Uran 235 компьютер обзор
Обновлено: 04.07.2024
Уран представляет собой радиоактивный металл. В природе уран состоит из трех изотопов: уран-238, уран-235 и уран-234. Наивысший уровень стабильности фиксируется у урана-238.
Радиоактивный распад урана
Радиоакти́вным распа́дом называют процесс внезапного изменения состава или внутреннего строения атомных ядер, которые отличаются нестабильностью. При этом испускаются элементарные частицы, гамма-кванты и/или ядерные фрагменты. Радиоактивные вещества содержат радиоактивное ядро. Получившееся вследствие радиоактивного распада дочернее ядро может тоже стать радиоактивным и спустя определенное время подвергается распаду. Этот процесс происходит до того момента, пока не образуется стабильное ядро, лишенное радиоактивности. Э. Резерфорд методом эксперимента в 1899 доказал, что урановые соли испускают три вида лучей:
- α-лучи - поток положительно заряженных частиц
- β-лучи - поток отрицательно заряженных частиц
- γ-лучи - не создают отклонений в магнитном поле.
Радиоактивность урана
Естественная радиоактивность – вот что отличает радиоактивный уран от прочих элементов. Атомы урана не зависимо ни от каких факторов и условий постепенно изменяются. При этом испускаются невидимые лучи. После трансформаций, которые происходят с атомами урана, получается иной радиоактивный элемент и процесс повторяется. Он будет повторять столько раз, сколько необходимо, чтобы получился не радиоактивный элемент. К примеру, некоторые цепочки превращений насчитывают до 14 стадий. При этом промежуточным элементом является радий, а последняя стадия – образование свинца. Этот металл не является радиоактивным элементом, поэтому ряд превращений прерывается. Однако для полного превращения урана в свинец необходимо несколько миллиардов лет.
Радиоактивная руда урана часто становится причиной отравлений на предприятиях, занимающихся добычей и переработкой уранового сырья. В человеческом организме уран - общеклеточный яд. Он поражает главным образом почки, но встречаются и поражения печени и желудочно-кишечного тракта.
Уран не имеет полностью стабильных изотопов. Наибольший период жизни отмечается у урана-238. Полу распад урана-238 происходит на протяжении 4,4 млрд лет. Чуть меньше одного миллиарда лет идет полу распад урана-235 — 0,7 млрд лет. Уран-238 занимает свыше 99% всего объема природного урана. Вследствие его колоссального периода полураспада радиоактивность этого металла не высокая, к примеру, альфа-частицы не могут проникнуть через ороговевший слой кожи человека. После ряда проведенных исследований ученые выяснили, что главным источником радиации является не сам уран, а образуемый им газ радон, а также продукты его распада, попадающие в человеческий организм во время дыхания.
В даркнете продается база видеозаписей со скрытых камер в российских отелях
Кожаный салон и перегородка между водителем и пассажирами: редкий лимузин ВАЗ-21109 «Консул»
Кавказец напал на парня с девушкой за то, что на него «не так посмотрели»
"QR-коды действительно нарушают Конституцию": Наталья Поклонская - о законопроектах властей
Ядреная «клюква» в компьютерных играх – когда «злой русский» мерещится везде
Авария дня. В Казани пьяный водитель снес двух пешеходов
Короли самоизоляции: знаменитые отшельники, о которых вы возможно не знали
Тайские мастера создали пикап Ford Ranger с «лицом» от Shelby Mustang
Особо опасна: женщина подралась с росгвардейцем в торговом центре
Это будет леген… подожди: интересные факты о сериале «Как я встретил вашу маму»
В Твери водитель не захотел ударить другой автомобиль и принял решение сбить пешехода
Пока на западе разрабатывают электромобили, в России работники СТО ржут над клиентами
Время, когда луна изгибалась от боли как раненая змея: грезы и реальность английских монахов
В Подмосковье задержали нигерийца, притворявшегося американской медсестрой в Сирии
Блогерам, пробежавшим по машине ДПС, могут дать реальный тюремный срок
Казахстанские полицейские заявили, что Алексей Котов работал на фермера добровольно и не был рабом
Нейробиологическое действие алкоголя и его последствия
Земля в иллюминаторе: экипаж миссии Inspiration4 поделился снимками из космоса
Детей, чьи родители выступили против экспресс-тестов на коронавирус, не пустят в школу
Поел и спрятался: ловля незваного и очень недовольного гостя
Сколько платят гастарбайтерам в Катаре, где идет стройка к чемпионату мира по футболу
Уран известен человечеству еще с 79 года нашей эры, когда он использовался в керамической промышленности (в форме природного оксида) в нескольких частях Европы. Химический элемент был официально открыт только в 1789 году, когда во время эксперимента немецкий химик Мартин Генрих Клапрот наткнулся на странное, неизвестное вещество (оксид урана). Клапроту также приписывают открытие циркония, церия и теллура.
