; atom numarası 92, atom kütlesi 238.029; metal. Doğal Uranyum üç izotopun karışımından oluşur: yarılanma ömrü T ½ = 4,51 10 9 yıl olan 238 U - %99,2739, 235 U - %0,7024 (T ½ = 7,13 10 8 yıl) ve 234 U - %0,0057 (T ½ = 2,48·10 5 yıl).
Kütle numaraları 227'den 240'a kadar olan 11 yapay radyoaktif izotoptan uzun ömürlü olanı 233 U'dur (T ½ = 1,62·10 5 yıl); toryumun nötron ışınlaması ile elde edilir. 238 U ve 235 U, iki radyoaktif serinin atalarıdır.
Tarihsel referans. Uranyum, 1789 yılında Alman kimyager M. G. Klaproth tarafından keşfedildi ve 1781'de W. Herschel tarafından keşfedilen Uranüs gezegeninin onuruna onun tarafından adlandırıldı. Metalik durumdaki Uranyum, 1841 yılında Fransız kimyager E. Peligo tarafından indirgeme sırasında elde edildi. UCl4'ün potasyum metali ile karıştırılması. Başlangıçta Uranüs'e 120'lik bir atom kütlesi atandı ve yalnızca 1871'de D.I. Mendeleev bu değerin iki katına çıkarılması gerektiği sonucuna vardı.
Uzun bir süre, uranyum yalnızca dar bir kimyager çevresinin ilgisini çekmişti ve boya ve cam üretiminde sınırlı bir kullanım alanı buldu. 1896'da uranyumda ve 1898'de radyumda radyoaktivite olgusunun keşfedilmesiyle, radyumun bilimsel araştırma ve tıpta çıkarılması ve kullanılması amacıyla uranyum cevherlerinin endüstriyel olarak işlenmesi başladı. 1939'da nükleer fisyonun keşfedilmesinden sonra 1942'den beri uranyum ana nükleer yakıt haline geldi.
Uranüs'ün doğadaki dağılımı. Uranyum, yer kabuğunun granit tabakası ve tortul kabuğu için karakteristik bir elementtir. Yer kabuğundaki (clarke) ortalama Uranyum içeriği kütlece %2,5 ila %10 -4, asidik magmatik kayaçlarda %3,5 ila %10 -4, kil ve şeyllerde %3,2 ila %10 -4, temel kayalarda %5 ila %10 -5'tir. , mantonun ultrabazik kayalarında %3·10-7. Uranyum, soğuk ve sıcak, nötr ve alkali sularda basit ve kompleks iyonlar halinde, özellikle karbonat kompleksleri halinde kuvvetli bir şekilde göç eder. Redoks reaksiyonları Uranyumun jeokimyasında önemli bir rol oynar, çünkü Uranyum bileşikleri kural olarak oksitleyici bir ortama sahip sularda yüksek oranda çözünür ve indirgeyici bir ortama (örneğin hidrojen sülfür) sahip sularda az çözünür.
Yaklaşık 100 Uranyum minerali bilinmektedir; Bunlardan 12 tanesi endüstriyel öneme sahiptir. Jeolojik tarih boyunca, radyoaktif bozunma nedeniyle yer kabuğundaki Uranyum içeriği azalmıştır; Bu süreç Pb ve He atomlarının yer kabuğunda birikmesiyle ilişkilidir. Uranyumun radyoaktif bozunması, önemli bir derin ısı kaynağı olarak yer kabuğunun enerjisinde önemli bir rol oynar.
Uranyumun fiziksel özellikleri. Uranyumun rengi çeliğe benzer ve işlenmesi kolaydır. Üç allotropik modifikasyonu vardır - faz dönüşüm sıcaklıklarına sahip α, β ve γ: α → β 668,8 °C, β → γ 772,2 °C; α-formu eşkenar dörtgen bir kafese sahiptir (a = 2,8538Å, b = 5,8662Å, c = 4,9557Å), β-formu bir tetragonal kafese sahiptir (720 °C'de a = 10,759Å, b = 5,656Å), γ-formu - vücut merkezli kübik kafes (850 °C'de a = 3,538 Å). Uranyumun a-formundaki (25 °C) yoğunluğu 19,05 g/cm3'tür; t pl 1132 °C; kaynama noktası 3818 °C; ısıl iletkenlik (100-200 °C), 28,05 W/(m·K), (200-400 °C) 29,72 W/(m·K); özgül ısı kapasitesi (25 °C) 27,67 kJ/(kg·K); oda sıcaklığında özgül elektriksel direnç yaklaşık 3·10 -7 ohm·cm, 600 °C'de 5,5·10 -7 ohm·cm'dir; 0,68 K'de süperiletkenliğe sahiptir; zayıf paramanyetik, oda sıcaklığında spesifik manyetik duyarlılık 1,72·10 -6.
