Uranüs: gerçekler ve gerçekler. Atom silahları Böyle bir program nasıl çalışır?

uranyum 235 75, uranyum 235/75r15
Uran-235(İngilizce uranyum-235), tarihi adı aktinouranyum(lat. Aktin Uranyum, sembolle gösterilir ACU) - radyoaktif nüklid kimyasal element atom numarası 92 ve kütle numarası 235 olan uranyum. Uranyum-235'in doğadaki izotop bolluğu %0,7200(51)'dir. Aktinyum serisi adı verilen radyoaktif 4n+3 ailesinin kurucusudur. 1935 yılında Arthur Jeffrey Dempster tarafından keşfedilmiştir.

Uranyumun en yaygın izotopu olan 238U'nun aksine, 235U'da kendi kendine devam eden bir nükleer zincir reaksiyonu mümkündür. Bu nedenle bu izotop, nükleer reaktörlerin yanı sıra nükleer silahlarda da yakıt olarak kullanılıyor.

Bu nüklidin bir gramının aktivitesi yaklaşık 80 kBq'dir.

1 Oluşumu ve çöküşü
2 Zorunlu bölme
- 2.1 Nükleer zincir reaksiyonu
3 İzomer
4 Uygulama
5 Ayrıca bakınız
6 Not

Oluşumu ve çürüme

Uranyum-235 aşağıdaki bozunmaların bir sonucu olarak oluşur:

235Pa nüklidinin β− bozunması (yarı ömür 24,44(11) dakikadır):

235Np nüklidi tarafından gerçekleştirilen K-yakalama (yarı ömür 396,1(12) gündür):

239Pu nüklidinin α bozunması (yarılanma ömrü 2,411(3)·104 yıldır):

Uranyum-235'in bozunması aşağıdaki yönlerde gerçekleşir:

231Th'deki α bozunması (olasılık %100, bozunma enerjisi 4.678,3(7) keV):

Kendiliğinden bölünme (olasılık %7(2)·10−9);
20Ne, 25Ne ve 28Mg nüklitlerin oluşumuyla küme bozunması (olasılıklar sırasıyla %8(4)·10−10, %8·10−10, %8·10−10'dur):

Zorla bölünme

Ana makale: Nükleer fisyonÇeşitli fisyon nötron enerjileri için Uranyum-235 fisyon ürünü verim eğrisi.

1930'ların başında. Enrico Fermi, uranyum ötesi elementleri elde etmek için uranyumu nötronlarla ışınladı. Ancak 1939'da O. Hahn ve F. Strassmann, bir nötronun uranyum çekirdeği tarafından emildiğinde zorunlu bir fisyon reaksiyonunun meydana geldiğini göstermeyi başardılar. Kural olarak çekirdek iki parçaya bölünür ve 2-3 nötron salınır (şemaya bakınız).

Uranyum-235'in fisyon ürünlerinde Z=30'dan (çinko) Z=64'e (gadolinyum) kadar çeşitli elementlerin yaklaşık 300 izotopu keşfedildi. Uranyum-235'in yavaş nötronlarla ışınlanması sırasında oluşan izotopların bağıl veriminin kütle numarasındaki eğrisi simetriktir ve şekil olarak "M" harfine benzemektedir. Bu eğrinin belirgin iki maksimumu, 95 ve 134 kütle numaralarına karşılık gelir ve minimum, 110 ila 125 arasındaki kütle numaraları aralığında meydana gelir. Böylece, uranyumun eşit kütleli parçalara (kütle numaraları 115-119 olan) bölünmesi meydana gelir. Asimetrik fisyondan daha az olasılığa sahip olan bu eğilim, tüm bölünebilir izotoplarda gözlenir ve çekirdeklerin veya parçacıkların herhangi bir bireysel özelliği ile ilişkili değildir, ancak nükleer fisyon mekanizmasının kendisinde doğaldır. Bununla birlikte, bölünebilir çekirdeğin uyarılma enerjisinin artmasıyla asimetri azalır ve nötron enerjisi 100 MeV'den fazla olduğunda, fisyon parçalarının kütle dağılımı, çekirdeğin simetrik bölünmesine karşılık gelen bir maksimuma sahiptir.

Bir nötronun emilmesinden sonra uranyum-235'in zorla fisyonuna yönelik seçeneklerden biri (diyagram)

Uranyum çekirdeğinin bölünmesi sırasında oluşan parçalar radyoaktiftir ve uzun bir süre boyunca kademeli olarak ek enerjinin açığa çıktığı bir β-bozunma zincirine maruz kalır. Bir uranyum-235 çekirdeğinin bozunması sırasında açığa çıkan ortalama enerji, parçaların bozunması dikkate alındığında yaklaşık 202,5 MeV = 3,244·10−11 J veya 19,54 TJ/mol = 83,14 TJ/kg'dır.

Nükleer fisyon, nötronların çekirdeklerle etkileşimi sırasında mümkün olan birçok süreçten yalnızca biridir; herhangi bir nükleer reaktörün çalışmasının temelini oluşturan süreçtir.

Nükleer zincir reaksiyonu

Ana makale: Nükleer zincir reaksiyonu

Bir 235U çekirdeğin bozunması sırasında genellikle 1 ila 8 (ortalama 2,5) serbest nötron yayılır. 235U'luk bir çekirdeğin bozunması sırasında üretilen her nötron, başka bir 235U'luk çekirdekle etkileşime girdiğinde yeni bir bozunma eylemine neden olabilir; bu olaya nükleer fisyonun zincirleme reaksiyonu denir.

Varsayımsal olarak, ikinci nesil nötronların sayısı (nükleer bozunmanın ikinci aşamasından sonra) 3² = 9'u aşabilir. Fisyon reaksiyonunun sonraki her aşamasında, üretilen nötronların sayısı çığ gibi artabilir. Gerçek koşullar altında, serbest nötronlar, 235U'yu yakalamadan önce numuneyi terk ederek yeni bir fisyon olayı oluşturamayabilir veya 235U izotopunun kendisi tarafından yakalanıp onu 236U'ya dönüştüremez veya diğer malzemeler (örneğin, 238U veya sonuçta ortaya çıkan nükleer) tarafından yakalanamaz. 149Sm veya 135Xe gibi fisyon parçaları).

Ortalama olarak her bir bölünme eylemi başka bir yeni bölünme eylemi doğurursa, o zaman reaksiyon kendi kendini sürdürür hale gelir; bu duruma kritik denir. (ayrıca bkz. Nötron çarpım faktörü)

Gerçek koşullarda uranyumun kritik durumuna ulaşmak o kadar kolay değildir, çünkü reaksiyonun gidişatını etkileyen bir dizi faktör vardır. Örneğin doğal uranyumun yalnızca %0,72'si 235U'dan oluşur, %99,2745'i ise 238U'dur ve 235U çekirdeğinin bölünmesi sırasında üretilen nötronları emer. Bu, doğal uranyumdaki fisyon zincir reaksiyonunun şu anda çok hızlı bir şekilde bozunmasına yol açmaktadır. Sürekli bir fisyon zinciri reaksiyonu birkaç ana yolla gerçekleştirilebilir:

Numunenin hacmini artırın (cevherden izole edilen uranyum için hacmi artırarak kritik bir kütleye ulaşmak mümkündür);
Numunedeki 235U konsantrasyonunu artırarak izotop ayırma işlemini gerçekleştirin;
Çeşitli reflektör türlerini kullanarak numunenin yüzeyinden serbest nötron kaybını azaltın;
Termal nötronların konsantrasyonunu artırmak için bir nötron moderatör maddesi kullanın.

İzomerler

Bilinen tek izomer, aşağıdaki özelliklere sahip 235Um'dur:

Fazla kütle: 40.920,6(1,8) keV
Uyarma enerjisi: 76,5(4) eV
Yarı ömür: 26 dakika
Nükleer dönüş ve eşlik: 1/2+

İzomerik durumun ayrışması, temel duruma izomerik bir geçiş yoluyla gerçekleşir.

Başvuru

Uranyum-235, kontrollü bir nükleer fisyon zincir reaksiyonu gerçekleştiren nükleer reaktörler için yakıt olarak kullanılır;
Yüksek derecede zenginleştirilmiş uranyum nükleer silah yapımında kullanılıyor. Bu durumda, büyük miktarda enerji açığa çıkarmak (patlama) için kontrolsüz bir nükleer zincir reaksiyonu kullanılır.

Ayrıca bakınız

Uranyum izotopları
İzotopik ayırma

Notlar

1 2 3 4 5 G. Audi, A.H. Wapstra ve C. Thibault (2003). “AME2003 atomik kütle değerlendirmesi (II). Tablolar, grafikler ve referanslar." Nükleer Fizik A 729 : 337-676. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. Bib kodu: 2003NuPhA.729..337A.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot ve A.H. Wapstra (2003). "Nükleer ve bozunma özelliklerinin NUBASE değerlendirmesi." Nükleer Fizik A 729 : 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. Bib kodu: 2003NuPhA.729....3A.
Hoffman K. Altın yapmak mümkün mü? - 2. baskı. silinmiş - L.: Kimya, 1987. - S. 130. - 232 s. - 50.000 kopya.
Bilim tarihinde bugün
1 2 3 Fialkov Yu.Ya.İzotopların kimya ve kimya endüstrisinde uygulanması. - Kiev: Tekhnika, 1975. - S. 87. - 240 s. - 2.000 kopya.
Fiziksel ve Kimyasal Sabitler Tablosu, Bölüm 4.7.1: Nükleer Fisyon. Kaye ve Laby Çevrimiçi. 8 Nisan 2012 tarihinde kaynağından arşivlendi.
Bartolomei G.G., Baibakov V.D., Alkhutov M.S., Bat G.A. Nükleer güç reaktörlerinin hesaplanmasına yönelik teori ve yöntemlerin temelleri. - M .: Energoatomizdat, 1982. - S. 512.

uranyum 235 50, uranyum 235 75, uranyum 235 alanı, uranyum 235/75r15

Tüm Rusya Nükleer Mühendislik Araştırma Enstitüsü Müdür Yardımcısı Profesör Igor Ostretsov ile röportaj

Dünya enerji kıtlığı sorunuyla karşı karşıya. Herhangi bir şeyi yakma alışkanlığı insanlığı hayatta kalmanın eşiğine getirdi. İnsanlar çok fazla enerji tüketmeye alışkındır. Ancak kaynaklarının beklenmedik bir şekilde tükendiği ortaya çıktı. Yaklaşık 50 yıldır insanlık için çok az ısı kaldı ve artık tek umut, bu kritik durumdan bir şekilde çıkış yolu bulması gereken bilim insanları. Böyle bilim adamlarını bulduk. Nükleer atıklardan bile güvenli bir şekilde enerji elde etmenin yolunu buldular ve aynı zamanda gelecek nesillerin aktif olarak uzayı keşfedebilmesini sağladılar.

- Modern nükleer teknolojiler neden kötü?

Uzun süredir gelişmekte olan geleneksel nükleer enerji, uranyum-235'in yakılmasına dayanmaktadır. Bu, doğada var olan ve bölünebilen tek izotoptur. Bu neden kötü? Birincisi, aslında Amerikalılar 1978'den bu yana tek bir ünite bile sipariş etmediler. Avrupa, nükleer enerji santrallerini enerji üretimi için ve yasama düzeyinde kullanmayı fiilen durdurdu. Bunun nedeni istasyonların hizmet dışı bırakılamaması. Bugün dünyadaki 450 bloktan 99'u buna değer ve kimse onlarla ne yapacağını bilmiyor.

- Yani bozunma reaksiyonunu durduramıyorlar mı?

Durdurulurlar ve sonsuza kadar orada kalırlar. Üstelik kullanılmış yakıt bunların içindedir. ana problem– bertaraf edilmeden önce yüzlerce yıl depolanması gereken nükleer atıklar.

Başka bir sorun daha var. Enerji açığının en fazla olduğu Üçüncü Dünya ülkelerinde fosil yakıt tüketiminin artmaması için nükleer enerjinin geliştirilmesi gerekmektedir. Ancak İran, nükleer santrali olan hemen hemen her ülkenin atom bombası yapma kabiliyetine sahip olduğunu açıkça ortaya koydu. Daha önce IAEA'nın kontrolünde olan ve Condu reaktörüne sahip olan Hindistan, böyle bir bomba yapıp nükleer kulübe girmişti. Dolayısıyla durum bir çıkmaz sokak; gelişmiş ülkelerde operasyon sorunu ve atık sorunu çözülmediği için, gelişmekte olan ülkelerde ise nükleer silahların yayılması sorunu çözülmediği için inşa etmeyecekler.

Ancak çok daha ciddi bir durum var; insanlığın enerji sorunları, nükleer uzay programları olmadan, uzaya enerji ve endüstriyel üretim olmadan çözülemez. Yeterince ağır araçları geleneksel kimyasal yakıt kullanarak yörüngeye fırlatmak imkansız olacak. "Kimyayı" kullanarak çok küçük sistemleri çok yakın bir alana ve çok para karşılığında fırlatabilirsiniz. Bu tür sorunları çözmek için insanlığa tanınan tek fırsat uranyum-235'tir. Ve buna insanın gözbebeği gibi değer verilmelidir. Bu izotopun termal nötron reaktörlerinde yakılması, faşizmin suçlarından daha büyük bir insanlık suçudur. Çin'de 100 ünite, ülkemizde 40 ünite inşa etmeye yönelik modern program, sadece bir suç programıdır, çünkü insanlık kendisini Dünya'da nükleer bir çöplükte kalmaya ve uzaya gidememeye mahkum etmektedir. Bu, ne yazık ki bugün çok az tartışılan son derece ciddi bir konudur. Yani geriye tek bir seçenek kalıyor: Uranyum-238'i yakmak.

- Dünyanın “değerli” uranyum-235 rezervleri nelerdir?

