Հոդվածը պատմում է այն մասին, թե երբ է հայտնաբերվել այնպիսի քիմիական տարր, ինչպիսին է ուրանը, և որ արդյունաբերություններում է օգտագործվում այս նյութը մեր ժամանակներում։
Ուրանը քիմիական տարր է էներգետիկայի և ռազմական արդյունաբերության մեջ
Բոլոր ժամանակներում մարդիկ փորձել են գտնել էներգիայի բարձր արդյունավետ աղբյուրներ, իսկ իդեալականը՝ ստեղծել այսպես կոչված հավերժ շարժման մեքենա: Ցավոք սրտի, դրա գոյության անհնարինությունը տեսականորեն ապացուցվել և հիմնավորվել է դեռևս 19-րդ դարում, բայց գիտնականները դեռևս երբեք հույսը չեն կորցրել իրականացնելու երազանքը ինչ-որ սարքի մասին, որն ի վիճակի կլինի արտադրել մեծ քանակությամբ «մաքուր» էներգիա շատ երկար ժամանակ։ երկար ժամանակ։
Մասամբ դա իրականացավ ուրանի նման նյութի հայտնաբերմամբ։ Այս անունով քիմիական տարրը հիմք է հանդիսացել միջուկային ռեակտորների զարգացման համար, որոնք մեր ժամանակներում էներգիա են մատակարարում ամբողջ քաղաքներին, սուզանավերին, բևեռային նավերին և այլն: Ճիշտ է, նրանց էներգիան չի կարելի անվանել «մաքուր», բայց վերջին տարիներին շատ ընկերություններ լայն վաճառքի համար մշակում են տրիտիումի վրա հիմնված կոմպակտ «ատոմային մարտկոցներ». դրանք չունեն շարժական մասեր և անվտանգ են առողջության համար։
Սակայն այս հոդվածում մենք մանրամասն կվերլուծենք քիմիական տարրի հայտնաբերման պատմությունը.կոչվում է ուրան և նրա միջուկների տրոհման ռեակցիան։
Սահմանում
Ուրանը քիմիական տարր է, որի ատոմային թիվը Մենդելեևի պարբերական համակարգում 92 է։ Նրա ատոմային զանգվածը 238,029 է, այն նշանակված է U նշանով, նորմալ պայմաններում այն խիտ, ծանր արծաթափայլ մետաղ է։ Եթե խոսենք նրա ռադիոակտիվության մասին, ապա ուրանը ինքնին թույլ ռադիոակտիվությամբ տարր է։ Այն նաև չի պարունակում լիովին կայուն իզոտոպներ։ Իսկ գոյություն ունեցող իզոտոպներից ամենակայունը ուրան-338-ն է։
Մենք պարզեցինք, թե ինչ է այս տարրը, և այժմ եկեք նայենք դրա հայտնաբերման պատմությանը:
Պատմություն
Այնպիսի նյութը, ինչպիսին բնական ուրանի օքսիդն է, հայտնի է եղել մարդկանց հնագույն ժամանակներից, և հնագույն արհեստավորներն այն օգտագործում էին ջնարակ պատրաստելու համար, որն օգտագործվում էր անոթների և այլ ապրանքների ջրակայունության տարբեր կերամիկայի ծածկման համար, ինչպես նաև դրանց զարդեր.
1789 թվականը կարևոր տարեթիվ էր այս քիմիական տարրի հայտնաբերման պատմության մեջ: Այդ ժամանակ էր, որ քիմիկոս և գերմանական ծագում ունեցող Մարտին Կլապրոտը կարողացավ ստանալ առաջին մետաղական ուրանը։ Եվ նոր տարրն իր անունը ստացել է ութ տարի առաջ հայտնաբերված մոլորակի պատվին:
Գրեթե 50 տարի այն ժամանակ ստացված ուրանը համարվում էր մաքուր մետաղ, սակայն 1840 թվականին ֆրանսիացի քիմիկոս Յուջին-Մելքիոր Պելիգոտը կարողացավ ապացուցել, որ Կլապրոտի ստացած նյութը, չնայած արտաքին համապատասխան նշաններին։, ամենևին էլ մետաղ չէր, այլ ուրանի օքսիդ։ Քիչ անց նույն Պելիգոն ստացավիսկական ուրանը շատ ծանր մոխրագույն մետաղ է: Հենց այդ ժամանակ էր, որ առաջին անգամ որոշվեց այնպիսի նյութի ատոմային զանգվածը, ինչպիսին ուրանն է: Քիմիական տարրը 1874 թվականին Դմիտրի Մենդելեևը տեղադրեց իր հայտնի տարրերի պարբերական աղյուսակում, և Մենդելեևը երկու անգամ կրկնապատկեց նյութի ատոմային զանգվածը։ Եվ միայն 12 տարի անց փորձարարորեն ապացուցվեց, որ մեծ քիմիկոսը չի սխալվել իր հաշվարկներում։
Ռադիոակտիվություն
Բայց գիտական հանրության մեջ այս տարրի նկատմամբ իսկապես լայն հետաքրքրությունը սկսվեց 1896 թվականին, երբ Բեկերելը հայտնաբերեց այն փաստը, որ ուրանը արձակում է ճառագայթներ, որոնք անվանվել են հետազոտողի անունով՝ Բեկերելի ճառագայթներ: Հետագայում այս ոլորտի ամենահայտնի գիտնականներից մեկը՝ Մարի Կյուրին, այս երեւույթն անվանեց ռադիոակտիվություն։
Ուրանի ուսումնասիրության հաջորդ կարևոր ամսաթիվը համարվում է 1899 թվականը. հենց այդ ժամանակ Ռադերֆորդը հայտնաբերեց, որ ուրանի ճառագայթումը անհամասեռ է և բաժանվում է երկու տեսակի՝ ալֆա և բետա ճառագայթներ: Եվ մեկ տարի անց Փոլ Վիլարը (Վիլարդ) հայտնաբերեց այսօր մեզ հայտնի ռադիոակտիվ ճառագայթման երրորդ, վերջին տեսակը՝ այսպես կոչված գամմա ճառագայթները։
Յոթ տարի անց՝ 1906 թվականին, Ռադերֆորդը ռադիոակտիվության իր տեսության հիման վրա կատարեց առաջին փորձերը, որոնց նպատակն էր որոշել տարբեր միներալների տարիքը։ Այս ուսումնասիրությունները, ի թիվս այլ բաների, հիմք դրեցին ռադիոածխածնային վերլուծության տեսության և պրակտիկայի ձևավորմանը:
Ուրանի միջուկների տրոհում
Բայց, թերևս, ամենագլխավոր հայտնագործությունը, որի շնորհիվ էՀամատարած արդյունահանումը և ուրանի հարստացումը ինչպես խաղաղ, այնպես էլ ռազմական նպատակներով ուրանի միջուկների տրոհման գործընթացն է: Դա տեղի է ունեցել 1938 թվականին, հայտնագործությունն իրականացրել են գերմանացի ֆիզիկոսներ Օտտո Հանը և Ֆրից Շտրասմանը։ Հետագայում այս տեսությունը գիտական հաստատում ստացավ ևս մի քանի գերմանացի ֆիզիկոսների աշխատություններում։
Նրանց հայտնաբերած մեխանիզմի էությունը հետևյալն էր. եթե ուրանի 235 իզոտոպի միջուկը ճառագայթում ես նեյտրոնով, ապա, որսալով ազատ նեյտրոն, այն սկսում է բաժանվել։ Եվ, ինչպես հիմա բոլորս գիտենք, այս գործընթացը ուղեկցվում է հսկայական քանակությամբ էներգիայի արտազատմամբ։ Դա տեղի է ունենում հիմնականում բուն ճառագայթման կինետիկ էներգիայի և միջուկի բեկորների շնորհիվ: Այսպիսով, հիմա մենք գիտենք, թե ինչպես է տեղի ունենում ուրանի տրոհումը:
Այս մեխանիզմի հայտնաբերումը և դրա արդյունքները ուրանի օգտագործման մեկնարկային կետն են ինչպես խաղաղ, այնպես էլ ռազմական նպատակներով:
Եթե խոսենք դրա ռազմական նպատակներով օգտագործման մասին, ապա առաջին անգամ տեսությունը, որ հնարավոր է պայմաններ ստեղծել այնպիսի գործընթացի համար, ինչպիսին է ուրանի միջուկի շարունակական տրոհման ռեակցիան (քանի որ պայթելու համար հսկայական էներգիա է անհրաժեշտ. միջուկային ռումբ) ապացուցել են խորհրդային ֆիզիկոսներ Զելդովիչը և Խարիտոնը։ Բայց նման ռեակցիա ստեղծելու համար ուրան պետք է հարստացնել, քանի որ նորմալ վիճակում այն չունի անհրաժեշտ հատկություններ։
Ծանոթացանք այս տարրի պատմությանը, հիմա կպարզենք, թե որտեղ է այն օգտագործվում։
Ուրանի իզոտոպների օգտագործում և տեսակներ
Այնպիսի գործընթացի հայտնաբերումից հետո, ինչպիսին է ուրանի շղթայական տրոհման ռեակցիան, ֆիզիկոսների առաջ հարց է ծագել, թե որտեղ օգտագործել այն:
Ներկայումս կան երկու հիմնական ոլորտներ, որտեղ օգտագործվում են ուրանի իզոտոպները: Սա խաղաղ (կամ էներգետիկ) արդյունաբերություն է և ռազմական: Ե՛վ առաջինը, և՛ երկրորդը օգտագործում են ուրան-235 իզոտոպի միջուկային տրոհման ռեակցիան, միայն ելքային հզորությունը տարբերվում է։ Պարզ ասած, միջուկային ռեակտորում կարիք չկա ստեղծել և պահպանել այս գործընթացը նույն հզորությամբ, որն անհրաժեշտ է միջուկային ռումբի պայթյունն իրականացնելու համար։
Այսպիսով, թվարկվել են հիմնական արդյունաբերությունները, որոնցում օգտագործվում է ուրանի տրոհման ռեակցիան։
Բայց ուրանի-235 իզոտոպ ստանալը չափազանց բարդ և ծախսատար տեխնոլոգիական խնդիր է, և ոչ բոլոր պետությունները կարող են իրեն թույլ տալ հարստացման գործարաններ կառուցել: Օրինակ՝ քսան տոննա ուրանի վառելիք ստանալու համար, որում ուրանի 235 իզոտոպի պարունակությունը կկազմի 3-5%-ից, անհրաժեշտ կլինի հարստացնել ավելի քան 153 տոննա բնական, «հում» ուրան։։
Ուրանի-238 իզոտոպը հիմնականում օգտագործվում է միջուկային զենքի նախագծման մեջ՝ դրանց հզորությունը բարձրացնելու համար: Բացի այդ, երբ այն գրավում է նեյտրոնը, որին հաջորդում է բետա քայքայման գործընթացը, այս իզոտոպն ի վերջո կարող է վերածվել պլուտոնիում-239-ի՝ սովորական վառելիք ժամանակակից միջուկային ռեակտորների մեծ մասի համար:
Չնայած նման ռեակտորների բոլոր թերություններին (բարձր արժեքը, սպասարկման բարդությունը, վթարի վտանգը), դրանց շահագործումը շատ արագ արդյունք է տալիս, և նրանք արտադրում են անհամեմատ ավելի շատ էներգիա, քան դասական ջերմային կամ հիդրոէլեկտրակայանները:
Նաև ուրանի միջուկի տրոհման ռեակցիան հնարավորություն տվեց ստեղծել զանգվածային ոչնչացման միջուկային զենք։ Այն առանձնանում է իր հսկայական ուժով, հարաբերականկոմպակտությունը և այն փաստը, որ այն ի վիճակի է մեծ տարածքներ դարձնել մարդկանց բնակության համար ոչ պիտանի: Ճիշտ է, ժամանակակից ատոմային զենքերն օգտագործում են պլուտոնիում, ոչ թե ուրան։
Ապահովված ուրան
Կա նաև ուրանի այնպիսի տարատեսակ, ինչպիսին սպառված է: Այն ունի ռադիոակտիվության շատ ցածր մակարդակ, ինչը նշանակում է, որ այն վտանգավոր չէ մարդկանց համար։ Այն կրկին կիրառվում է ռազմական ոլորտում, օրինակ՝ ավելացվում է ամերիկյան Abrams տանկի զրահին՝ լրացուցիչ ուժ տալու համար։ Բացի այդ, գրեթե բոլոր բարձր տեխնոլոգիական բանակներում կարելի է հանդիպել սպառված ուրանով տարբեր արկեր։ Բացի իրենց բարձր զանգվածից, նրանք ունեն ևս մեկ շատ հետաքրքիր հատկություն՝ արկի ոչնչացումից հետո նրա բեկորներն ու մետաղի փոշին ինքնաբուխ բռնկվում են։ Եվ, ի դեպ, առաջին անգամ նման արկ կիրառվել է Երկրորդ համաշխարհային պատերազմի ժամանակ։ Ինչպես տեսնում ենք, ուրանն այն տարր է, որն օգտագործվել է մարդկային գործունեության տարբեր ոլորտներում:
Եզրակացություն
Գիտնականների կանխատեսումների համաձայն՝ մոտ 2030 թվականին ուրանի բոլոր խոշոր հանքավայրերն ամբողջությամբ կսպառվեն, որից հետո կսկսվի նրա դժվարամատչելի շերտերի զարգացումը, իսկ գինը կբարձրանա։ Ի դեպ, ուրանի հանքաքարն ինքնին բացարձակապես անվնաս է մարդկանց համար. որոշ հանքափորներ սերունդներ շարունակ աշխատել են դրա արդյունահանման վրա: Այժմ մենք պարզել ենք այս քիմիական տարրի հայտնաբերման պատմությունը և ինչպես է օգտագործվում նրա միջուկների տրոհման ռեակցիան։
Ի դեպ, հայտնի է մի հետաքրքիր փաստ՝ ուրանի միացությունները վաղուց օգտագործվել են որպես ճենապակի և ներկանյութեր.ապակի (այսպես կոչված ուրանի ապակի) մինչև 1950-ական թթ.