Uranyumun mekanik özellikleri, saflığına ve mekanik ve ısıl işlem modlarına bağlıdır. Dökme Uranyum için elastik modülün ortalama değeri 20,5·10-2 Mn/m2'dir; oda sıcaklığında çekme mukavemeti 372-470 Mn/m2; β- ve γ-fazlarından sertleştikten sonra mukavemet artar; ortalama Brinell sertliği 19,6-21,6·10 2 MN/m2 .
Bir nötron akışı (bir nükleer reaktörde meydana gelen) ile ışınlama, Uranyumun fiziksel ve mekanik özelliklerini değiştirir: sürünme gelişir ve kırılganlık artar, ürünlerin deformasyonu gözlenir, bu da Uranyumun nükleer reaktörlerde çeşitli uranyum formunda kullanılmasını zorlar. alaşımlar.
Uranyum radyoaktif bir elementtir. Nuclei 235 U ve 233 U fisyonu kendiliğinden ve ayrıca 508 · 10 -24 cm2 (508 ahır) ve 533 · 10 -24 cm2 (533 ahır) etkili fisyon kesitine sahip hem yavaş (termal) hem de hızlı nötronların yakalanması üzerine ) sırasıyla. 238 U çekirdeği, yalnızca en az 1 MeV enerjiye sahip hızlı nötronların yakalanması üzerine bölünür; yavaş nötronları yakalarken, 238 U, nükleer özellikleri 235 U'ya yakın olan 239 Pu'ya dönüşür. Sulu çözeltilerdeki kritik Uranyum kütlesi (% 93,5 235 U), açık bir top için 1 kg'dan azdır - yaklaşık 50 kg, reflektörlü bir top için - 15-23 kg; kritik kütle 233 U, kritik kütle 235 U'nun yaklaşık 1/3'üdür.
Uranyumun kimyasal özellikleri. Uranyum atomunun dış elektron kabuğunun konfigürasyonu 7s 2 6d l 5f 3'tür. Uranyum reaktif bir metaldir, bileşiklerde +3, +4, +5, +6, bazen +2 oksidasyon durumları sergiler; en kararlı bileşikler U (IV) ve U (VI)'dır. Havada, yüzeyde metali daha fazla oksidasyondan korumayan bir oksit (IV) filminin oluşmasıyla yavaş yavaş oksitlenir. Toz halindeki Uranyum piroforiktir ve parlak bir alevle yanar. Oksijenle birlikte oksit (IV) UO 2, oksit (VI) UO 3 ve en önemlileri U 3 O 8 olan çok sayıda ara oksit oluşturur. Bu ara oksitler UO2 ve UO3'e benzer özelliklere sahiptir. Yüksek sıcaklıklarda UO 2, UO 1,60'tan UO 2,27'ye kadar geniş bir homojenlik aralığına sahiptir. 500-600°C'de flor ile UF 4 tetraflorür (suda ve asitlerde az çözünen yeşil iğne şeklinde kristaller) ve UF 6 heksaflorür (56,4°C'de erimeden süblimleşen beyaz kristalli bir madde) oluşturur; kükürtlü - ABD'nin (nükleer yakıt) en önemlisi olduğu bir dizi bileşik. Uranyum 220 °C'de hidrojenle etkileşime girdiğinde hidrit UH3 elde edilir; 450 ila 700 ° C arasındaki sıcaklıklarda nitrojen ve atmosferik basınç - U 4 N 7 nitrür ile; daha yüksek nitrojen basıncında ve aynı sıcaklıkta UN, U 2 N 3 ve UN 2 elde edilebilir; 750-800 °C'de karbon ile - monokarbür UC, dikarbür UC2 ve ayrıca U2C3; metallerle çeşitli türlerde alaşımlar oluşturur. Uranyum, 150-250 ° C sıcaklık aralığında su buharı ile UO 2 nH2 oluşturmak üzere kaynar su ile yavaş yavaş reaksiyona girer; hidroklorik ve nitrik asitlerde çözünür, konsantre hidroflorik asitte az çözünür. U(VI), UO22+ uranil iyonunun oluşumuyla karakterize edilir; uranil tuzlarının rengi sarıdır ve su ve mineral asitlerde yüksek oranda çözünür; U(IV) tuzları yeşildir ve daha az çözünür; uranil iyonu sulu çözeltilerde hem inorganik hem de organik maddelerle kompleks oluşturma konusunda son derece yeteneklidir; Teknoloji açısından en önemlileri karbonat, sülfat, florür, fosfat ve diğer komplekslerdir. Bileşimi üretim koşullarına bağlı olarak değişen çok sayıda uranat (saf formda izole edilmemiş uranik asit tuzları) bilinmektedir; Tüm uranatların suda çözünürlüğü düşüktür.
