Дваесеттиот век му даде толку многу откритија на човештвото! За многумина од нив целта беше да му го олеснат животот на највисокото суштество на планетата Земја, но реалноста, како и секогаш, е измамничка и човечката себичност понекогаш ги надминува едноставните концепти за добро и зло. Егоизмот не дозволува чувството на супериорност и моќ над светот да заспие, а најголемите откритија тргнуваат по патот на уништувањето. Почетната фаза на откривањето на фисијата на најразорната супстанција на Земјата беше брзиот развој на индустријата, која бараше огромни количини на енергија - и оваа енергија беше пронајдена! Германските научници Ото Хан и Фриц Штрасман открија неверојатен феномен: фисија на јадро на ураниум (U) при бомбардирање со неутрони (n), додека за време на процесот на фисија се ослободува огромна количина на енергија по атом на супстанцијата (околу 202,5 MeV = 3,24 * 10 -11 J), како и уште 2-3 неутрони кои комуницирале со соседните јадра. Но, не беше можно да се користи такво гориво - реакцијата во примерокот на ураниум, од непознати причини, брзо изумре. Подоцна беше откриено дека на текот на реакцијата негативно влијае еден од изотопите, имено ураниум 238, кој, при апсорпција на неутрон (n), не испушта нови неутрони за време на процесот на фисија. Сепак изотоп на ураниум 235има способност за репродукција.
Големо откритие беше процесот на спонтано фисија на јадрото на ураниум 235 Во 1 грам метал на час се случуваат околу 20 спонтани физии, но верижна реакција не се случува. Одговорот на ова прашање е прилично банален - неутроните пропуштаат во прилично мал волумен на материја и излегуваат од металот без интеракција. Преку пресметките беше утврдена минималната маса на примерокот ураниум 235, која изнесуваше околу 48 килограми. Во таков примерок - топка со дијаметар од 25 см - реакцијата не треба да изумре. Но, како да се изолира изотопот на ураниум 235? Ајде да се обидеме да одговориме на ова прашање.
Природниот ураниум е метал со сребрена боја, лесен за обработка, со точка на топење од 1130 степени Целзиусови. Ураниумот добро се оксидира во воздухот и се запали во атмосферата на температура од 100 степени Целзиусови, многу е токсичен и е извор на тврдо алфа и бета зрачење. Природниот ураниум се состои од неколку изотопи:
Ураниум 235 - 0,7184%;
Ураниум 238 - 99,2760%;
Ураниум 234 - 0,0056%.
Само изотопот со масен број 235 е погоден за индустриска употреба, а останатите се „ѓубре“. Не е толку лесно да се изолира потребниот изотоп: главниот начин да се добие збогатен ураниум 235 е да се испумпува ураниум флуорид преку систем на центрифуги, во кој потешкиот изотоп се таложи на ѕидовите, а 235 поминува низ него. На овој начин може да се постигне збогатување до 99%.
Индустрискиот ураниум 235 првенствено се користи како гориво за електрани, но металот првично се користел за воени цели како најмоќниот експлозив на Земјата. Последиците од воената употреба на ураниум 235 дадоа голем придонес токму за мирниот развој на енергијата на атомското јадро. Енергијата што ја ослободува 1 грам ураниум е споредлива со согорувањето на 2,5 тони нафта. Придобивката е очигледна - употребата на метал како гориво овозможува да се намали екстракцијата на минерали и да се премине на ниво на „чиста енергија“, под услов да се дизајнирани сигурни системи за итни случаи за работа на реакторот и самиот реактор да биде со висок квалитет. Реактор е главниот дел од нуклеарната централа (нуклеарна централа), во која директно се одвива процесот на фисија на јадрата на материјата и пренос на енергија до течноста за ладење. Течноста за ладење ја пренесува енергијата на турбината, која, пак, генерира електрична енергија. Течноста за ладење може да биде разни супстанции со висок топлински капацитет: вода, инертни гасови, течни алкални метали.
Во моментов, енергијата на ураниум 235 се користи за производство на електрична енергија, но резервите на металот на Земјата се ограничени и, според научниците, тие ќе траат само 50 години интензивна употреба. И во наш интерес е да заштедиме електрична енергија, која ни е толку тешко да ја добиеме од природата!
; атомски број 92, атомска маса 238,029; метал. Природниот ураниум се состои од мешавина од три изотопи: 238 U - 99,2739% со полуживот T ½ = 4,51 10 9 години, 235 U - 0,7024% (T ½ = 7,13 10 8 години) и 230 U - 00 (T. ½ = 2,48·10 5 години).
Од 11 вештачки радиоактивни изотопи со масовни броеви од 227 до 240, долготрајниот е 233 U (T ½ = 1,62·10 5 години); се добива со неутронско зрачење на ториумот. 238 U и 235 U се предци на две радиоактивни серии.
Историски информации.Ураниумот е откриен во 1789 година од германскиот хемичар М. Г. Клапрот и именуван од него во чест на планетата Уран, откриена од В. Хершел во 1781 година. од UCl 4 со калиум метал. Првично, на Уран му беше доделена атомска маса од 120, а само во 1871 година, Д.И.
Долго време, ураниумот беше интересен само за тесен круг хемичари и најде ограничена употреба во производството на бои и стакло. Со откривањето на феноменот на радиоактивност во ураниумот во 1896 година и радиумот во 1898 година, започнала индустриска обработка на руди на ураниум со цел да се екстрахира и користи радиумот во научното истражување и медицината. Од 1942 година, по откривањето на нуклеарната фисија во 1939 година, ураниумот стана главното нуклеарно гориво.
