Faktid Uraani Kohta

{h1}

Uraan on loomulikult radioaktiivne element. See on võimeline tuumareaktorid ja aatomipommid.

6. augustil 1945 langes Hiroshima Jaapani linnast taevast 10-meetrine (3 meetri) pomm. Vähem kui minut hiljem kustutati kõik pommi detonatsioonist miili ulatuses. Massiivne tuumarelv hävitas kiiresti veel miilid, tappes kümneid tuhandeid inimesi.

See oli tuumapommi esmakordne kasutuselevõtt sõjas, ja ta kasutas ühte kuulsat elementi, et saada selle hävituseks: uraan. See radioaktiivne metall on ainulaadne, kuna selle ühes isotoobis on uraan-235 ainus looduslikult esinev isotoop, mis suudab säilitada tuuma lõhustumise reaktsiooni. (Isotoop on elemendi versioon, mille tuumas on erinev neutronite arv.)

Uraani mõistmiseks on tähtis mõista radioaktiivsust. Uraan on loomulikult radioaktiivne: selle tuum on ebastabiilne, seega on element pidevalt lagunenud, püüdes leida stabiilsemat paigutust. Tegelikult oli uraan elemendiks, mis võimaldas avastada radioaktiivsust. 1897. aastal jättis prantsuse füüsik Henri Becquerel fotoplaadile mõned uraaniisoolad, mis osutasid mõnedele uuringutele selle kohta, kuidas valgust nende soolade mõju avaldas. Tema üllatuseks tõusis plaat ummistunud kujul, näidates uraani sooladest mingit heitkogust. Beckerel jagas 1903. aastal Nobeli preemia Marie ja Pierre Curie nimelise avastamise eest.

Lihtsalt faktid

Jeffersoni riikliku lineaarse kiirendaja labori andmetel on uraani omadused:

Uraan

Uraan

Krediit: Andrei Marincas Shutterstock

  • Aatomienumber (protoonide arv tuumas): 92
  • Atomic sümbol (elementide korrapärasel tabelil): U
  • Aatommass (aatomi keskmine mass): 238.02891
  • Tihedus: 18,95 grammi kuupsentimeetri kohta
  • Faas toatemperatuuril: tahke
  • Sulamistemperatuur: 2075 kraadi Fahrenheiti (1135 kraadi Celsiuse järgi)
  • Keemistemperatuur: 7,468 F (4110 C)
  • Isotoopide arv (sama elemendi aatomid erineva neutronite arvuga): 16, 3 looduslikult esinev
  • Kõige tavalisemad isotoobid: U-234 (0,0054 protsenti looduslikust rikkusest), U-235 (0,7204 protsenti looduslikust rikkusest), U-238 (99,2742 protsenti looduslikust rikkusest)

Uraani ajalugu

Saksa keemik Martin Heinrich Klaproth avastas 1789. aastal uraani, kuigi see oli teada vähemalt alates A.D. 79-st, kui vastavalt kemikaalide andmetele kasutati uraanoksiidi kui keraamiliste glasuuride värvaineid. Klaproth avastas element mineraalsete pitchblende, mis tol ajal oli arvatavasti tsink ja rauamaak. Mineraal lahustati lämmastikhappes ja seejärel lisati ülejäänud kollasele sadele kaaliumisoolad (kaaliumisoolad). Klaproth jõudis järeldusele, et ta oli avastanud uue elemendi, kui reaktsioon potiaasi ja sademe vahel ei järgnenud teadaolevate elementide reaktsioonidele. Tema avastus osutus uraanoksiidiks ja mitte puhasks uraaniks, nagu algselt uskus.

Los Alamose riikliku labori andmetel nimetas Klaproth uut elementi pärast hiljuti avastatud planeedi Uraani, keda nimetati Taevase Kreeka jumala nimel. Eugène-Melchior Péligot, prantsuse keemik, eraldas puhast uraani 1841. aastal uraani tetrakloriidi kuumutamisega kaaliumiga.

