Članak govori o tome kada je otkriven takav hemijski element kao što je uranijum i u kojim industrijama se ova supstanca koristi u naše vreme.
Uranijum je hemijski element u energetskoj i vojnoj industriji
U svakom trenutku ljudi su pokušavali da pronađu visoko efikasne izvore energije, a idealno - da stvore takozvani perpetual motor. Nažalost, nemogućnost njegovog postojanja teorijski je dokazana i potkrijepljena još u 19. stoljeću, ali naučnici još uvijek nisu gubili nadu da će ostvariti san o nekakvom uređaju koji bi bio sposoban proizvoditi veliku količinu "čiste" energije za vrlo dugo vremena.
Djelomično je to ostvareno otkrićem takve supstance kao što je uranijum. Hemijski element s ovim imenom činio je osnovu za razvoj nuklearnih reaktora, koji u naše vrijeme daju energiju cijelim gradovima, podmornicama, polarnim brodovima i tako dalje. Istina, njihova energija se ne može nazvati „čistom“, ali posljednjih godina mnoge kompanije razvijaju kompaktne „atomske baterije“na bazi tricijuma za široku prodaju – nemaju pokretne dijelove i bezbedne su za zdravlje.
Međutim, u ovom članku ćemo detaljno analizirati povijest otkrića kemijskog elementanazvan uranijum i reakcija fisije njegovih jezgara.
Definicija
Uranijum je hemijski element koji ima atomski broj 92 u periodnom sistemu Mendeljejeva. Njegova atomska masa je 238 029. Označen je simbolom U. U normalnim uslovima, to je gust, teški srebrnast metal. Ako govorimo o njegovoj radioaktivnosti, onda je sam uranijum element sa slabom radioaktivnošću. Takođe ne sadrži potpuno stabilne izotope. A najstabilniji od postojećih izotopa je uranijum-338.
Shvatili smo šta je ovaj element, a sada pogledajmo istoriju njegovog otkrića.
Historija
Takvu supstancu kao što je prirodni uranijum oksid poznavali su ljudi od davnina, a drevni majstori su je koristili za pravljenje glazure, kojom su pokrivali razne keramike za vodootpornost posuda i drugih proizvoda, kao i njihove ukrasi.
1789. godina bila je važan datum u istoriji otkrića ovog hemijskog elementa. Tada je hemičar i nemački rođen Martin Klaproth uspeo da dobije prvi metalni uranijum. A novi element je dobio ime u čast planete otkrivene osam godina ranije.
Gotovo 50 godina, tada dobijeni uranijum smatran je čistim metalom, međutim, 1840. godine, hemičar iz Francuske, Eugene-Melchior Peligot, uspeo je da dokaže da je materijal dobijen od Klaprota, uprkos odgovarajućim spoljnim znakovima, uopšte nije bio metal, već uranijum oksid. Nešto kasnije, isti Peligo je dobiopravi uranijum je veoma težak sivi metal. Tada je prvi put određena atomska težina takve supstance kao što je uranijum. Hemijski element je 1874. godine postavio Dmitrij Mendeljejev u svoj čuveni periodni sistem elemenata, a Mendeljejev je dva puta udvostručio atomsku težinu supstance. I samo 12 godina kasnije, eksperimentalno je dokazano da veliki hemičar nije pogrešio u svojim proračunima.
Radioaktivnost
Ali zaista široko interesovanje za ovaj element u naučnoj zajednici počelo je 1896. godine, kada je Becquerel otkrio činjenicu da uranijum emituje zrake koje su dobile ime po istraživaču - Becquerel zrake. Kasnije je jedan od najpoznatijih naučnika u ovoj oblasti, Marie Curie, ovu pojavu nazvala radioaktivnošću.
Sljedećim važnim datumom u proučavanju uranijuma smatra se 1899. godina: tada je Rutherford otkrio da je zračenje uranijuma nehomogeno i da se dijeli na dvije vrste - alfa i beta zrake. A godinu dana kasnije, Paul Villar (Villard) otkrio je treću, posljednju vrstu radioaktivnog zračenja koja nam je danas poznata - takozvane gama zrake.
Sedam godina kasnije, 1906. godine, Rutherford je, na osnovu svoje teorije radioaktivnosti, izveo prve eksperimente, čija je svrha bila da se utvrdi starost raznih minerala. Ove studije su postavile temelje, između ostalog, za formiranje teorije i prakse radiokarbonske analize.
Fisija jezgara uranijuma
Ali, možda, najvažnije otkriće, zahvaljujući kojem ješiroko rasprostranjeno rudarenje i obogaćivanje uranijuma u miroljubive i vojne svrhe je proces fisije jezgri uranijuma. To se dogodilo 1938. godine, a otkriće su izveli njemački fizičari Otto Hahn i Fritz Strassmann. Kasnije je ova teorija dobila naučnu potvrdu u radovima još nekoliko njemačkih fizičara.