Дистрибуција на Уран во природата.Ураниумот е карактеристичен елемент за гранитниот слој и седиментната обвивка на земјината кора. Просечната содржина на ураниум во земјината кора (кларк) е 2,5 10 -4% по маса, во киселите магматски карпи 3,5 10 -4%, во глините и шкрилците 3,2 10 -4%, во основните карпи 5 ·10 -5% , во ултрабазичните карпи на обвивката 3·10 -7%. Ураниумот енергично мигрира во ладни и топли, неутрални и алкални води во форма на едноставни и сложени јони, особено во форма на карбонатни комплекси. Редокс реакциите играат важна улога во геохемијата на ураниумот, бидејќи соединенијата на ураниум, по правило, се многу растворливи во води со оксидирачка средина и слабо растворливи во водите со редуцирачка средина (на пример, водород сулфид).
Познати се околу 100 минерали на ураниум; Од нив 12 се од индустриско значење. Во текот на геолошката историја, содржината на ураниум во земјината кора е намалена поради радиоактивното распаѓање; Овој процес е поврзан со акумулацијата на атомите на Pb и He во земјината кора. Радиоактивното распаѓање на ураниумот игра важна улога во енергијата на земјината кора, бидејќи е значаен извор на длабока топлина.
Физички својства на ураниум.Ураниумот е сличен по боја на челикот и лесно се обработува. Има три алотропни модификации - α, β и γ со температури на фазна трансформација: α → β 668,8 °C, β → γ 772,2 °C; α-формата има ромбична решетка (a = 2,8538Å, b = 5,8662Å, c = 4,9557Å), β-формата има тетрагонална решетка (на 720 °C a = 10,759Å, b = 5,656Å), γ-форма - кубна решетка во центарот на телото (на 850 °C a = 3,538 Å). Густината на ураниумот во α-форма (25 °C) е 19,05 g/cm3; t pl 1132 °C; точка на вриење 3818 °C; топлинска спроводливост (100-200 °C), 28,05 W/(m K), (200-400 °C) 29,72 W/(m K); специфичен топлински капацитет (25 °C) 27,67 kJ/(kg K); специфичната електрична отпорност на собна температура е околу 3·10 -7 оми· cm, на 600 °C 5,5·10 -7 ом· cm; има суперспроводливост на 0,68 K; слаба парамагнетна, специфична магнетна подложност на собна температура 1,72·10 -6.
Механичките својства на ураниумот зависат од неговата чистота и од начините на механичко и термичко третирање. Просечната вредност на модулот на еластичност за лиен ураниум е 20,5·10 -2 Mn/m2; цврстина на истегнување на собна температура 372-470 Mn/m2; јачината се зголемува по стврднувањето од β- и γ-фазите; просечна цврстина на Бринел 19,6-21,6·10 2 MN/m2.
Зрачењето со неутронски тек (кој се одвива во нуклеарен реактор) ги менува физичките и механичките својства на ураниумот: се развива лази и се зголемува кршливоста, се забележува деформација на производите, што принудува употреба на ураниум во нуклеарни реактори во форма на различен ураниум легури.
Ураниумот е радиоактивен елемент. Јадрата 235 U и 233 U се расцепуваат спонтано, како и при фаќање на бавни (термички) и брзи неутрони со ефективен пресек на фисија од 508 10 -24 cm 2 (508 штала) и 533 10 -24 cm 2 (533 штала) соодветно. 238 U јадра се расцепуваат при фаќање само брзи неутрони со енергија од најмалку 1 MeV; при фаќање бавни неутрони, 238 U се претвораат во 239 Pu, чии нуклеарни својства се блиску до 235 U. Критичната маса на ураниум (93,5% 235 U) во водени раствори е помала од 1 kg, за отворена топка - околу 50 кг, за топка со рефлектор - 15-23 кг; критична маса 233 U е приближно 1/3 од критичната маса 235 U.
Хемиски својства на ураниум.Конфигурацијата на надворешната електронска обвивка на атомот на ураниум е 7s 2 6d l 5f 3. Ураниумот е реактивен метал во соединенијата што покажува оксидациски состојби од +3, +4, + 5, +6, понекогаш +2; најстабилни соединенија се U (IV) и U (VI). Во воздухот полека се оксидира со формирање на оксид (IV) филм на површината, што не го штити металот од понатамошна оксидација. Во својата прашкаста состојба, ураниумот е пирофорен и гори со силен пламен. Со кислородот формира оксид (IV) UO 2, оксид (VI) UO 3 и голем број меѓуоксиди, од кои најважен е U 3 O 8. Овие меѓуоксиди имаат својства слични на UO 2 и UO 3 . На високи температури, UO 2 има широк опсег на хомогеност од UO 1,60 до UO 2,27. Со флуор на 500-600 ° C формира UF 4 тетрафлуорид (зелени кристали во облик на игла, малку растворливи во вода и киселини) и UF 6 хексафлуорид (бела кристална супстанција која се сублимира без да се топи на 56,4 ° C); со сулфур - голем број соединенија, од кои најважно е US (нуклеарно гориво). Кога ураниумот реагира со водород на 220 °C, се добива хидридот UH 3; со азот на температури од 450 до 700 ° C и атмосферски притисок - U 4 N 7 нитрид при повисок притисок на азот и иста температура, може да се добијат UN, U 2 N 3 и UN 2; со јаглерод на 750-800 °C - монокарбид UC, дикарбид UC 2, како и U 2 C 3; со метали формира легури од разни видови. Ураниумот полека реагира со врела вода за да формира UO 2 nH 2, со водена пареа - во температурен опсег 150-250 ° C; растворлив во хлороводородна и азотна киселина, малку растворлив во концентрирана флуороводородна киселина. U(VI) се карактеризира со формирање на уранил јон UO 2 2+; уранилните соли имаат жолта боја и се многу растворливи во вода и минерални киселини; U(IV) солите се зелени и помалку растворливи; уранил јон е исклучително способен за формирање комплекси во водени раствори и со неоргански и со органски супстанции; Најважни за технологијата се карбонат, сулфат, флуорид, фосфат и други комплекси. Познати се голем број уранити (соли на уранска киселина кои не се изолирани во чиста форма), чиј состав варира во зависност од условите на производство; Сите уранити имаат мала растворливост во вода.