Уран - это природный минерал, содержащийся в небольшом количестве в почве, воде и породах, и он, как правило, добывается из уранинита для коммерческого использования.
Впервые это стало известно на мировой арене в 1930-х годах, когда команда исследователей во главе с физиком Энрико Ферми, а затем Отто Ханом-Фрицем Страсманном раскрыла способность Урана распадаться (делиться) на более легкие элементы.
Впоследствии были открыты два основных изотопа урана: уран-235 и уран-238. Эти открытия позволили разным странам создать ядерное оружие. Остальное уже история. Ниже мы собрали некоторые из самых интересных фактов об Уране, которые вы, возможно, не знаете.
- Плотность: 19,1 г/см 3
- Атомный номер: 92
- Температура плавления: 1132 °C или 1405 K
- Точка кипения: 4131 °C или 4404 K
15. Нет недостатка в Уране как источнике энергии
Исследование, проведенное учеными Массачусетского технологического института в 2010 году показали, что более чем достаточно запасов урана для мировой атомной энергетики в обозримом будущем. В настоящее время все ядерные реакторы используют в этом процессе как уран, так и плутоний.
Интересно отметить, что большая часть используемого плутония фактически производится из изотопов урана, поскольку плутоний доступен только в небольших количествах в природе.
14. Первый в мире ядерный реактор
После успешного обнаружения способности деления урана, другая команда во главе с Энрико Ферми, на этот раз в рамках Манхэттенского проекта, начала работу над первым в мире ядерным реактором под названием Чикагская свая-1 (CP-1). 2 декабря 1942 года команда смогла инициировать первую в истории самоподдерживающуюся ядерную цепную реакцию в СР-1.
Их первоначальный план состоял в том, чтобы использовать обогащенный уран-235 в качестве топлива, но был отброшен из-за его дефицита в то время. Вместо этого реактор был заправлен 45 тоннами оксида урана и 5,4 тоннами металлического урана. В качестве замедлителя нейтронов было использовано около 360 тонн гранита. В отличие от многих современных ядерных реакторов, СР-1 не имел системы охлаждения.
13. Уран гораздо важнее, чем вы думаете
Распад тория, урана и калия-40 является основным источником тепла вблизи мантии Земли, который управляет критической мантийной конвекцией и удерживает внешнюю жидкость в противоположность твердому внутреннему ядру. Это тепло также играет важную роль в тектонике плит.
Кроме того, длительный период полураспада урана-238 (4,51× 10,9 лет) делает его идеальным для всех видов радиометрических исследований (радиоуглеродного датирования), т. е. Уран-уранового, уран–ториевого и уран-свинцового датирования. Он также используется для создания высокоэнергетических рентгеновских лучей.
12. Это самый тяжелый природный элемент, известный нам
Тяжесть элемента может быть определена двумя способами; с точки зрения его атомного веса и с точки зрения его плотности. С 92 протонами в его ядре и атомным весом около 238,0289 уран является самым тяжелым природным элементом на Земле.
Самым тяжелым синтетическим элементом, известным на сегодняшний день, является Оганесон (атомный номер 118). С другой стороны, самым тяжелым элементом по плотности является осмий (22,59 г / см 3 ).
11. Уран очень нестабилен
Все изотопы урана очень нестабильны, и это в основном из-за его размера. Том Зеллнер в своей книге «Уран: война, энергия и скала» описал уран примерно так: «Атом урана настолько перегружен, что он начал отливать из себя куски, как обманутый человек может сорвать с себя одежду».
10. Уран был впервые выделен в 1841 году.
Фотопластинки Беккереля, которая была засвечена излучением солей урана.
Первым человеком, который изолировал уран, был Эжен Пелиго, профессор химии в Национальной консерватории искусств и ремесел (Conservatoire National des Arts et Métiers) в Париже.
Пилиго успешно продемонстрировал, что таинственный черный порошок, открытый Мартином Генрихом Клапротом, был не чистым веществом, а оксидом урана (UO2 ). Он сделал это, обработав тетрахлорид урана (черный порошок) калием.
Затем в 1896 году физик Анри Беккерель обнаружил радиоактивные свойства урана наряду с самой радиоактивностью. Для этого он использовал несколько фосфоресцентных материалов, которые светятся в темноте после воздействия света.
Он накрыл фотопластинку черной бумагой и поочередно поместил разные фосфоресцентные соли. Он предположил, что свечение, создаваемое в ЭЛТ (электронно-лучевые трубки) рентгеновскими лучами, может быть связано с фосфоресценцией.