1896. aastal leiti, et uraan on radioaktiivne Prantsuse füüsik Antoine H. Becquerel. Beckerel jättis valgusest uraani ekspositsioonimata fotoplaadi peal, mis muutus häguseks. Ta jõudis järeldusele, et see vabastab nähtamatud kiired, vastavalt Royal Society of Chemistry. See oli esimene juhtum, kus radioaktiivsust uuriti ja avas uus teadusharu. Poola teadlane Marie Curie tutvustas mõistet "radioaktiivsus" vahetult pärast Becquereli avastamist ja prantsuse teadlane Pierre Curie jätkas uurimistööd teiste radioaktiivsete elementide, nagu näiteks poloonium ja raadium, ja nende omaduste avastamiseks.

Võim ja sõda

Maailma tuumaenergiaassotsiatsiooni andmetel moodustas universumi uraan 6.6 miljardit aastat tagasi supernoova. See on üle kogu maailma ja moodustab umbes 2-4 osa enamiku kivide miljonist. Ameerika Ühendriikide energeetikaministeeriumi andmetel on see 48. kohal looduslike kvartskivimite kõige rikkalikumate elementide seas ning on 40 korda rikkalikum kui hõbe.

Kuigi uraan on radioaktiivsusega väga tihedalt seotud, on selle lagunemiskiirus nii madal, et see element ei ole tegelikult üks neist radioaktiivsematest. Uraan-238 poolväärtusaeg on uskumatu 4,5 miljardit aastat. Uraan-235 poolestusaeg on vaid üle 700 miljoni aasta. Uraan-234-l on nende lühim poolväärtusaeg 245 500 aastat, kuid see toimub vaid kaudselt U-238 lagunemisest.

Võrdluseks on kõige radioaktiivsem element poloonium. Selle poolväärtusaeg on ainult 138 päeva.

Kuid uraanil on potentsiaal lõhkeaine tänu võimele tuuma ahelreaktsiooni säilitada. U-235 on "lõhustuv", mis tähendab, et selle tuum saab jagada termilise neutroniga - neutronidega, mille energia on sama kui ümbritsev keskkond. Maailma tuumatoodetel on see, kuidas see toimib: U-235 aatomi tuum on 143 neutronit. Kui neutronite vabad aatomid tõstavad, siis lahutab see tuum, vabastades täiendavad neuronid, mis võivad seejärel tuua läheduses U-235 aatomid, luues iseenesliku tuuma lõhustumise kaskaadi. Lõhustumisega seotud sündmused tekitavad soojust.Tuumareaktoris kasutatakse seda kuumust vee keetmiseks, tekitades auru, mis muudab võimsuse saamiseks turbiini, ja reaktsiooni kontrollivad sellised materjalid nagu kaadmium või boor, mis võib absorbeerida ekstra neutronid, et need reaktsiooniahelast välja viia.

Hiroshima hävitanud lõhustuspommil on reaktsioon superkriitiline. See tähendab, et lõhustumine toimub üha sagedamini. Need superkriitilised reaktsioonid vabastavad tohutult suurel hulgal energiat: Hiroshima hävinud lööklaine oli võimsuseks hinnanguliselt 15 kilotonit TNT-i, mis kõik moodustasid lõhustuva uraani vähem kui kilogrammi (2,2 naela).

Uraani lõhustumise efektiivsemaks muutmiseks rikastavad tuumainsenerid seda. Looduslik uraan on ainult umbes 0,7% U-235, lõhustuv isotoop. Ülejäänud on U-238. U-235 osakaalu suurendamiseks insenerid gaasisevad uraani kas isotoopide eraldamiseks või tsentrifuugide kasutamiseks. Maailma tuumaenergiaassotsiatsiooni andmetel moodustab kõige enam rikastatud uraan tuumaelektrijaamade puhul U-235 vahemikus 3 kuni 5 protsenti.

Skaala teises otsas on vaesestatud uraan, mida kasutatakse tankihoones ja kuubede valmistamiseks. Vaesestatud uraan on see, mis jääb järele pärast seda, kui rikastatud uraan kulutatakse elektrijaamas. Ameerika Ühendriikide veteranideameti andmetel on see umbes 40 protsenti vähem radioaktiivset kui looduslik uraan. See vaesestatud uraan on ohtlik ainult siis, kui see sisse hingates, sissevõtmata või siseneb kehasse tulistades või plahvatades.