Bu, çıkarılan tüm uranyumun toplam hacminin yalnızca %0,7'sidir. Bu çok az. Enerji potansiyeli açısından petrolle aynı miktardadır. Yani, eğer şimdi termal nötronlar kullanan nükleer enerji santrallerinin yaygın şekilde konuşlandırılmasına yönelik bir programa başlarsak, o zaman yaklaşık 2040-50'ye gelindiğinde hiç uranyum-235 kalmayacak.

- Lütfen 235 yerine 238 uranyum kullanmanın neden imkansız olduğunu daha ayrıntılı olarak açıklayın.

Gerçek şu ki uranyum-235 kendi başına bölünebilir. Onun yardımıyla, tüm nükleer enerjinin, tüm bombaların dayandığı sözde "kendi kendini idame ettiren" bir zincirleme reaksiyon düzenlemek mümkündür. Aksine uranyum-238 "yanmaz", üzerinde böyle bir reaksiyon düzenlenemez. Ama çok var. Bu nedenle nükleer enerjinin gelişiminin başlangıcında bile sözde "yetiştirici" programı önerildi. Uranyum-238'i yakmamızı sağlayan hızlı nötron reaktörü programı diyoruz. Bunun için öncelikle enerji üretecek olan plütonyuma işleniyor. Bu fikir artık çok popüler, Bush son röportajında bunu söyledi, Putin de uranyum-238'in yakılması konusunda herkesi işbirliğine davet ettiğimizi defalarca ifade etti. Ancak çok az kişi yetiştiricinin ne olduğunu biliyor, aynı zamanda bir nükleer santral olmasına rağmen, ancak biraz farklı teknolojilere dayanıyor.

- Peki yetiştirici nasıl çalışır?

Plütonyumla zenginleştirilmiş uranyum oraya yükleniyor. İkincisinin payı% 18 ila 25 arasındadır. Bu reaktörün çalıştırılması sonucunda yüklenenden biraz daha fazla plütonyum elde ediliyor. Ayrıca, bu tür istasyonların her birinin yakınında, plütonyumun ayrıştırılması ve yeni yakıt çubuklarının (bölünebilir malzeme içeren bir nükleer reaktör ünitesi) üretilmesi için bir radyokimya tesisi bulunmalıdır. Her güç ünitesi 20 ton plütonyum içerecek. Bu arada sadece birkaç kilogramdan bomba yapılabiliyor. Dünya enerji sektörünün bu tür reaktörlere devredilmesi durumunda dünyada bir milyon tona kadar plütonyum dolaşacak.

Kısa bir soru: Bu türden ilk yetiştirici nerede inşa edilecek? Bu soruyu Atom Enerjisi Konusunda Bilimden Sorumlu Yardımcısı Vladimir Asmolov'a zaten sordum. Ben soruyorum: "Geçenlerde İran büyükelçiliğindeydim, herkesin dişinde uranyum zenginleştirme sorunu var, onlar zenginleştirmek yerine biz onlara yetiştirici yapacağız. Aynı zamanda siz de söyleyin, Orada 20 ton plütonyumun döneceğini söylüyorum. Onları ikna edeceğimi garanti ediyorum. Böyle bir istasyon için size 5-6 milyar dolar ödeyecekler."

Diyor ki: "Ostretsov, sen bir provokatörsün. Bu ancak içeride olabilir" Rus programı". Diyorum ki: “Putin bizi ne yapmaya çağırdı? Tüm ülkelerin nükleer enerji odaklı olmasını sağlayın."

Dolayısıyla yetiştiricileri küresel nükleer enerjinin temeli olarak önermek, o anın koşullarına dayanan tamamen politik bir oyundur, başka bir şey değil.

- Peki bu durumdan nasıl bir çıkış yolu öneriyorsunuz?

Bu nedenle farklı bir konuyu ele alıyoruz. Uranyum-238'i yakmanın doğrudan bir yolu var - sözde zorla fisyon. Ve plütonyuma dönüştürmeden. Bu, yetiştiricilere göre önemli ölçüde daha fazla enerji üretir. Böyle bir fisyon için, yalnızca bir hızlandırıcı kullanılarak elde edilebilecek çok yüksek düzeyde hızlandırılmış nötronlara ihtiyaç vardır.

Bu konuda iki teknolojiye ihtiyaç duyulmaktadır. Birincisi, bu tür uranyumu yakma teknolojisinin kendisi ve hızlandırıcı oluşturma teknolojisi. Bugün Rusya'da bu teknolojilerin her ikisi için de iki patent bulunmaktadır. Birinin sahibi benim, ikincisi ise Alexey Sergeevich Bogomolov. Örneğin Amerika'da 800 megaelektronvoltluk bir hızlandırıcı var, uzunluğu yaklaşık bir kilometredir. Yaklaşık 10 kat daha fazla enerjiye ihtiyacımız var, yani hızlandırıcının yaklaşık 10 km uzunluğunda olması gerekiyor. Doğal olarak bu herhangi bir köşeye sığmaz - pahalıdır. Ve böylece Bogomolov bize gerekli enerjiyi verecek ve uzunluğu yalnızca 50 metre civarında olacak bir hızlandırıcı buldu. Bu tamamen kabul edilebilir.

Artık bu iki teknolojiyi “aşıyoruz”. Federasyon Konseyi'nde toplantılar yapıldı ve enstitümüzde halka açık bir forum düzenlendi. Öncelikle yetiştiricilik programı sunan Kurchatov Enstitüsü buna şiddetle karşı çıkıyor. Yalnızca program değişikliğine gidilmesi nedeniyle karşı çıkıyor nükleer enerji elitlerde ve finansmanda bir değişiklik anlamına gelir.

- Bize teknolojinizin geleceğinden bahsedin.

Er ya da geç insanlık uranyum-238'i yakmak zorunda kalacak. Yani, ya onu silah sınıfı plütonyum durumuna kadar zenginleştirin ya da hızlandırıcıları kullanarak doğrudan yakın. Uranyum-235'i yakacak teknolojiler geliştirmek tam anlamıyla bir intihardır. Bu nedenle, bugün iki programı başlatmak gerekiyor: YRT-enerji, bizim önerdiğimiz program ve nükleer enerji yaratma programını yeniden canlandırmak. roket motorları. Ve bunu Amerikalılarla birlikte yapmak en iyisidir. Bu alanda hem bizim hem de onların ciddi gelişmeleri var. Gerçek şu ki, 21. yüzyılın sonları ve 22. yüzyılın enerji sektörü, insanın uzaya endüstriyel girişiyle ilişkilendirilecek. Yüzyılımızın temel bilimsel görevi, nükleer radyasyon radyasyonu için yeterli güce sahip nötron hızlandırıcıları yapmaktır. Bunları ilk kim yaparsa, durumu kontrol altına alacaktır.

- YRT enerjisi ne anlama geliyor?

Ağır nükleer göreceli enerji. Göreceli çünkü protonlar nötronlar üretiyor ve ağır uranyum çekirdeklerini bölüyorlar.

Artık Amerikalılar bu hızlandırıcılara büyük ilgi gösteriyor. Ne pahasına olursa olsun almak istiyorlar ve Bogomolov ile sürekli görüşmeler sürüyor. Bu arada fikrimizi geliştiriyoruz. Deneyler 2002 yılında Dubna, Protvino'da gerçekleştirildi. O zamandan beri kafa kafaya veriyoruz. Trajedi, yetkililerin bu konularda beceriksiz olmasıdır.

- Neyin "delinmesi" gerekiyor? Finansman mı?

Hayır konu bu bile değil. Bir hükümet programına ihtiyacımız var. Ve bundan sonra yurt dışından herhangi bir para gelecek çünkü herkes bu teknoloji olmadan hiçbir yere varılamayacağını anlıyor. Gerçek şu ki, Batı'da deney yapmak son derece pahalı, ancak burada Serpukhov'daki hızlandırıcı boşta. Ancak bir devlet programının oluşturulabilmesi için bu konunun Putin'in dikkatine sunulması gerekiyor. Federasyon Konseyi'nde çok iyi destekleniyoruz ve Kiriyenko'ya yönelik çağrının Eylül ayında yapılması bekleniyor. Orada tavsiyeler almayı bekliyoruz, ardından fikrimiz başkanın bilimsel ve teknik konseyinde değerlendirilecek. Bundan sonra da bir devlet programı oluşturulacağını umuyoruz.

- Böyle bir program nasıl çalışacak?

Öncelikle sembolik finansman açılacak, sonrasında yabancılar devreye girecek, projeye katılma konusunda onların onayını aldık. Araştırmalarımıza devam edeceğiz. Geri kalan deneyler için yaklaşık bir buçuk yıla ihtiyacımız var. Bundan sonra istasyonu tasarlamaya başlayabilirsiniz.

- Ne kadar sürer?

Her şey işin hızına bağlıdır. Bugün bunun önünde hiçbir temel engel yok.

Yani 10 yıl içinde yeni nesil nükleer santralin prototipi oluşturulabilir mi diyebiliriz?

Şüphesiz.

- Böyle bir istasyonun maliyeti ne kadar olacak?

Henüz prototip yok ama mevcut nükleer santrallerden kesinlikle daha ucuz olacak. Bunun nedeni yakıt çevrimimizin olmayacağı ve istasyonun devre dışı bırakılması sorunuyla karşı karşıya kalmamamızdır. Sonuçta tüm bu güncel istasyonların ayakta durmasının ve kimsenin onlarla ne yapacağını bilmemesinin nedeni budur.

Yani fiyat hakkında konuşmaya gerek yok - bizim fiyatımız çok daha düşük çünkü reaktörümüz çok daha basit. Büyük olasılıkla metalle yalıtılmış beton bir gövde olacaktır. İçerisi mikro yakıt pinleri doldurulacaktır. Ve artık orada özel bir şey olmayacak. Önemli olan, orada hiçbir şeyi zenginleştirmeye gerek kalmayacak olmasıdır. Atık uranyumu ve kullanılmış yakıtı kullanabilirsiniz. Sonuçta, ağır çekirdekler olduğu sürece orada yanmakla aynı şey. Ve bu yapı bir nötron hızlandırıcı tarafından bombalanacak. Sonuç olarak, ağır çekirdekler parçalanmaya başlayacak ve ısı açığa çıkacak.

- Bu sistem çevre açısından ne kadar güvenli?

Reaktörümüz kritik altı. Yani Çernobil'de olan, kendi kendini sürdüren bir tepki yok. Bir şey olur olmaz kritik durum- hızlandırıcı işlemi durdurur.

Söylesene, ağır atomların nötronların etkisiyle parçalanmaya başladığı gerçeği uzun zamandır biliniyor. Bilim insanları neden daha önce bu etkiyi nükleer enerjide kullanmayı düşünmediler?

Daha önce yüksek verimliliğe sahip hızlandırıcılar yoktu. İyi hızlandırıcılar ancak Çernobil'den sonra ortaya çıktı. Daha sonra herkes kritik kazadan korktu ve uranyum-235 üzerinde daha az riskli kritik altı bölgeleri kullanmaya ve nötron eksikliğini hızlandırıcılarla desteklemeye başladı. Böylece bir sonraki adım önceden belirlenmiş oldu; hızlandırıcıları daha yüksek enerjide kullanın ve sonra ne olacağını görün. Öyle oldu ki, bunu ilk aklıma getiren ben oldum. Üstelik tüm süreçler bilimsel literatürde daha önce anlatılmıştı, ben sadece bu olasılıklara enerji olasılıkları olarak baktım. Mantıksal ve tarihsel olarak bu adım önceden belirlenmişti. Ama birisinin bunu yapması gerekiyordu.

Yüzüncü yıla özel

92 numaralı element olan Uranyum, doğada bulunan en ağır elementtir. Çağımızın başlarında kullanılmış olup, Pompeii ve Herculaneum kalıntıları arasında sarı sırlı (%1'den fazla uranyum oksit içeren) seramik parçaları bulunmuştur.

Uranyum, 1781 yılında keşfedilen uranyum gezegeninden adını alan Alman kimyager Marton Heinrich Klaproth tarafından uranyum katranında 1789 yılında keşfedilmiştir. Metalik uranyum ilk olarak 1841 yılında Fransız kimyager Eugene Peligot tarafından susuz uranyum tetraklorürün potasyum ile indirgenmesiyle elde edilmiştir. 1896'da Antoine-Henri Becquerel, fotoğraf plakalarını yanlışlıkla yakındaki bir uranyum tuzu parçasından gelen iyonlaştırıcı radyasyona maruz bırakarak uranyum radyoaktivitesi olgusunu keşfetti.

Fiziksel ve kimyasal özellikler

Uranyum çok ağır, gümüşi beyaz, parlak bir metaldir. İÇİNDE saf formuçelikten biraz daha yumuşaktır, dövülebilir, esnektir ve hafif paramanyetik özelliklere sahiptir. Uranyumun üç allotropik formu vardır: alfa (prizmatik, 667,7 °C'ye kadar stabil), beta (dörtgen, 667,7 ila 774,8 °C arasında stabil), gama (774,8 °C'den erime noktasına kadar mevcut, vücut merkezli kübik yapıya sahip) ), uranyumun en dövülebilir ve işlenmesi kolay olanıdır. Alfa fazı, son derece asimetrik prizmatik bir kafes içindeki dalgalı atom katmanlarından oluşan çok dikkat çekici bir prizmatik yapı türüdür. Bu anizotropik yapı, uranyumun diğer metallerle alaşımlanmasını zorlaştırır. Yalnızca molibden ve niyobyum, uranyumla katı fazlı alaşımlar oluşturabilir. Doğru, uranyum metali birçok alaşımla etkileşime girerek metaller arası bileşikler oluşturabilir.

Uranyumun temel fiziksel özellikleri:
erime noktası 1132,2 °C (+/- 0,8);
kaynama noktası 3818 °C;
yoğunluk 18,95 (alfa fazında);
özgül ısı kapasitesi 6,65 cal/mol/°C (25 C);
çekme mukavemeti 450 MPa.

Kimyasal olarak uranyum çok aktif bir metaldir. Havada hızla oksitlenerek gökkuşağı renginde bir oksit filmiyle kaplanır. İnce uranyum tozu havada kendiliğinden tutuşur; 150-175 °C sıcaklıkta tutuşarak U oluşturur. 3 Ö 8 . 1000 °C'de uranyum nitrojenle birleşerek sarı uranyum nitrür oluşturur. Su, metali düşük sıcaklıklarda yavaşça, yüksek sıcaklıklarda hızla aşındırabilir. Uranyum hidroklorik, nitrik ve diğer asitlerde çözünerek dört değerlikli tuzlar oluşturur, ancak alkalilerle etkileşime girmez. Uranyum, inorganik asitlerdeki hidrojeni ve cıva, gümüş, bakır, kalay, platin ve altın gibi metallerin tuz çözeltilerini uzaklaştırır. Kuvvetli bir şekilde sallandığında uranyumun metal parçacıkları parlamaya başlar.
Uranyumun dört oksidasyon durumu vardır - III-VI. Altı değerlikli bileşikler arasında uranil trioksit UO bulunur 3 ve uranyum uranyum klorür UO 2 Cl 2 . Uranyum tetraklorür UCl 4 ve uranyum dioksit UO 2 - dört değerlik uranyum örnekleri. Dört değerlikli uranyum içeren maddeler genellikle kararsızdır ve uzun süre havayla temas ettiğinde altı değerlikli uranyuma dönüşür. Uranil klorür gibi uranil tuzları, parlak ışık veya organik madde varlığında ayrışır.

Uranyumun kararlı izotopları yoktur ancak radyoaktif izotoplarından 33 tanesi bilinmektedir. Doğal uranyum üç radyoaktif izotoptan oluşur: 238 U (%99,2739, T=4,47⋅10 9 yıl, α-yayıcı, radyoaktif serinin atası (4n+2)), 235 U (%0,7205, T=7,04⋅10 9 yıllar, radyoaktif serinin atası (4n+3)) ve 234 U (%0,0056, T=2,48⋅10 5 yıl, α-yayıcı). Son izotop birincil değil radyojeniktir; radyoaktif serinin bir parçasıdır 238 U. Doğal uranyumun atom kütlesi 238.0289+0.0001'dir.

Doğal uranyumun radyoaktivitesi esas olarak izotoplardan kaynaklanmaktadır. 238 U ve 234 U, dengede spesifik aktiviteleri eşittir. Doğal uranyumun spesifik radyoaktivitesi 0,67 mikroküri/g olup, neredeyse yarı yarıya bölünmüştür. 234 U ve 238 U; 235 U küçük bir katkı sağlar (izotopun spesifik aktivitesi 235 Doğal uranyumdaki U 21 kat daha az aktiftir 238 U). Doğal uranyum, bir fotoğraf plakasını yaklaşık bir saat içinde açığa çıkarabilecek kadar radyoaktiftir. Termal nötron yakalama kesiti 233 U 4,6 10 -27 m2, 235 U 9,8 10 -27 m2, 238 U 2,7 10 -28 m2; fisyon kesiti 233 U 5,27 10 -26 m2, 235 U 5,84 10 -26 m2, izotopların doğal karışımı 4,2 10-28 m2.

Uranyumun izotopları genellikle α-yayıcılardır. Ortalama α-radyasyon enerjisi 230 U, 231 U, 232 U, 233 U, 234 U, 235 U, 236 U, 238 U sırasıyla 5,97'ye eşittir; 3,05⋅10 -4 ; 5.414; 4.909; 4.859; 4.679; 4.572; 4.270 MeV. Aynı zamanda izotoplar 233 U, 238 U ve 239 Alfaya ek olarak, U ayrıca başka bir bozunma türüne de uğrar - kendiliğinden fisyon, ancak fisyon olasılığı α bozunması olasılığından çok daha azdır.

Pratik uygulamalar açısından doğal izotopların olması önemlidir. 233 U ve 235 Hem termal hem de hızlı nötronların etkisi altında U fisyonu ( 235 U kendiliğinden bölünme yeteneğine sahiptir) ve çekirdekler 238 U yalnızca 1 MeV'den büyük enerjilere sahip nötronları yakaladığında fisyon yapabilir. Daha düşük nükleer enerjiye sahip nötronları yakalarken 238 İlk önce çekirdeğe dönüşüyorsun 239 Daha sonra β-bozunmasına uğrayan ve ilk önce dönüşen U 239 Np ve ardından - 239'da Nükleer özellikleri birbirine yakın olan Pu 235 U. Çekirdeklerin termal nötronları için etkili yakalama kesitleri 234 U, 235 U ve 238 U, 98⋅10 -28, 683⋅10 -28 ve 2,7⋅10 -28'e eşittir sırasıyla m2. Bölmeyi tamamla 235 U “termal enerji eşdeğeri” 2⋅10 salınımına yol açar 7 kWh/kg.

Uranyumun teknojenik izotopları

Modern nükleer reaktörler, kütle numaraları 227'den 240'a kadar olan 11 yapay radyoaktif izotop üretir; bunlardan en uzun ömürlü olanı, 233 U (T = 1,62 10 5 yıllar); toryumun nötron ışınlaması ile elde edilir. Kütle numarası 240'tan büyük olan uranyum izotoplarının reaktörlerde oluşma zamanı yoktur. Uranyum-240'ın ömrü çok kısa ve bir nötron yakalayamadan bozunuyor. Bununla birlikte, termonükleer bir patlamanın süper güçlü nötron akışlarında, bir uranyum çekirdeği saniyenin milyonda biri içinde 19'a kadar nötron yakalamayı başarır. Bu durumda, kütle numaraları 239'dan 257'ye kadar olan uranyum izotopları doğar.Bunların varlığı, ağır uranyum izotoplarının soyundan gelen uzak transuranyum elementlerinin termonükleer patlamasının ürünlerindeki görünümden öğrenildi. "Cinsin kurucuları", β-bozunması ve patlamayla karıştırılan kayadan nükleer reaksiyon ürünleri çıkarılmadan çok önce daha yüksek elementlere geçemeyecek kadar kararsızdır.

Termal nötron güç reaktörlerinde nükleer yakıt olarak izotoplar kullanılır 235 U ve 233 U ve hızlı nötron reaktörlerinde 238 U, yani Fisyon zincir reaksiyonunu destekleyebilen izotoplar.

U-232

232 U - teknojenik nüklid, doğada bulunmaz, α-yayıcı, T=68,9 yıl, ana izotoplar 236 Pu(α), 232 Np(β+) ve 232 Pa(β-), yavru çekirdek 228 Th. Kendiliğinden bölünme yeteneğine sahiptir. 232 U'nun kendiliğinden fisyon oranı 0,47 bölüm/s⋅kg'dır. Nükleer endüstride 232 U, toryum yakıt döngüsünde bölünebilir (silah sınıfı) nüklid 233U'nun sentezi sırasında bir yan ürün olarak üretilir. Işınlandığında 232 Ana reaksiyon şu şekilde gerçekleşir:

232 Bin + n → 233 Th → (22,2 dk, β-bozunması) → 233 Pa → (27,0 gün, β-bozunması) → 233U

ve iki aşamalı bir yan reaksiyon:

232 Th + n → 231 Th + 2n, 231 Th → (25,5 sa, β) → 231 Pa + n → 232 Pa → (1,31 gün, β) → 232 Ü.

Çalışma süresi 232 İki aşamalı bir reaksiyon sırasında U, hızlı nötronların varlığına bağlıdır (enerjisi en az 6 MeV olan nötronlara ihtiyaç vardır), çünkü ilk reaksiyonun kesiti termal hızlar için küçüktür. Az sayıda fisyon nötronunun enerjileri 6 MeV'nin üzerindedir ve eğer toryum üreme bölgesi, reaktörün orta derecede hızlı nötronlarla (~ 500 keV) ışınlandığı bir bölümünde bulunuyorsa, bu reaksiyon pratik olarak ortadan kaldırılabilir. Orijinal madde şunları içeriyorsa 230 Peki, o zaman eğitim 232 U reaksiyonla tamamlanmaktadır: 230 Bin + n → 231 Th ve daha fazlası yukarıdaki gibi. Bu reaksiyon aynı zamanda termal nötronlarla da iyi çalışır. Bu nedenle eğitimin engellenmesi 232 U (ve bu aşağıda belirtilen nedenlerden dolayı gereklidir) toryumun minimum konsantrasyonda yüklenmesini gerektirir 230 Th.

Bir güç reaktöründe üretilen izotop 232 Parçalara bölündüğü için sağlık ve güvenlik sorunu teşkil ediyorsunuz 212 Bi ve 208 Yüksek enerjili γ-kuanta yayan Te. Bu nedenle büyük miktarlarda bu izotopu içeren preparatlar sıcak bir odada işlenmelidir. Kullanılabilirlik 232 Işınlanmış uranyumdaki U, atom silahlarının kullanılması açısından da tehlikelidir.

Birikim 232 Üretimde kaçınılmazsınız 233 Toryumun enerji döngüsünde yer alması enerji sektörüne girişini engellemektedir. Alışılmadık olan şey, izotopun eşit olmasıdır 232 U, nötronların etkisi altında yüksek bir fisyon kesitine (termal nötronlar için 75 ahır, rezonans integrali 380) ve ayrıca yüksek bir nötron yakalama kesitine - 73 ahıra (rezonans integrali 280) sahiptir.

232'nin faydaları da var U: Kimyasal ve fiziksel araştırmalarda radyotracer yönteminde sıklıkla kullanılır.

U-233

233 U, Seaborg, Hoffmann ve Stoughton tarafından keşfedildi. Uranyum-233 - α-yayıcı, T=1,585⋅105 yıl, ana nüklidler 237 Pu(α) 233 Np(β+) 233 Pa(β-), yavru çekirdek 229 Th. Uranyum-233 nükleer reaktörlerde toryumdan üretilir: 232Th bir nötronu yakalar ve ona dönüşür. 233 Th, parçalanıyor 233 Ra ve ardından 233 U. Çekirdek 233'te U (tek izotop), herhangi bir enerjinin nötronlarının etkisi altında hem kendiliğinden fisyon hem de fisyon yeteneğine sahiptir, bu da onu hem atom silahlarının hem de reaktör yakıtının üretimi için uygun kılar (nükleer yakıtın genişletilmiş şekilde çoğaltılması mümkündür). Uranyum-233 aynı zamanda gaz fazlı nükleer roket motorları için de en umut verici yakıttır. Hızlı nötronlar için etkili fisyon kesiti 533 ambar, yarılanma ömrü 1.585.000 yıldır ve doğada oluşmaz. Kritik kitle 233 U kritik kütleden üç kat daha azdır 235 U (yaklaşık 16 kg). 233 U'nun kendiliğinden fisyon hızı 720 fisyon/s⋅kg'dır. 235U, 232Th'den nötron ışınlaması yoluyla elde edilebilir:

232 Bin + n → 233 Th → (22,2 dk, β-bozunması) → 233 Pa → (27,0 gün, β-bozunması) → 233U

Bir nötron emildiğinde çekirdek 233 U genellikle fisyona uğrar ancak ara sıra bir nötron yakalar ve 234 U, fisyon dışı süreçlerin payı diğer fisil yakıtlara göre daha az olmasına rağmen ( 235 U, 239 Pu, 241 Pu) tüm nötron enerjilerinde küçük kalır. Protaktinyumun bir nötronu absorbe etme şansına sahip olmadan önce fiziksel olarak izole edildiği bir erimiş tuz reaktörü tasarımının bulunduğunu unutmayın. Rağmen 233 Bir nötronu soğuran U, genellikle bölünür, ancak bazen bir nötronu alıkoyarak ona dönüşür. 234 U (bu süreç fisyondan önemli ölçüde daha az olasıdır).

Çalışma süresi 233 Toryum endüstrisi için hammaddelerden elde edilen U, önemli toryum rezervlerine sahip olan Hindistan nükleer endüstrisinin geliştirilmesi için uzun vadeli bir stratejidir. Yetiştirme hızlı veya termal reaktörlerde gerçekleştirilebilir. Dünyadaki toryum rezervleri uranyum rezervlerinin üç katı olmasına rağmen Hindistan dışında toryum bazlı yakıt döngüsüne pek ilgi gösterilmemektedir.Nükleer reaktörlerde yakıtın yanı sıra kullanılabilir. 233 Silah saldırısındasın. Her ne kadar şimdi bunu nadiren yapıyorlar. 1955'te Amerika Birleşik Devletleri silah kalitesini test etti 233 Çaydanlık Operasyonu'nda buna dayalı bir bombayı patlatarak U. Silah açısından 233 U, 239 ile karşılaştırılabilir Pu: radyoaktivitesi 1/7'dir (plütonyum için T=159200 yıl, plütonyum için 24100 yıl), kritik kütlesi %60 daha yüksektir (10 kg'a karşı 16 kg) ve kendiliğinden fisyon oranı 20 kat daha yüksektir (6⋅10-9'a karşı 3⋅10 -10 ). Ancak spesifik radyoaktivitesi daha düşük olduğundan nötron yoğunluğu 233 U bundan üç kat daha yüksek 239 Pu. Temelli bir nükleer yükün oluşturulması 233 U, plütonyumdan daha fazla çaba gerektirir ancak teknolojik çaba yaklaşık olarak aynıdır.

Temel fark, varlığıdır. 233 U safsızlıkları 232 U ile çalışmayı zorlaştıran 233 U ve bitmiş silahları keşfetmeyi kolaylaştırıyor.

Silah sınıfı 233'te 232 U içeriği U 5 ppm'yi (%0,0005) aşmamalıdır. Ticari nükleer yakıt çevriminde, 232 U temsil etmiyor büyük dezavantaj hatta arzu edilir, çünkü uranyumun silah amaçlı çoğalma olasılığını azaltır. Seviyeyi geri dönüştürüp yeniden kullandıktan sonra yakıttan tasarruf etmek için 232 U %0,1-0,2'ye ulaşır. Özel olarak tasarlanmış sistemlerde bu izotop %0,5-1 konsantrasyonlarda birikir.