Ураниумот и неговите соединенија се зрачења и хемиски токсични. Максималната дозволена доза (MAD) за професионална изложеност е 5 rem годишно.
Примање на Уран.Ураниумот се добива од руди на ураниум кои содржат 0,05-0,5% U. Рудите практично не се збогатени, со исклучок на ограничен метод на радиометриско сортирање базиран на γ-зрачењето на радиумот, кое секогаш го придружува ураниумот. Во основа, рудите се лупат со раствори на сулфурна, понекогаш азотни киселини или раствори на сода со трансфер на ураниум во кисел раствор во форма на UO 2 SO 4 или сложени анјони 4-, и во раствор од сода - во форма на 4 -. За извлекување и концентрирање на ураниум од раствори и пулпи, како и за негово прочистување од нечистотии, се користи сорпција на смоли за размена на јони и екстракција со органски растворувачи (трибутил фосфат, алкилфосфорни киселини, амини). Потоа, амониум или натриум уранати или U(OH) 4 хидроксид се таложат од растворите со додавање на алкали. За да се добијат соединенија со висока чистота, техничките производи се раствораат во азотна киселина и се подложени на операции за рафинирање на прочистување, чии финални производи се UO 3 или U 3 O 8; овие оксиди се редуцираат на 650-800 °C со водород или дисоциран амонијак во UO 2, проследено со негова конверзија во UF 4 со третман со гас водород флуорид на 500-600 °C. UF 4 може да се добие и со таложење на кристален хидрат UF 4 nH 2 O со флуороводородна киселина од раствори, проследено со дехидрација на производот на 450 °C во проток на водород. Во индустријата, главниот метод за добивање на ураниум од UF 4 е неговата калциум-термичка или магнезиумско-термичка редукција со ослободување на ураниум во форма на инготи со тежина до 1,5 тони.
Многу важен процес во технологијата на ураниум е збогатувањето на неговиот изотоп 235 U над природната содржина во рудите или изолирањето на овој изотоп во неговата чиста форма, бидејќи 235 U е главното нуклеарно гориво; Ова се прави со гасна топлинска дифузија, центрифугални и други методи засновани на разликата во масите од 238 U и 235 U; во процесите на сепарација, ураниумот се користи во форма на испарлив хексафлуорид UF 6. Кога се добива високо збогатен ураниум или изотопи, се земаат предвид нивните критични маси; најзгодниот метод во овој случај е редукција на ураниум оксиди со калциум; добиената згура на CaO лесно се одвојува од ураниумот со растворање во киселини. За да се добие ураниум во прав, оксид (IV), карбиди, нитриди и други огноотпорни соединенија, се користат методи на металургија на прав.
Примена на Уран.Металот на ураниум или неговите соединенија се користат првенствено како нуклеарно гориво во нуклеарните реактори. Природна или слабо збогатена мешавина на изотопи на ураниум се користи во стационарни реактори на нуклеарни централи, високо збогатен производ се користи во нуклеарни централи или во реактори кои работат на брзи неутрони. 235 U е извор на нуклеарна енергија во нуклеарното оружје. 238 U служи како извор на секундарно нуклеарно гориво - плутониум.
Ураниум во телото.Се наоѓа во микроколичини (10 -5 -10 -8%) во ткивата на растенијата, животните и луѓето. Во растителниот пепел (со содржина на ураниум од околу 10-4% во почвата), неговата концентрација е 1,5·10-5%. Во најголема мера, Ураниумот се акумулира од некои габи и алги (последниве активно учествуваат во биогената миграција на Ураниум по должината на синџирот вода - водни растенија - риби - луѓе). Ураниумот влегува во телото на животните и луѓето со храна и вода во гастроинтестиналниот тракт, со воздух во респираторниот тракт, како и преку кожата и мукозните мембрани. Соединенијата на ураниум се апсорбираат во гастроинтестиналниот тракт - околу 1% од влезната количина на растворливи соединенија и не повеќе од 0,1% од слабо растворливите; 50% и 20% се апсорбираат во белите дробови, соодветно. Ураниумот се распределува нерамномерно во телото. Главното депо (места на таложење и акумулација) е слезината, бубрезите, скелетот, црниот дроб и, при вдишување на слабо растворливи соединенија, белите дробови и бронхопулмоналните лимфни јазли. Ураниум (во форма на карбонати и комплекси со протеини) не циркулира во крвта долго време. Содржината на ураниум во органите и ткивата на животните и луѓето не надминува 10 -7 g/g. Така, крвта од говеда содржи 1·10 -8 g/ml, црниот дроб 8·10 -8 g/g, мускулите 4·10 -11 g/g, слезината 9·10 8-8 g/g. Содржината на ураниум во човечките органи е: во црниот дроб 6·10 -9 g/g, во белите дробови 6·10 -9 -9·10 -9 g/g, во слезината 4,7·10 -7 g/g , во крвта 4-10 -10 g/ml, во бубрезите 5,3·10 -9 (кортикален слој) и 1,3·10 -8 g/g (медуларен слој), во коските 1·10 -9 g/g , во коскената срцевина 1 -10 -8 g/g, во косата 1,3·10 -7 g/g. Ураниумот содржан во коскеното ткиво предизвикува негово постојано зрачење (полуживотот на ураниумот од скелетот е околу 300 дена). Најниски концентрации на ураниум се во мозокот и срцето (10 -10 g/g). Дневниот внес на Ураниум со храна и течности е 1,9·10 -6 g, со воздух - 7·10 -9 g Дневната екскреција на ураниум од човечкото тело е: со урина 0,5·10 -7 - 5·10 -. 7 g, со измет - 1,4·10 -6 -1,8·10 -6 g, со коса - 2·10 -8 g.
Според Меѓународната комисија за заштита од радијација, просечната содржина на ураниум во човечкото тело е 9,10 -5 g Оваа вредност може да варира за различни региони. Се верува дека ураниумот е неопходен за нормално функционирање на животните и растенијата.
Токсичниот ефект на ураниумот се одредува според неговите хемиски својства и зависи од растворливоста: уранилот и другите растворливи соединенија на ураниумот се потоксични. Труење со ураниум и неговите соединенија е можно во претпријатија за екстракција и преработка на суровини од ураниум и други индустриски капацитети каде што се користи во технолошкиот процес. Кога ќе влезе во телото, ураниумот влијае на сите органи и ткива, што е општ клеточен отров. Знаците на труење се предизвикани од примарно оштетување на бубрезите (појава на протеини и шеќер во урината, последователна олигурија); засегнати се и црниот дроб и гастроинтестиналниот тракт. Постојат акутни и хронични труења; вторите се карактеризираат со постепен развој и помалку тешки симптоми. Со хронична интоксикација, можни се нарушувања на хематопоезата, нервниот систем итн. Се верува дека молекуларниот механизам на дејство на ураниумот е поврзан со неговата способност да ја потисне активноста на ензимите.
До март 1939 година, групи на научници кои работеа во Франција и Америка докажаа дека за самоодржлива верижна реакција, ослободувањето во просек од два до четири слободни неутрони за време на секоја фисија на јадрото на ураниум е доволно. Сепак, растечките стравови за можноста за создавање атомска бомба брзо исчезнаа.
Бор одлучи да не губи време. Физиската физика, како и секоја друга нова насока во науката, несомнено обезбеди огромно поле за активност. И, бидејќи беше можно да се работи во Принстон со не помал успех отколку во Копенхаген, Бор му се обрати на Вилер со предлог за соработка. Тие почнаа дополнително да ја развиваат теоријата за нуклеарна фисија, потпирајќи се на нови експериментални податоци. Тие спроведоа експерименти со уред набрзина склопен токму таму во Принстон, на таванот на лабораторијата на Палмер. Резултатите на почетокот беа прилично збунувачки.
Апаратот споменат погоре беше потребен за проучување на промените во интензитетот на фисија на јадрото на ураниум под влијание на неутроните, секој пат кога носеше различни количини на енергија. Утврдено е дека колку е поголема оваа енергија, толку се јавува поинтензивна фисија, а со нејзиното намалување, соодветно се намалува и интензитетот на фисија. Ваквите податоци беа сосема очекувани. Сепак, наскоро стана јасно дека со доволно намалување на неутронската енергија, интензитетот на нуклеарната фисија повторно се зголемува.
Плачек, кој претходно го принудил Фриш, кој работел во Копенхаген, да бара сигурна потврда за нуклеарната фисија, сосема неочекувано завршил во Принстон. „Што е ова по ѓаволите: зошто одговорот е ист и на брзи и на бавни удари?!“ - беше огорчен, седејќи на појадок со Розенфелд и Бор.
Враќајќи се наскоро во својата канцеларија, Нилс Бор веќе го знаеше одговорот на ова прашање. Очигледно, причината за високиот интензитет на нуклеарната фисија при ниска енергија на дејствувачките неутрони е реткиот изотоп ураниум-235 (U 235), кој сочинува незначителен процент од вкупната количина на овој елемент пронајден во природата. Бор и Вилер сега почнаа детално да ја развиваат оваа хипотеза. И во новата теорија беа воспоставени два фундаментални фактори.
Во изотопот U 235, рамнотежата помеѓу одбивната сила на протоните во јадрото на атомот и силата на површинскиот напон што го спречува јадрото од распаѓање е многу покревка отколку во изотопот U 238. Три дополнителни неутрони од ураниум-238 го стабилизираат јадрото и ја зголемуваат енергетската бариера што мора да се надмине за да се активира реакцијата на распаѓање. Следствено, потребни се побрзи неутрони со поголема енергија за да се подели таквото јадро.
