsesvåben. Det er kendetegnet ved sin enorme styrke, relativkompakthed og det faktum, at det er i stand til at gøre store arealer uegnede til menneskelig beboelse. Sandt nok bruger moderne atomvåben plutonium, ikke uran.
Depleteret uran
Der er også så mange forskellige typer uran som forarmet. Det har et meget lavt niveau af radioaktivitet, hvilket betyder, at det ikke er farligt for mennesker. Det bruges igen i den militære sfære, for eksempel føjes det til rustningen på den amerikanske Abrams-tank for at give den yderligere styrke. Derudover kan du i næsten alle højteknologiske hære finde forskellige granater med forarmet uran. Ud over deres høje masse har de en anden meget interessant egenskab - efter ødelæggelsen af projektilet antændes dets fragmenter og metalstøv spontant. Og i øvrigt blev et sådant projektil for første gang brugt under Anden Verdenskrig. Som vi kan se, er uran et grundstof, der er blevet brugt i forskellige områder af menneskelig aktivitet.
Konklusion
Ifølge forskernes prognoser omkring 2030 vil alle store uranforekomster være fuldstændig opbrugte, hvorefter udviklingen af dets svært tilgængelige lag vil begynde, og prisen vil stige. Forresten er uranmalm i sig selv absolut uskadelig for mennesker - nogle minearbejdere har arbejdet på udvindingen af den i generationer. Nu har vi fundet ud af historien om opdagelsen af dette kemiske grundstof, og hvordan fissionsreaktionen af dets kerner bruges.
Forresten, et interessant faktum er kendt - uranforbindelser har længe været brugt som maling til porcelæn ogglas (såkaldt uraniumglas) indtil 1950'erne.
