Статията разказва за това кога е открит такъв химичен елемент като уран и в кои индустрии се използва това вещество в наше време.
Уранът е химичен елемент в енергетиката и военната индустрия
По всяко време хората са се опитвали да намерят високоефективни източници на енергия, а в идеалния случай - да създадат така наречения вечен двигател. За съжаление, невъзможността за съществуването му е теоретично доказана и обоснована още през 19-ти век, но учените все още никога не губят надежда да осъществят мечтата за някакво устройство, което да може да произвежда голямо количество "чиста" енергия за много дълго време.
Отчасти това беше реализирано с откриването на такова вещество като уран. Химичен елемент с това име е в основата на разработването на ядрени реактори, които в наше време осигуряват енергия на цели градове, подводници, полярни кораби и т.н. Вярно е, че енергията им не може да се нарече „чиста“, но през последните години много компании разработват компактни „атомни батерии“на базата на тритий за широка продажба – те нямат движещи се части и са безопасни за здравето..
В тази статия обаче ще анализираме подробно историята на откриването на химичен елементнаречен уран и реакцията на делене на неговите ядра.
Определение
Уранът е химичен елемент, който има атомен номер 92 в периодичната таблица на Менделеев. Атомната му маса е 238 029. Означава се със символа U. При нормални условия е плътен, тежък сребрист метал. Ако говорим за неговата радиоактивност, тогава самият уран е елемент със слаба радиоактивност. Освен това не съдържа напълно стабилни изотопи. И най-стабилният от съществуващите изотопи е уран-338.
Разбрахме какъв е този елемент и сега нека да разгледаме историята на неговото откриване.
История
Такова субстанция като естествен уранов оксид е позната на хората от древни времена и древните майстори са го използвали за направата на глазура, която е била използвана за покриване на различни керамични изделия за водоустойчивост на съдове и други продукти, както и техните декорации.
Годината 1789 е важна дата в историята на откриването на този химичен елемент. Тогава химикът и роден в Германия Мартин Клапрот успява да получи първия метален уран. И новият елемент получи името си в чест на планетата, открита осем години по-рано.
В продължение на почти 50 години полученият тогава уран се смяташе за чист метал, но през 1840 г. химикът от Франция Юджийн-Мелхиор Пелиго успя да докаже, че материалът, получен от Клапрот, въпреки подходящи външни признаци, изобщо не беше метал, а уранов оксид. Малко по-късно същият Пелиго получиистинският уран е много тежък сив метал. Тогава за първи път е определено атомното тегло на такова вещество като уран. Химическият елемент през 1874 г. е поставен от Дмитрий Менделеев в неговата известна периодична таблица на елементите, а Менделеев удвоява атомното тегло на веществото два пъти. И само 12 години по-късно беше експериментално доказано, че великият химик не е сбъркал в изчисленията си.
Радиоактивност
Но наистина широкият интерес към този елемент в научната общност започва през 1896 г., когато Бекерел открива факта, че уранът излъчва лъчи, които са кръстени на изследователя - лъчи на Бекерел. По-късно един от най-известните учени в тази област, Мария Кюри, нарече това явление радиоактивност.
Следващата важна дата в изследването на урана се счита за 1899 г.: тогава Ръдърфорд открива, че радиацията на урана е нехомогенна и се разделя на два вида - алфа и бета лъчи. А година по-късно Пол Вилар (Вилард) открива третия, последният вид радиоактивно излъчване, познат ни днес – така наречените гама лъчи.
Седем години по-късно, през 1906 г., Ръдърфорд, въз основа на своята теория за радиоактивността, провежда първите експерименти, чиято цел е да определи възрастта на различни минерали. Тези изследвания положиха основата, наред с други неща, за формирането на теорията и практиката на радиовъглеродния анализ.
Деление на уранови ядра
Но може би най-важното откритие, благодарение на коетошироко разпространеният добив и обогатяване на уран както за мирни, така и за военни цели е процесът на делене на уранови ядра. Това се случи през 1938 г., откритието е извършено от немските физици Ото Хан и Фриц Щрасман. По-късно тази теория получава научно потвърждение в трудовете на още няколко немски физици.
Същността на механизма, който откриха, беше следната: ако облъчите ядрото на изотопа уран-235 с неутрон, тогава, улавяйки свободен неутрон, то започва да се дели. И както всички вече знаем, този процес е придружен от освобождаване на огромно количество енергия. Това се случва главно поради кинетичната енергия на самата радиация и на фрагментите от ядрото. И така, сега знаем как се случва деленето на уран.
Откриването на този механизъм и резултатите от него са отправната точка за използването на уран както за мирни, така и за военни цели.
Ако говорим за използването му за военни цели, тогава за първи път теорията, че е възможно да се създадат условия за такъв процес като непрекъсната реакция на делене на урановото ядро (тъй като е необходима огромна енергия за детонация ядрена бомба) беше доказано от съветските физици Зелдович и Харитон. Но за да се създаде такава реакция, уранът трябва да бъде обогатен, тъй като в нормалното си състояние той няма необходимите свойства.
Запознахме се с историята на този елемент, сега ще разберем къде се използва.
Уранов изотоп употреби и видове
След откриването на такъв процес като реакцията на верижно делене на уран, физиците бяха изправени пред въпроса къде да го използват?
В момента има две основни области, където се използват уранови изотопи. Това е мирна (или енергийна) индустрия и военна. И първият, и вторият използват реакцията на ядрено делене на изотопа уран-235, само изходната мощност се различава. Просто казано, в ядрен реактор няма нужда да се създава и поддържа този процес със същата мощност, която е необходима за извършване на експлозия на ядрена бомба.
И така, бяха изброени основните индустрии, в които се използва реакцията на делене на уран.
Но получаването на изотопа уран-235 е изключително сложна и скъпа технологична задача и не всяка държава може да си позволи да изгради заводи за обогатяване. Например, за да се получат двадесет тона ураново гориво, в което съдържанието на изотоп уран 235 ще бъде от 3-5%, ще е необходимо да се обогатят повече от 153 тона естествен, „суров“уран.
Изотопът уран-238 се използва главно при проектирането на ядрени оръжия за увеличаване на тяхната мощност. Освен това, когато улавя неутрон, последван от процес на бета разпад, този изотоп може в крайна сметка да се превърне в плутоний-239 - обичайно гориво за повечето съвременни ядрени реактори.
Въпреки всички недостатъци на такива реактори (висока цена, сложност на поддръжката, опасност от авария), работата им се изплаща много бързо и произвеждат несравнимо повече енергия от класическите топло- или водноелектрически централи.
Също така реакцията на делене на урановото ядро направи възможно създаването на ядрени оръжия за масово унищожение. Отличава се с огромната си сила, относителнакомпактност и факта, че е в състояние да направи големи площи земя неподходящи за обитаване на хора. Вярно е, че съвременните атомни оръжия използват плутоний, а не уран.
Обеден уран
Има и такова разнообразие от уран като обеднен. Има много ниско ниво на радиоактивност, което означава, че не е опасно за хората. Използва се отново във военната сфера, например се добавя към бронята на американския танк Abrams, за да му придаде допълнителна здравина. Освен това в почти всички високотехнологични армии можете да намерите различни снаряди с обеднен уран. Освен голямата си маса, те имат още едно много интересно свойство – след унищожаването на снаряда, неговите фрагменти и метален прах се възпламеняват спонтанно. И между другото, за първи път такъв снаряд е използван по време на Втората световна война. Както виждаме, уранът е елемент, който се използва в различни области на човешката дейност.
Заключение
Според прогнозите на учените около 2030 г. всички големи залежи на уран ще бъдат напълно изчерпани, след което ще започне разработването на труднодостъпните му пластове и цената ще се повиши. Между другото, самата уранова руда е абсолютно безвредна за хората - някои миньори работят по добива й от поколения. Сега разбрахме историята на откриването на този химичен елемент и как се използва реакцията на делене на неговите ядра.
Между другото, известен е интересен факт - урановите съединения отдавна се използват като бои за порцелан истъкло (т.нар. ураново стъкло) до 1950-те години.