Вториот од споменатите фактори беше сложениот состав на јадрото. За него е поповолен еднаков број на протони и неутрони, што се објаснува со квантната природа на нивните субатомски компоненти. Откако прифати дополнителен неутрон, U 235 се претвора во U 236, чие јадро има 92 протони и 144 неутрони, односно парен број на двата нуклеона. Кога U 238 прифаќа дополнителен неутрон, изотопот U 239 се формира со непарен број на неутрони во јадрото. Ураниум-235 го „асимилира“ дополнителниот неутрон и реагира со него многу полесно отколку ураниум-238.
Комбинацијата на двата фактори опишани погоре доволно ја објаснува значајната разлика во однесувањето на двата изотопи на ураниум. Брзите неутрони се потребни за да се подели стабилното јадро U 238, но многу понестабилното јадро U 235 може да се подели со бавни неутрони. Така, ако направите бомба која се состои од мешавина од U 235 и U 238, чие дејство ќе се заснова на фисија на ураниум-235 под влијание на бавни неутрони, тогаш верижната реакција во неа ќе се случи бавно. Потоа ќе избледи, а бомбата нема да експлодира.
Сега шансите за создавање бомба во блиска иднина, иако не се целосно елиминирани, значително се намалија. Се разбира, не смееме да заборавиме на зборовите на Бор, кои тој постојано ги повторуваше за време на разговорите со колегите во април 1939 година: тогаш тој изјави дека прави бомба Можепод услов да е направен на база на чист ураниум-235. Сепак, U 235 е редок изотоп и неговиот удел во однос на природниот ураниум е 1:140, односно незначителни 0,7%. Покрај тоа, U 235 и U 238 се идентични во хемиските својства и затоа не можат да се одвојат со употреба на хемиска реакција. Ова е можно само со употреба на специјални физички методи кои овозможуваат одделување на изотопите едни од други користејќи речиси незабележлива разлика во нивната маса. Покрај тоа, таквата работа на обемот потребен за создавање атомска бомба бараше неразумно големи напори - на тогашното ниво на развој, потребни беа неколку тони ураниум-235.
(инж. Артур Џефри Демпстер).
| Уран-235 | |
|---|---|
| Име, симбол | Ураниум-235, 235 U |
| Алтернативни имиња | актиноураниум, AcU |
| Неутрони | 143 |
| Нуклидни својства | |
| Атомска маса | 235.0439299(20) а. e.m. |
| Масовен дефект | 40 920,5 (18) кеВ |
| Специфична енергија на врзување (по нуклеон) | 7 590.907 (8) кеВ |
| Изотопско изобилство | 0,7200(51) % |
| Полуживот | 7.04 (1)⋅10 8 години |
| Производи на распаѓање | 231 Th |
| Родителски изотопи | 235 Pa(β-) 235 Np() 239Pu() |
| Спин и паритет на јадрото | 7/2 − |
| Табела со нуклиди | |
За разлика од другиот, најчест изотоп на ураниум 238 U, самоодржлива нуклеарна верижна реакција е можна во 235 U. Затоа, овој изотоп се користи како гориво во нуклеарните реактори, како и во нуклеарното оружје.
Токму овој ураниум беше користен во нуклеарното бомбардирање на Хирошима, во Бебе бомба.
Формирање и распаѓање
Ураниум-235 се формира како резултат на следните распаѓања:
91 235 P a → 92 235 U + e − + ν ¯ e ; 93 235 N p + e − → 92 235 U + ν ¯ e ; (\displaystyle \mathrm (^(235)_(93)Np) +e^(-)\десно стрелка \mathrm (^(235)_(92)U) +(\bar (\nu ))_(e) ;)94 239 P u → 92 235 U + 2 4 H e.
(\displaystyle \mathrm (^(239)_(94)Pu) \десна стрелка \mathrm (^(235)_(92)U) +\mathrm (^(4)_(2)He) .) Распаѓањето на ураниум-235 се случува во следните насоки: 92 235 U → 90 231 T h + 2 4 H e; (\displaystyle \mathrm (^(235)_(92)U) \десна стрелка \mathrm (^(231)_(90)Th) +\mathrm (^(4)_(2)He) ;)92 235 U → 82 215 P b + 10 20 N e;
(\displaystyle \mathrm (^(235)_(92)U) \десна стрелка \mathrm (^(215)_(82)Pb) +\mathrm (^(20)_(10)Ne) ;) 92 235 U → 82 210 P b + 10 25 N e;(\displaystyle \mathrm (^(235)_(92)U) \десна стрелка \mathrm (^(210)_(82)Pb) +\mathrm (^(25)_(10)Ne) ;) 92 235 U → 82 210 P b + 10 25 N e; 92 235 U → 80 207 H g + 12 28 M g.
(\приказ стил \mathrm (^(235)_(92)U) \десна стрелка \mathrm (^(207)_(80)Hg) +\mathrm (^(28)_(12)Mg) .)
Нуклеарната фисија е само еден од многуте можни процеси за време на интеракцијата на неутроните со јадрата.
Нуклеарна верижна реакција
За време на распаѓањето на едно јадро од 235 U, обично се испуштаат од 1 до 8 (во просек 2.416) слободни неутрони. Секој неутрон произведен за време на распаѓањето на јадрото 235 U, подложен на интеракција со друго јадро од 235 U, може да предизвика нов настан на распаѓање, овој феномен се нарекува верижна реакција на нуклеарна фисија.