Результаты были неожиданными, так как урановая соль была единственным веществом, которое вызывало значительное почернение пластины. Исследование прояснило, что фосфоресценция не была позади запотевания пластины (соли урана не являются фосфоресцентными) и что там была какая-то форма невидимого излучения, которое проникало в черную бумагу и создавало вид, будто пластина подвергается воздействию света.
9. Природный реактор ядерного деления
В 1972 году Фрэнсис Перрин обнаружил более десятка древних естественных ядерных реакторов, расположенных в трех отдельных рудных месторождениях на руднике Окло в Габоне (страна на западном побережье Центральной Африки). Эти реакторы деления неактивны. Последующие исследования показали, что им почти 2 миллиарда лет, за века до того, как был построен первый искусственный ядерный реактор.
Вам может быть интересно, как это возможно? Ну, чтобы понять это, вы должны сначала знать, что уран-235, который сегодня составляет всего около 0,72% природного урана, может выдерживать цепную реакцию деления, в отличие от урана-238. Он также разлагается гораздо быстрее, чем уран-238. Это означает, что уран-235 истощил намного больше, чем уран-238 с момента рождения Земли.
Если мы спроецируем это назад (2 миллиарда лет назад), то в урановой руде будет около 3% -3,6% урана-235, которого будет достаточно для поддержания цепной реакции ядерного деления. Таким образом, теоретически жизнеспособно существование древнего природного ядерного реактора.
Краткие и быстрые факты
8 . Помимо использования в качестве ядерного топлива обедненный уран также используется в бронебойных боеприпасах высокой плотности. Бронебойный снаряд - это вид боеприпасов, специально предназначенных для проникновения в бронированные стекла, автомобили, танки и даже военные корабли.
Теоретически, килограмм урана-235 может произвести
80 тераджоулей энергии. Потребовалось бы более 3000 тонн угля для производства такого же количества энергии.
Пенетраторы высокой плотности из обедненного урана военного класса
7 . В 2017 году мировое производство урана составило 59 531 тонну , что несколько ниже уровня 2015 и 2016 годов. Казахстан является крупнейшим производителем урана в мире, за ним следуют Канада, Австралия, Нигер, Россия и Намибия. Соединенные Штаты в настоящее время занимают девятое место, на них приходится около 2% мирового годового производства урана.
6 . Австралия обладает крупнейшими в мире запасами урановой руды, около 29% (в 2015 году). Шахта Olympic Dam в Южной Австралии является крупнейшим известным месторождением урана. Еще один значительный запас урана находится в Бакуме, суб-префектуре в Центральноафриканской Республике (Центральная Африка). Запасы урана - это просто извлекаемый уран, независимо от его изотопа.
5 . После добычи урановые руды, как правило, измельчаются на обычные куски и затем подвергаются химическому выщелачиванию для извлечения урана. Полученный продукт представляет собой сухой порошковый материал, известный как U 3 O 8.
4 . Шахтеры урана более склонны к развитию рака легких и других долговременных проблем со здоровьем, чем средний человек. Хорошо документированное исследование, проведенное в период с 1969 по 1993 годы, показало, что добыча урана была крупнейшим фактором, приводящим к раку легких среди людей племени навахо (после того, как добыча урана была прекращена в народе Навахо).
3 . Проблемы со здоровьем, связанные с этим элементом, в основном связаны с его высокой токсичностью, а не радиоактивностью, поскольку уран слабо радиоактивен (альфа-частицы, испускаемые ураном, не могут проникнуть в кожу человека).
2 . Плотность урана (19,1 г / см 3 ) примерно на 70% больше, чем у свинца, и немного ниже, чем у золота и вольфрама, хотя он имеет второй по величине вес среди встречающихся в природе элементов.
Ядерный взрыв происходит, когда полый урановый снаряд попал в целевой цилиндр
1 . Во время Второй мировой войны американские военные разработали два типа ядерных бомб. Первым был «Маленький мальчик», устройство на основе урана, которое было взорвано над городом Хиросима. Второе ядерное устройство было названо «Толстяк», ядерное оружие имплозивного типа с плутониевым ядром (его плутоний был получен из урана-235). «Толстяк» был сброшен на Нагасаки 9 августа 1945 года.
75 лет назад на японский город Хиросима была сброшена первая в истории человечества атомная бомба «Малыш». Ее начинку составлял радиоактивный нуклид химического элемента урана с атомным номером 92 и массовым числом 235. О нем мы и поговорим.