Suština mehanizma koji su otkrili bila je sljedeća: ako zračite jezgro izotopa uranijuma-235 neutronom, onda, hvatajući slobodni neutron, ono počinje da se dijeli. I, kao što svi sada znamo, ovaj proces je praćen oslobađanjem ogromne količine energije. To se događa uglavnom zbog kinetičke energije samog zračenja i fragmenata jezgra. Sada znamo kako se dešava fisija uranijuma.
Otkriće ovog mehanizma i njegovi rezultati su početna tačka za upotrebu uranijuma u miroljubive i vojne svrhe.
Ako govorimo o njegovoj upotrebi u vojne svrhe, onda se prvi put pojavila teorija da je moguće stvoriti uslove za takav proces kao što je kontinuirana reakcija fisije jezgra uranijuma (pošto je za detonaciju potrebna ogromna energija nuklearna bomba) dokazali su sovjetski fizičari Zeldovich i Khariton. Ali da bi se stvorila takva reakcija, uranijum mora biti obogaćen, jer u svom normalnom stanju nema potrebna svojstva.
Upoznali smo se sa istorijom ovog elementa, sada ćemo shvatiti gdje se koristi.
Upotrebe i vrste izotopa uranijuma
Nakon otkrića takvog procesa kao što je reakcija lančane fisije uranijuma, fizičari su se suočili s pitanjem gdje je koristiti?
Trenutno postoje dva glavna područja u kojima se koriste izotopi uranijuma. Ovo je miroljubiva (ili energetska) industrija i vojska. I prvi i drugi koriste reakciju nuklearne fisije izotopa uranijuma-235, samo se izlazna snaga razlikuje. Jednostavno rečeno, u nuklearnom reaktoru nema potrebe za stvaranjem i održavanjem ovog procesa istom snagom koja je neophodna za izvođenje eksplozije nuklearne bombe.
Dakle, navedene su glavne industrije u kojima se koristi reakcija fisije uranijuma.
Ali nabavka izotopa uranijuma-235 je izuzetno složen i skup tehnološki zadatak i ne može svaka država priuštiti izgradnju postrojenja za obogaćivanje. Na primjer, za dobijanje dvadeset tona uranijumskog goriva, u kojem će sadržaj izotopa uranijuma 235 biti od 3-5%, biće potrebno obogatiti više od 153 tone prirodnog, "sirovog" uranijuma.
Izotop uranijuma-238 se uglavnom koristi u dizajnu nuklearnog oružja za povećanje njegove snage. Također, kada uhvati neutron, nakon čega slijedi beta proces raspada, ovaj izotop se na kraju može pretvoriti u plutonijum-239 - uobičajeno gorivo za većinu modernih nuklearnih reaktora.
Uprkos svim nedostacima takvih reaktora (visoka cijena, složenost održavanja, opasnost od nesreće), njihov rad se vrlo brzo isplati, a proizvode neuporedivo više energije od klasičnih termo ili hidroelektrana.
Također, reakcija fisije jezgra uranijuma omogućila je stvaranje nuklearnog oružja za masovno uništenje. Odlikuje se ogromnom snagom, relativnokompaktnost i činjenicu da je sposoban učiniti velike površine zemljišta neprikladnim za život ljudi. Istina, moderno atomsko oružje koristi plutonijum, a ne uranijum.
Osiromašeni uranijum
Postoji i takva raznolikost uranijuma kao što je osiromašeni. Ima vrlo nizak nivo radioaktivnosti, što znači da nije opasan za ljude. Ponovo se koristi u vojnoj sferi, na primjer, dodaje se oklopu američkog tenka Abrams kako bi mu dao dodatnu snagu. Osim toga, u gotovo svim visokotehnološkim vojskama možete pronaći razne granate s osiromašenim uranijumom. Osim velike mase, imaju još jedno vrlo zanimljivo svojstvo - nakon uništenja projektila, njegovi fragmenti i metalna prašina se spontano zapale. I inače, prvi put je takav projektil korišten tokom Drugog svjetskog rata. Kao što vidimo, uranijum je element koji se koristi u raznim poljima ljudske aktivnosti.
Zaključak
Prema predviđanjima naučnika, oko 2030. godine sva velika nalazišta uranijuma će biti potpuno iscrpljena, nakon čega će početi razvoj njegovih teško dostupnih slojeva i cijena će rasti. Inače, sama ruda uranijuma je apsolutno bezopasna za ljude - neki rudari generacijama rade na njenom vađenju. Sada smo shvatili istoriju otkrića ovog hemijskog elementa i kako se koristi reakcija fisije njegovih jezgara.
Inače, poznata je zanimljiva činjenica - jedinjenja uranijuma su se dugo koristila kao boje za porculan istaklo (tzv. uranijumsko staklo) do 1950-ih.