Хипотетички, бројот на неутрони од втората генерација (по втората фаза на нуклеарното распаѓање) може да надмине 3² = 9. Со секоја следна фаза од реакцијата на фисија, бројот на произведени неутрони може да се зголеми како лавина. Во реални услови, слободните неутрони може да не генерираат нов настан на фисија, оставајќи го примерокот пред да се фатат 235 U, или да бидат заробени или од самиот изотоп 235 U со неговата трансформација во 236 U, или од други материјали (на пример, 238 U, или добиените фрагменти од нуклеарна фисија, како што се 149 Sm или 135 Xe).
Во реални услови, постигнувањето на критична состојба на ураниум не е толку лесно, бидејќи низа фактори влијаат на текот на реакцијата. На пример, природниот ураниум се состои од само 0,72% 235 U, 99,2745% е 238 U, што ги апсорбира неутроните произведени за време на фисијата на 235 U јадра. Непрекината верижна реакција на фисија може да се изврши на неколку главни начини:
- зголемување на волуменот на примерокот (за ураниум изолиран од руда, можно е да се постигне критична маса со зголемување на волуменот);
- врши раздвојување на изотопи со зголемување на концентрацијата од 235 U во примерокот;
- намалување на загубата на слободни неутрони низ површината на примерокот со користење на разни видови рефлектори;
- користете супстанца за модератор на неутрони за да ја зголемите концентрацијата на термичките неутрони.
Изомери
Апликација
- Ураниум-235 се користи како гориво за нуклеарни реактори во кои управуванаверижна реакција на нуклеарна фисија;
- Високо збогатениот ураниум се користи за создавање нуклеарно оружје. Во овој случај, за да се ослободи голема количина на енергија (експлозија), неконтролиранонуклеарна верижна реакција.
(β −)
235 Np()
239Pu()
За разлика од другиот, најчест изотоп на ураниум 238 U, самоодржлива нуклеарна верижна реакција е можна во 235 U. Затоа, овој изотоп се користи како гориво во нуклеарните реактори, како и во нуклеарното оружје.
Формирање и распаѓање
Ураниум-235 се формира како резултат на следните распаѓања:
94 239 P u → 92 235 U + 2 4 H e.
92 235 U → 82 215 P b + 10 20 N e;
Во производите на фисија на ураниум-235 се откриени околу 300 изотопи на различни елементи: од =30 (цинк) до Z=64 (гадолиниум). Кривата на релативниот принос на изотопи формирана при зрачење на ураниум-235 со бавни неутрони на масениот број е симетрична и во форма наликува на буквата „М“. Двете изразени максими на оваа крива одговараат на масените броеви 95 и 134, а минимумот се јавува во опсегот на масените броеви од 110 до 125. Така, фисијата на ураниумот на фрагменти со еднаква маса (со масени броеви 115-119) се јавува со помала веројатност од асиметричната фисија. Сепак, асиметријата се намалува со зголемување на енергијата на возбудување на фисилното јадро и кога енергијата на неутроните е повеќе од 100 MeV, масената дистрибуција на фрагментите на фисија има еден максимум, што одговара на симетричната фисија на јадрото. Фрагментите формирани за време на фисијата на јадрото на ураниум се, пак, радиоактивни и се подложени на синџир од β − распаѓање, при што постепено се ослободува дополнителна енергија за долго време. Просечната енергија ослободена за време на распаѓањето на едно јадро на ураниум-235, земајќи го предвид распаѓањето на фрагментите, е приближно 202,5 MeV = 3,244·10 −11 J, или 19,54 TJ/mol = 83,14 TJ/kg.
Нуклеарната фисија е само еден од многуте можни процеси за време на интеракцијата на неутроните со јадрата.
Нуклеарна верижна реакција
За време на распаѓањето на едно јадро од 235 U, обично се испуштаат од 1 до 8 (во просек 2.416) слободни неутрони. Секој неутрон произведен за време на распаѓањето на јадрото 235 U, подложен на интеракција со друго јадро од 235 U, може да предизвика нов настан на распаѓање, овој феномен се нарекува верижна реакција на нуклеарна фисија.
Хипотетички, бројот на неутрони од втората генерација (по втората фаза на нуклеарното распаѓање) може да надмине 3² = 9. Со секоја следна фаза од реакцијата на фисија, бројот на произведени неутрони може да се зголеми како лавина. Во реални услови, слободните неутрони може да не генерираат нов настан на фисија, оставајќи го примерокот пред да се фатат 235 U, или да бидат заробени или од самиот изотоп 235 U со неговата трансформација во 236 U, или од други материјали (на пример, 238 U, или добиените фрагменти од нуклеарна фисија, како што се 149 Sm или 135 Xe).
Во реални услови, постигнувањето на критична состојба на ураниум не е толку лесно, бидејќи низа фактори влијаат на текот на реакцијата. На пример, природниот ураниум се состои од само 0,72% 235 U, 99,2745% е 238 U, што ги апсорбира неутроните произведени за време на фисијата на 235 U јадра. Непрекината верижна реакција на фисија може да се изврши на неколку главни начини:
- Зголемете го волуменот на примерокот (за ураниум изолиран од руда, можно е да се постигне критична маса со зголемување на волуменот);
- Изведете раздвојување на изотоп со зголемување на концентрацијата од 235 U во примерокот;
- Намалете ја загубата на слободни неутрони низ површината на примерокот со користење на разни видови рефлектори;
- Користете супстанција за модератор на неутрони за да ја зголемите концентрацијата на термички неутрони.
Изомери
- Вишок маса: 40.920,6 (1,8) keV
- Енергија на возбуда: 76,5(4) eV
- Полуживот: 26 мин
- Нуклеарен спин и паритет: 1/2 +
Распаѓањето на изомерната состојба се случува преку изомерна транзиција кон основната состојба.
Апликација
- Ураниум-235 се користи како гориво за нуклеарни реактори во кои управуванаверижна реакција на нуклеарна фисија;
- Високо збогатениот ураниум се користи за создавање нуклеарно оружје. Во овој случај, за да се ослободи голема количина на енергија (експлозија), неконтролиранонуклеарна верижна реакција.
Видете исто така
Напишете преглед за написот „Ураниум-235“
Белешки
- Г. Ауди, А.Х. Wapstra и C. Thibault (2003). "". Нуклеарна физика А 729 : 337-676. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. Бибкод:.
- G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot и A. H. Wapstra (2003). "". Нуклеарна физика А 729 : 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. Бибкод:.
- Хофман К.- 2-ри изд. избришан - Л.: Хемија, 1987. - С. 130. - 232 стр. - 50.000 примероци.
- Фиалков Ју.Примена на изотопи во хемијата и хемиската индустрија. - Киев: Техника, 1975. - стр. 87. - 240 стр. - 2.000 примероци.
- . Кеј и Лаби онлајн. .
- Бартоломеј Г.Г., Баибаков В.Д., Алхутов М.С., Бат Г.А.Основи на теоријата и методи на пресметка на нуклеарните реактори. - М.: Енергоатомиздат, 1982. - стр. 512.
Извадок што го карактеризира Ураниум-235
Милорадович, кој рече дека не сака да знае ништо за економските работи на одредот, што никогаш не може да се најде кога му беше потребно, „chevalier sans peur et sans reproche“ [„витез без страв и прекор“], како што тој се повика себеси и сакаше да разговара со Французите, испрати пратеници барајќи да се предаде и изгуби време и не го направи она што му беше наредено.„Ви ја давам оваа колона момци“, рече тој, возејќи се до војниците и покажувајќи кон Французите кон коњаниците. А коњаниците на тенки, растурени, едвај движечки коњи, поттикнувајќи ги со мамки и сабји, на кас, по големиот напор, се возеа до донираната колона, односно до толпата премрзнати, вкочанети и гладни Французи; а донираната колона го фрлила оружјето и се предала, што одамна го посакувала.
Во Красное зедоа дваесет и шест илјади затвореници, стотици топови, некаков стап, кој се нарекуваше маршалска палка, и се расправаа кој се истакнал таму и биле задоволни со тоа, но многу жалеле што го направиле тоа. не го земајте Наполеон или барем некој херој, Маршал, и се прекоруваа едни со други, а особено Кутузов за ова.
Овие луѓе, понесени од своите страсти, беа слепи извршители само на најтажниот закон на нужноста; но се сметаа за херои и замислуваа дека тоа што го направија е најдостојното и најблагородното нешто. Тие го обвинија Кутузов и рекоа дека од самиот почеток на кампањата тој ги спречил да го победат Наполеон, дека размислувал само за задоволување на страстите и не сакал да ги напушти Фабриките за постелнина бидејќи таму бил мирен; дека го прекинал движењето кај Красни само затоа што, откако дознал за присуството на Наполеон, бил целосно изгубен; дека може да се претпостави дека е во заговор со Наполеон, дека е поткупен од него, [Белешките на Вилсон. (Забелешка од Л.Н. Толстој.) ], итн., итн.
Не само што го рекоа современиците, понесени од страстите, туку и потомството и историјата го препознаа Наполеон за величен, а Кутузов: странците како лукав, развратен, слаб стар дворец; Русите - нешто неопределено - некаква кукла, корисна само по руското име...
Во 12 и 13 Кутузов беше директно виновен за грешки. Царот бил незадоволен од него. И во историјата, напишана неодамна по наредба на највисокиот, се вели дека Кутузов бил лукав дворски лажго, кој се плашел од името на Наполеон и со своите грешки во Красноје и во близина на Березина ги лишил руските трупи од слава - целосна победа. над Французите. [Историјата на Богданович во 1812 година: карактеристики на Кутузов и расудување за незадоволителните резултати од битките во Красненски. (Забелешка од Л.Н. Толстој.)]
Ова не е судбина на големи луѓе, не на големиот дом, кого рускиот ум не го препознава, туку судбина на оние ретки, секогаш осамени луѓе кои, сфаќајќи ја волјата на Промислата, ја потчинуваат својата лична волја. Омразата и презирот на толпата ги казнуваат овие луѓе за нивниот увид во повисоките закони.
За руските историчари - чудно и страшно е да се каже - Наполеон е најбезначајниот инструмент на историјата - никогаш и никаде, дури и во егзил, кои не покажале човечко достоинство - Наполеон е предмет на восхит и воодушевување; тој е голем. Кутузов, човекот кој од почетокот до крајот на својата активност во 1812 година, од Бородин до Вилна, без да смени ниту една постапка или збор, покажува извонреден пример во историјата на самопожртвуваност и свест во сегашноста на идното значење. на настанот, – Кутузов им изгледа како нешто нејасно и жално, а кога се зборува за Кутузов и 12-та година, секогаш како да се срамат малку.