Uranyum ve bileşikleri radyasyondur ve kimyasal olarak toksiktir. Mesleki maruziyet için izin verilen maksimum doz (MAD) yılda 5 rem'dir.
Uranüs'ü alıyorum. Uranyum, %0,05-0,5 U içeren uranyum cevherlerinden elde edilir. Her zaman uranyuma eşlik eden radyumun γ-radyasyonuna dayanan sınırlı bir radyometrik sınıflandırma yöntemi dışında, cevherler pratik olarak zenginleştirilmemiştir. Temel olarak cevherler, Uranyumun UO2S04 veya kompleks anyonlar 4- formunda asidik bir çözeltiye ve 4 formunda bir soda çözeltisine aktarılmasıyla sülfürik, bazen nitrik asitler veya soda çözeltileri çözeltileriyle liçlenir. -. Uranyumun çözeltilerden ve hamurlardan ekstrakte edilmesi ve konsantre edilmesi, ayrıca safsızlıklardan arındırılması, iyon değişim reçineleri üzerinde sorpsiyon ve organik çözücüler (tribütil fosfat, alkilfosforik asitler, aminler) ile ekstraksiyon kullanılır. Daha sonra alkali eklenerek çözeltilerden amonyum veya sodyum uranatlar veya U(OH)4 hidroksit çökeltilir. Yüksek saflıkta bileşikler elde etmek için, teknik ürünler nitrik asit içinde eritilir ve nihai ürünleri UO3 veya U3O8 olan rafinaj saflaştırma işlemlerine tabi tutulur; bu oksitler 650-800 °C'de hidrojen veya ayrışmış amonyak ile UO2'ye indirgenir, ardından 500-600 °C'de hidrojen florür gazıyla işlenerek UF4'e dönüştürülür. UF4 aynı zamanda kristalli hidrat UF4nH20'nun hidroflorik asit ile çözeltilerden çökeltilmesi ve ardından ürünün bir hidrojen akışı içinde 450 °C'de dehidrasyonu yoluyla da elde edilebilir. Endüstride, UF 4'ten Uranyum elde etmenin ana yöntemi, Uranyumun 1,5 tona kadar olan külçeler formunda salınmasıyla kalsiyum-termal veya magnezyum-termal indirgenmesidir.Külçeler vakumlu fırınlarda rafine edilir.
Uranyum teknolojisinde çok önemli bir süreç, 235 U izotopunun cevherlerdeki doğal içeriğin üzerinde zenginleştirilmesi veya bu izotopun saf formunda izole edilmesidir, çünkü 235 U ana nükleer yakıttır; Bu, 238 U ve 235 U kütleleri arasındaki farka dayalı olarak gaz termal difüzyonu, santrifüj ve diğer yöntemlerle yapılır; Ayırma işlemlerinde uranyum, uçucu heksaflorür UF 6 formunda kullanılır. Yüksek derecede zenginleştirilmiş Uranyum veya izotoplar elde edilirken kritik kütleleri dikkate alınır; bu durumda en uygun yöntem uranyum oksitlerin kalsiyum ile indirgenmesidir; ortaya çıkan CaO cürufu, asitlerde çözündürülerek Uranyumdan kolaylıkla ayrılır. Toz halinde uranyum, oksit (IV), karbürler, nitrürler ve diğer refrakter bileşikleri elde etmek için toz metalurjisi yöntemleri kullanılır.