Еще сто лет назад распад тяжелых ядер на более легкие элементы считался невозможным. Но в 1930-х годах команда ученых во главе с итальянским физиком Энрико Ферми и немецкими химиками Отто Ганом и Фрицем Штрассманом сумели расщепить ядра атомов урана с помощью облучения нейтронами. Это революционное событие стало началом эпохи ядерного оружия. Его основным компонентом до сих пор является уран-235 — он единственный среди изотопов урана способен поддерживать цепную ядерную реакцию.
Именно это чудо-свойство изотопа используется при создании атомной бомбы — уран-235 отвечает за размножение нейтронов в природном уране-238. Процесс выглядит так: ядро урана-235 «обстреливают» нейтронами, из-за чего оно теряет стабильность и вскоре делится на две неравные части. В ходе этой реакции отделяется два-три новых нейтрона. Если они снова попадают в ядра урана, происходит размножение нейтронов в геометрической прогрессии — идет цепная реакция, что приводит к взрыву из-за быстрого выделения огромного количества тепла. С ураном-238, который составляет 99% природного урана, ничего подобного не происходит.
Уран-235 встречается в природе в крайне малом количестве, он составляет всего 0,72% от природного урана. Потому цепная реакция деления у природного урана очень быстро затухает. Для создания ядерного оружия уран специально обогащают, и это довольно затратный процесс. Бомба «Малыш» (Little Boy), упавшая на Хиросиму, содержала 64 кг очень дорогого высокообогащенного урана, добытого в Конго, Канаде и США. И только 700 г из них непосредственно участвовали в цепной ядерной реакции. Радиоактивное загрязнение в Хиросиме было не слишком велико: непрореагировавший уран является слаборадиоактивным по сравнению с продуктами ядерной реакции. Японцы вскоре снова заселили разрушенный город, и сегодня в нем живут более 1,2 млн человек.
Когда шла работа над первой атомной бомбой в истории человечества, ученые спорили о том, сколько урана-235 в ней должно быть. Немецкий физик Вернер Гейзенберг подсчитал, что США потребуется 2 тонны урана-235. Датский ученый Нильс Бор заявлял, что изготовить бомбу можно при условии, что она будет сделана на основе чистого урана-235. Однако уровень технологий конца 1930-х годов не позволял добывать этот редкий изотоп тоннами. Так что Нильсу пришлось признать: «Да, бомбу создать мы, конечно, сможем, но нам потребуется помощь всей страны». Конструкция бомбы пушечного типа «Малыш» была разработана под руководством Уильяма Парсонса. На производство 1 кг 80-процентного обогащенного урана-235 по технологии 1945 года требовалось около 600 000 кВт∙ч электроэнергии и более 200 кг природного урана. Один «Малыш» с урановым зарядом массой 60 кг обходился в 36000 МВт∙ч энергии, более 12 тонн урана и полтора месяца непрерывной работы промышленного гиганта в Ок-Ридже. Из-за дороговизны процесса производства ядерные заряды пушечного типа утратили актуальность. Современные бомбы делаются по имплозивному принципу.
Период полураспада у всех изотопов урана очень длительный. У урана-235 — это 700 млн лет, а у урана-238 — 4,4 млрд лет, он долгожитель среди своих «собратьев». Радиоактивность природного металла настолько низкая, что люди, работающие на урановых приисках, обычно не имеют лучевой болезни. Популярна легенда об академике Игоре Курчатове, «отце» советской атомной бомбы. После работы с ураном он обыкновенно протирал руки обычной салфеткой или платком и при этом не имел со здоровьем никаких проблем, вызванных радиацией.
Но уран-235, который находится в природе в ничтожно малом количестве, гораздо более радиоактивен. В этом «виновато» его особенное строение: баланс между отталкивающей силой протонов в ядре атома и силой поверхностного натяжения, удерживающей ядро от распада, гораздо более хрупкий, чем в уране-238. Имея более сложный состав ядра, уран-235 легче принимает дополнительный нейтрон и проще вступает с ним в реакцию.
Наличие урана-235 в земной коре навело ученых на гипотезу о том, что миллиарды лет назад в недрах Земли происходили цепные ядерные реакции. В 1972 году французский физик Фрэнсис Перрен даже определил место, где это могло быть: урановое месторождение Окло в Центральной Африке в государстве Габон. Исследуя изотопный состав элементов в рудах, Перрен нашел 16 рудных тел — образований из уранита, в которых было аномально превышено содержание урана, оно составляло от 20% до 80%. По гипотезе ученого, именно здесь происходила цепная реакция около 2 млрд лет назад и продолжалась она сотни тысяч лет, пока запас урана-235 не истощился. Считается, что средняя тепловая мощность реактора составляла около 100 кВт. Находки Перрена получили название «Природный ядерный реактор Окло», и до сих пор эта аномальная зона считается единственным естественным ядерным реактором на Земле.
Читайте также: