Článek vypráví o tom, kdy byl objeven takový chemický prvek, jako je uran, a ve kterých průmyslových odvětvích se tato látka v naší době používá.
Uran je chemický prvek v energetickém a vojenském průmyslu
Vždy se lidé snažili najít vysoce účinné zdroje energie a v ideálním případě vytvořit takzvaný perpetum mobile. Nemožnost jeho existence byla bohužel teoreticky prokázána a podložena již v 19. století, ale vědci stále neztráceli naději na uskutečnění snu o nějakém zařízení, které by bylo schopno produkovat velké množství „čisté“energie za velmi dlouhou dobu. dlouho.
Částečně to bylo realizováno objevem takové látky, jako je uran. Chemický prvek s tímto názvem vytvořil základ pro vývoj jaderných reaktorů, které v naší době poskytují energii celým městům, ponorkám, polárním lodím a tak dále. Pravda, jejich energii nelze nazvat „čistou“, ale v posledních letech mnoho společností vyvíjí kompaktní „atomové baterie“na bázi tritia pro široký prodej – nemají žádné pohyblivé části a jsou bezpečné pro zdraví.
V tomto článku však podrobně rozebereme historii objevu chemického prvkuzvaný uran a reakce štěpení jeho jader.
Definice
Uran je chemický prvek, který má v Mendělejevově periodické tabulce atomové číslo 92. Jeho atomová hmotnost je 238 029. Je označen symbolem U. Za normálních podmínek je to hustý, těžký stříbřitý kov. Pokud mluvíme o jeho radioaktivitě, pak uran sám o sobě je prvkem se slabou radioaktivitou. Neobsahuje ani zcela stabilní izotopy. A nejstabilnějším ze stávajících izotopů je uran-338.
Přišli jsme na to, co tento prvek je, a nyní se podíváme na historii jeho objevu.
Historie
Látku jako přírodní oxid uranu znali lidé od pradávna a starověcí řemeslníci z ní vyráběli glazuru, kterou se pokrývala různá keramika kvůli voděodolnosti nádob a jiných výrobků, ale i jejich dekorace.
Rok 1789 byl důležitým datem v historii objevu tohoto chemického prvku. Tehdy se chemikovi a německému původu Martinu Klaprothovi podařilo získat první kovový uran. A nový prvek dostal své jméno na počest planety objevené před osmi lety.
Téměř 50 let byl tehdy získaný uran považován za čistý kov, nicméně v roce 1840 dokázal chemik z Francie Eugene-Melchior Peligot, že materiál získaný Klaprothem i přes vhodné vnější znaky, nebyl vůbec kov, ale oxid uranu. O něco později dostal stejný Peligoskutečný uran je velmi těžký šedý kov. Tehdy byla poprvé stanovena atomová hmotnost takové látky, jako je uran. Chemický prvek v roce 1874 umístil Dmitri Mendělejev do své slavné periodické tabulky prvků a Mendělejev dvakrát zdvojnásobil atomovou hmotnost látky. A jen o 12 let později bylo experimentálně prokázáno, že se velký chemik ve svých výpočtech nemýlil.
Radioaktivita
Opravdu rozšířený zájem o tento prvek ve vědecké komunitě však začal v roce 1896, kdy Becquerel objevil skutečnost, že uran vyzařuje paprsky, které byly pojmenovány po výzkumníkovi – Becquerelovy paprsky. Později jedna z nejznámějších vědkyň v této oblasti, Marie Curie, nazvala tento jev radioaktivita.
Za další důležité datum ve studiu uranu je považován rok 1899: tehdy Rutherford zjistil, že záření uranu je nehomogenní a dělí se na dva typy – paprsky alfa a beta. A o rok později Paul Villar (Villard) objevil třetí, poslední typ radioaktivního záření, které dnes známe – takzvané gama paprsky.
O sedm let později, v roce 1906, provedl Rutherford na základě své teorie radioaktivity první experimenty, jejichž účelem bylo určit stáří různých minerálů. Tyto studie položily základy, mimo jiné, pro vytvoření teorie a praxe radiokarbonové analýzy.
Štěpení jader uranu
Ale možná nejdůležitější objev, díky kterémurozsáhlá těžba a obohacování uranu pro mírové i vojenské účely je procesem štěpení jader uranu. Stalo se tak v roce 1938, objev provedli němečtí fyzici Otto Hahn a Fritz Strassmann. Později tato teorie získala vědecké potvrzení v dílech několika dalších německých fyziků.