Kes teadis?

  • Vastavalt Atomic Heritage Foundationile on ainult 1,38 protsenti uraanist "Little Boy" pomm, mis Hiroshima hävitas lõhustumise. Pomm sisaldas umbes 140 naela (64 kg) uraani kogusummast.
  • Vastavalt 1980. aasta kaitse tuumaagentuuri raportile väitis "Little Boy" pomm Hiroshima kohal 1 670 jalga (509 meetrit) kõrgemal ja jättis ainult mõne raudbetoonist ehitise, mis asuvad Maa Zeroli miiliruumis. Firestormid hävitasid kõik raadiuses 4,4 miili raadiuses (7 kilomeetrit).
  • Uraan-238 poolestusaeg on 4,5 miljardit aastat. See laguneb raadiusesse 226, mis omakorda laguneb radooni 222-ni. Radoon-222 muutub poloonium-210ks, mis lõpuks laguneb stabiilseks nukliidiks, pliid.
  • Marie Curie, kes töötas uraaniga, et avastada mitmeid veelgi rohkem radioaktiivseid elemente (poloonium ja radiaat), tõenäoliselt alandas tema tööga seotud kiirgusaktiivsust. Ta suri 1934. aastal aplastilise aneemia, punaste vereliblede defitsiidi, mis on tõenäoliselt põhjustatud tema luuüdi kiirguskahjustusest.
  • Puht uraan on hõbedane metall, mis õhku kiiresti oksüdeerib.
  • Uraani kasutatakse mõnikord klaasi värvimiseks, mis helendab musta valguse all rohekaskollast värvi - kuid mitte radioaktiivsuse tõttu (klaas on vaid väikseim radioaktiivne). Collector Weekly sõnul on fluorestsents tingitud ultraviolettkiirgust, mis põletab klaasist uraanühendit, põhjustades see, et see eraldab fotoneid, kui ta seisab tagasi.
  • Yellowcake on tahke uraanoksiid. See on vorm, milles uraani müüakse tavaliselt enne selle rikastamist.
  • Uraani kaevandatakse 20 riigis, kusjuures üle poole saab Kanada, Kasahstanist, Austraaliast, Nigerist, Venemaalt ja Namiibiast, vastavalt Maailma tuumaenergiaassotsiatsioonile.
  • Lenntechi sõnul on kõik inimesed ja loomad looduslikult toidetud toitu, vett, pinnast ja õhku mineraalsel hulgal uraani. Enamasti võib üldine elanikkond tarbetuid koguseid ohutult ignoreerida, välja arvatud juhul, kui nad elavad lähedal ohtlike jäätmepaigas, kaevandustes või kui saaki kasvatatakse saastatud pinnases või saastunud vette juhtuvaid kultuure.

Praegused uuringud

Arvestades selle tähtsust tuumakütuses, on teadlased väga huvitatud uraani funktsioneerimisest - eriti siis, kui see on tekkinud kokkuvarisemise ajal. Katlakivid tekivad siis, kui reaktori ümber jäävad jahutussüsteemid ebaõnnestuvad ja tuumakütus sulab reaktsioonis reaktoris tekkivat soojust. See juhtus Tšernobõli tuumaelektrijaama tuumakatastroofi tagajärjel, mille tagajärjel sai radioaktiivse lööbi nimeks "elevandi jalg".

Stony Brooki ülikooli ja Brookhaveni riikliku laboratooriumi keemik ja mineraloogia ütles John Parise, kes mõistab, kuidas tuumakütused töötavad, kui nad sulavad, kui nad sulavad.

Novembris 2014 avaldas Parise ja tema kolleegid Argonne National Labist ja muudest institutsioonidest ajakirja Science teose kohta paberi, mis selgitas esimest korda tuumkütuse peamise komponendi sulatatud uraanioksiidi sisemist tööd. Uraaniumdioksiid ei sulanud kuni temperatuurini 5 432 F (3000 C), nii et materjali vedeluse juhtimiseks on raske mõista, Parise ütles WordsSideKick.com-le, et lihtsalt ei ole piisavalt mahutiid.

"Selle lahendusena kuumutatakse ülaosast süsinikdioksiidiga laseriga uraandioksiidi pall ja see pall levitatakse gaasivoo," ütles Parise. "Teil on see materjalipall levitatsioonil gaasivoo, nii et te ei vaja konteinerit."

Seejärel suunavad teadlased röntgenkiirte läbi uraan-dioksiidi mullide ja mõõdavad nende röntgenkiirte hajumist detektoriga. Hajusnurk näitab uraan-dioksiidi aatomite struktuuri.

Uurijad leidsid, et tahke uraandioksiidis asetsevad aatomid nagu kuubikute seeria, mis vahelduvad tühja ruumi võrkstruktuuriga, kusjuures iga uraani aatom ümbritseb kaheksa hapnikuaatomit. Kuna materjal läheneb selle sulamistemperatuurile, lähevad hapnikujäägid "hulluks", Argonne'i riikliku laboratooriumi teadur Lawrie Skinner ütles tulemuste video. Hapniku aatomid hakkavad ringi liikuma, täidavad tühja ruumi ja sulgevad uraaniaatomist teise.

Lõpuks, kui materjal sulab, on struktuur sarnane Salvador Dali värviga, kuna kuubikud muutuvad häiritud polühedriks. Pariis ütles, et hapnikuaatomite arv iga uraani aatomi kohta, mida tuntakse koordineerimisnumbrina, langeb kaheksalt seitsmele (mõnedest uraani aatomitest on nendega ümbritsetud kuus hapnikku ja mõned neist on seitse, moodustades keskmiselt 6,7 hapnikku uraani kohta).

Selle arvu tundmine võimaldab modelleerida, kuidas uraan dioksiid toimib nendel kõrgel temperatuuril, ütles Parise. Järgmine samm on lisada keerukamaks. Tuumikütus ei ole lihtsalt uraani dioksiid, ütles ta. Need sisaldavad ka selliseid materjale nagu tsirkoonium ja kõik, mida kasutatakse reaktori sisemuse kaitsmiseks. Uurimisrühm koondab nüüd neid materjale, et näha, kuidas materjali reaktsioon muutub.

"Sa pead teadma, kuidas puhas uraandioksiidi vedelik käib, nii et kui hakkate vaatama vähe lisandite mõjusid, näete, millised on erinevused?" Parise ütles.

Enamik uraani kasutatakse võimsuseks, tavaliselt kontrollitud tuumareaktsioonides. Jääkjäätmeid, vaesestatud uraani saab taaskasutada, et rakendada muud tüüpi jõudu, nagu päikeseenergia. Los Angelese riikliku labori teadlaste Igor Usovi ja Milan Sykora patenditaotleja 2017 patent käsitleb tuumareaktsioonide käigus tekkinud vaesestatud uraani kasutamist päikesepatareide loomiseks. Autorid kirjutasid, et vaesestatud uraanoksiid oli rikkalik ja odav kui tuumakütuse rikastamisprotsessi ülejäägid ja neid saab optimeerida kasutamiseks päikesepatareid, kontrollides paksust, uraani / hapniku suhet, kristallilisust ja dopingut.

Uraniumdioksiid on suurepärane pooljuht vastavalt 2000. aastal Oak Ridge National Laboratory'is Thomas Meeki koostatud paberile ja võib olla ränoni, germaniumi või galliumarseeni traditsiooniliste kasutusviiside puhul teatud kasutusviiside paranemine. Toatemperatuuril annaks uraanoksiid kõrgeima võimaliku päikeseenergia efektiivsuse võrreldes traditsiooniliste elementide ja ühendite sama kasutamisega.

Rachel Rossi täiendav aruandlus, WordsSideKick.com Contributor

Lisaressursid

  • Ameerika Ühendriikide energeetikaministeerium: Uraani kiirfaktid
  • Maailma tuumatoode: mis on uranium? Kuidas see töötab?
  • Elementide pildid: 92 U Uraan


Video Täiendada: Unbelievably Strange Planets in Space.




ET.WordsSideKick.com
Kõik Õigused Reserveeritud!
Mistahes Materjalide Reprodutseerimine Lubatud Ainult Prostanovkoy Aktiivne Link Saidile ET.WordsSideKick.com

© 2005–2019 ET.WordsSideKick.com