Üretimden sonraki ilk iki yılda 233 U içeren 232 U, 228 Th kendi bozunumuyla dengede kalarak sabit bir seviyede kalır. Bu dönemde γ-radyasyonunun arka plan değeri oluşturulur ve stabilize edilir. Bu nedenle ilk birkaç yıl seri üretim 233 U önemli miktarda γ radyasyonu yayar. On kilogramlık küre 233 Silah sınıfı U (5 ppm 232U), üretimden 1 ay sonra 1 m mesafede 11 milirem/saatlik bir arka plan üretir, 110

bir yıl sonra milirem/saat, 2 yıl sonra 200 milirem/saat. Yıllık 5 rem doz sınırı, bu tür malzemeyle yalnızca 25 saat çalışıldıktan sonra aşılır. Taze bile 233 U (üretim tarihinden itibaren 1 ay), montaj süresini haftada on saatle sınırlandırır. Tamamen monte edilmiş bir silahta, yükün vücut tarafından emilmesiyle radyasyon seviyesi azaltılır. Modern hafif cihazlarda azalma 10 katını geçmemekte ve güvenlik sorunları yaratmaktadır. Daha ağır yüklerde emilim daha güçlüdür - 100 - 1000 kat. Berilyum reflektör, nötron arka plan seviyesini artırır: 9Be + γ-kuantum → 8Be + n. γ ışınları 232 U karakteristik bir imza oluşturur, bunlar tespit edilebilir ve atom yükünün hareketleri ve varlığı takip edilebilir. Özel olarak denatüre edilmiş toryum döngüsü kullanılarak üretilmiştir 233 U (%0,5 - 1,0 232) U), daha da büyük bir tehlike yaratır. Bu malzemeden yapılmış 10 kilogramlık bir küre, 1 ay sonra 1 m uzaklıkta, 1 yıl sonra 11 rem/saat, 1 yıl sonra 110 rem/saat ve 2 yıl sonra 200 rem/saatlik bir arka plan oluşturur. Radyasyonun 1000 kat azalmasına rağmen böyle bir atom bombasıyla temas yılda 25 saatle sınırlıdır. Dikkat çekici bir payın varlığı 232 Bölünebilir malzemedeki U, onu askeri kullanım için son derece elverişsiz hale getiriyor.

Uranyumun doğal izotopları

U-234

Uranyum-234 (uranyum II) doğal uranyumun bir parçasıdır (%0,0055), T = 2,445⋅10 5 yıllar, α-yayıcı, ana radyonüklidler: 238 Pu(α), 234 Pa(β-), 234 Np(β+), yavru izotop 230 Th. İçindekiler 234 Nispeten kısa yarı ömründen dolayı cevherdeki U miktarı çok küçüktür. 234 U reaksiyonlarla oluşur:

238 U → (4,51 milyar yıl, alfa bozunması) → 234.Bölüm

234 Th → (24,1 gün, beta bozunması) → 234 Pa

234 Pa → (6,75 saat, beta bozunması) → 234 U

Genellikle 234 U ile dengededir 238 U, aynı oranda çürüyor ve oluşuyor. Ancak çürüyen atomlar 238 U bir süre toryum ve protaktinyum formunda bulunur, dolayısıyla cevherden kimyasal veya fiziksel olarak ayrılabilirler (yeraltı suyuyla süzülür). Çünkü 234 U nispeten kısa bir yarı ömre sahiptir; cevherde bulunan bu izotopun tamamı son birkaç milyon yılda oluşmuştur. Doğal uranyumun radyoaktivitesinin yaklaşık yarısı, 234 Ü.

Konsantrasyon 234 Yüksek derecede zenginleştirilmiş uranyumdaki U, hafif izotoplardaki tercihli zenginleşme nedeniyle oldukça yüksektir. Çünkü 234 U güçlü bir γ yayıcıdır; yakıt olarak işlenmesi amaçlanan uranyumdaki konsantrasyonunda sınırlamalar vardır. Temel olarak, artan seviye 234 U, modern reaktörler için kabul edilebilir düzeydedir, ancak yeniden işlenmiş kullanılmış yakıt, bu izotopun kabul edilemez seviyelerini içerir.

Emme kesiti 234 Termal nötronların U'su 100 barn'dır ve çeşitli ara nötronlar üzerinden ortalaması alınan rezonans integrali için 700 barn'dır. Bu nedenle reaktörlerde

termal nötronlar bölünebilir hale dönüştürülür 235 U çok daha büyük bir miktardan daha hızlı bir oranda 238 U (2,7 ahır kesitli) şuna dönüştürülür: 239 Pu. Sonuç olarak kullanılmış nükleer yakıt daha az miktarda içerir. 234 U, daha taze.

U-235

Uranyum-235 (aktinouraniyum), hızla büyüyen bir fisyon zincir reaksiyonu üretebilen bir izotoptur. 1935 yılında Arthur Jeffrey Dempster tarafından keşfedilmiştir.

Bu, nötronların etkisi altında zorla nükleer fisyon reaksiyonunun keşfedildiği ilk izotoptur. Bir nötron absorbe etmek 235 U, 236'ya gidiyor İki parçaya bölünerek enerji açığa çıkaran ve birkaç nötron yayan U. Herhangi bir enerjideki nötronlar tarafından kendiliğinden bölünebilen bir izotop bölünebilir 235 U, doğal uranyumun bir parçasıdır (%0,72), α-yayıcı (enerji 4,679 MeV), T=7,038⋅10 8 yıllar, ana çekirdekler 235 Pa, 235 Np ve 239 Pu, kızı - 231 Th. Kendiliğinden fisyonun yoğunluğu 235 U 0,16 bölüm/s⋅kg. Bir çekirdek bölündüğünde 235 U 200 MeV enerji açığa çıkardı=3,2⋅10 -11 J, yani 18 TJ/mol=77 TJ/kg. Ancak bu enerjinin %5'i neredeyse tespit edilemeyen nötronlar tarafından taşınıyor. Termal nötronlar için nükleer kesit yaklaşık 1000 barn ve hızlı nötronlar için yaklaşık 1 barn'dır.

Net 60kg kütle 235 U yalnızca 9,6 fisyon/s üretiyor, bu da onu top tasarımı kullanarak atom bombası yapmayı yeterince basit hale getiriyor. 238 U, kilogram başına 35 kat daha fazla nötron yaratıyor, dolayısıyla bu izotopun küçük bir yüzdesi bile bu rakamı birkaç kat artırıyor. 234 U 22 kat daha fazla nötron yaratır ve şuna benzer: 238 İstenmeyen eylem. Spesifik aktivite 235 U yalnızca 2,1 mikroküri/g'dir; kirliliği %0,8'dir 234 Bunu 51 mikroküri/g'a çıkarırsınız. Silah kalitesinde uranyumun kritik kütlesi. (%93,5) 235 U) sulu çözeltilerde açık bir top için 1 kg'dan az - yaklaşık 50 kg, reflektörlü bir top için - 15 - 23 kg.

Doğal uranyumda, atom bombasının çekirdeğini yapmak veya bir güç reaktöründe reaksiyonu sürdürmek için yalnızca nispeten nadir bir izotop uygundur. Zenginleştirme derecesi 235 Nükleer enerji santralleri için nükleer yakıttaki U, silah kullanımı için en az %80 ve daha tercihen %90 olmak üzere %2-4,5 arasında değişmektedir. ABD'DE 235 Silah sınıfı U %93,5'e kadar zenginleştirilmiştir (endüstri %97,65 üretim kapasitesine sahiptir). Bu tür uranyum donanmaya ait reaktörlerde kullanılıyor.

Yorum. İçerikli Uranyum 235 U'nun% 85'inden fazlası,% 20'den fazla ve% 85'ten az içeriğe sahip silah kalitesinde uranyum olarak adlandırılır - "kötü" (etkisiz bir bomba) yapmak için kullanılabildiğinden silah kullanımına uygun uranyum. Ancak patlama, nötron reflektörleri ve bazı ileri düzey hileler kullanırsanız "iyi" bir bomba yapmak için de kullanılabilir. Neyse ki dünyada sadece 2-3 ülke bu tür hileleri pratikte uygulayabiliyor. Günümüzde uranyumdan bombalar görünüşe göre hiçbir yerde üretilmiyor (nükleer silahlarda plütonyum uranyumun yerini aldı), ancak uranyum bombasının top tasarımının basitliği ve bu tür bombaların genişletilmiş üretimi olasılığı nedeniyle uranyum-235'e yönelik beklentiler devam ediyor. ihtiyaç aniden ortaya çıkar.

Daha hafif olmak 234 U orantılı olarak zenginleştirilmiştir daha büyük ölçüde, Nasıl 235 Doğal uranyum izotoplarının kütle farklılıklarına dayalı olarak ayrılması işlemlerinin tamamında atom bombası üretiminde belirli bir sorun teşkil etmektedir. Son derece zenginleştirilmiş 235 U genellikle %1,5-2,0 içerir 234 Ü.

Bölüm 235 U atom silahlarında, enerji üretiminde ve önemli aktinitlerin sentezinde kullanılır. Doğal uranyum nükleer reaktörlerde nötron üretmek için kullanılır. Zincirleme reaksiyon, fisyon tarafından üretilen nötronların fazlalığıyla sürdürülür. 235 U, aynı zamanda zincir reaksiyonunun talep etmediği fazla nötronları başka bir doğal izotop tarafından yakalanır, 238 Nötronların etkisi altında da fisyon yapabilen plütonyum üretimine yol açan U.

U-236

Doğada safsızlık miktarlarında bulunur, α-yayıcı, T=2,3415⋅10 7 yıllar, parçalara ayrılıyor 232 Th. Nötron bombardımanı sonucu oluştu 235 U daha sonra bir baryum izotopuna ve bir kripton izotopuna bölünerek iki nötron, gama ışınları ve enerji açığa çıkarır.

Küçük miktarlarda taze yakıtın bir parçasıdır; Uranyum bir reaktörde nötronlarla ışınlandığında birikir ve bu nedenle kullanılmış uranyum nükleer yakıtı için bir "sinyal cihazı" olarak kullanılır. 236 Kullanılmış nükleer yakıtın rejenerasyonu durumunda izotopların gaz difüzyonu ile ayrılması sırasında yan ürün olarak U oluşur. Bu izotopun nükleer reaktörlerde hedef malzeme olarak bir önemi vardır. Nükleer reaktörde geri dönüştürülmüş (işlenmiş) uranyum kullanıldığında, doğal uranyum kullanımına göre önemli bir fark vardır. Kullanılmış yakıttan izole edilen uranyum izotopu içerir 236 Taze yakıtta kullanıldığında izotop üretimini uyaran U (%0,5) 238 Pu. Bu, enerji sınıfı plütonyumun kalitesinde bir bozulmaya yol açar, ancak nükleer silahların yayılmasının önlenmesi sorunu bağlamında olumlu bir faktör olabilir.

Bir güç reaktöründe oluşturuldu 236 U bir nötron zehiridir; nükleer yakıttaki varlığı daha yüksek düzeyde zenginleştirme ile telafi edilmelidir 235 Ü.

U-238

Uranyum-238 (uranyum I) - kendiliğinden fisyon yapabilen yüksek enerjili nötronlar (1 MeV'den fazla) tarafından bölünebilir, doğal uranyumun (%99,27) temelini oluşturur, α-yayıcı, T = 4,468⋅10 9 yıllar doğrudan parçalanır 234 Th, genetik olarak ilişkili bir dizi radyonüklit oluşturur ve 18 ürün aracılığıyla 206 Pb. Sabit hız Serinin bozulması, radyometrik tarihlendirmede ana nüklit konsantrasyonlarının yavruya olan oranının kullanılmasını mümkün kılar. Uranyum-238'in kendiliğinden fisyon yoluyla yarı ömrü kesin olarak belirlenmemiştir, ancak çok uzundur - yaklaşık 10 16 Yıllardır, dolayısıyla ana süreçle (bir alfa parçacığının emisyonu) ilgili olarak fisyon olasılığı yalnızca 10'dur -7 . Bir kilogram uranyum saniyede yalnızca 10 kendiliğinden fisyon üretir ve aynı zamanda α parçacıkları 20 milyon çekirdek yayar. Ana çekirdekler: 242 Pu(α), 238 Pa(β-) 234 Th, kızı - 234 Th.

Uranyum-238 birincil bölünebilir malzeme olarak kullanılamasa da fisyon için gerekli olan yüksek enerjili nötronlardan dolayı nükleer endüstride önemli bir yere sahiptir. Yoğunluğu ve atom ağırlığı yüksek olan, 238 U, atom ve hidrojen bombalarında yük/yansıtıcı kabukları yapmak için uygundur. Hızlı nötronlar tarafından bölünmesi gerçeği, yükün enerji çıkışını arttırır: dolaylı olarak, yansıyan nötronların çoğalmasıyla veya doğrudan yük kabuğunun çekirdeklerinin hızlı nötronlar tarafından bölünmesiyle (füzyon sırasında). Fisyon tarafından üretilen nötronların yaklaşık %40'ı ve füzyon nötronlarının tamamı fisyon için yeterlidir. 238 U enerjileri. 238 U'nun kendiliğinden fisyon oranı 35 kat daha yüksektir 235 U, 5,51 bölüm/s⋅kg. Bu, top tipi bombalarda yük/yansıtıcı mermi olarak kullanılmasını imkansız hale getiriyor çünkü uygun kütlesi (200-300 kg) çok yüksek bir nötron arka planı oluşturacaktır. Temiz 238 U'nun spesifik radyoaktivitesi 0,333 mikroküri/g'dir. Bu uranyum izotopunun önemli bir uygulama alanı üretimdir. 239 Pu. Plütonyum, bir atom tarafından yakalandıktan sonra başlayan çeşitli reaksiyonlarla oluşur. 238 U nötron. 235. izotopta doğal veya kısmen zenginleştirilmiş uranyum içeren herhangi bir reaktör yakıtı, yakıt döngüsünün bitiminden sonra belirli bir oranda plütonyum içerir.

