Ураныг технологид ашиглах

ДүгнэлтХэсэг

Ураны хэрэглээний үндсэн чиглэлүүд.

Цөмийн эрчим хүчний хөгжил. Хүрсэн түвшин, хэтийн төлөв. Эдгээр зорилгоор шаардлагатай ураны хэмжээг тооцоолох.

Ураны нөөц, уран олборлох аж үйлдвэр. Ураны баяжмалын үйлдвэрлэлийн түвшин. Ураны үйлдвэрлэл, хэрэглээний хөгжлийн чиг хандлага, нөхцөл.

Нэгдлүүд, металл, ураны хайлш, түлшний элемент (FEL) болон түлшний угсралт (FA) үйлдвэрлэх технологийн үндсэн үе шатууд (үйл явцын үе шатууд).

Уран бол цацраг идэвхт элемент бөгөөд түүний хэрэглээний талбар нь изотопын найрлагаар тодорхойлогддог. Байгалийн уран гурван изотопоос бүрдэнэ.

Байгалийн ураны өвөрмөц цацраг идэвхт чанар нь 0.67 микрокюри/г (U-234 ба U-238 хооронд бараг хоёр хуваасан, U-235 бага хувь нэмэр оруулдаг). Байгалийн уран нь гэрэл зургийн хавтанг нэг цагийн дотор ил гаргах хэмжээний цацраг идэвхт бодис юм.

Мөн дотор эртний цаг үе(МЭӨ 1-р зуун) байгалийн ураны ислийг шавар вааранд шар паалан хийхэд ашигласан. Помпей, Геркуланумын балгас дундаас шар өнгийн паалантай (1%-иас дээш ураны исэл агуулсан) ваарны хэлтэрхий олдсон. Ураны шилний харагдах байдал нь наад зах нь МЭ 79 онд үүссэн гэж үздэг бөгөөд энэ нь 1912 онд Неаполын булан дахь (Итали) Кэйп Посиллипо дахь Ромын виллагаас олдсон, ойролцоогоор ураны ислийн агууламжтай шар өнгийн шил агуулсан мозайктай холбоотой юм. 1% (3-р хэсгийн нэмэлт материалыг Зураг үз). Дундад зууны сүүл үеэс эхлэн Богемийн Яхимов хотын ойролцоох Хабсбургийн мөнгөний уурхайгаас (одоогийн Чехийн Жахимов) давирхайг (уранит) олборлож эхэлсэн бөгөөд орон нутгийн шилний үйлдвэрлэлд будагч бодис болгон ашигладаг байв.

IN орчин үеийн түүхТехнологийн аргаар үйлдвэрлэсэн ураны нэгдлүүдийн анхны хэрэглээ нь керамик эдлэлийн өнгөт (голчлон улаан, улбар шар, хүрэн) паалан бэлтгэх, мөн шар-ногоон өнгөтэй, цацраг идэвхт бодист өртөх үед флюресцдэг ураны шил үйлдвэрлэхэд байсан. нарны гэрэл эсвэл хэт ягаан туяа.

19-р зууны 20-30-аад оны үед Европт ураны шилэн бүтээгдэхүүний үйлдвэрлэл өргөн тархсан бөгөөд 20-р зууны 50-аад он хүртэл үргэлжилсэн. Богемийн мастер Жозеф Ридл шилийг шар, ногоон өнгөөр ​​хайлуулах аргыг боловсруулсан бөгөөд ураны будаг нь тэдэнд ийм нууцлаг гэрэлтэлтийг өгчээ. Ридл 1830-1848 онуудад ураны шилэн бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэх чиглэлээр ажиллаж байсан. 1830-аад онд Орост Гусевскийн үйлдвэрт шинэ ураны шил үйлдвэрлэж эхэлсэн. Ураны шилний хувьд кали, борын өндөр агууламжтай кальци, цайр, барийн найрлагыг хэрэглэхийг зөвлөж байна, энэ нь шилний илүү хүчтэй флюресцентийг баталгаажуулдаг. Хар тугалганы шил нь хэт ягаан туяаг шингээдэг тул флюресцент үүсгэдэггүй. Флюресцентгүй ураны шилний хувьд хар тугалганы шилний найрлагыг, жишээлбэл, топазыг дуурайлган үнэт эдлэлд ашиглаж болно - ийм шил нь молортой харьцуулахад шар өнгөтэй байдаг. Шилэн найрлага дахь ураны будах чадвар бага тул ураны агууламж харьцангуй өндөр байх ёстой. Ураны агууламж 0.3...1.5% UO 3-аас 4...6% UO 3 хооронд хэлбэлздэг. Гэсэн хэдий ч ураны ислийг их хэмжээгээр оруулах тусам шилний флюресцент аажмаар сулардаг. Ураныг цэнэгт исэл (UO 2, U 3 O 8 эсвэл UO 3), натрийн уранат (Na 2 UO 4 эсвэл Na 2 U 2 O 7) эсвэл уранил нитрат хэлбэрээр оруулдаг.

Одоогоор Чех улсад бага хэмжээний ураны шил, түүгээр хийсэн бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэж байна. Ураныг зарим төрлийн оптик шилэнд, жишээлбэл, 1.37% UO 3 агуулсан шар өнгийн боросиликат оптик шил ZhS19 эсвэл 2.8% UO 3 агуулсан ногоон цайрын фосфатын оптик шил ZS7 зэрэгт оруулдаг.

Хамгийн их хэрэглэгддэг орчин үеийн технологинь 235 U ураны изотоптой бөгөөд цөмийн гинжин урвал нь өөрөө явагдах боломжтой. Тиймээс энэ изотопыг цөмийн реактор, түүнчлэн цөмийн зэвсгийн түлш болгон ашигладаг. Байгалийн уранаас U 235 изотопыг тусгаарлах нь технологийн нарийн төвөгтэй асуудал юм. Атомын цахилгаан станцын цөмийн түлшээр баяжуулах U-235-ийн түвшин 2-4.5%, зэвсгийн хэрэглээнд - дор хаяж 80%, илүү сайн бол 90% байна. АНУ-д зэвсгийн чанартай уран-235-ыг 93.5% хүртэл баяжуулсан; Аж үйлдвэр нь 97.65% үйлдвэрлэх чадвартай - ийм чанарын ураныг реакторуудад ашигладаг. тэнгисийн цэргийн. 1998 онд Оак Риджийн Үндэсний Лабораторийн (ORNL) изотопын хэлтэс нь 93% U-235-ыг 53 доллар/гр үнээр нийлүүлсэн.

U 238 изотоп нь өндөр энергитэй нейтроноор бөмбөгдөх нөлөөн дор хуваагдах чадвартай бөгөөд энэ шинж чанар нь термоядролын зэвсгийн хүчийг нэмэгдүүлэхэд ашиглагддаг (термоядроны урвалаар үүссэн нейтронуудыг ашигладаг). Термоядролын цэнэгт хошуунд голдуу цөмийн цэнэгийг тойрсон шавхагдсан ураны давхарга байдаг. Энэ давхарга нь эхлээд урвалын масс болж, тэсэлгээний үед илүү хүчтэй шахалт, термоядролын урвал илүү бүрэн гүйцэд явагдах боломжийг олгодог. Термоядролын урвалын үр дүнд үүссэн өндөр энергитэй нейтронуудын өндөр урсгал нь U-238-ыг задлахад хүргэдэг бөгөөд энэ нь байлдааны хошууны хүчийг нэмэгдүүлдэг. Ийм зэвсгийг дэлбэрэлтийн дараалсан гурван үе шатыг илэрхийлдэг "хуваалцах-хуваах" схемийн дагуу ажилладаг зэвсэг гэж ангилдаг. Хагарсан ураны эцсийн задралын үед ялгарах энерги нь термоядролын төхөөрөмжийн нийт хүчин чадлын нэлээд хэсгийг бүрдүүлдэг. Жишээлбэл, 1952 онд Айви Майкийн термоядролын дэлбэрэлтийн 10.4 мегатонны 77% нь ураны задралаас үүдэлтэй. Хоосон уран нь чухал масстай байдаггүй тул термоядролын цэнэгт бараг хязгааргүй хэмжээгээр нэмж болно. 1961 онд ЗХУ-д болсон Цар бөмбөгийн туршилтын үеэр гаргасан хүч нь "ердөө" 50 мегатон (үүний 90% нь термоядролын урвалаас үүдэлтэй) байсан тул угсралтын эцсийн шатанд шавхагдсан ураныг хар тугалгаар сольсон. Хэрэв шавхагдсан ураныг ашигласан бол дэлбэрэлтийн гарц 100 мегатон болно.

Энэхүү ураны изотопын чухал хэрэглээ бол плутони-239-ийн үйлдвэрлэл юм. Нейтроныг барьж, дараа нь β задралын үр дүнд 238 U нь 239 Pu болж хувирч, дараа нь цөмийн түлш болгон ашигладаг. 235-р изотопын байгалийн болон хэсэгчлэн баяжуулсан уран агуулсан аливаа реакторын түлш нь түлшний эргэлт дууссаны дараа тодорхой хэмжээний плутони агуулдаг.

U-235-ыг байгалийн уранаас гарган авсны дараа үлдсэн материалыг "ховхорсон уран" гэж нэрлэдэг. Энэ нь 235-р изотопоор шавхагдаж байна. АНУ-д 560 орчим мянган тонн ураны гексафторид (UF 6), Орост 700 орчим мянган тонн хадгалагдаж байна.

Хоосон уран нь байгалийн уранаас хоёр дахин бага цацраг идэвхт бодистой байдаг нь голчлон түүнээс U-234-ийг зайлуулсантай холбоотой. Ураны үндсэн хэрэглээ нь эрчим хүчний үйлдвэрлэл учраас шавхагдсан уран нь ашиггүй, эдийн засгийн үнэ цэнэ багатай бүтээгдэхүүн юм. шавхагдсан ураныг ашиглах арга замыг хайж олох явдал юм том асуудалболовсруулах үйлдвэрүүдэд .

Үүний хэрэглээ нь голчлон ураны өндөр нягтрал, харьцангуй хямд өртөгтэй холбоотой юм. Барагдсан ураны хамгийн чухал хоёр хэрэглээ нь: түүний хэрэглээ цацрагийн хамгаалалт(хачирхалтай нь) мөн агаарын хөлгийн хяналтын гадаргуу гэх мэт сансрын хэрэглээнд тогтворжуулагч масс болгон. 1980-аад оны дундаас өмнө үйлдвэрлэсэн Боинг 747 онгоц бүрд энэ зорилгоор 400-1500 кг шавхагдсан уран агуулагддаг. Иргэний агаарын хөлөгт уран ашиглахад тулгардаг бэрхшээл нь осол гарсан тохиолдолд уран нь галд шатаж, байгальд исэл болон ялгардаг. 1977 онд Тенерифе нисэх буудалд хоёр Боинг 747 онгоц мөргөлдөхөд 3000 кг уран галд шатжээ. Энэ төрлийн ослын бас нэг алдартай тохиолдол бол 1992 онд Амстердамд болсон гамшиг юм. Одоогоор Boeing болон McDonnell-Douglas компаниуд иргэний агаарын хөлөгт ураны эсрэг жин ашигладаггүй.