Podstata mechanismu, který objevili, byla následující: pokud ozáříte jádro izotopu uranu-235 neutronem, pak se po zachycování volného neutronu začne dělit. A jak už všichni víme, tento proces je doprovázen uvolněním obrovského množství energie. Děje se tak především díky kinetické energii samotného záření a fragmentů jádra. Takže teď víme, jak probíhá štěpení uranu.
Objev tohoto mechanismu a jeho výsledky jsou výchozím bodem pro využití uranu pro mírové i vojenské účely.
Pokud mluvíme o jeho využití pro vojenské účely, tak poprvé teorie, že je možné vytvořit podmínky pro takový proces, jako je kontinuální štěpná reakce jádra uranu (protože k detonaci je potřeba obrovská energie jaderná bomba) byla prokázána sovětskými fyziky Zeldovičem a Kharitonem. Aby však taková reakce vznikla, musí být uran obohacen, protože v normálním stavu nemá potřebné vlastnosti.
Seznámili jsme se s historií tohoto prvku, nyní zjistíme, kde se používá.
Použití a typy izotopů uranu
Po objevení takového procesu, jakým je řetězová štěpná reakce uranu, byli fyzici postaveni před otázku, kde ji použít?
V současné době existují dvě hlavní oblasti, kde se používají izotopy uranu. Jedná se o mírový (nebo energetický) průmysl a armádu. První i druhý využívají jadernou štěpnou reakci izotopu uranu-235, liší se pouze výstupní výkon. Jednoduše řečeno, v jaderném reaktoru není potřeba vytvářet a udržovat tento proces se stejnou silou, která je nezbytná k provedení výbuchu jaderné bomby.
Byla tedy uvedena hlavní průmyslová odvětví, ve kterých se využívá reakce štěpení uranu.
Získání izotopu uranu-235 je ale extrémně složitý a nákladný technologický úkol a ne každý stát si může dovolit postavit zařízení na obohacování uranu. Například pro získání dvaceti tun uranového paliva, ve kterém bude obsah izotopu uranu 235 3-5 %, bude nutné obohatit více než 153 tun přírodního, "surového" uranu.
Izotop uranu-238 se používá hlavně při konstrukci jaderných zbraní ke zvýšení jejich výkonu. Také, když zachytí neutron, po kterém následuje proces beta rozpadu, může se tento izotop nakonec změnit na plutonium-239 - běžné palivo pro většinu moderních jaderných reaktorů.
Přes všechny nedostatky takových reaktorů (vysoká cena, složitost údržby, nebezpečí havárie) se jejich provoz velmi rychle vyplatí a produkují nesrovnatelně více energie než klasické tepelné nebo vodní elektrárny.
Reakce štěpení jádra uranu rovněž umožnila vytvoření jaderných zbraní hromadného ničení. Vyznačuje se obrovskou silou, relativníkompaktnost a skutečnost, že je schopen učinit velké plochy půdy nevhodnými pro lidské bydlení. Pravda, moderní atomové zbraně používají plutonium, ne uran.
Ochuzený uran
Existuje také taková rozmanitost uranu jako ochuzený. Má velmi nízkou úroveň radioaktivity, což znamená, že není pro člověka nebezpečný. Používá se opět ve vojenské sféře, přidává se například do pancíře amerického tanku Abrams, aby mu dodal další sílu. Navíc téměř ve všech high-tech armádách najdete různé granáty s ochuzeným uranem. Kromě vysoké hmotnosti mají ještě jednu velmi zajímavou vlastnost – po zničení střely se samovolně vznítí její úlomky a kovový prach. A mimochodem, poprvé byl takový projektil použit za druhé světové války. Jak vidíme, uran je prvek, který se používá v různých oblastech lidské činnosti.
Závěr
Podle předpovědí vědců budou kolem roku 2030 všechna velká ložiska uranu zcela vyčerpána, poté začne vývoj jeho těžko dostupných vrstev a cena poroste. Mimochodem, uranová ruda je sama o sobě pro lidi absolutně neškodná – na její těžbě se někteří horníci zabývají už celé generace. Nyní jsme přišli na historii objevu tohoto chemického prvku a jak se využívá štěpná reakce jeho jader.
Mimochodem, je známá zajímavá skutečnost – sloučeniny uranu se odedávna používaly jako barvy na porcelán asklo (tzv. uranové sklo) až do 50. let.