Seyreltilmiş uranyum

Ekstraksiyondan sonra 235 Doğal uranyumdan geriye kalan maddeye “seyreltilmiş uranyum” denir çünkü izotopları tükenmiştir 235 sen ve 234 U. Azaltılmış içerik 234 U (yaklaşık %0,001) radyoaktiviteyi doğal uranyumla karşılaştırıldığında neredeyse yarı yarıya azaltırken içeriğindeki azalma 235 U'nun tükenmiş uranyumun radyoaktivitesi üzerinde neredeyse hiçbir etkisi yoktur.

Dünyadaki tükenmiş uranyumun neredeyse tamamı hekzaflorür formunda depolanıyor. Amerika Birleşik Devletleri'nin üç gaz difüzyon zenginleştirme tesisinde 560.000 ton, Rusya'da ise yüzbinlerce ton tükenmiş uranyum heksaflorür (UF6) bulunmaktadır. Seyreltilmiş uranyum, doğal uranyumun yarısı kadar radyoaktiftir; bunun başlıca nedeni, 234 U. Uranyumun asıl kullanım alanı enerji üretimi olduğundan, termal nötronlu nükleer reaktörlerde tükenmiş uranyum, ekonomik değeri düşük, işe yaramaz bir üründür.

Güvenlik açısından bakıldığında, tükenmiş uranyum hekzaflorür gazının katı bir madde olan uranyum okside dönüştürülmesi yaygın bir uygulamadır. Uranyum oksit ya bir tür radyoaktif atık olarak gömülmeye tabi tutulur ya da hızlı nötron reaktörlerinde plütonyum üretmek için kullanılabilir.

Uranyum oksidin nasıl imha edileceğine ilişkin karar, bir ülkenin tükenmiş uranyumu nasıl gördüğüne bağlıdır: imha edilecek radyoaktif atık olarak mı yoksa daha fazla kullanıma uygun malzeme olarak mı? Örneğin ABD'de yakın zamana kadar tükenmiş uranyum daha fazla kullanım için hammadde olarak kabul ediliyordu. Ancak 2005'ten beri bu bakış açısı değişmeye başladı ve artık Amerika Birleşik Devletleri'nde tükenmiş uranyum oksidi gömmek mümkün. Fransa'da tükenmiş uranyum radyoaktif atık olarak kabul edilmiyor, ancak uranyum oksit formunda depolanması gerekiyor. Rusya'da Federal Atom Enerjisi Ajansı'nın liderliği, atık uranyum hekzaflorürün imha edilemeyecek değerli bir malzeme olduğunu düşünüyor. Atık uranyum hekzaflorürün uranyum okside dönüştürülmesine yönelik endüstriyel bir tesisin oluşturulması çalışmaları başladı. Ortaya çıkan uranyum oksitlerin, hızlı nötron reaktörlerinde daha sonra kullanılmak üzere veya ilave zenginleştirme amacıyla uzun süre saklanması bekleniyor. 235 U'yu termal reaktörlerde yakma takip eder.

Seyreltilmiş uranyumu kullanmanın yollarını bulmak, zenginleştirme tesisleri için büyük bir zorluk teşkil ediyor. Kullanımı esas olarak uranyumun yüksek yoğunluğu ve nispeten düşük maliyeti ile ilişkilidir. Seyreltilmiş uranyumun en önemli iki kullanımı, radyasyon kalkanı olarak ve uçak kontrol yüzeyleri gibi havacılık uygulamalarında balast olarak kullanılmasıdır. Her bir Boeing 747 uçağı, bu amaçlara yönelik olarak 1.500 kg seyreltilmiş uranyum içerir. Seyreltilmiş uranyum büyük ölçüde petrol sondajında şok çubukları şeklinde kullanılır (kablolu sondajda), ağırlığı aleti sondaj sıvısıyla dolu kuyulara doğru yönlendirir. Bu malzeme, yüksek hızlı jiroskop rotorlarında, büyük volanlarda, uzay iniş araçlarında ve yarış yatlarında balast olarak kullanılır.

Ancak uranyumun en ünlü kullanımı zırh delici mermilerin çekirdeği olarak kullanılmasıdır. Diğer metallerle belirli bir alaşım ve ısıl işlem (%2 Mo veya %0,75 Ti ile alaşımlama, 850°'ye kadar ısıtılan metalin su veya yağda hızlı bir şekilde söndürülmesi, 450°'de 5 saat daha tutulması) ile uranyum metali sertleşir ve çelikten daha güçlüdür (boşluktaki mukavemet > 1600 MPa). Yüksek yoğunluğuyla birleştiğinde bu, sertleştirilmiş uranyumun zırhı delmede son derece etkili olmasını sağlar; etkinlik açısından çok daha pahalı olan monokristalin tungsten ile benzerdir. Zırh imha sürecine, uranyumun ana kısmının toza öğütülmesi, tozun korunan nesneye nüfuz etmesi ve orada tutuşması eşlik eder. Çöl Fırtınası sırasında savaş alanında 300 ton tükenmiş uranyum kaldı (çoğunlukla, her biri 272 g uranyum alaşımı içeren, A-10 saldırı uçağının 30 mm GAU-8 topundan mermi kalıntıları). Seyreltilmiş uranyum, tank zırhında, örneğin M-1 Abrams tankında (ABD) kullanılır. -4 Asidik magmatik kayaçlarda ağırlıkça % (bölgeye bağlı olarak 2-4 ppm) 3,5 10 -4 %, kil ve şeyllerde 3,2 10 -4 %, bazik kayalarda 5·10 -5 %, ultramafik manto kayalarında 3·10 -7 %. Litosferin 20 km kalınlığındaki tabakasındaki uranyum miktarının 1,3⋅10 olduğu tahmin edilmektedir. 14 t.Yer kabuğunu oluşturan tüm kayaların bir parçasıdır ve ayrıca doğal sularda ve canlı organizmalarda da bulunur. Kalın birikintiler oluşturmaz. Uranyumun büyük kısmı, yüksek silikon içeriğine sahip asidik kayalarda bulunur. En düşük uranyum konsantrasyonu ultramafik kayalarda, maksimumu ise tortul kayalarda (fosforitler ve karbonlu şeyller) meydana gelir. Okyanuslarda 10 tane var 10 t uranyum. Topraklardaki uranyum konsantrasyonu 0,7 - 11 ppm (fosforlu gübrelerle gübrelenen tarım topraklarında 15 ppm), deniz suyunda 0,003 ppm aralığında değişmektedir.

Uranyum yeryüzünde serbest halde bulunmaz. U içeriği %1'den fazla olan 100 bilinen uranyum minerali vardır. Bu minerallerin yaklaşık üçte birinde uranyum dört değerlik, geri kalanında ise altı değerliklidir. Bu uranyum minerallerinin 15'i basit oksitler veya hidroksiller, 20'si kompleks titanatlar ve niyobatlar, 14'ü silikatlar, 17'si fosfatlar, 10'u karbonatlar, 6'sı sülfatlar, 8'i vanadatlar, 8'i arsenatlardır. Uranyum bileşiklerinin belirlenemeyen formları, deniz kökenli bazı karbonlu şeyllerde, linyit ve kömürde ve ayrıca magmatik kayalardaki tanecikler arası filmlerde meydana gelir. 15 uranyum minerali endüstriyel öneme sahiptir.

Büyük cevher yataklarındaki ana uranyum mineralleri oksitler (uranyum zifti, uraninit, koffinit), vanadatlar (karnotit ve tyuyamunit) ve kompleks titanatlar (brannerit ve davidit) ile temsil edilir. Titanatlar aynı zamanda endüstriyel öneme sahiptir; örneğin brannerite UTi 2 veya 6 , silikatlar - ortak sonlu U 1-x(OH)4x , tantalonyum batları ve hidratlı fosfatlar ve uranil arsenatlar - uranyum mikaları. Uranyum doğada doğal bir element olarak oluşmaz. Uranyumun çeşitli oksidasyon aşamalarında bulunabilmesi nedeniyle çok çeşitli jeolojik ortamlarda bulunur.

Uranyum uygulamaları

Gelişmiş ülkelerde uranyum üretimi esas olarak bölünebilir nüklidler üretmeyi amaçlamaktadır ( 235 U ve 233 U, 239 Pu) - hem silah sınıfı nüklidlerin hem de nükleer silah bileşenlerinin (stratejik ve taktik amaçlı atom bombaları ve mermiler, nötron bombaları, hidrojen bombası tetikleyicileri vb.) üretimine yönelik endüstriyel reaktörlerin yakıtı. Atom bombasındaki konsantrasyon 235 U %75'i aşıyor. Dünyanın geri kalanında, uranyum metali veya bileşikleri, nükleer reaktörlerin enerji ve araştırmalarında nükleer yakıt olarak kullanılıyor. Nükleer santrallerin sabit reaktörlerinde doğal veya az zenginleştirilmiş bir uranyum izotop karışımı kullanılır, nükleer santrallerde yüksek oranda zenginleştirilmiş bir ürün kullanılır. enerji santralleri(termal, elektrik ve mekanik enerji, radyasyon veya ışık kaynakları) veya hızlı nötronlarla çalışan reaktörlerde. Reaktörler genellikle alaşımlı ve alaşımsız uranyum metali kullanır. Bununla birlikte, bazı reaktör türleri yakıtı katı bileşikler formunda kullanır (örneğin, UO 2 ) ve ayrıca uranyumun sulu bileşikleri veya başka bir metalle sıvı bir uranyum alaşımı.

Uranyumun ana kullanımı nükleer santraller için nükleer yakıt üretimidir. 1.400 MW kurulu güce sahip basınçlı su nükleer reaktörü, 50 yeni yakıt elemanı üretmek için yılda 225 ton doğal uranyum gerektirir ve bunlar, karşılık gelen sayıda kullanılmış yakıt çubuğuyla değiştirilir. Bu reaktörü yüklemek için yaklaşık 130 ton SWU (ayırma çalışma ünitesi) ve yıllık 40 milyon dolarlık bir maliyet gerekiyor. Bir nükleer reaktörün yakıtındaki uranyum-235 konsantrasyonu %2-5'tir.

Uranyum cevherleri, onlardan radyumun (içeriği 3 ton cevher başına yaklaşık 1 g olan) ve diğer bazı doğal radyonüklidlerin çıkarılması açısından hala ilgi çekicidir. Uranyum bileşikleri cam endüstrisinde camları kırmızı veya renklendirmek için kullanılır. yeşil renk veya onlara güzel bir yeşilimsi sarı renk tonu verin. Floresan camların üretiminde de kullanılırlar: küçük bir uranyum ilavesi, cama güzel bir sarı-yeşil floresans verir.

1980'li yıllara kadar doğal uranyum, seramiklerde de dahil olmak üzere diş hekimleri tarafından yaygın olarak kullanıldı; bu, onların doğal bir renk elde etmelerine ve protezlerde ve kronlarda orijinal floresans oluşturmalarına olanak sağladı. (Uranyum çenesi gülümsemenizi daha parlak hale getirir!) 1942 tarihli orijinal patent, %0,1'lik bir uranyum içeriği önermektedir. Daha sonra doğal uranyumun yerini tükenmiş uranyum aldı. Bunun iki avantajı vardı; daha ucuz ve daha az radyoaktif. Uranyum ayrıca lamba filamanlarında ve deri ve ahşap endüstrilerinde boyaların bir bileşeni olarak kullanıldı. Uranyum tuzları yün ve deri için mordan ve boyama çözeltilerinde kullanılır. Uranil asetat ve uranil format, transmisyon elektron mikroskobunda biyolojik nesnelerin ince kesitlerinin kontrastını arttırmak ve virüsleri, hücreleri ve makromolekülleri boyamak için elektron emici dekoratif maddeler olarak kullanılır.

Na 2 U 2 O 7 tipi uranatlar (“sarı uranil”) seramik sırları ve emayeler için pigment olarak kullanılır (oksidasyon derecesine bağlı olarak sarı, yeşil ve siyah renkli). Hayır 2 U 2 Ç 7 resimde sarı boya olarak da kullanılır. Bazı uranyum bileşikleri ışığa duyarlıdır. Yirminci yüzyılın başında uranil nitrat, negatifleri geliştirmek ve renkli fotoğraf baskıları (pozitifleri kahverengi veya kahverengiye boyamak) üretmek için titreşimli bir madde olarak yaygın şekilde kullanıldı. Uranil asetat UO 2 (H3COOH) 2 analitik kimyada kullanılır - sodyum ile çözünmeyen bir tuz oluşturur. Fosforlu gübreler oldukça büyük miktarlarda uranyum içerir. Uranyum metali, yüksek enerjili X-ışınları üretmek üzere tasarlanmış bir X-ışını tüpünde hedef olarak kullanılır.

Bazı uranyum tuzları katalizör olarak kullanılır. kimyasal reaksiyonlar aromatik hidrokarbonların oksidasyonu, bitkisel yağların dehidrasyonu vb. Karbür 235 Niyobyum karbür ve zirkonyum karbür içeren bir alaşımdaki U, nükleer jet motorları için yakıt olarak kullanılır (çalışma sıvısı - hidrojen + heksan). Demir ve tükenmiş uranyum alaşımları ( 238 U) güçlü manyetostriktif malzemeler olarak kullanılır.

İÇİNDE ulusal ekonomi Seyreltilmiş uranyum, uçak karşı ağırlıklarının ve tıbbi radyoterapi ekipmanlarına yönelik radyasyon önleyici kalkanların üretiminde kullanılıyor. Seyreltilmiş uranyum, radyoaktif kargo ve nükleer atıkların taşınmasına yönelik taşıma kaplarının yanı sıra güvenilir biyolojik korumaya yönelik ürünlerin (örneğin koruyucu ekranlar) yapımında kullanılır. γ-radyasyonunun emilmesi açısından uranyum, kurşundan beş kat daha etkilidir; bu, koruyucu ekranların kalınlığının önemli ölçüde azaltılmasını ve radyonüklitlerin taşınması için tasarlanan kapların hacminin azaltılmasını mümkün kılar. Radyoaktif atıklar için kuru depolama tesisleri oluşturmak amacıyla çakıl yerine tükenmiş uranyum oksit bazlı beton kullanılıyor.

Seyreltilmiş uranyum, doğal uranyumun yarısı kadar radyoaktiftir; bunun başlıca nedeni, 234 U. Özellikle mermilerin zırh delici özelliklerini geliştirmek için zırh çeliğini alaşımlamak için kullanılır. %2 Mo veya %0,75 Ti ile alaşımlandığında ve ısıl işlem uygulandığında (850°C'ye ısıtılan metalin su veya yağda hızla söndürülmesi, ayrıca 450°'de 5 saat tutulması), uranyum metali çelikten daha sert ve daha güçlü hale gelir (gerilme mukavemeti daha fazla) Saf uranyum için 450 MPa olmasına rağmen 1600 MPa'dan fazla). Yüksek yoğunluğuyla birleştiğinde bu, sertleştirilmiş uranyum külçesini, etkinlik açısından daha pahalı tungsten ile benzer şekilde son derece etkili bir zırh delici haline getirir. Ağır uranyum ucu aynı zamanda merminin kütle dağılımını da değiştirerek aerodinamik stabilitesini artırır. Böyle bir mermi (örneğin, titanyumlu bir uranyum alaşımı) zırha çarptığında kırılmaz, ancak kendini keskinleştiriyor gibi görünür, bu da daha fazla nüfuz sağlar. Zırh imha sürecine, uranyum domuzunun toz halinde öğütülmesi ve tankın içindeki havada ateşlenmesi eşlik ediyor. Modern tank zırhlarında seyreltilmiş uranyum kullanılıyor.

Çeliğe az miktarda uranyum eklenmesi, onu kırılgan hale getirmeden sertliğini arttırır ve asitlere karşı direncini arttırır. 1200 erime noktasına sahip uranyum-nikel alaşımı (%66 uranyum ve %33 nikel) kral şarabına göre bile özellikle aside dayanıklıdır.Ö . Seyreltilmiş uranyum aynı zamanda uçak kontrol yüzeyleri gibi havacılık uygulamalarında da balast olarak kullanılır. Bu malzeme yüksek hızlı jiroskop rotorlarında, büyük volanlarda, uzay iniş araçlarında ve yarış yatlarında balast olarak ve petrol sondajında kullanılır.

Daha önce de belirtildiği gibi, zamanımızda uranyum atom bombaları üretilmiyor. Ancak modern plütonyum bombalarında 238 U (tükenmiş uranyum dahil) hala kullanılmaktadır. Yükün kabuğunu oluşturur, nötronları yansıtır ve patlayıcı bir patlama şemasında plütonyum yükünün sıkıştırılmasına atalet katar. Bu, silahın etkinliğini önemli ölçüde artırır ve kritik kütleyi azaltır (yani, zincirleme fisyon reaksiyonu oluşturmak için gereken plütonyum miktarını azaltır). Seyreltilmiş uranyum aynı zamanda hidrojen bombalarında da kullanılıyor, termonükleer yükü onunla paketliyor, güçlü bir ultra hızlı nötron akışını nükleer fisyona yönlendiriyor ve böylece silahın enerji çıktısını artırıyor. Böyle bir bombaya, patlamanın üç aşamasından sonra fisyon-füzyon-fisyon silahı adı verilir. Böyle bir silahın patlamasından elde edilen enerjinin çoğu fisyondan gelir 238 U, önemli miktarda radyoaktif ürün üretiyor. Örneğin Ivy Mike testinde (1952) 10,4 megaton gücündeki hidrojen bombasının patlaması sırasındaki enerjinin %77'si uranyum kabuğundaki fisyon süreçlerinden geldi. Seyreltilmiş uranyumun kritik bir kütlesi olmadığı için bir bombaya sınırsız miktarda eklenebiliyor. 1961'de Novaya Zemlya'da patlayan Sovyet hidrojen bombasında (Çar Bomba - Kuzkina'nın annesi), "sadece" 50 megatonluk bir verimle patladı, verimin %90'ı termonükleer füzyon reaksiyonundan kaynaklanıyordu, çünkü kabuk plastikten yapılmıştı. 238 Patlamanın son aşamasında U'nun yerini kurşun aldı. Kabuk (başlangıçta monte edildiği gibi) 238 U, o zaman patlamanın gücü 100 megatonu aştı ve radyoaktif serpinti, tüm dünya nükleer silah testlerinin toplamının 1 / 3'ü kadardı.

Uranyumun doğal izotopları jeokronolojide kayaların ve minerallerin mutlak yaşını ölçmek için kullanılır. 1904 yılında Ernest Rutherford, Dünyanın ve en eski minerallerin yaşının, uranyumun yarı ömrüyle aynı büyüklükte olduğuna dikkat çekti. Aynı zamanda, yoğun kayanın içerdiği helyum ve uranyum miktarına göre yaşını belirlemeyi önerdi. Ancak yöntemin dezavantajı çok geçmeden ortaya çıktı: Son derece hareketli helyum atomları yoğun kayalarda bile kolayca yayılıyor. Çevredeki minerallere nüfuz ederler ve ana uranyum çekirdeğinin yakınında, radyoaktif bozunma yasalarına göre takip edilenden önemli ölçüde daha az helyum kalır. Bu nedenle kayaların yaşı, uranyum çekirdeğinin çürümesinin son ürünü olan uranyum ve radyojenik kurşun oranıyla hesaplanır. Bazı nesnelerin, örneğin mikaların yaşını belirlemek daha da kolaydır: malzemenin yaşı, içinde çürüyen uranyum atomlarının sayısıyla orantılıdır ve bu, izlerin sayısıyla belirlenir - parçaların bıraktığı izler. madde. Uranyum konsantrasyonunun iz konsantrasyonuna oranına dayanarak, herhangi bir antik hazinenin (vazolar, mücevherler vb.) yaşı hesaplanabilir. Jeolojide özel bir terim olan “uranyum saati” bile icat edildi. Uranyum saati çok yönlü bir alettir. Uranyumun izotopları birçok kayada bulunur. Yer kabuğundaki uranyum konsantrasyonu ortalama olarak milyonda üç parçadır. Bu, uranyum ve kurşun oranını ölçmek ve ardından radyoaktif bozunma formüllerini kullanarak mineralin kristalleşmesinden bu yana geçen süreyi hesaplamak için yeterlidir. Uranyum-kurşun yöntemini kullanarak en eski minerallerin yaşını ölçmek mümkün oldu ve meteorların yaşını kullanarak Dünya gezegeninin doğum tarihini belirlediler. Ay toprağının yaşı da bilinmektedir. Ay toprağının en genç parçaları en eski karasal minerallerden daha yaşlıdır.

Plütonyum insan yapımı bir elementtir. Atom çağından önce, doğada yalnızca "izleri" bulundu - yer kabuğunun tüm kalınlığı boyunca onlarca kilogram. Şimdi - yüzlerce ton, tüm yer kabuğunda değil, bombalarda ve depolarda, artı gezegenin yüzeyine dağılmış tonlarca.

Sadece bir yılda, dünyadaki tüm reaktörler 100 ton plütonyum içeren 10 bin ton kullanılmış yakıt üretiyor, yani her bir ton kullanılmış yakıt ~ 10 kg plütonyum içeriyor (karşılaştırma için sadece 6,2 kg plütonyum vardı) Nagasaki'ye atılan bombanın içindeki plütonyum).

Kullanılmış yakıtın yeniden işlenmesi sırasında reaktörde açığa çıkan plütonyum silah düzeyinde olmasa da yine de ondan bomba yapmak mümkün. Dünya zaten bomba yapımı için ayrılmış plütonyumla dolu. Birçoğu var: konuşlandırılmış silah sistemlerinde, sökülmesi amaçlanan savaş başlıklarında, nükleer silah komplekslerinin temizliğinden kaynaklanan atıklarda, işleme tesislerindeki depolarda.

Bölünebilir, yani silah sınıfı izotop plütonyum-239'dur. Bunu üretmek için, zenginleştirilmiş uranyumun (yakıt) yanı sıra, zenginleştirilmemiş doğal uranyum ("hammaddeler"), kapalı bir alüminyum kabuk içine alınmış metal bloklar biçiminde bir askeri reaktöre yerleştirildi. Fisyon reaksiyonu sırasında, reaktör çekirdeğinde büyük bir nötron akışı ortaya çıkar ve uranyum blokları bu nötronlarla ışınlanır (bu nedenle "ışınlanmış uranyum" veya ışınlanmış nükleer yakıt terimi).

Nötronlar yakalandığında, uranyum atomlarının çekirdekleri plütonyum çekirdeklerine dönüşür, böylece blokların içinde bölünemeyen uranyum-238 yavaş yavaş bölünebilir (silah sınıfı) plütonyum-239'a dönüşür. Reaktörde maruz kalma sırasında (3-6 ay), her bir ton doğal uranyumdan birkaç yüz gram uranyum-238, plütonyum-239'a dönüştürüldü.

Uran-235(İngilizce uranyum-235), tarihi adı aktinouranyum(lat. Aktin Uranyum, sembolle gösterilir ACU), atom numarası 92 ve kütle numarası 235 olan kimyasal element uranyumun radyoaktif bir nüklididir. Uranyum-235'in doğadaki izotop bolluğu %0,7200(51)'dir. Aktinyum serisi adı verilen radyoaktif 4n+3 ailesinin kurucusudur. 1935 yılında Arthur Jeffrey Dempster tarafından keşfedilmiştir.

Bu nüklidin bir gramının aktivitesi yaklaşık 80 kBq'dir.

1 Oluşumu ve çöküşü
2 Zorunlu bölme

2.1 Nükleer zincir reaksiyonu

3 İzomer

4 Uygulama

5 Ayrıca bakınız

6 Not

Oluşumu ve çürüme

Uranyum-235 aşağıdaki bozunmaların bir sonucu olarak oluşur:

235Pa nüklidinin β− bozunması (yarı ömür 24,44(11) dakikadır):

235Np nüklidi tarafından gerçekleştirilen K-yakalama (yarı ömür 396,1(12) gündür):

239Pu nüklidinin α bozunması (yarılanma ömrü 2,411(3)·104 yıldır):

Uranyum-235'in bozunması aşağıdaki yönlerde gerçekleşir:

231Th'deki α bozunması (olasılık %100, bozunma enerjisi 4.678,3(7) keV):

Kendiliğinden bölünme (olasılık %7(2)·10−9);
20Ne, 25Ne ve 28Mg nüklitlerin oluşumuyla küme bozunması (olasılıklar sırasıyla %8(4)·10−10, %8·10−10, %8·10−10'dur):

Zorla bölünme

Ana makale: Nükleer fisyonÇeşitli fisyon nötron enerjileri için Uranyum-235 fisyon ürünü verim eğrisi.

Bir nötronun emilmesinden sonra uranyum-235'in zorla fisyonuna yönelik seçeneklerden biri (diyagram)

Nükleer zincir reaksiyonu

Ana makale: Nükleer zincir reaksiyonu

Varsayımsal olarak, ikinci nesil nötronların sayısı (nükleer bozunmanın ikinci aşamasından sonra) 3² = 9'u aşabilir. Fisyon reaksiyonunun sonraki her aşamasında, üretilen nötronların sayısı çığ gibi artabilir. Gerçek koşullar altında, serbest nötronlar, 235U'yu yakalamadan önce numuneyi terk ederek veya 235U izotopunun kendisi tarafından yakalanıp onu 236U'ya dönüştürerek veya diğer materyaller (örneğin, 238U veya ortaya çıkan parçalar) tarafından yeni bir fisyon olayı oluşturamayabilir. 149Sm veya 135Xe gibi nükleer fisyon).

Numunenin hacmini artırın (cevherden izole edilen uranyum için hacmi artırarak kritik bir kütleye ulaşmak mümkündür);
Numunedeki 235U konsantrasyonunu artırarak izotop ayırma işlemini gerçekleştirin;
Çeşitli reflektör türlerini kullanarak numunenin yüzeyinden serbest nötron kaybını azaltın;
Termal nötronların konsantrasyonunu artırmak için bir nötron moderatör maddesi kullanın.

İzomerler

Bilinen tek izomer, aşağıdaki özelliklere sahip 235Um'dur:

Fazla kütle: 40.920,6(1,8) keV
Uyarma enerjisi: 76,5(4) eV
Yarı ömür: 26 dakika
Nükleer dönüş ve eşlik: 1/2+

İzomerik durumun ayrışması, temel duruma izomerik bir geçiş yoluyla gerçekleşir.

Başvuru

Uranyum-235, kontrollü bir nükleer fisyon zincir reaksiyonu gerçekleştiren nükleer reaktörler için yakıt olarak kullanılır;
Yüksek derecede zenginleştirilmiş uranyum nükleer silah yapımında kullanılıyor. Bu durumda, büyük miktarda enerji açığa çıkarmak (patlama) için kontrolsüz bir nükleer zincir reaksiyonu kullanılır.

Ayrıca bakınız

Uranyum izotopları
İzotopik ayırma

Notlar

12345 G. Audi, A.H. Wapstra ve C. Thibault (2003). “AME2003 atomik kütle değerlendirmesi (II). Tablolar, grafikler ve referanslar." Nükleer Fizik A 729 : 337-676. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. Bib kodu: 2003NuPhA.729..337A.
123456789101112 G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot ve A.H. Wapstra (2003). "Nükleer ve bozunma özelliklerinin NUBASE değerlendirmesi." Nükleer Fizik A 729 : 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. Bibcode: 2003NuPhA.729….3A.
Hoffman K. Altın yapmak mümkün mü? - 2. baskı. silinmiş - L.: Kimya, 1987. - S. 130. - 232 s. - 50.000 kopya.
Bilim tarihinde bugün
123 Fialkov Yu.Ya.İzotopların kimya ve kimya endüstrisinde uygulanması. - Kiev: Tekhnika, 1975. - S. 87. - 240 s. - 2.000 kopya.
Fiziksel ve Kimyasal Sabitler Tablosu, Bölüm 4.7.1: Nükleer Fisyon. Kaye ve Laby Çevrimiçi. 8 Nisan 2012 tarihinde kaynağından arşivlendi.
Bartolomei G.G., Baibakov V.D., Alkhutov M.S., Bat G.A. Nükleer güç reaktörlerinin hesaplanmasına yönelik teori ve yöntemlerin temelleri. - M .: Energoatomizdat, 1982. - S. 512.