Барагдсан ураныг газрын тосны өрөмдлөгийн ажилд ихэвчлэн цохилтын саваа хэлбэрээр (утас өрөмдлөгт) ашигладаг бөгөөд жин нь багажийг өрөмдлөгийн шингэнээр дүүргэсэн худаг руу чиглүүлдэг. Энэ материалыг өндөр хурдны гироскопын ротор, том нисдэг дугуй, сансрын буух болон уралдааны дарвуулт онгоцонд тогтворжуулагч болгон ашигладаг. Зарим нэг гэнэтийн хэрэглээ бол Формула 1 уралдааны машинд уран ашиглах явдал юм.Журмын дагуу машины хамгийн бага жин нь 600 кг байх ёстой ч дизайнерууд эхлээд жингээ аль болох багасгахыг хичээж, улмаар жингээ нэмэгдүүлэхийг хичээдэг. шавхагдсан ураны тогтворжуулагчийг байрлуулж, хамгийн сайн тэнцвэржүүлснээр 600 кг.

Гэхдээ шавхагдсан ураны хамгийн алдартай хэрэглээ бол хуяг цоолох сумны цөм (хэт хүнд цөмтэй дэд калибрын сум) юм. Бусад металлтай тодорхой хайлш хийж, дулааны боловсруулалт хийснээр (2% Mo буюу 0.75-3.5% Ti-тэй хайлш хийх, ус эсвэл тосонд 850 ° C хүртэл халаасан металыг хурдан бөхөөх, цаашлаад 450 ° C-т 5 цаг барих) уран металл. гангаас илүү хатуу, бат бөх болдог (суналтын бат бэх > 1600 МПа). Энэ нь өндөр нягтралтай хослуулан хатуурсан ураныг хуягт нэвтрэхэд маш үр дүнтэй болгодог бөгөөд энэ нь илүү үнэтэй монокристал гянт болдтой төстэй юм. Хуяг зэвсгийг устгах үйл явц нь ураны ихэнх хэсгийг тоос болгон нунтаглах, хамгаалагдсан объект руу тоос нэвтэрч, нөгөө талдаа агаарт гал асаах зэргээр дагалддаг. Цөлийн шуурганы үеэр байлдааны талбарт 300 орчим тонн шавхагдсан уран үлджээ (ихэвчлэн А-10 довтолгооны онгоцны 30 мм-ийн ГАУ-8 их бууны хясааны үлдэгдэл, бүрхүүл тус бүр нь 272 гр ураны хайлш агуулсан). АНУ-ын арми 120 эсвэл 105 мм-ийн танкийн буу (M1 Abrams ба M60A3) болон M2 Bradley болон LAV-AT дээр суурилуулсан 25 мм-ийн M242 бууны суманд уран ашигладаг. Ураны үндсэн сумыг (20, 25, 30 мм калибрын) ашигладаг Тэнгисийн цэргийн корпус, АНУ-ын Агаарын болон Тэнгисийн цэргийн хүчин. Оросын (Зөвлөлтийн) арми 1970-аад оны сүүлээс хойш танкийн бууны суманд шавхагдсан ураныг голчлон Т-62 танкийн 115 мм-ийн буу, Т-64, Т-72, ​​Т-80-ын 125 мм-ийн буунд ашиглаж ирсэн. ба Т-танк 90. Их Британи, Израиль, Франц, Хятад, Пакистан гэх мэт армиуд шавхагдсан уран агуулсан танкийн буу, тэнгисийн цэргийн зэвсгийн сумыг мөн ашигладаг. Нийтдээ ийм зэвсгийг 18 оронд үйлдвэрлэдэг.

Өндөр нягтралтай тул шавхагдсан ураныг орчин үеийн танкийн хуягт (хоёр хуяг гангийн хооронд "сэндвич" хэлбэрээр) ашигладаг, тухайлбал 1998 оноос хойш баригдсан М-1 Абрамс танкууд (M1A1HA ба M1A2 өөрчлөлтүүд).

Одоогийн байдлаар лифт, краны эсрэг жин үйлдвэрлэхэд хар тугалгыг шавхагдсан уранаар солих бүтээн байгуулалт хийгдэж байна.

Уран хаанаас ирсэн бэ?Энэ нь суперновагийн дэлбэрэлтийн үеэр гарч ирэх магадлалтай. Баримт нь төмрөөс илүү хүнд элементүүдийн нуклеосинтезийн хувьд суперновагийн дэлбэрэлтийн үед яг тохиолддог нейтроны хүчтэй урсгал байх ёстой. Дараа нь түүний үүсгэсэн шинэ оддын системийн үүлнээс конденсацийн үед эх гаригийн үүлэнд хуримтлагдаж, маш хүнд байсан уран нь гаригуудын гүнд живэх ёстой юм шиг санагдаж байна. Гэхдээ энэ нь үнэн биш юм. Уран бол цацраг идэвхт элемент бөгөөд задрахдаа дулаан ялгаруулдаг. Тооцооллоос харахад хэрэв ураныг дэлхийн бүх зузаанд жигд тарааж, ядаж газрын гадарга дээрхтэй ижил концентрацитай байвал хэт их дулаан ялгаруулна. Түүгээр ч барахгүй ураныг хэрэглэхийн хэрээр урсгал нь сулрах ёстой. Ийм зүйл ажиглагдаагүй тул геологичид ураны гуравны нэгээс доошгүй нь, магадгүй бүх зүйл нь энд төвлөрсөн гэж үздэг. дэлхийн царцдас, түүний агууламж 2.5∙10 –4% байна. Яагаад ийм зүйл болсон талаар ярихгүй байна.

Ураныг хаана олборлодог вэ?Дэлхий дээр тийм ч бага уран байдаггүй - элбэг дэлбэгээрээ 38-р байранд ордог. Мөн энэ элементийн ихэнх хэсэг нь тунамал чулуулагт байдаг - нүүрстөрөгчийн занар ба фосфорит: 8∙10 –3 ба 2,5∙10 –2% хүртэл. Дэлхийн царцдас нийтдээ 10 14 тонн уран агуулдаг боловч маш их тархсан, хүчирхэг орд үүсгэдэггүй нь гол асуудал юм. 15 орчим ураны ашигт малтмал нь үйлдвэрлэлийн ач холбогдолтой. Энэ бол ураны давирхай юм - түүний үндэс нь дөрвөн валент ураны исэл, уран гялтгануур - янз бүрийн силикатууд, фосфатууд болон зургаан валент уран дээр суурилсан ванади эсвэл титантай илүү төвөгтэй нэгдлүүд юм.

Беккерелийн туяа гэж юу вэ?Вольфганг Рентген рентген туяаг нээсний дараа Францын физикч Антуан-Анри Беккерел нарны гэрлийн нөлөөн дор үүсдэг ураны давсны туяаг сонирхож эхэлсэн. Тэр энд бас рентген туяа байгаа эсэхийг ойлгохыг хүссэн. Үнэхээр тэд байсан - давс нь хар цаасаар гэрэл зургийн хавтанг гэрэлтүүлэв. Гэвч туршилтуудын нэгэнд давс нь гэрэлтээгүй ч гэрэл зургийн хавтан харанхуйлсан хэвээр байв. Давс ба гэрэл зургийн хавтангийн хооронд металл зүйл байрлуулахад доор нь харанхуйлах нь бага байв. Тиймээс ураныг гэрлээр өдөөсний улмаас шинэ туяа үүссэнгүй бөгөөд металлаар хэсэгчлэн дамждаггүй. Тэднийг анх "Беккерелийн туяа" гэж нэрлэдэг байв. Дараа нь эдгээр нь ихэвчлэн бага хэмжээний бета туяа нэмсэн альфа туяа болохыг олж мэдсэн: ураны үндсэн изотопууд задралын үед альфа бөөмс ялгаруулдаг бөгөөд охин бүтээгдэхүүн нь бета задралд өртдөг.

Уран хэр цацраг идэвхт вэ?Уран нь тогтвортой изотопгүй бөгөөд бүгд цацраг идэвхт бодис юм. Хамгийн урт насалдаг нь уран-238 бөгөөд хагас задралын хугацаа 4.4 тэрбум жил байна. Дараа нь уран-235 - 0.7 тэрбум жил байна. Тэд хоёулаа альфа задралд орж, торигийн тохирох изотопууд болдог. Уран-238 нь нийт байгалийн ураны 99 гаруй хувийг бүрдүүлдэг. Хагас задралын хугацаа нь асар их тул энэ элементийн цацраг идэвхт чанар бага, үүнээс гадна альфа тоосонцор нь хүний ​​биеийн гадаргуу дээрх эвэрлэг давхаргыг нэвтлэх чадваргүй байдаг. Тэд урантай ажилласныхаа дараа И.В.Курчатов гараа алчуураар зүгээр л арчсан бөгөөд цацраг идэвхт бодистой холбоотой ямар ч өвчин тусаагүй гэж тэд хэлэв.

Эрдэмтэд ураны уурхай, боловсруулах үйлдвэрүүдийн ажилчдын өвчлөлийн статистик мэдээлэлд олон удаа хандсан. Жишээлбэл, Канадын Саскачеван мужийн Эльдорадо уурхайн 1950-1999 оны 17 мянга гаруй ажилчдын эрүүл мэндийн мэдээлэлд дүн шинжилгээ хийсэн Канад, Америкийн мэргэжилтнүүдийн саяхан бичсэн нийтлэлийг энд оруулав. Байгаль орчны судалгаа, 2014, 130, 43–50, DOI:10.1016/j.envres.2014.01.002). Цацраг туяа нь цусны эсийг хурдан үржүүлэхэд хамгийн хүчтэй нөлөө үзүүлж, хорт хавдрын харгалзах хэлбэрийг бий болгодог гэдгийг тэд үндэслэсэн. Уурхайн ажилчид ийм өвчлөлтэй байдаг нь статистик тоо баримтаас харагдаж байна янз бүрийн төрөлКанадчуудын дунджаас цөөн тооны цусны хорт хавдар байдаг. Энэ тохиолдолд цацрагийн гол эх үүсвэр нь уран өөрөө биш, харин түүний үүсгэсэн хийн радон, задралын бүтээгдэхүүн нь уушигаар дамжин биед нэвтэрдэг гэж үздэг.