Во меѓувреме, тешко е да се замисли историска личност чија активност толку непроменливо и постојано би била насочена кон иста цел. Тешко е да се замисли цел подостојна и поконзистентна со волјата на целиот народ. Уште потешко е да се најде друг пример во историјата каде целта што си ја поставил една историска личност би била толку целосно постигната како целта кон која биле насочени сите активности на Кутузов во 1812 година.
Кутузов никогаш не зборуваше за четириесетте века што изгледаат од пирамидите, за жртвите што ги прави за татковината, за тоа што има намера да направи или направи: тој воопшто не кажа ништо за себе, не играше никаква улога. секогаш се чинеше дека е наједноставниот и најобичен човек и ги кажуваше наједноставните и најобични работи. Пишуваше писма до ќерките и до мене Стаел, читаше романи, го сакаше друштвото со убави жени, се шегуваше со генералите, офицерите и војниците и никогаш не им противрече на оние луѓе кои сакаа да му докажат нешто. Кога грофот Растопчин на мостот Јауски се качи до Кутузов со лични прекори за тоа кој е виновен за смртта на Москва и рече: „Како вети дека нема да ја напуштиш Москва без да се бориш? - Кутузов одговори: „Нема да ја напуштам Москва без битка“, и покрај фактот што Москва веќе беше напуштена. Кога Аракчеев, кој дојде кај него од суверенот, рече дека Јермолов треба да биде назначен за началник на артилерија, Кутузов одговори: „Да, јас само го кажав тоа“, иако една минута подоцна рече нешто сосема друго. Што му беше гајле, единствениот што тогаш го разбра целото огромно значење на настанот, меѓу глупавата толпа што го опкружуваше, што му беше грижа дали грофот Ростопчин си ја припишува катастрофата на главниот град на себе или нему? Би можел уште помалку да го интересира кој ќе биде назначен за началник на артилерија.
Не само во овие случаи, туку постојано, овој старец, кој преку животно искуство дошол до убедување дека мислите и зборовите кои служат како нивен израз не се движечки сили на луѓето, зборувал сосем бесмислени зборови - првите што дошле до неговиот ум.
Но, истиот тој човек, кој толку ги занемаруваше неговите зборови, ниту еднаш во целата своја активност не изговори ниту еден збор што не беше во согласност со единствената цел кон која се стремеше во текот на целата војна. Очигледно, неволно, со голема увереност дека нема да го разберат, тој постојано ја искажуваше својата мисла во најразлични околности. Почнувајќи од битката кај Бородино, од која започна неговиот раздор со оние околу него, тој сам рече дека битката кај Бородино е победа и тоа го повторуваше усно, и во извештаите и извештаите до неговата смрт. Само тој рече дека загубата на Москва не е загуба на Русија. Како одговор на предлогот на Лауристон за мир, тој одговори дека не може да има мир, бидејќи таква е волјата на народот; тој сам, за време на француското повлекување, рече дека не се потребни сите наши маневри, дека сè ќе испадне подобро само по себе отколку што посакувавме, дека на непријателот треба да му се даде златен мост, дека ниту Тарутино, ниту Вјаземски, ниту Беа потребни битки за Красненское, што со што Еден ден треба да дојдеш на граница, за да не се откаже од еден Русин за десет Французи.
И само тој, овој дворец, како што ни се прикажува, човекот што го лаже Аракчеев за да му угоди на суверенот - само тој, овој дворец, во Вилна, заработувајќи го со тоа немилоста на суверенот, вели дека понатамошната војна во странство е штетно и бескорисно.
Но, само зборовите не би докажале дека тој тогаш го сфатил значењето на настанот. Неговите дејствија - сите без најмало повлекување, беа насочени кон иста цел, изразена во три дејства: 1) напрегање на сите сили за судир со Французите, 2) порази ги и 3) протерување од Русија, што ќе го олесни како можни катастрофи на луѓето и војниците.
Тој, тој бавно движечки Кутузов, чие мото се трпение и време, е непријател на решителната акција, тој ја дава Бородинската битка, облекувајќи ги подготовките за неа во невидена свеченост. Тој, тој Кутузов, кој во битката кај Аустерлиц, пред да започне, рече дека ќе биде изгубена, во Бородино, и покрај уверувањата на генералите дека битката е изгубена, и покрај невидениот пример во историјата дека по добиена битка војската мора да се повлече, само тој, спротивно на сите, до својата смрт тврди дека битката кај Бородино е победа. Тој сам, во текот на целото повлекување, инсистира да не се водат битки кои сега се бескорисни, да не се започнува нова војна и да не се преминат границите на Русија.
Сега е лесно да се разбере значењето на настанот, освен ако не се примениме на активностите на маси цели што беа во главите на десетина луѓе, бидејќи целиот настан со неговите последици лежи пред нас.
Но, како тогаш овој старец, сам, спротивно на мислењата на сите, можеше да го погоди, а потоа толку правилно да го погоди значењето на народното значење на настанот, што никогаш не го изневери во сите свои активности?
Изворот на оваа извонредна моќ на увид во значењето на појавите се наоѓаше во националното чувство што тој го носеше во себе со сета своја чистота и сила.
Само препознавањето на ова чувство во него го натера народот, на толку чудни начини, од срамот на еден старец, да го избере против волјата на царот за претставници на народната војна. И само тоа чувство го доведе до таа највисока човечка висина од која тој, врховниот командант, ја насочуваше сета своја сила да не убива и истребува луѓе, туку да ги спасува и да се смилува.