Uran-235 Hakkında Bilgi

Uran-235
Uran-235

Uran-235 Bilgilendirme Videosu

Uran-235 Konuyu görüntüle.
Uranyum-235 nedir, Uranyum-235 kimdir, Uranyum-235 açıklaması

Bu yazı ve videoda Wikipedia'dan alıntılar var

Uranyum radyoaktif bir metaldir. Doğada uranyum üç izotoptan oluşur: uranyum-238, uranyum-235 ve uranyum-234. En yüksek seviye stabilite uranyum-238'de kaydedilmiştir.

ÖzelliklerDeğer

Genel bilgi
İsim, sembol	Uranyum-238, 238U
Alternatif isimler	uranyum bir, kullanıcı arayüzü
Nötronlar	146
Protonlar	92
Nüklit özellikleri
Atom kütlesi	238.0507882(20)a. yemek yemek.
Aşırı kütle	47 308,9(19) keV
Spesifik bağlanma enerjisi (nükleon başına)	7 570,120(8) keV
İzotopik bolluk	99,2745(106) %
Yarı ömür	4.468(3) 109 yıl
Ayrışma ürünleri	234Th, 238Pu
Ana izotoplar	238Pa(β−) 242Pu(α)
Çekirdeğin spini ve paritesi	0+
Çürüme kanalı	Çürüme enerjisi
α bozunması	4,2697(29) MeV
SF
ββ	1,1442(12) MeV

Uranyumun radyoaktif bozunması

Radyoaktif bozunma, atom çekirdeğinin bileşiminde veya iç yapısında kararsızlıkla karakterize edilen ani değişim sürecidir. Bu durumda temel parçacıklar, gama ışınları ve/veya nükleer parçalar yayılır. Radyoaktif maddeler radyoaktif bir çekirdek içerir. Radyoaktif bozunma sonucu oluşan yavru çekirdek de radyoaktif hale gelebilir ve belli bir süre sonra bozunmaya uğrayabilir. Bu süreç, radyoaktivite içermeyen kararlı bir çekirdek oluşana kadar devam eder. E. Rutherford, 1899'da uranyum tuzlarının üç tür ışın yaydığını deneysel olarak kanıtladı:

α-ışınları - pozitif yüklü parçacıkların akışı
β-ışınları - negatif yüklü parçacıkların akışı
γ-ışınları - manyetik alanda sapmalar yaratmaz.

Radyasyon türü Nüklit Yarılanma ömrü

Ο	Uranyum - 238 U	4,47 milyar yıl
α ↓
Ο	Toryum - 234 Th	24,1 gün
β ↓
Ο	Protaktinyum – 234 Pa	1.17 dakika
β ↓
Ο	Uranyum - 234 U	245.000 yıl
α ↓
Ο	Toryum – 230 Th	8000 yıl
α ↓
Ο	Radyum – 226 Ra	1600 yıl
α ↓
Ο	Polonyum - 218 Po	3.05 dakika
α ↓
Ο	Kurşun - 214 Pb	26,8 dakika
β ↓
Ο	Bizmut - 214 Bi	19.7 dakika
β ↓
Ο	Polonyum - 214 Po	0,000161 saniye
α ↓
Ο	Kurşun - 210 Pb	22,3 yıl
β ↓
Ο	Bizmut - 210 Bi	5.01 gün
β ↓
Ο	Polonyum - 210 Po	138,4 gün
α ↓
Ο	Kurşun - 206 Pb	stabil

Uranyumun radyoaktivitesi

Doğal radyoaktivite, radyoaktif uranyumu diğer elementlerden ayıran özelliktir. Uranyum atomları, herhangi bir faktör ve koşuldan bağımsız olarak yavaş yavaş değişir.

Uranyum (element)

Bu durumda görünmez ışınlar yayılır. Uranyum atomları ile meydana gelen dönüşümler sonrasında farklı bir radyoaktif element elde edilerek işlem tekrarlanır. Radyoaktif olmayan bir element elde etmek için bunu gerektiği kadar tekrarlayacaktır. Örneğin, bazı dönüşüm zincirlerinin 14'e kadar aşaması vardır. Bu durumda ara element radyumdur ve son aşama kurşun oluşumudur. Bu metal radyoaktif bir element olmadığından dönüşüm serisi kesintiye uğrar. Ancak uranyumun tamamen kurşuna dönüşmesi birkaç milyar yıl alır.
Radyoaktif uranyum cevheri, uranyum hammaddelerinin madenciliği ve işlenmesiyle uğraşan işletmelerde sıklıkla zehirlenmelere neden olur. İnsan vücudunda uranyum genel bir hücresel zehirdir. Öncelikle böbrekleri etkiler, ancak aynı zamanda karaciğeri ve gastrointestinal sistemi de etkiler.
Uranyumun tamamen kararlı izotopları yoktur. En uzun yaşam süresi uranyum-238'de görülmektedir. Uranyum-238'in yarı bozunması 4,4 milyar yılda gerçekleşir. Uranyum-235'in yarı bozunması bir milyar yıldan biraz daha kısa bir sürede gerçekleşir - 0,7 milyar yıl. Uranyum-238, doğal uranyumun toplam hacminin %99'undan fazlasını kaplar. Muazzam yarı ömrü nedeniyle bu metalin radyoaktivitesi yüksek değildir; örneğin alfa parçacıkları insan derisinin stratum korneumuna nüfuz edemez. Bir dizi çalışmanın ardından bilim adamları, radyasyonun ana kaynağının uranyumun kendisi değil, ürettiği radon gazı ve nefes alma sırasında insan vücuduna giren bozunma ürünleri olduğunu buldular.

radyoaktif uranyum, radyoaktivite, radyoaktif bozunma

İzotoplar ve uranyum üretimi

Doğal uranyum üç izotopun karışımından oluşur: 238U - %99,2739 (yarı ömür T 1/2 = 4,468×109 yıl), 235U - %0,7024 ( T 1/2 = 7,038×108 yıl) ve 234U - %0,0057 ( T 1/2 = 2,455×105 yıl). İkinci izotop birincil değil radyojeniktir; radyoaktif 238U serisinin bir parçasıdır.

Doğal uranyumun radyoaktivitesi temel olarak 238U ve 234U izotoplarından kaynaklanmaktadır; denge durumunda bunların spesifik aktiviteleri eşittir. 235U izotopunun doğal uranyumdaki spesifik aktivitesi, 238U'nun aktivitesinden 21 kat daha azdır.

Uranyumun kütle numaraları 227'den 240'a kadar bilinen 11 yapay radyoaktif izotopu vardır. Bunlardan en uzun ömürlü olanı 233U'dur ( T 1/2 = 1,62×105 yıl) toryum nötronları ile ışınlama yoluyla elde edilir ve termal nötronlar tarafından kendiliğinden fisyon yapma yeteneğine sahiptir.

Uranyum izotopları 238U ve 235U, iki radyoaktif serinin atalarıdır. Bu serinin son elemanları kurşun izotopları 206Pb ve 207Pb'dir.

Doğal koşullar altında en yaygın izotoplar 234U: 235U: 238U = 0,0054: 0,711: 99,283'tür. Doğal uranyumun radyoaktivitesinin yarısı 234U izotopundan kaynaklanmaktadır. 234U izotopu, 238U'nun bozunması nedeniyle oluşur. Son ikisi, diğer izotop çiftlerinden farklı olarak ve uranyumun yüksek göç kabiliyetine bakılmaksızın, U238/U235 = 137,88 oranındaki coğrafi sabitlik ile karakterize edilir. Bu oranın büyüklüğü uranyumun yaşına bağlıdır. Çok sayıda saha ölçümü hafif dalgalanmaları gösterdi. Yani rulolarda bu oranın standarda göre değeri 0,9959 - 1,0042, tuzlarda - 0,996 - 1,005 aralığında değişmektedir. Uranyum içeren minerallerde (zift, uranyum siyahı, sirtolit, nadir toprak cevherleri) bu oranın değeri 137,30 ile 138,51 arasında; Üstelik UIV ve UVI formları arasındaki fark da belirlenmemiştir; sfende - 138.4. Bazı göktaşlarında 235U izotopunun eksikliği tespit edildi. Karasal koşullardaki en düşük konsantrasyonu, 1972 yılında Fransız araştırmacı Bujigues tarafından Afrika'nın Oklo kasabasında bulundu (Gabon'daki yatak). Böylece normal uranyum %0,7025 uranyum 235U içerirken Oklo'da bu oran %0,557'ye düşürülür. Bu, Los Angeles'taki California Üniversitesi'nden George W. Wetherill, Chicago Üniversitesi'nden Mark G. Inghram ve üniversiteden kimyager Paul K. Kuroda tarafından tahmin edilen, izotop yanmasına yol açan doğal bir nükleer reaktör hipotezini doğruladı. Süreci 1956'da anlatan Arkansas'lı Dr. Ayrıca aynı bölgelerde doğal nükleer reaktörler de bulundu: Okelobondo, Bangombe, vb. Şu anda yaklaşık 17 doğal nükleer reaktör bilinmektedir.

Fiş

Uranyum üretiminin ilk aşaması konsantrasyondur. Kaya ezilip suyla karıştırılır. Ağır süspansiyon bileşenleri daha hızlı yerleşir. Kaya birincil uranyum mineralleri içeriyorsa hızla çökerler: bunlar ağır minerallerdir. İkincil uranyum mineralleri daha hafiftir, bu durumda ağır atık kaya daha erken çöker. (Ancak her zaman tam anlamıyla boş değildir; uranyum da dahil olmak üzere pek çok faydalı element içerebilir).

Bir sonraki aşama konsantrelerin liçlenmesi, uranyumun çözeltiye aktarılmasıdır. Asit ve alkali liç kullanılır. Birincisi daha ucuzdur çünkü uranyumun çıkarılmasında sülfürik asit kullanılır. Ancak uranyum gibi ham maddede ise katran uranyum dört değerlikli bir durumdaysa, bu yöntem uygulanamaz: dört değerlikli uranyum, sülfürik asitte pratik olarak çözünmez. Bu durumda, ya alkali liç işlemine başvurmanız ya da uranyumu altı değerlikli bir duruma önceden oksitlemeniz gerekir.

Asit liçi, uranyum konsantresinin sülfürik asitle reaksiyona giren dolomit veya manyezit içerdiği durumlarda da kullanılmaz.

Bu durumlarda kostik soda (sodyum hidroksit) kullanın.

Cevherlerden uranyum liçi sorunu oksijen üfleme ile çözülmektedir. 150 °C'ye ısıtılan uranyum cevheri ve sülfit minerallerinden oluşan bir karışıma bir oksijen akışı sağlanır. Bu durumda uranyumu yıkayan kükürt minerallerinden sülfürik asit oluşur.

Bir sonraki aşamada uranyumun elde edilen çözeltiden seçici olarak izole edilmesi gerekir. Modern yöntemler- ekstraksiyon ve iyon değişimi - bu sorunu çözmemize olanak tanır.

Çözelti yalnızca uranyumu değil aynı zamanda diğer katyonları da içerir. Bunlardan bazıları, belirli koşullar altında uranyumla aynı şekilde davranır: aynı organik çözücülerle çıkarılır, aynı iyon değiştirme reçineleri üzerinde biriktirilir ve aynı koşullar altında çöker. Bu nedenle, uranyumun seçici olarak izole edilmesi için, her aşamada bir veya diğer istenmeyen yoldaştan kurtulmak amacıyla birçok redoks reaksiyonunun kullanılması gerekir. Modern iyon değiştirme reçinelerinde uranyum çok seçici bir şekilde salınır.

Yöntemler iyon değişimi ve ekstraksiyon Ayrıca iyidirler çünkü uranyumun zayıf çözeltilerden tamamen çıkarılmasına izin verirler (uranyum içeriği litre başına gramın onda biri kadardır).

Bu işlemlerden sonra uranyum katı hale - oksitlerden birine veya UF4 tetraflorüre dönüştürülür. Ancak bu uranyumun hala büyük bir termal nötron yakalama kesiti olan bor, kadmiyum, hafniyum gibi yabancı maddelerden arındırılması gerekiyor. Nihai üründeki içerikleri yüzde yüz binde ve milyonda birini geçmemelidir. Bu safsızlıkları gidermek için ticari olarak saf bir uranyum bileşiği nitrik asit içinde çözülür. Bu durumda, tribütil fosfat ve diğer bazı maddelerle ekstraksiyon sırasında gerekli standartlara göre daha da saflaştırılan uranil nitrat UO2(NO3)2 oluşur. Daha sonra bu madde kristalleştirilir (veya peroksit UO4 2H2O çökeltilir) ve dikkatlice kalsine edilir. Bu işlem sonucunda hidrojen ile UO2'ye indirgenen uranyum trioksit UO3 oluşur.

Uranyum dioksit UO2, UF4 tetraflorür üretmek için 430 ila 600 °C arasındaki sıcaklıklarda kuru hidrojen florüre maruz bırakılır. Uranyum metali bu bileşikten kalsiyum veya magnezyum kullanılarak indirgenir.

Seyreltilmiş uranyum

Doğal uranyumdan 235U ve 234U çıkarıldıktan sonra geriye kalan malzemeye (uranyum-238), 235 izotopu tükenmiş olduğundan "tükenmiş uranyum" adı verilmektedir. Bazı tahminlere göre Amerika Birleşik Devletleri yaklaşık 560.000 ton tükenmiş uranyum heksaflorür (UF6) depolamaktadır.