Уран яагаад хортой вэ?? Энэ нь бусад хүнд металлын нэгэн адил маш хортой бөгөөд бөөр, элэгний дутагдалд хүргэдэг. Нөгөөтэйгүүр уран нь тархай бутархай элемент учраас ус, хөрсөнд зайлшгүй оршиж, хүнсний сүлжээнд төвлөрч хүний ​​биед ордог. Хувьслын явцад амьд биетүүд ураныг байгалийн концентрацид саармагжуулж сурсан гэж үзэх үндэслэлтэй. Уран бол усанд хамгийн аюултай тул ДЭМБ-аас анх 15 мкг/л байсан бол 2011 онд стандартыг 30 мкг/г болгож нэмэгдүүлсэн. Дүрмээр бол усанд уран хамаагүй бага байдаг: АНУ-д дунджаар 6.7 мкг/л, Хятад, Францад 2.2 мкг/л. Гэхдээ бас хүчтэй хазайлтууд байдаг. Тиймээс Калифорнийн зарим бүс нутагт энэ нь стандартаас зуу дахин их байдаг - 2.5 мг / л, өмнөд Финландад 7.8 мг / л хүрдэг. Эрдэмтэд ураны амьтдад үзүүлэх нөлөөг судалснаар ДЭМБ-ын стандарт хэт хатуу эсэхийг ойлгохыг хичээж байна. Энд ердийн ажил байна ( BioMed Research International, 2014, ID 181989; DOI: 10.1155/2014/181989). Францын эрдэмтэд хархыг есөн сарын турш шавхагдсан ураны нэмэлт бодисоор, харьцангуй өндөр концентрацитай бол 0.2-120 мг/л усаар тэжээжээ. Хамгийн бага утга нь уурхайн ойролцоох ус, харин дээд утга нь хаана ч байдаггүй - Финландад хэмжсэн ураны хамгийн их агууламж нь 20 мг/л байна. Зохиогчдын гайхшралыг төрүүлсэн нийтлэлийг "Физиологийн системд ураны мэдэгдэхүйц нөлөө үзүүлээгүй ..." гэж нэрлэдэг - уран нь хархны эрүүл мэндэд бараг ямар ч нөлөө үзүүлээгүй. Мал сайн идэж, жингээ зөв нэмсэн, өвчиндөө гомдолгүй, хорт хавдраар үхээгүй. Уран нь үндсэндээ бөөр, ясанд, зуу дахин бага хэмжээгээр элгэнд хуримтлагдсан бөгөөд түүний хуримтлал нь усан дахь агууламжаас хамаарна. Гэсэн хэдий ч энэ нь бөөрний дутагдал, тэр ч байтугай үрэвслийн молекулын шинж тэмдгүүдийн мэдэгдэхүйц харагдах байдалд хүргэсэнгүй. Зохиогчид ДЭМБ-ын хатуу удирдамжийг хянаж эхлэхийг санал болгов. Гэсэн хэдий ч нэг анхааруулга байдаг: тархинд үзүүлэх нөлөө. Хархны тархинд элгийнхээс бага уран байсан ч түүний агууламж нь усан дахь хэмжээнээс хамаардаггүй байв. Гэхдээ уран тархины антиоксидант системийн үйл ажиллагаанд нөлөөлсөн: каталазын идэвхжил 20%, глутатион пероксидаз 68-90%, супероксид дисмутазын идэвхжил тунгаас үл хамааран 50% -иар буурчээ. Энэ нь уран тархинд исэлдэлтийн стрессийг үүсгэсэн бөгөөд бие нь үүнд хариу үйлдэл үзүүлсэн гэсэн үг юм. Энэ нөлөө - дашрамд хэлэхэд, бэлэг эрхтэнд агуулагдахгүйгээр уран тархинд хүчтэй нөлөө үзүүлдэг нь урьд өмнө ажиглагдаж байсан. Түүгээр ч барахгүй Небраскагийн их сургуулийн судлаачид зургаан сарын турш хархыг тэжээсэн 75-150 мг/л агууламжтай урантай ус ( Нейротоксикологи ба тератологи, 2005, 27, 1, 135–144; DOI:10.1016/j.ntt.2004.09.001) талбайд гаргасан амьтдын зан төлөвт, голчлон эрэгтэйчүүдэд нөлөөлсөн: тэд шугамыг давж, хойд хөл дээрээ босч, үсээ хянагчаас өөрөөр иддэг. Уран нь амьтдын ой санамжийг бууруулдаг гэсэн нотолгоо байдаг. Зан үйлийн өөрчлөлт нь тархи дахь липидийн исэлдэлтийн түвшинтэй холбоотой байв. Урантай ус нь хархыг эрүүл чийрэг болгож, харин ч тэнэг болгожээ. Эдгээр өгөгдөл нь Персийн булангийн дайны синдром гэж нэрлэгддэг өвчнийг шинжлэхэд бидэнд хэрэгтэй болно.

Занарын хий олборлох талбайг уран бохирдуулдаг уу?Хий агуулсан чулуулагт хэр хэмжээний уран агуулагдаж, тэдгээртэй хэрхэн холбогдож байгаагаас шалтгаална. Жишээлбэл, Буффало дахь их сургуулийн дэд профессор Трейси Банк Нью-Йоркийн баруун хэсгээс Пенсильвани, Охайо мужаар дамжин Баруун Виржиниа хүртэл үргэлжилдэг Марселлусын занарыг судалжээ. Уран нь нүүрсустөрөгчийн эх үүсвэртэй яг химийн холбоотой болох нь тогтоогдсон (холбогдох нүүрстөрөгчийн занарууд ураны агууламж хамгийн өндөр байдаг гэдгийг санаарай). Хагарлын үед хэрэглэсэн уусмал нь ураныг төгс уусгадаг болохыг туршилтаар тогтоосон. “Эдгээр усан дахь уран газрын гадаргад хүрэхэд ойр орчмын газрыг бохирдуулж болзошгүй. Энэ нь цацрагийн эрсдэл учруулахгүй, харин уран бол хортой элемент юм" гэж Трейси Банк 2010 оны 10-р сарын 25-ны өдрийн их сургуулийн хэвлэлийн мэдээнд тэмдэглэжээ. Занарын хий олборлох явцад байгаль орчин уран, ториор бохирдох эрсдэлийн талаар дэлгэрэнгүй нийтлэл хараахан бэлтгэгдээгүй байна.

Уран яагаад хэрэгтэй вэ?Өмнө нь керамик, өнгөт шил хийхэд пигмент болгон ашигладаг байсан. Одоо уран бол цөмийн энерги, атомын зэвсгийн үндэс юм. Энэ тохиолдолд түүний өвөрмөц шинж чанарыг ашигладаг - цөмийн хуваагдах чадвар.

Цөмийн хуваагдал гэж юу вэ? Цөмийг хоёр тэгш бус том хэсэг болгон задлах. Чухам энэ шинж чанараараа нейтроны цацрагийн нөлөөгөөр нуклеосинтезийн үед уранаас хүнд цөмүүд маш их хүндрэлтэй үүсдэг. Энэ үзэгдлийн мөн чанар нь дараах байдалтай байна. Хэрэв цөм дэх нейтрон ба протоны тооны харьцаа оновчтой биш бол энэ нь тогтворгүй болно. Дүрмээр бол ийм цөм нь альфа бөөмс - хоёр протон ба хоёр нейтрон, эсвэл бета бөөмс - позитроныг ялгаруулдаг бөгөөд энэ нь нейтроны аль нэгийг протон болгон хувиргах дагалддаг. Эхний тохиолдолд үечилсэн хүснэгтийн элементийг олж авсан бөгөөд хоёр нүдийг буцааж, хоёр дахь нь нэг нүдийг урагшлуулна. Гэсэн хэдий ч альфа ба бета тоосонцорыг ялгаруулахаас гадна ураны цөм нь хуваагдах чадвартай - үелэх системийн дунд байрлах хоёр элементийн цөмд, тухайлбал бари, криптон, шинэ нейтрон хүлээн авснаар задрах чадвартай. Энэ үзэгдлийг цацраг идэвхт бодис нээсний дараахан физикчид шинээр нээсэн цацрагийг чадах бүхнээр нь илчлэх үед олж мэдсэн. Үйл явдлын оролцогч Отто Фриш энэ тухай хэрхэн бичсэнийг эндээс үзнэ үү (“Advances in Physical Sciences,” 1968, 96, 4). Бериллий туяа - нейтроныг нээсний дараа Энрико Ферми ураныг тэдэнтэй хамт цацрагаар цацаж, ялангуяа бета задралыг бий болгосны дараа тэрээр үүнийг одоо нептун гэж нэрлэгддэг дараагийн 93-р элементийг олж авахад ашиглах болно гэж найдаж байв. Тэр бол цацрагт ураны шинэ төрлийн цацраг идэвхт бодисыг нээсэн бөгөөд энэ нь трансуран элементүүдийн илрэлтэй холбоотой юм. Үүний зэрэгцээ бериллийн эх үүсвэрийг парафины давхаргаар бүрхсэн нейтроныг удаашруулах нь энэхүү өдөөгдсөн цацраг идэвхт байдлыг нэмэгдүүлсэн. Америкийн радиохимич Аристид фон Гроссе эдгээр элементүүдийн нэг нь протактин гэж таамагласан боловч түүний буруу байсан. Гэвч тэр үед Венийн их сургуульд ажиллаж байсан, 1917 онд нээсэн протактинийг өөрийн бүтээл гэж үзэж байсан Отто Хан ямар элементүүдийг олж авсан болохыг олж мэдэх үүрэгтэй гэж шийджээ. 1938 оны эхээр Хан Лиз Майтнертай хамт туршилтын үр дүнд үндэслэн уран-238-ын нейтрон шингээгч цөм ба түүний охин элементүүдийн олон бета задралын үр дүнд цацраг идэвхт элементийн бүхэл бүтэн гинж үүсдэг гэж санал болгосон. Удалгүй Лиз Майтнер Австрийн Аншлюсын дараа нацистуудын хэлмэгдүүлэлтээс болгоомжилж Швед рүү дүрвэхээс өөр аргагүй болжээ. Хан Фриц Страсмантай туршилтаа үргэлжлүүлж, бүтээгдэхүүнүүдийн дунд уранаас ямар ч аргаар олж авах боломжгүй 56-р элементийн бари байгааг олж мэдэв: ураны альфа задралын бүх гинжин хэлхээ нь илүү хүнд хар тугалгаар төгсдөг. Судлаачид үр дүнд нь маш их гайхсан тул нийтэлсэнгүй, зөвхөн найз нөхөддөө, ялангуяа Гётеборг дахь Лиз Майтнерт захидал бичжээ. Тэнд, 1938 оны Зул сарын баяраар түүний ач хүү Отто Фриш түүн дээр очиж, өвлийн хотын ойролцоо алхаж байхдаа - цанаар гулгаж, авга эгч нь явганаар - ураныг цацрагаар цацах үед бари гарч ирэх боломжийг ярилцав. цөмийн задралын үр дүн (Лиз Майтнерийн тухай дэлгэрэнгүй мэдээллийг "Хими ба амьдрал", 2013, № 4-ээс үзнэ үү). Копенгаген руу буцаж ирэхэд Фриш Нильс Борыг АНУ руу явж буй хөлөг онгоцны гарц дээр барьж аваад хуваагдах санааны талаар түүнд хэлэв. Бор духан дээрээ алгадаад: "Өө, бид ямар тэнэг байсан бэ! Бид үүнийг эртнээс анзаарах ёстой байсан." 1939 оны 1-р сард Фриш, Майтнер нар нейтроны нөлөөн дор ураны цөм хуваагдах тухай өгүүлэл нийтэлжээ. Тэр үед Отто Фриш аль хэдийн хяналтын туршилт, түүнчлэн Бороос мессеж хүлээн авсан Америкийн олон бүлгүүд хийсэн байв. 1939 оны 1-р сарын 26-нд Вашингтонд жил бүр болдог онолын физикийн бага хуралд илтгэл тавих үеэрээ физикчид уг санааны мөн чанарыг ойлгосон даруйдаа лаборатори руугаа тарж эхэлсэн гэж тэд хэлэв. Хана, Штрасманн нар задралыг нээсний дараа туршилтуудаа дахин хянаж үзээд, цацраг идэвхт ураны цацраг идэвхт байдал нь трансурантай бус харин үелэх системийн дундаас задрах явцад үүссэн цацраг идэвхт элементүүдийн задралтай холбоотой болохыг хамтран ажиллагсдынхаа адил олж тогтоожээ.

Уран дахь гинжин урвал хэрхэн явагддаг вэ?Уран ба торийн цөм хуваагдах боломжтой нь туршилтаар нотлогдсоны дараа (мөн дэлхий дээр өөр задрах элемент байхгүй) Принстонд ажиллаж байсан Нилс Бор, Жон Уилер нар мөн тэднээс үл хамааран Зөвлөлтийн онолын физикч Я.И.Френкель, германчууд Зигфрид Флюгге, Готфрид фон Дросте нар цөмийн задралын онолыг бүтээжээ. Үүнээс хоёр механизм бий болсон. Нэг нь хурдан нейтроныг шингээх босготой холбоотой. Үүний дагуу хуваагдлыг эхлүүлэхийн тулд нейтрон нь уран-238 ба торий-232 гэсэн үндсэн изотопуудын цөмд 1 МэВ-ээс их энергитэй байх ёстой. Бага энергитэй үед уран-238-ийн нейтрон шингээлт нь резонансын шинж чанартай байдаг. Тиймээс 25 эВ энергитэй нейтрон нь бусад энергитэй харьцуулахад хэдэн мянга дахин том хөндлөн огтлолын талбайтай байдаг. Энэ тохиолдолд задрал үүсэхгүй: уран-238 нь уран-239 болж, хагас задралын хугацаа нь 23.54 минут бол нептун-239 болж, 2.33 хоногийн хагас задралын хугацаа нь урт наслах болно. плутони-239. Торий-232 нь уран-233 болно.

Хоёрдахь механизм нь нейтроныг босгогүй шингээх явдал бөгөөд үүний дараагаар гурав дахь нь бага ба түүнээс дээш түгээмэл хуваагддаг изотоп - уран-235 (мөн байгальд байдаггүй плутони-239 ба уран-233): Дулааны хөдөлгөөнд оролцдог молекулуудын энергитэй дулаан гэж нэрлэгддэг удаан, бүр нейтроныг шингээж авдаг - 0.025 эВ, ийм цөм хуваагдана. Мөн энэ нь маш сайн: дулааны нейтрон нь хурдан мегаэлектронвольт нейтроноос дөрөв дахин их хөндлөн огтлолын талбайтай байдаг. Энэ бол уран-235-ын цөмийн энергийн дараагийн түүхэн дэх ач холбогдол юм: энэ нь байгалийн уран дахь нейтроны үржлийг баталгаажуулдаг. Нейтронд цохиулсны дараа уран-235 цөм тогтворгүй болж, хурдан хоёр тэнцүү бус хэсэгт хуваагдана. Замдаа хэд хэдэн (дунджаар 2.75) шинэ нейтрон ялгардаг. Хэрэв тэд ижил ураны цөмд хүрвэл тэд нейтроныг экспоненциалаар үржүүлнэ - гинжин урвал явагдах бөгөөд энэ нь асар их хэмжээний дулааныг хурдан ялгаруулж дэлбэрэхэд хүргэнэ. Уран-238, торий-232 аль нь ч ингэж ажиллах боломжгүй: эцэст нь задралын үед нейтронууд дунджаар 1-3 МэВ энергиэр ялгардаг, өөрөөр хэлбэл 1 МэВ-ийн энергийн босготой бол нейтронууд ялгардаг. нейтронууд хариу үйлдэл үзүүлэхгүй нь гарцаагүй бөгөөд нөхөн үржихүй байхгүй болно. Энэ нь эдгээр изотопуудыг мартаж, нейтроныг дулааны энерги болгон удаашруулж, уран-235-ын цөмтэй аль болох үр дүнтэй харьцах шаардлагатай гэсэн үг юм. Гэсэн хэдий ч тэдгээрийг зөвшөөрөх боломжгүй резонансын шингээлтУран-238: Эцсийн эцэст, байгалийн уранд энэ изотоп 99.3% -иас бага байдаг бөгөөд нейтронууд нь зорилтот уран-235-тай биш харин түүнтэй мөргөлддөг. Зохицуулагчийн үүрэг гүйцэтгэснээр нейтроны үржлийг тогтмол түвшинд байлгаж, дэлбэрэлтээс урьдчилан сэргийлэх боломжтой - гинжин урвалыг хянах.

Я.Б.Зельдович, Ю.Б.Харитон нарын 1939 оны мөнөөх гамшигт жилд хийсэн тооцоолол нь үүний тулд хүнд ус буюу бал чулуу хэлбэртэй нейтрон зохицуулагчийг ашиглах, байгалийн ураныг уранаар баяжуулах шаардлагатайг харуулсан. 235 дор хаяж 1.83 удаа. Дараа нь энэ санаа тэдэнд цэвэр уран зөгнөл мэт санагдав: "Гинжин дэлбэрэлт хийхэд шаардлагатай нэлээд их хэмжээний ураныг ойролцоогоор хоёр дахин баяжуулж байгааг тэмдэглэх нь зүйтэй.<...>Энэ бол туйлын нүсэр ажил бөгөөд практик боломжгүй юм." Одоо энэ асуудал шийдэгдэж, цөмийн үйлдвэрүүд цахилгаан станцуудад зориулж уран-235-аар баяжуулсан ураныг 3.5% хүртэл бөөнөөр нь үйлдвэрлэж байна.

Цөмийн аяндаа хуваагдал гэж юу вэ? 1940 онд Г.Н.Флеров, К.А.Петржак нар ураны задрал нь гадны нөлөөгүйгээр аяндаа явагддаг ч хагас задралын хугацаа нь энгийн альфа задралаас хамаагүй урт байдаг гэдгийг олж мэдсэн. Ийм хуваагдал нь бас нейтрон үүсгэдэг тул урвалын бүсээс гарахыг зөвшөөрөхгүй бол тэдгээр нь гинжин урвалын санаачлагч болно. Энэ үзэгдэл нь цөмийн реакторыг бий болгоход хэрэглэгддэг.

Цөмийн энерги яагаад хэрэгтэй вэ?Зельдович, Харитон нар цөмийн энергийн эдийн засгийн үр нөлөөг анхлан тооцоолсон хүмүүсийн нэг юм (Успехи Физических Наук, 1940, 23, 4). “...Одоогийн байдлаар уранд хязгааргүй салаалсан гинжин хэлхээ бүхий цөмийн задралын урвал явуулах боломжтой, боломжгүй гэсэн эцсийн дүгнэлтийг хийх боломжгүй хэвээр байна. Хэрэв ийм хариу үйлдэл хийх боломжтой бол урвалын хурдыг автоматаар тохируулж, түүний жигд явцыг хангах болно их хэмжээнийТуршилтанд хамрагдах боломжтой эрчим хүч. Энэ нөхцөл байдал нь урвалын эрчим хүчийг ашиглахад маш таатай байдаг. Тиймээс, хэдийгээр энэ нь алаагүй баавгайн арьсны хуваагдал боловч ураны эрчим хүчний хэрэглээний боломжуудыг тодорхойлсон зарим тоог танилцуулъя. Хэрэв задралын процесс хурдан нейтроноор явагддаг бол урвал нь ураны үндсэн изотопыг (U238) авдаг.<исходя из соотношения теплотворных способностей и цен на уголь и уран>Ураны үндсэн изотопын калорийн өртөг нь нүүрснээс ойролцоогоор 4000 дахин хямд байдаг (мэдээжийн хэрэг, ураны хувьд "шатаах" болон дулааныг зайлуулах үйл явц нь илүү үнэтэй биш бол нүүрсний хувьд). Удаан нейтроны хувьд "уран" калорийн өртөг (дээрх тоон дээр үндэслэн) U235 изотопын элбэг дэлбэг байдал нь 0.007 буюу "нүүрсний" калориас 30 дахин хямд байгааг харгалзан үзэх болно. бусад бүх зүйл тэнцүү байна."

Эхлээд хяналттай гинжин урвал 1942 онд Чикагогийн Их Сургуулийн Энрико Ферми хийсэн бөгөөд реакторыг гараар удирдаж, нейтроны урсгал өөрчлөгдөхөд бал чулуун саваа руу түлхэж, гадагшлуулж байв. Эхний цахилгаан станцыг 1954 онд Обнинск хотод барьсан. Эхний реакторууд эрчим хүч үйлдвэрлэхээс гадна зэвсгийн зориулалттай плутони үйлдвэрлэхээр ажиллаж байв.

Атомын цахилгаан станц хэрхэн ажилладаг вэ?Өнөө үед ихэнх реакторууд удаан нейтрон дээр ажилладаг. Металл, хөнгөн цагаан зэрэг хайлш, исэл хэлбэрээр баяжуулсан ураныг түлшний элемент гэж нэрлэгддэг урт цилиндрт хийнэ. Тэдгээрийг реакторт тодорхой байдлаар суурилуулсан бөгөөд тэдгээрийн хооронд гинжин урвалыг хянадаг зохицуулагч саваа оруулдаг. Цаг хугацаа өнгөрөхөд реакторын хор нь түлшний элемент болох ураны задралын бүтээгдэхүүнд хуримтлагддаг бөгөөд тэдгээр нь нейтроныг шингээх чадвартай байдаг. Уран-235-ын агууламж эгзэгтэй түвшнээс доош унавал элементийг ашиглалтаас хасдаг. Гэсэн хэдий ч энэ нь хүчтэй цацраг идэвхт бодис бүхий олон задралын хэсгүүдийг агуулдаг бөгөөд энэ нь жил ирэх тусам буурч, элементүүд нь удаан хугацааны туршид ихээхэн хэмжээний дулаан ялгаруулдаг. Тэдгээрийг хөргөх усан санд хадгалж, дараа нь булж, эсвэл боловсруулахыг оролдсон - шатаагүй уран-235, үйлдвэрлэсэн плутони (үүнийг атомын бөмбөг хийхэд ашигладаг байсан) болон ашиглаж болох бусад изотопуудыг гаргаж авдаг. Ашиглагдаагүй хэсгийг булш руу илгээдэг.

Хурдан реактор буюу үржүүлэгч реактор гэж нэрлэгддэг реакторуудад уран-238 эсвэл торий-232-оор хийсэн цацруулагчийг элементүүдийн эргэн тойронд суурилуулсан. Тэд удааширч, хэт хурдан нейтронуудыг урвалын бүсэд буцааж илгээдэг. Резонансын хурд хүртэл удааширсан нейтронууд эдгээр изотопуудыг шингээж, плутони-239 эсвэл уран-233 болж хувирдаг бөгөөд энэ нь атомын цахилгаан станцын түлш болж чаддаг. Хурдан нейтронууд уран-235-тай муу урвалд ордог тул түүний концентрацийг мэдэгдэхүйц нэмэгдүүлэх шаардлагатай боловч энэ нь илүү хүчтэй нейтроны урсгалаар төлдөг. Хэдийгээр үржүүлэгч реакторууд нь хэрэглэхээсээ илүү цөмийн түлш үйлдвэрлэдэг тул цөмийн эрчим хүчний ирээдүй гэж тооцогддог ч тэдгээрийг удирдахад хэцүү гэдгийг туршилтаар харуулсан. Одоо дэлхийд ганц л ийм реактор үлдсэн - Белоярскийн АЦС-ын дөрөв дэх эрчим хүчний нэгжид.

Цөмийн энергийг хэрхэн шүүмжилдэг вэ?Хэрэв бид ослын талаар ярихгүй бол өнөөдөр цөмийн энергийг эсэргүүцэгчдийн маргааны гол зүйл бол станцыг татан буулгасны дараа болон түлшээр ажиллах үед байгаль орчныг хамгаалах зардлыг түүний үр ашгийн тооцоонд нэмж оруулах санал юм. Аль ч тохиолдолд цацраг идэвхт хог хаягдлыг найдвартай устгахад бэрхшээлтэй тулгардаг бөгөөд эдгээр нь улсаас гаргадаг зардал юм. Хэрэв та тэдгээрийг эрчим хүчний өртөгт шилжүүлбэл эдийн засгийн сонирхол нь алга болно гэсэн үзэл бодол байдаг.

Цөмийн эрчим хүчийг дэмжигчид ч эсэргүүцэж байна. Түүний төлөөлөгчид уран-235-ын өвөрмөц байдлыг онцлон тэмдэглэж байгаа бөгөөд үүнийг орлуулах боломжгүй, учир нь дулааны нейтроноор хуваагддаг өөр изотопууд болох плутони-239 ба уран-233 нь хагас задралын хугацаа нь олон мянган жил байдаг тул байгальд байдаггүй. Мөн тэдгээрийг уран-235-ын задралын үр дүнд олж авдаг. Хэрэв энэ нь дуусвал цөмийн гинжин урвалын нейтроны байгалийн гайхамшигтай эх үүсвэр алга болно. Ийм үрэлгэн байдлын үр дүнд хүн төрөлхтөн үйл ажиллагаа явуулах боломжоо алдах болно эрчим хүчний эргэлттори-232, түүний нөөц нь уранаас хэд дахин их.

Онолын хувьд бөөмийн хурдасгуурыг мегаэлектронвольт энергитэй хурдан нейтронуудын урсгалыг бий болгоход ашиглаж болно. Гэсэн хэдий ч, жишээлбэл, цөмийн хөдөлгүүр дээр гариг ​​хоорондын нислэгийн тухай ярьж байгаа бол том хурдасгууртай схемийг хэрэгжүүлэх нь маш хэцүү байх болно. Уран-235-ын хомсдол ийм төслүүдийг зогсоож байна.

Зэвсгийн чанартай уран гэж юу вэ?Энэ бол өндөр баяжуулсан уран-235. Түүний эгзэгтэй масс нь гинжин урвал аяндаа явагддаг бодисын хэмжээтэй тохирч байгаа нь сум үйлдвэрлэхэд хангалттай бага юм. Ийм ураныг атомын бөмбөг хийхээс гадна термоядролын бөмбөгийг гал хамгаалагч болгон ашиглаж болно.

Уран ашиглахтай холбоотой ямар гамшиг тохиолдож байна вэ?Задрах элементүүдийн цөмд хуримтлагдсан энерги асар их байдаг. Хэрэв энэ нь хяналтаас болж эсвэл санаатайгаар хяналтаас гарвал энэ энерги нь маш их асуудал үүсгэдэг. 1945 оны 8-р сарын 6, 8-нд АНУ-ын Агаарын цэргийн хүчин Хирошима, Нагасаки хотуудад атомын бөмбөг хаяж, олон зуун мянган энгийн иргэд амь үрэгдэж, шархадсан хоёр хамгийн аймшигтай цөмийн гамшиг болсон. Жижиг хэмжээний гамшиг нь атомын цахилгаан станц, цөмийн циклийн үйлдвэрүүдийн осолтой холбоотой байдаг. Анхны томоохон осол 1949 онд ЗХУ-д плутони үйлдвэрлэдэг Челябинскийн ойролцоох Маяк үйлдвэрт гарсан; Шингэн цацраг идэвхт хаягдал Теча голд урссан. 1957 оны 9-р сард үүн дээр дэлбэрэлт болж, их хэмжээний цацраг идэвхт бодис ялгарчээ. Арван нэгэн хоногийн дараа Британийн Windscale дахь плутони үйлдвэрлэх реактор шатаж, дэлбэрэлтийн бүтээгдэхүүнтэй үүл сарнив. баруун Европ. 1979 онд Пенсильвани дахь Гурван Мэйл арал дахь цөмийн цахилгаан станцын реактор шатсан. дээр гарсан осол Чернобылийн атомын цахилгаан станц(1986) болон Фукушимагийн атомын цахилгаан станц (2011), сая сая хүн цацрагт хордсон үед. Эхнийх нь өргөн уудам газар нутгийг дүүргэж, Европ даяар тархсан дэлбэрэлтийн үр дүнд 8 тонн ураны түлш, задралын бүтээгдэхүүн ялгаруулжээ. Хоёр дахь нь бохирдсон бөгөөд ослоос хойш гурван жилийн дараа усны талбайг бохирдуулсаар байна. Номхон далайзагас агнуурын бүсэд. Эдгээр ослын үр дагаврыг арилгах нь маш өндөр өртөгтэй байсан бөгөөд хэрэв эдгээр зардлыг цахилгаан эрчим хүчний зардалд хуваавал ихээхэн нэмэгдэх болно.

Хүний эрүүл мэндэд үзүүлэх үр дагавар нь тусдаа асуудал юм. Албан ёсны статистик мэдээгээр бөмбөгдөлтөөс амьд үлдсэн эсвэл бохирдсон газар амьдарч байсан олон хүмүүс цацраг туяагаар ашиг тус хүртэж байсан - эхнийх нь дундаж наслалт өндөр, сүүлийнх нь хорт хавдар багатай, мэргэжилтнүүд нас баралтын түвшин тодорхой хэмжээгээр нэмэгдсэнийг нийгмийн стресстэй холбон тайлбарлаж байна. Ослын үр дагавар эсвэл тэдгээрийг татан буулгасны улмаас нас барсан хүмүүсийн тоо хэдэн зуун хүн байна. Атомын цахилгаан станцыг эсэргүүцэгчид ослын улмаас Европ тивд хэдэн сая хүн эрт нас барсан ч статистикийн хувьд зүгээр л харагдахгүй байгааг онцолж байна.

Ослын бүсэд газар нутгийг хүний ​​ашиглалтаас гаргах нь сонирхолтой үр дүнд хүргэдэг: тэдгээр нь биологийн олон янз байдал ургадаг байгалийн нөөц газар болж хувирдаг. Зарим амьтад цацраг туяанаас үүдэлтэй өвчнөөр өвчилдөг нь үнэн. Тэд нэмэгдсэн дэвсгэрт хэр хурдан дасан зохицох вэ гэдэг асуулт нээлттэй хэвээр байна. Архаг цацрагийн үр дагавар нь "тэнэгүүдийн сонголт" ("Хими ба амьдрал", 2010, № 5-ыг үзнэ үү): үр хөврөлийн үе шатанд ч илүү анхдагч организмууд амьд үлддэг гэсэн үзэл бодол байдаг. Ялангуяа хүний ​​хувьд энэ нь буурахад хүргэх ёстой сэтгэцийн чадварослын дараахан бохирдсон газар төрсөн үеийнхэнд.

Хоосон уран гэж юу вэ?Энэ нь уран-238, түүнээс уран-235-ыг салгасны дараа үлдсэн. Зэвсгийн чанартай уран, түлшний элементүүдийн үйлдвэрлэлийн хаягдлын хэмжээ их байдаг - зөвхөн АНУ-д ийм ураны гексафторид 600 мянган тонн хуримтлагдсан байдаг (үүнтэй холбоотой асуудлыг Chemistry and Life, 2008, № 5-аас үзнэ үү). . Үүнд агуулагдах уран-235 0.2% байна. Энэ хог хаягдлыг хурдан нейтрон реактор бий болгож, уран-238-ыг плутони болгон боловсруулах, эсвэл ямар нэгэн байдлаар ашиглах боломжтой болох хүртэл илүү сайн цаг хүртэл хадгалах ёстой.

Тэд үүнийг ашиглах аргыг олсон. Ураныг бусад шилжилтийн элементүүдийн нэгэн адил катализатор болгон ашигладаг. Жишээлбэл, нийтлэлийн зохиогчид ACS Нано 2014 оны 6-р сарын 30-ны өдөр тэд хүчилтөрөгч, устөрөгчийн хэт ислийг бууруулах зориулалттай уран эсвэл торий агуулсан графен бүхий катализаторыг "эрчим хүчний салбарт ашиглах асар их нөөцтэй" гэж бичжээ. Уран нь өндөр нягтралтай тул хөлөг онгоцонд тогтворжуулагч, нисэх онгоцны эсрэг жин болдог. Энэ металл нь цацрагийн эх үүсвэртэй эмнэлгийн хэрэгслийг цацрагаас хамгаалахад тохиромжтой.

Барагдсан уранаас ямар зэвсэг хийж болох вэ?Хуяг цоолох сумны сум, цөм. Энд тооцоолол дараах байдалтай байна. Савны жин их байх тусам кинетик энерги нь өндөр байдаг. Гэхдээ сум том байх тусам түүний цохилт бага төвлөрдөг. Тиймээс бидэнд хэрэгтэй хүнд металлуудөндөр нягтралтай. Сумыг хар тугалгаар хийдэг (Уралын анчид нэгэн цагт уугуул цагаан алтыг үнэт металл гэдгийг ойлгох хүртлээ ашигладаг байсан), бүрхүүлийн цөм нь вольфрамын хайлшаар хийгдсэн байдаг. Цэргийн ажиллагаа, ан агнуурын газрын хөрсийг хар тугалга бохирдуулдаг тул түүнийг хор хөнөөл багатай, жишээлбэл вольфрамаар солих нь дээр гэдгийг байгаль орчны мэргэжилтнүүд онцолж байна. Гэхдээ вольфрам нь хямдхан биш, нягтралаараа ижил төстэй уран нь хортой хаягдал юм. Үүний зэрэгцээ хөрс, усыг уранаар бохирдуулах зөвшөөрөгдөх хэмжээ нь хар тугалгатай харьцуулахад ойролцоогоор хоёр дахин их байдаг. Энэ нь шавхагдсан ураны сул цацраг идэвхт чанарыг (мөн энэ нь байгалийн уранаас 40% бага) үл тоомсорлож, үнэхээр аюултай химийн хүчин зүйлийг харгалзан үзсэнтэй холбоотой юм: уран бол бидний санаж байгаагаар хортой юм. Үүний зэрэгцээ түүний нягт нь хар тугалгатай харьцуулахад 1.7 дахин их байдаг бөгөөд энэ нь ураны сумны хэмжээг хоёр дахин багасгах боломжтой гэсэн үг юм; Уран нь хар тугалгатай харьцуулахад илүү галд тэсвэртэй, хатуу байдаг - энэ нь галлах үед бага ууршдаг бөгөөд байг онох үед бага хэмжээний бичил хэсгүүд үүсгэдэг. Ерөнхийдөө ураны сум нь хар тугалгатай сумнаас бага бохирдолтой байдаг ч ураны ийм хэрэглээ нь тодорхойгүй байна.

Гэхдээ шавхагдсан уранаар хийсэн хавтангууд нь Америкийн танкуудын хуяг дуулгаг бэхжүүлэхэд ашиглагддаг (энэ нь түүний өндөр нягтрал, хайлах цэг нь тусалдаг), мөн хуяг цоолох сумны цөм дэх вольфрамын хайлшийн оронд ашиглагддаг нь мэдэгдэж байна. Уран нь пирофор шинж чанартай учраас ураны цөм нь бас сайн: хуягт цохиулсны дараа үүссэн халуун жижиг хэсгүүд нь дүрэлзэж, эргэн тойрон дахь бүх зүйлийг шатаадаг. Хоёр програм хоёулаа цацрагийн аюулгүй гэж тооцогддог. Ийнхүү ураны сум ачсан ураны хуягтай танканд бүтэн жил суусны дараа багийнхан зөвшөөрөгдөх тунгийн дөрөвний нэгийг л авна гэдгийг тооцоо харуулжээ. Жилийн зөвшөөрөгдөх тунг авахын тулд ийм сумыг арьсны гадаргуу дээр 250 цагийн турш шураглах хэрэгтэй.

30 мм-ийн нисэх онгоцны их буу эсвэл их бууны дэд калибрын зориулалттай ураны цөмтэй бүрхүүлийг америкчууд 1991 оны Иракийн кампанит ажилаас эхлэн сүүлийн үеийн дайнд ашиглаж ирсэн. Тэр жил тэд Кувейт дэх Иракийн хуягт ангиудад бороо орж, ухрах үедээ 300 тонн шавхагдсан уран, үүнээс 250 тонн буюу 780 мянган сум нь нисэх онгоцны буугаар бууджээ. Босни Герцеговинад хүлээн зөвшөөрөгдөөгүй Бүгд Найрамдах Серпскийн армийг бөмбөгдөх үеэр 2.75 тонн уран, Косово, Метохия мужид Югославын армийг буудах үед 8.5 тонн буюу 31 мянган тойрог зарцуулсан байна. Тухайн үед ДЭМБ ураны ашиглалтын үр дагаврын талаар санаа зовж байсан тул мониторинг хийж байсан. Тэрээр нэг салво нь ойролцоогоор 300 ширхэгээс бүрдэх ба үүний 80% нь шавхагдсан уран агуулсан болохыг харуулсан. 10% нь байг онож, 82% нь 100 метрийн зайд унасан. Үлдсэн хэсэг нь 1.85 км-ийн дотор тарсан. Танкийг цохисон бүрхүүл шатаж, аэрозол болж хувирсан; ураны бүрхүүл хуягт тээвэрлэгч шиг хөнгөн байг нэвт нэвт шингээв. Тиймээс Иракт хамгийн ихдээ нэг хагас тонн хясаа ураны тоос болон хувирч магадгүй юм. Америкийн стратегийн судалгааны RAND корпорацийн мэргэжилтнүүдийн үзэж байгаагаар ашигласан ураны 10-35% нь аэрозол болж хувирдаг. Хорватын ураны зэвсгийн эсрэг тэмцэгч Асаф Дуракович Эр-Риядын Хаан Файсал эмнэлгээс Вашингтоны ураны анагаах ухааны судалгааны төв хүртэл янз бүрийн байгууллагад ажиллаж байсан бөгөөд зөвхөн Иракийн өмнөд хэсэгт 1991 онд 3-6 тонн микрон бага хэмжээний ураны тоосонцор үүссэн гэж тооцоолжээ. Өргөн уудам газар нутагт тархсан, өөрөөр хэлбэл тэнд байгаа ураны бохирдол Чернобылийнхтай адил юм.

Хэвийн нөхцөлд ураны цацраг идэвхт элемент нь том атомын (молекул) масстай металл юм - 238.02891 г / моль. Энэ үзүүлэлтээр хоёрдугаарт ордог, учир нь Түүнээс хүнд цорын ганц зүйл бол плутони юм. Уран үйлдвэрлэх нь хэд хэдэн технологийн үйл ажиллагааг дараалан хэрэгжүүлэхтэй холбоотой юм.

• чулуулгийн агууламж, түүнийг бутлах, хүнд фракцыг усанд тунадас
• баяжмалыг уусгах буюу хүчилтөрөгчийн цэвэршүүлэх
• ураныг хатуу төлөвт хувиргах (оксид эсвэл тетрафторид UF 4)
• түүхий эдийг азотын хүчилд уусгах замаар уранил нитрат UO 2 (NO 3) 2 авах
• талсжилт ба шохойжуулж UO 3 исэл авна
• устөрөгчөөр ангижруулж UO 2 авна
• устөрөгчийн хайлуур жоншны хий нэмж UF 4 тетрафлорид авах
• магни эсвэл кальци ашиглан ураны металлыг багасгах

Ураны ашигт малтмал

Хамгийн түгээмэл U эрдэс нь:

• pitchblende (уранинит) нь "хүнд ус" гэж нэрлэгддэг хамгийн алдартай исэл юм.
• Карнотит
• Тюяамунит
• Торбурнит
• Самарскит
• Браннерит
• Касолит
• Гүтгэлэг

Ураны үйлдвэрлэл

Дэлхийн ураны зах зээлд тэргүүлэгчдийн нэг Оросын Росатом компанийн мэдээлснээр 2014 онд манай гараг дээр гурван мянга гаруй тонн уран олборлосон байна. Үүний зэрэгцээ, энэ улсын корпорацийн уул уурхайн хэлтсийн төлөөлөгчдийн үзэж байгаагаар энэ металлын Оросын нөөцийн хэмжээ 727.2 мянган тонн (дэлхийд 3-р байр) бөгөөд энэ нь олон арван жилийн турш шаардлагатай түүхий эдээр тасралтгүй хангах баталгаа болж байна. .

Ураны үндсэн химийн шинж чанарыг хүснэгтэд үзүүлэв.

Куриум ба плутони зэрэг U элемент нь актинидын гэр бүлийн зохиомлоор үйлдвэрлэсэн элемент юм. Түүний химийн шинж чанар нь вольфрам, молибден, хромтой олон талаараа төстэй юм. Уран нь хувьсах валенттай, түүнчлэн цогцолбор ион болох (UO 2) + 2 - уранил үүсэх хандлагатай байдаг.

Уран баяжуулах аргууд

Мэдэгдэж байгаагаар байгалийн U нь 3 изотоп агуулдаг.

• 238U (99.2745%)
• 235U (0.72%)
• 234U (0.0055%)

Уран баяжуулах гэдэг нь бие даасан цөмийн гинжин урвал явуулах чадвартай цорын ганц 235U изотопын металл дахь эзлэх хувийг нэмэгдүүлнэ гэсэн үг юм.

Ураныг хэрхэн баяжуулж байгааг ойлгохын тулд түүний баяжуулалтын түвшинг харгалзан үзэх шаардлагатай.

• агуулга 0.72% - зарим эрчим хүчний реакторуудад ашиглаж болно
• 2-5% - ихэнх эрчим хүчний реакторуудад ашиглагддаг
• 20% хүртэл (бага баяжуулсан) – туршилтын реакторуудад
• 20% -иас дээш (өндөр баяжуулсан эсвэл зэвсгийн зэрэг) - цөмийн реактор, зэвсэг.

Ураныг хэрхэн баяжуулдаг вэ? Уран баяжуулах олон арга байдаг ч хамгийн тохиромжтой нь дараах байдалтай байна.

• цахилгаан соронзон - тусгай хурдасгуур дахь энгийн хэсгүүдийн хурдатгал ба соронзон орон дахь мушгиа.
• аэродинамик - тусгай цорго ашиглан ураны хий үлээх
• хийн центрифуг - центрифуг дэх ураны хий хөдөлж, инерцээр хүнд молекулуудыг центрифугийн хана руу түлхдэг.
• уран баяжуулах хийн тархалтын арга - ураны хөнгөн изотопуудыг тусгай мембраны жижиг нүхээр "шэх"

Ураны гол хэрэглээ нь цөмийн реактор, атомын цахилгаан станцын реактор, атомын цахилгаан станцын түлш юм. Нэмж дурдахад 235U изотопыг цөмийн зэвсэгт ашигладаг бол 238U-ийн өндөр агууламжтай баяжуулаагүй металл нь хоёрдогч цөмийн түлш болох плутонийг авах боломжтой болгодог.

Уран бол цацраг идэвхт бодис юм химийн элемент, үүнийг байгальд олж болно. Энэ нь ихэвчлэн үйлдвэрлэлд ашиглагддаг цахилгаан эрчим хүч. Гэсэн хэдий ч үүнийг эмнэлгийн зориулалтаар ашигладаг бөгөөд харамсалтай нь цөмийн бөмбөг үйлдвэрлэхэд ашигладаг.

Энэ элементийг 1789 онд Германы эзэнт гүрний нутаг дэвсгэрээс олж илрүүлсэн. Энэ нь 8 жилийн өмнө нээгдсэн Тэнгэрийн ван гаригийн нэрээр нэрлэгдсэн юм. Гэхдээ ураны цацраг идэвхт чанарыг 1896 онд л илрүүлсэн.

Уран бол үелэх системийн сүүлчийн элемент юм. Энэ нь мөн дэлхий дээрх байгалийн хамгийн хүнд элемент юм. Атомыг хуваах замаар цахилгаан үүснэ.

Уранаас гаргаж авдаг цахилгаан нь газрын тос, нүүрс зэрэг чулуужсан түлшийг орлох хувилбар юм. Өнөөдөр дэлхийн цахилгаан эрчим хүчний 16 хувийг уранаас гаргаж байна.

Ураны хүдэр

Уран, цахилгаан эрчим хүчний үйлдвэрлэл

Үелэх систем дэх ураны тэмдэг нь U. Уран нь үндсэндээ хоёр изотопоос бүрддэг - 235UТэгээд 238U. Уран 99.7% нь 238U изотопоос бүрдэх ба үлдсэн 0.7% нь 235U изотопоос бүрддэг.

Чухамдаа ураны өчүүхэн хувийг бүрдүүлдэг 235U изотоп нь атомын цөмийг хуваах замаар эрчим хүч авах боломжтой болгодог. Цахилгаан үйлдвэрлэхийн тулд 235U изотопын концентраци 3-4% байх ёстой. Тиймээс химич нар уран баяжуулдаг.

Ураны баяжуулалтыг хэт төвөөс зугтах эсвэл хийн диффузийг ашиглан хоёр аргаар хийж болно. Хоёр арга хоёулаа изотопуудыг салгаж, үр дүнд нь 235U-ийн концентраци нэмэгддэг.

Цөмийн энерги нь хүлэмжийн хий ялгаруулдаггүй, хаягдал нь нилээд бага учраас цэвэр гэж тооцогддог. Энэ эрчим хүчний өөр нэг давуу тал нь тээвэрлэхэд хялбар, хадгалах зай их шаарддаггүй.

Баяжуулсан ураныг шахаж 1х1 см хэмжээтэй шахмал хэлбэрээр хийдэг.Ийм шахмалаас гарах энерги нь маш өндөр байдаг: хоёр шахмал нь 4 хүнтэй гэр бүлийг 1 сарын хугацаанд эрчим хүчээр хангах боломжтой.

Тиймээс уран бол газрын тос, нүүрсний маш сайн хувилбар юм: 1 кг уран үйлдвэрлэдэгтэй тэнцэх хэмжээний цахилгаан үйлдвэрлэхэд 10 тонн газрын тос, 20 тонн нүүрс шаардагдана. Энэ нь сүүлийнх нь байгаль орчинд үзүүлэх сөрөг нөлөөллөөс гадна юм. Дээрээс нь газрын тос, нүүрс их зай шаарддаг.

Цөмийн энергийн сул тал

Гол сул талуудын нэг нь осол аваарын эрсдэл, түүний байгаль орчинд үзүүлэх үр дагавар юм. Ураны цацраг идэвхт бодисоор бохирдсон газар нутаг амьдрах боломжгүй болж байна.

Цөмийн хаягдал нь бас нэг сөрөг үр дагавар юм. Үйлдвэрлэлийн үлдэгдлийг дахин ашиглах боломжгүй тул зохих ёсоор устгах ёстой. Хүн ийм хог хаягдалтай харьцах нь удамшлын өөрчлөлт, өвчин эмгэг, тэр байтугай шууд үхэлд хүргэдэг.

Цөмийн хаягдал бүхий торх

Уран олох, ашиглах

Ураны хүдрийг газрын гүнээс гаргаж авсны дараа буталж, боловсруулж, ураны жижиг шахмал хэлбэрт оруулдаг. Ураны үрлийг илүү бат бөх болгохын тулд өндөр температурт оруулдаг.

Шахмалыг хуруу шилэнд, ихэвчлэн цирконид хийдэг. Хоолой бүрт 335 хүртэл шахмал байдаг. 236 хоолой нь түлшний угсралт буюу түлшний элементийг бүрдүүлж, дараа нь цөмийн реакторт байрлуулна.

Реакторт түлш нэмсний дараа цөмийн задралын процесс эхэлдэг. Нейтроноор бөмбөгдсөний үр дүнд хуваагдал үүсдэг атомын цөмуран.

Нейтрон нь ураны атомтай мөргөлдөхөд хоёр дахь атом нь өөр хоёр атомд хуваагддаг. Их хэмжээний энерги болон бусад нейтронууд ялгардаг. Тэд атомуудтай мөргөлдөж, гинжин урвал үүсгэдэг.

Гарсан энерги нь дулаан болж, реактор дахь усыг халаана. Халуун усны уур нь турбинуудыг идэвхжүүлдэг бөгөөд энэ нь эргээд цахилгаан үүсгүүрийг ажиллуулдаг. Ийм генераторууд цахилгаан үйлдвэрлэдэг.

Ураны шинж чанар

• хэвийн температурын нөхцөлд, хэвийн даралтын дор хатуу хэлбэртэй байдаг;
• мөнгөлөг саарал өнгөтэй;
• цацраг идэвхт бодис юм. Түүний цацраг идэвхит байдал нь халах үед нэмэгддэг;
• өндөр атомын нягттай.

Орос дахь цөмийн (цөмийн) эрчим хүч

ОХУ-д 10 атомын цахилгаан станц ажиллаж байна.

ОХУ-ын ураны гол ордууд Краснокаменск хотын ойролцоо байрладаг. Уул уурхай, химийн үндсэн нэгдлүүд, уран олборлох томоохон үйлдвэр ч тэнд байрладаг.

Орос улс олборлосон ураныхаа хэмжээгээр тавдугаарт ордог. Харин ураны нөөцөөр 3-р байр.

Дэлхий дээрх уран

Ураны хамгийн том нөөц Австралид байдаг. Дараа нь Казахстан, Орос, Канад, Өмнөд Африк, Нигер, Бразил.

Атомын цахилгаан станц ашиглан цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх тухайд Канад, Казахстан, Австрали тэргүүлэгч байр суурийг эзэлдэг. Энэ гурван улс нийлээд дэлхийн цөмийн эрчим хүчний талаас илүү хувийг үйлдвэрлэдэг.

Жагсаалтад орсон улс бүрийн ураны үйлдвэрлэл, нөөцийн талаарх мэдээллийг хүснэгтээс харна уу.

Уран ба цөмийн бөмбөг

Цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэхийн тулд 235U изотопын агууламж 3 эсвэл 4% байхаар уран баяжуулдаг.

Атомын бөмбөг үйлдвэрлэхийн тулд түүний агууламж 90% байх ёстой.

Ураныг ийм хэмжээнд хүртэл баяжуулах үед нейтрон бөмбөгдөлтөөр цөмийн хуваагдал нь ноцтой үйл явц юм. Цөмийн реакторын осол гарсан тохиолдолд үр дагавар нь сүйрэлтэй байх болно.

Дэлхийн 2-р дайны төгсгөлд АНУ-ын Хирошимад (Японы хот) хаясан бөмбөгийг "Бяцхан хүү" гэж нэрлэдэг байв. Үүнд 64 кг баяжуулсан уран байсан. Энэ бөмбөгний устгах хүч нь тэнцүү байв 15 мянган тонн TNT-тэй тэнцэх.

Атомын бөмбөг дэлбэрсний дараа Хирошимагийн дээгүүр үүл

"Хүүхэд" нь халуунд хүрсэн халуун долгионыг үүсгэсэн 4000 градус, мөн хурд нь тэнцүү байв секундэд 440 метр.

Дэлбэрэлт 80 мянган хүний ​​аминд хүрсэн. Олон мянган хүн цацрагт хордсон.

Атомын бөмбөг олон хүний ​​амь насыг авч одсоноос гадна цацрагийн нөлөөг бөмбөгдөлтөд өртсөн тоо томшгүй олон үеийнхэн мэдрэх болно.

Уран бол 92 атомын дугаартай актинидын гэр бүлийн химийн элемент бөгөөд хамгийн чухал цөмийн түлш юм. Дэлхийн царцдас дахь түүний агууламж нь сая тутамд 2 хэсэг орчим байдаг. Ураны чухал ашигт малтмалд ураны исэл (U 3 O 8), уранинит (UO 2), карнотит (калийн уранил ванадат), отенит (калийн уранилфосфат), торбернит (устай зэс уранил фосфат) орно. Эдгээр болон бусад ураны хүдэр нь цөмийн түлшний эх үүсвэр бөгөөд ашиглагдах боломжтой чулуужсан түлшний ордуудаас хэд дахин илүү эрчим хүч агуулдаг. 1 кг уран 92 U нь 3 сая кг нүүрстэй ижил эрчим хүчийг өгдөг.

Нээлтийн түүх

Уран химийн элемент нь мөнгөлөг цагаан өнгөтэй өтгөн хатуу металл юм. Энэ нь уян хатан, уян хатан, өнгөлөх чадвартай. Агаарт метал исэлдэж, бутлах үед гал авалцдаг. Цахилгааныг харьцангуй муу дамжуулдаг. Ураны электрон томьёо нь 7s2 6d1 5f3.

Элементийг 1789 онд Германы химич Мартин Хайнрих Клапрот нээж, саяхан нээсэн Тэнгэрийн ван гарагийн нэрээр нэрлэсэн ч уг металлыг 1841 онд Францын химич Евгений-Мелкиор Пелигот ураны тетрахлорид (UCl 4) -ээс ангижруулснаар тус тусад нь ялгаж авчээ. кали.

Цацраг идэвхжил

Бүтээл тогтмол хүснэгтОросын химич Дмитрий Менделеев 1869 онд ураныг хамгийн хүнд мэдэгдэж байсан элемент гэж онцолж байсан бөгөөд энэ нь 1940 онд нептунийг нээх хүртэл байсаар ирсэн. 1896 онд Францын физикч Анри Беккерел түүний доторх цацраг идэвхт байдлын үзэгдлийг нээсэн. Энэ өмчийг хожим нь бусад олон бодисоос олжээ. Бүх изотопынхоо цацраг идэвхт уран нь 238 U (99.27%, хагас задралын хугацаа - 4.510.000.000 жил), 235 U (0.72%, хагас задралын хугацаа - 713.000.000 жил) ба 2304 U (0.0.000 жил) -ийн холимогоос бүрддэг нь одоо мэдэгдэж байна. %, хагас задралын хугацаа - 247,000 жил). Энэ нь жишээлбэл, геологийн үйл явц, дэлхийн насыг судлахын тулд чулуулаг, ашигт малтмалын насыг тодорхойлох боломжийг олгодог. Үүнийг хийхийн тулд тэд хар тугалганы хэмжээг хэмждэг эцсийн бүтээгдэхүүнураны цацраг идэвхт задрал. Энэ тохиолдолд 238 U нь анхны элемент бөгөөд 234 U нь бүтээгдэхүүний нэг юм. 235 U нь актиний задралын цуваа үүсгэдэг.

Гинжин урвалын нээлт

Германы химич Отто Хан, Фриц Страсман нар 1938 оны сүүлээр удаан нейтроноор бөмбөгдөлтөнд өртөж, цөмийн задралыг олж илрүүлсний дараа ураны химийн элемент нь өргөн хүрээний сонирхол, эрчимтэй судалгааны сэдэв болсон юм. 1939 оны эхээр Итали-Америкийн физикч Энрико Ферми атомын задралын бүтээгдэхүүнүүдийн дунд ийм бодис байж болно гэж үзжээ. энгийн бөөмс, гинжин урвал үүсгэх чадвартай. 1939 онд Америкийн физикч Лео Сзилард, Герберт Андерсон, Францын химич Фредерик Жолио-Кюри болон тэдний хамтрагчид энэ таамаглалыг баталжээ. Дараачийн судалгаагаар атом хуваагдахад дунджаар 2.5 нейтрон ялгардаг болохыг харуулсан. Эдгээр нээлтүүд нь анхны бие даасан цөмийн гинжин урвал (1942.12.02), анхны атомын бөмбөг(1945 оны 7 сарын 16), цэргийн ажиллагааны үеэр анх ашигласан (1945 оны 08 сарын 6), анхны цөмийн шумбагч онгоц (1955), анхны бүрэн хэмжээний цөмийн цахилгаан станц (1957).

Исэлдэлтийн төлөв

Уран химийн элемент нь хүчтэй цахилгаан эерэг металл бөгөөд устай урвалд ордог. Энэ нь хүчилд уусдаг боловч шүлтлэгт уусдаггүй. Исэлдэлтийн чухал төлөвүүд нь +4 (UO 2 исэл, тетрагалидууд, тухайлбал, UCl 4, ногоон усны ион U4+) ба +6 (UO 3 исэл, UF 6 гексафторид, уранил ион UO 2 2+ гэх мэт). Усан уусмалд уран нь шугаман бүтэцтэй [O = U = O] 2+ уранил ионы найрлагад хамгийн тогтвортой байдаг. Элемент нь +3 ба +5 төлөвтэй боловч тогтворгүй байна. Улаан U 3+ нь хүчилтөрөгч агуулаагүй усанд удаан исэлддэг. UO 2+ ионы өнгө нь маш шингэрсэн уусмалд ч үл пропорциональ (UO 2+ нь U 4+ болж буурч, UO 2 2+ болж исэлддэг) тул тодорхойгүй байна.

Цөмийн түлш

Удаан нейтронд өртөх үед ураны атомын хуваагдал нь харьцангуй ховор изотоп 235 U-д тохиолддог. Энэ нь байгалийн гаралтай цорын ганц задрах материал бөгөөд үүнийг 238 U изотопоос салгах ёстой. Гэсэн хэдий ч шингээлт ба сөрөг бета задралын дараа уран -238 нь удаан нейтроны нөлөөн дор хуваагддаг плутонийн нийлэг элемент болж хувирдаг. Тиймээс байгалийн ураныг хувиргагч болон үржүүлэгч реакторуудад ашиглаж болох бөгөөд тэдгээрийн хуваагдал нь ховор 235 U-ээр дэмжигддэг ба плутони нь 238 U-ийн хувиралтай нэгэн зэрэг үүсдэг. Хагарах 233 U-г цөмийн түлш болгон ашиглахын тулд байгальд өргөн тархсан торий-232 изотопоос нийлэгжүүлж болно. Уран нь нийлэг трансуран элементүүдийг олж авдаг анхдагч материалын хувьд бас чухал юм.

Ураны бусад хэрэглээ

Химийн элементийн нэгдлүүдийг өмнө нь керамик эдлэлд будагч бодис болгон ашигладаг байсан. Hexafluoride (UF 6) нь 25 ° C-ийн температурт ер бусын өндөр уурын даралттай (0.15 atm = 15,300 Па) хатуу бодис юм. UF 6 нь химийн хувьд маш идэвхтэй боловч уурын төлөвт идэмхий шинж чанартай хэдий ч UF 6 нь баяжуулсан уран үйлдвэрлэхэд хийн тархалт, хийн центрифугийн аргуудад өргөн хэрэглэгддэг.

Органик металлын нэгдлүүд нь метал-нүүрстөрөгчийн холбоо нь металыг органик бүлгүүдтэй холбодог сонирхолтой бөгөөд чухал нэгдлүүдийн бүлэг юм. Ураноцен нь U(C 8 H 8) 2 органик нэгдэл бөгөөд ураны атом нь циклоктатетраен C 8 H 8-тэй холбоотой органик цагирагийн хоёр давхаргын хооронд хавчуулагдсан байдаг. 1968 онд нээсэн нь металл органик химийн шинэ салбарыг нээж өгсөн юм.

Байгалийн шавхагдсан ураныг цацрагийн хамгаалалт, тогтворжуулагч, хуяг цоолох бүрхүүл, танкийн хуяг зэрэгт ашигладаг.

Дахин боловсруулах

Химийн элемент нь маш нягт (19.1 г/см3) боловч харьцангуй сул, шатдаггүй бодис юм. Үнэн хэрэгтээ ураны металлын шинж чанар нь түүнийг мөнгө болон бусад жинхэнэ металл ба металл бус хоёрын хооронд байрлуулдаг тул үүнийг бүтцийн материал болгон ашигладаггүй. Ураны гол үнэ цэнэ нь түүний изотопуудын цацраг идэвхт шинж чанар, задрах чадварт оршдог. Байгальд бараг бүх металл (99.27%) нь 238 U. Үлдсэн хэсэг нь 235 U (0.72%) ба 234 U (0.006%) байдаг. Эдгээр байгалийн изотопуудаас зөвхөн 235 U нь нейтрон цацрагаар шууд хуваагддаг. Гэсэн хэдий ч, 238 U нь шингэх үед 239 U үүсгэдэг бөгөөд энэ нь эцэстээ 239 Pu болж задардаг. их ач холбогдолцөмийн энерги болон цөмийн зэвсгийн хувьд. Өөр нэг хуваагдмал изотоп болох 233 U нь 232 Th-ийн нейтроны цацрагаар үүсч болно.

Кристал хэлбэрүүд

Ураны шинж чанар нь ердийн нөхцөлд ч хүчилтөрөгч, азоттой урвалд ордог. Илүү өндөр температурт энэ нь олон төрлийн хайлштай металлуудтай урвалд орж, металл хоорондын нэгдлүүдийг үүсгэдэг. Элементийн атомуудаас бүрдсэн тусгай талст бүтэцтэй тул бусад металлуудтай цул уусмал үүсэх нь ховор байдаг. Өрөөний температураас 1132 ° C хайлах цэгийн хооронд уран металл нь альфа (α), бета (β) болон гамма (γ) гэж нэрлэгддэг 3 талст хэлбэртэй байдаг. α-аас β төлөв рүү шилжих нь 668 ° C, β-аас γ хүртэл 775 ° C-д тохиолддог. γ-уран нь бие төвтэй куб болор бүтэцтэй бол β нь тетрагональ талст бүтэцтэй. α үе шат нь өндөр тэгш хэмтэй орторомбын бүтэцтэй атомуудын давхаргуудаас бүрдэнэ. Энэхүү анизотроп гажигтай бүтэц нь хайлштай металлын атомууд ураны атомыг орлуулах эсвэл болор торны хоорондох зайг эзлэхээс сэргийлдэг. Зөвхөн молибден, ниобий нь хатуу уусмал үүсгэдэг болохыг тогтоожээ.

хүдэр

Дэлхийн царцдас нь нэг сая ураны 2 хэсгийг агуулдаг бөгөөд энэ нь байгальд өргөн тархсан болохыг харуулж байна. Далай тэнгист 4.5х109 тонн энэ химийн элемент агуулагддаг гэж тооцоолжээ. Уран нь 150 гаруй төрлийн эрдсийн чухал бүрэлдэхүүн хэсэг бөгөөд өөр 50 гаруй эрдсийн бага бүрэлдэхүүн хэсэг юм. Магмын гидротермаль судал ба пегматитаас олддог анхдагч эрдсүүдэд уранинит ба түүний хувилбарт давирхай орно. Эдгээр хүдэрт элемент нь давхар исэл хэлбэрээр байдаг бөгөөд исэлдэлтийн улмаас UO 2-оос UO 2.67 хооронд хэлбэлздэг. Ураны уурхайн эдийн засгийн ач холбогдолтой бусад бүтээгдэхүүн бол аутунит (гидратжуулсан кальцийн уранил фосфат), тобернит (гидратжуулсан зэс уранил фосфат), коффинит (хар усжуулсан ураны силикат) болон карнотит (устай калийн уранил ванадат) юм.

Мэдэгдэж байгаа хямд өртөгтэй ураны нөөцийн 90 гаруй хувь нь Австрали, Казахстан, Канад, Орос, Өмнөд Африк, Нигер, Намиби, Бразил, Хятад, Монгол, Узбекистанд байдаг гэсэн судалгаа байдаг. Канадын Онтарио мужийн Хурон нуурын хойд хэсэгт орших Эллиот нуурын конгломерат чулуулгийн тогтоц болон Өмнөд Африкийн Витватерсрандын алтны уурхайд томоохон ордууд байдаг. АНУ-ын баруун хэсэгт орших Колорадо өндөрлөг болон Вайомингын сав газрын элсний тогтоцуудад ураны ихээхэн нөөц бий.

Үйлдвэрлэл

Ураны хүдэр нь газрын гадарга болон гүний (300-1200 м) ордод хоёуланд нь байдаг. Газар доор давхаргын зузаан нь 30 м хүрдэг.Бусад металлын хүдрийн нэгэн адил ураныг газрын гадарга дээр том хэмжээний газар шорооны төхөөрөмж ашиглан олборлож, гүний ордуудыг ашиглахдаа уламжлалт босоо болон налуу аргаар олборлодог. уурхай. 2013 онд дэлхийн ураны баяжмалын олборлолт 70 мянган тонн болсон байна.Ураны хамгийн үр бүтээлтэй уурхай нь Казахстан (бүх үйлдвэрлэлийн 32%), Канад, Австрали, Нигер, Намиби, Узбекистан, ОХУ-д байрладаг.

Ураны хүдэр нь ихэвчлэн бага хэмжээний уран агуулсан ашигт малтмал агуулдаг бөгөөд шууд пирометаллургийн аргаар хайлуулах боломжгүй байдаг. Харин ураныг олборлох, цэвэршүүлэхийн тулд гидрометаллургийн аргыг ашиглах ёстой. Баяжуулалтыг нэмэгдүүлснээр боловсруулалтын хэлхээний ачааллыг мэдэгдэхүйц бууруулж байгаа боловч ашигт малтмалын боловсруулалтад түгээмэл хэрэглэгддэг гравитаци, флотаци, электростатик, тэр ч байтугай гараар ангилах зэрэг уламжлалт баяжуулах аргуудын аль нь ч хамаарахгүй. Цөөн тооны үл хамаарах зүйлүүдийг эс тооцвол эдгээр аргууд нь ураны ихээхэн алдагдалд хүргэдэг.

Шатаж байна

Ураны хүдрийг гидрометаллургийн аргаар боловсруулахын өмнө ихэвчлэн өндөр температурт шохойжуулах шат дамждаг. Шатаах нь шаврыг усгүйжүүлж, нүүрстөрөгчийн материалыг зайлуулж, хүхрийн нэгдлүүдийг хоргүй сульфат болгон исэлдүүлж, дараагийн боловсруулалтад саад учруулж болзошгүй бусад бууруулагч бодисуудыг исэлдүүлдэг.

Уусгах

Ураныг шарсан хүдрээс хүчиллэг болон шүлтлэг усан уусмалаар гаргаж авдаг. Бүх уусгах системийг амжилттай ажиллуулахын тулд химийн элемент нь эхлээд илүү тогтвортой зургаан валент хэлбэрээр байх ёстой, эсвэл боловсруулалтын явцад энэ төлөвт исэлдсэн байх ёстой.

Хүчлээр уусгах ажлыг ихэвчлэн хүдэр болон шингээгч бодисын холимогийг орчны температурт 4-48 цагийн турш хутгах замаар гүйцэтгэдэг. Онцгой нөхцөл байдлаас бусад тохиолдолд хүхрийн хүчил хэрэглэдэг. Энэ нь рН 1.5-тай эцсийн шингэнийг авахад хангалттай хэмжээгээр нийлүүлдэг. Хүхрийн хүчлээр уусгах схемүүд нь ихэвчлэн манганы давхар исэл эсвэл хлоратыг 4 валентын U4+-ийг зургаан валенттай уранил (UO22+) болгон исэлдүүлдэг. Ерөнхийдөө U 4+ исэлдүүлэхэд ойролцоогоор 5 кг манганы давхар исэл эсвэл тонн тутамд 1.5 кг натрийн хлорат хангалттай байдаг. Аль ч тохиолдолд исэлдсэн уран нь хүхрийн хүчилтэй урвалд орж уранил сульфатын комплекс анион 4- үүсгэдэг.

Кальцит, доломит зэрэг чухал эрдэс бодис агуулсан хүдрийг натрийн карбонатын 0.5-1 молийн уусмалаар уусгана. Төрөл бүрийн урвалжуудыг судалж, туршсан ч ураныг исэлдүүлэгч гол бодис нь хүчилтөрөгч юм. Ихэвчлэн хүдрийг агаар мандлын даралт, 75-80 0С-ийн температурт тодорхой химийн найрлагаас хамаарах хугацаанд уусган уусгана. Шүлт нь урантай урвалд орж амархан уусдаг нийлмэл ион 4- үүсгэдэг.

Хүчил эсвэл карбонатын уусгалтаас үүссэн уусмалыг дараагийн боловсруулалтаас өмнө тодруулах шаардлагатай. Шавар болон бусад хүдрийн зутанг их хэмжээгээр ялгах нь полиакриламид, гуар бохь, амьтны цавуу зэрэг үр дүнтэй флокуляцийн бодисыг ашиглах замаар хийгддэг.

Олборлолт

4 ба 4 цогцолбор ионуудыг тус тусын ион солилцооны давирхайн уусгах уусмалаас шингээж авах боломжтой. Эдгээр тусгай давирхайг сорбци ба шүүрэлтийн кинетик, ширхэгийн хэмжээ, тогтвортой байдал, гидравлик шинж чанараараа тодорхойлогддог бөгөөд тэдгээрийг суурин давхарга, хөдөлгөөнт ор, сагс давирхай, тасралтгүй давирхай зэрэг янз бүрийн боловсруулах технологид ашиглаж болно. Ихэвчлэн натрийн хлорид ба аммиак эсвэл нитратын уусмалыг сорбсон ураныг ялгахад ашигладаг.

Ураныг хүчиллэг хүдрийн шингэнээс уусгагчаар ялган авч болно. Аж үйлдвэрт алкилфосфорын хүчил, түүнчлэн хоёрдогч ба гуравдагч алкиламинуудыг ашигладаг. Ерөнхийдөө 1 г/л-ээс их уран агуулсан хүчиллэг шүүлтүүрт ион солилцох аргаас уусгагчаар олборлох аргыг илүүд үздэг. Гэхдээ энэ аргыг карбонат уусгахад хэрэглэхгүй.

Дараа нь ураныг азотын хүчилд уусгаж уранил нитрат үүсгэх замаар цэвэршүүлж, гарган авч талсжуулж, шохойжуулж UO 3 триоксид үүсгэдэг. Багасгасан давхар исэл UO2 нь фтор устөрөгчтэй урвалд орж тетафторид UF4 үүсгэх ба түүнээс 1300 °C-ийн температурт уран металлыг магни эсвэл кальциар багасгадаг.

Тетрафторидыг 350 0С-т фторжуулж UF 6 гексафторидыг үүсгэх боломжтой бөгөөд энэ нь хийн тархалт, хийн центрифуг эсвэл шингэн дулааны диффузоор баяжуулсан уран-235-ийг ялгахад ашигладаг.