Seyreltilmiş uranyum, esas olarak 234U'nun çıkarılmasından dolayı doğal uranyumun yarısı kadar radyoaktiftir. Uranyumun birincil kullanımı enerji üretimi olduğundan, tükenmiş uranyum, ekonomik değeri düşük, az kullanımlı bir üründür.

Kullanımı esas olarak uranyumun yüksek yoğunluğu ve nispeten düşük maliyeti ile ilişkilidir. Seyreltilmiş uranyum, radyasyondan korunmak için (ironik bir şekilde) ve uçak kontrol yüzeyleri gibi havacılık uygulamalarında balast olarak kullanılıyor. Her bir Boeing 747 uçağı, bu amaçlara yönelik olarak 1.500 kg seyreltilmiş uranyum içerir. Bu malzeme aynı zamanda yüksek hızlı jiroskop rotorlarında, büyük volanlarda, uzay araçları ve yarış yatlarında balast olarak ve petrol kuyuları açılırken de kullanılıyor.

Fizyolojik etki

Bitki, hayvan ve insan dokularında mikro miktarlarda (%10−5-10−8) bulunur. Bazı mantarlar ve algler tarafından büyük ölçüde birikir. Uranyum bileşikleri gastrointestinal sistemde (yaklaşık% 1), akciğerlerde -% 50 oranında emilir. Vücuttaki ana depolar: dalak, böbrekler, iskelet, karaciğer, akciğerler ve bronkopulmoner lenf düğümleri. İnsan ve hayvanların organ ve dokularındaki içerik 10−7 g'ı geçmez.

Uranyum ve bileşikleri zehirlidir. Uranyumun aerosolleri ve bileşikleri özellikle tehlikelidir. Suda çözünebilen uranyum bileşiklerinin aerosolleri için havadaki MPC 0,015 mg/m³, çözünmeyen uranyum formları için MPC 0,075 mg/m³'tür. Uranyum vücuda girdiğinde genel bir hücresel zehir olarak tüm organları etkiler. Uranyum, diğer birçok ağır metal gibi, proteinlere, özellikle de amino asitlerin sülfit gruplarına neredeyse geri dönülemez şekilde bağlanarak onların işlevlerini bozar. Uranyumun moleküler etki mekanizması, enzim aktivitesini baskılama yeteneği ile ilişkilidir. Böbrekler öncelikle etkilenir (idrarda protein ve şeker görülür, oligüri). Kronik zehirlenme ile hematopoez ve sinir sistemi bozuklukları mümkündür.

Dünyada uranyum madenciliği

Dünya uranyum üretiminin %94'ünü 10 ülke sağlıyor

OECD Uranyum Kırmızı Kitabına göre 2005 yılında 41.250 ton uranyum çıkarıldı (2003'te 35.492 ton). OECD verilerine göre dünyada faaliyet gösteren ve yılda 67 bin ton uranyum tüketen 440 ticari reaktör bulunuyor. Bu, üretiminin tüketiminin yalnızca %60'ını sağladığı anlamına gelir (geri kalanı eski nükleer savaş başlıklarından elde edilir). 2005-2006 yılları için ülkeye göre U içeriğine göre ton cinsinden üretim. (bkz. tablo No. 13, Ek A).

Rusya'da üretim

SSCB'de ana uranyum cevheri bölgeleri Ukrayna (Zheltorechenskoye, Pervomaiskoye yatakları vb.), Kazakistan (Kuzey - Balkashin cevher sahası vb.; Güney - Kyzylsay cevher sahası vb.; Vostochny; hepsi ağırlıklı olarak Rusya'ya aittir) idi. volkanik-hidrotermal tip); Transbaikalia (Antey, Streltsovskoe, vb.); Orta Asya'da, esas olarak Özbekistan'da bulunan ve siyah şeyllerdeki cevherleşmenin merkezi Uçkuduk şehrindedir. Çok sayıda küçük cevher oluşumu ve tezahürü vardır. Rusya'da Transbaikalia ana uranyum cevheri bölgesi olmaya devam ediyor. Rus uranyumunun yaklaşık %93'ü Chita bölgesindeki (Krasnokamensk şehri yakınında) yataktan çıkarılıyor. Madencilik, OJSC Atomredmetzoloto'nun (Uranyum Holding) bir parçası olan Priargunskoye Üretim Madencilik ve Kimya Birliği (PPMCU) tarafından şaft yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmektedir.

Geriye kalan %7'lik kısım JSC Dalur (Kurgan bölgesi) ve JSC Khiagda (Buryatia) tarafından yeraltı liçi ile elde edilmektedir.

Ortaya çıkan cevherler ve uranyum konsantresi Chepetsk Mekanik Fabrikasında işleniyor.

Kazakistan'da üretim

Dünya uranyum rezervlerinin yaklaşık beşte biri Kazakistan'da yoğunlaşmıştır (%21 ve dünyada 2. sırada). Toplam uranyum kaynakları yaklaşık 1,5 milyon tondur ve bunun yaklaşık 1,1 milyon tonu yerinde liç yoluyla çıkarılabilir.

2009 yılında Kazakistan uranyum üretiminde dünyada birinci sırada yer aldı (13.500 ton çıkarıldı).

Ukrayna'da üretim

Ana işletme, Zhovti Vody şehrinde bulunan Doğu Madencilik ve İşleme Tesisidir.

Başvuru

Uranyum-238 birincil bölünebilir malzeme olarak kullanılamasa da fisyon için gerekli olan yüksek enerjili nötronlardan dolayı nükleer endüstride önemli bir yere sahiptir.

Yüksek yoğunluğa ve atom ağırlığına sahip olan U-238, füzyon ve fisyon cihazlarında reflektör yük kabukları yapımına uygundur. Hızlı nötronlar tarafından parçalanması gerçeği, yükün enerji çıkışını arttırır: dolaylı olarak, yansıyan nötronların çoğalması yoluyla; doğrudan kabuk çekirdeklerinin hızlı nötronlar tarafından bölünmesi sırasında (füzyon sırasında). Fisyon tarafından üretilen nötronların yaklaşık %40'ı ve füzyon nötronlarının tamamı, U-238'i fisyona uğratmak için yeterli enerjiye sahiptir.

U-238'in kendiliğinden fisyon hızı, U-235'ten 35 kat daha yüksektir; 5,51 fisyon/s*kg. Bu, top bombalarında reflektör şarjı için mermi olarak kullanılmasını imkansız hale getiriyor çünkü uygun kütlesi (200-300 kg) çok yüksek bir nötron arka planı oluşturacaktır.

Saf U-238'in spesifik radyoaktivitesi 0,333 mikroküri/g'dir.

Bu uranyum izotopunun önemli bir uygulaması plütonyum-239'un üretimidir. Plütonyum, U-238 atomunun bir nötronu yakalamasından sonra başlayan çeşitli reaksiyonlarla oluşur. 235. izotopta doğal veya kısmen zenginleştirilmiş uranyum içeren herhangi bir reaktör yakıtı, yakıt döngüsünün bitiminden sonra belirli bir oranda plütonyum içerir.

Uranyum-238'in bozunma zinciri

İzotop uranyum 238'dir; doğal uranyumun %99'undan fazlasında bulunur. Bu izotop aynı zamanda en kararlı olanıdır; çekirdeği termal nötronlar tarafından bölünemez. 238U'yu bölmek için bir nötronun 1,4 MeV'lik ek kinetik enerjiye ihtiyacı vardır. Saf uranyum-238'den yapılmış bir nükleer reaktör hiçbir koşulda çalışmayacaktır.

Çekirdeğindeki proton ve nötronların bağ kuvvetleri tarafından zar zor bir arada tutulduğu bir uranyum-238 atomu. Zaman zaman dört parçacıktan oluşan kompakt bir grup ondan dışarı fırlar: iki proton ve iki nötron (α parçacığı). Uranyum-238 böylece çekirdeği 90 proton ve 144 nötron içeren toryum-234'e dönüşür. Ancak toryum-234 de kararsızdır. Ancak dönüşümü önceki durumdan farklı şekilde gerçekleşir: Nötronlarından biri protona dönüşür ve toryum-234, çekirdeği 91 proton ve 143 nötron içeren protaktinyum-234'e dönüşür. Çekirdekte meydana gelen bu başkalaşım, yörüngelerinde hareket eden elektronları da etkiler: içlerinden biri eşleşmez hale gelir ve atomun dışına uçar. Protaktinyum çok kararsızdır ve dönüşmesi çok az zaman alır. Bunu radyasyonun eşlik ettiği diğer dönüşümler takip eder ve bu zincirin tamamı sonuçta stabil bir kurşun nüklid ile sona erer (bkz. Şekil No. 7, Ek B).

Nükleer enerji için en önemli durum, uranyumun en yaygın izotopu olan 238U'nun aynı zamanda potansiyel bir nükleer yakıt kaynağı olmasıdır. Hem Szilard hem de Fermi, nötronların uranyum tarafından emilmesinin yeni elementlerin oluşumuna yol açacağını varsaymakta haklıydı.

Uranyum izotopları

Gerçekten de, termal bir nötronla çarpıştığında uranyum-238 fisyona uğramaz; bunun yerine çekirdek, nötronu emer. Ortalama 23,5 dakikada çekirdekteki nötronlardan biri protona dönüşür (elektron emisyonu ile β bozunma reaksiyonu) ve uranyum-239 çekirdeği neptunyum-239 çekirdeğine (239Np) dönüşür. 2,4 gün sonra ikinci β bozunması meydana gelir ve plütonyum-239 (239Pu) oluşur.

Bir nükleer reaktörde nötronların sıralı olarak emilmesi sonucunda plütonyumdan bile daha ağır elementler üretilebilmektedir.

Doğal minerallerde ve uranyum cevherinde yalnızca eser miktarda 239Pu, 244Pu ve 237Np bulundu, dolayısıyla uranyum ötesi elementler (uranyumdan daha ağır) doğal ortamda pratikte hiçbir zaman bulunmaz.

Doğada bulunan uranyum izotopları, α bozunması ve kendiliğinden fisyona göre tamamen kararlı değildir, ancak çok yavaş bozunur: yarı ömür uranyum-238 4,5 milyar yıl, uranyum-235 ise 710 milyon yıldır. Nükleer reaksiyonların düşük frekansı nedeniyle, bu tür uzun ömürlü izotoplar tehlikeli radyasyon kaynakları değildir. Doğal uranyum külçesi sağlığa zarar vermeden elinizde tutulabilir. Onun özel aktivite 0,67 mCi/kg'a eşittir (Ci – curie, saniyede 3,7 * 1010 bozunmaya eşit ekstra sistemik aktivite birimi).

Alma - uranyum

Sayfa 1

Gazete, yerli kömürün külünden uranyum üretiminin çözülmüş bir sorun olarak değerlendirilebileceğini yazdı. Bazı kömürlerden çıkan 1 ton kül, 6 bin ton kömüre eşdeğer atom enerjisi içermektedir.

Uranyum, altın elde etmek; uranyum fisyon ürünlerinin ayrılması; demir dışı metallerin ve nadir toprak elementlerinin elde edilmesi.

Uranyum ve toryum üretimi, cevher hammaddelerinin karmaşık entegre işlenmesinden önce gelir.

Uranyum üretmek için katı UF4, kalsiyum veya magnezyum ile indirgenir.

Uranyum, toryum ve diğer metallerin üretiminde ve organik sentezlerde kullanılır.

Reaksiyon karışımında ideal olarak söndürülmüş uranyumun üretimi için enerji tüketimi metal atomu başına 71 eV'dir.

Uranyumun ana kaynağı, mineral uraninit ve çeşitleridir - reçine blende, uranyum mikaları, zift, uranyum siyahı. Uranyum ve bileşiklerinin üretimi için büyük önem taşıyan uranyum-vanadyum, uranyum-fosfor, uranyum-arsenik asit kalsiyum, bakır, baryum tuzları, uranyum mikalarıdır.

İÇİNDE son yıllar Uranyum elde etmek için yer altı liçi ve ardından çözeltilerin saflaştırılması kullanılır. Yeraltı liçi için sülfürik asit ve karbonat çözeltileri kullanılır.

Amerika Birleşik Devletleri'ndeki bir diğer önemli potansiyel uranyum kaynağı Tennessee, Kentucky, Indiana, Illinois ve Ohio eyaletlerinde bulunan şisttir.

Uranyum tetraflorür üretmek için, hidrojen florürün kompakt metalik uranyum ile hidrojen atmosferinde 250 ° C'den başlayarak reaksiyonu dahil olmak üzere birçok başka yöntem vardır.

Uranyum üretimi için pota fırınlarını hesaplamak için pratikte hiçbir yöntem yoktur. Bunları tasarlarken, yalnızca reaksiyon tarafından salınan ve çevredeki alana kaybedilen ısı miktarı ve ayrıca (magnezyum-termal indirgeme durumunda) kullanılarak sağlanması gereken ısı miktarı gibi faktörler dikkate alınabilir. harici ısıtıcılar.

Japonya, fosfatlı gübre üretiminde kullanılan fosforik asit çözeltisinden uranyum üretmek için yeni bir teknoloji geliştirdi. Japonya'nın gübre üretimi için hammadde olarak ithal ettiği yıllık 3-4 milyon ton fosfattan uranyumun çıkarılmasına yönelik tesis kurulmadan önce pilot tesis kurulması planlanıyor.

Uranyum elde etme sürecinin burada anlatıldığı kadar basit olmadığını vurgulamak gerekir. Tüm işlemlerin özel malzemelerden yapılmış karmaşık ekipmanlarda gerçekleştirildiği unutulmamalıdır. Bu durumda çok hassas bir reaktif dozajına uyulmalı ve gerekli sıcaklık korunmalıdır. Uranyum üretim süreci, kimyasal olarak saf maddeler olarak adlandırılan maddelerden daha saf olması gereken büyük miktarlarda son derece saf reaktifler gerektirir.

Sayfalar: 1 2 3 4