Uranüs'ün uygulanması. Uranyum metali veya bileşikleri öncelikle nükleer reaktörlerde nükleer yakıt olarak kullanılır. Nükleer santrallerin sabit reaktörlerinde doğal veya az zenginleştirilmiş bir Uranyum izotop karışımı kullanılır, nükleer santrallerde veya hızlı nötronlarla çalışan reaktörlerde yüksek derecede zenginleştirilmiş bir ürün kullanılır. 235 U, nükleer silahlardaki nükleer enerji kaynağıdır. 238 U, ikincil nükleer yakıt - plütonyum kaynağı olarak hizmet eder.
Vücuttaki Uranyum. Bitki, hayvan ve insan dokularında mikro miktarlarda (%10 -5 -10 -8) bulunur. Bitki külünde (toprakta yaklaşık %10-4 oranında Uranyum içeriği bulunan) konsantrasyonu %1,5·10-5'tir. Uranyum büyük ölçüde bazı mantarlar ve algler tarafından biriktirilir (ikincisi, Uranyumun su - su bitkileri - balık - insanlar zinciri boyunca biyojenik göçüne aktif olarak katılır). Uranyum, hayvanların ve insanların vücuduna, mide-bağırsak kanalındaki yiyecek ve suyla, solunum yollarındaki havanın yanı sıra deri ve mukoza zarlarından da girer. Uranyum bileşikleri gastrointestinal kanalda emilir - gelen çözünebilir bileşik miktarının yaklaşık% 1'i ve az çözünenlerin% 0,1'inden fazlası değil; Sırasıyla %50 ve %20'si akciğerlerde emilir. Uranyum vücutta eşit olmayan bir şekilde dağılmıştır. Ana depo (birikim ve birikim yerleri) dalak, böbrekler, iskelet, karaciğer ve az çözünen bileşikler solunduğunda akciğerler ve bronkopulmoner lenf düğümleridir. Uranyum (karbonatlar ve proteinlerle kompleksler halinde) kanda uzun süre dolaşmaz. Hayvanların ve insanların organ ve dokularındaki uranyum içeriği 10-7 g/g'ı geçmez. Buna göre sığır kanında 1·10 -8 g/ml, karaciğerde 8·10 -8 g/g, kaslarda 4·10 -11 g/g, dalakta 9·10 -8 g/g bulunur. İnsan organlarındaki Uranyum içeriği şu şekildedir: karaciğerde 6·10 -9 g/g, akciğerlerde 6·10 -9 -9·10 -9 g/g, dalakta 4,7·10 -7 g/g , kanda 4-10 -10 g/ml, böbreklerde 5,3·10 -9 (kortikal tabaka) ve 1,3·10 -8 g/g (medüller tabaka), kemiklerde 1·10 -9 g/g , kemik iliğinde 1-10 -8 g/g, saçta 1,3·10 -7 g/g. Kemik dokusunda bulunan Uranyum, sürekli ışınlanmasına neden olur (Uranyumun iskeletten yarı ömrü yaklaşık 300 gündür). Uranyumun en düşük konsantrasyonları beyinde ve kalptedir (10-10 g/g). Uranyumun yiyecek ve sıvılarla günlük alımı 1,9·10 -6 g, havayla - 7·10 -9 g'dır. Uranyumun insan vücudundan günlük atılımı: idrarla 0,5·10 -7 - 5·10 - 7 g, dışkıyla birlikte - 1,4·10 -6 -1,8·10 -6 g, saçlı - 2·10 -8 g.
Uluslararası Radyasyondan Korunma Komisyonu'na göre insan vücudundaki ortalama Uranyum içeriği 9·10 -5 g'dır.Bu değer farklı bölgelere göre değişiklik gösterebilir. Hayvanların ve bitkilerin normal işleyişi için Uranyumun gerekli olduğuna inanılmaktadır.
Uranyumun toksik etkisi kimyasal özelliklerine göre belirlenir ve çözünürlüğe bağlıdır: uranil ve diğer çözünür uranyum bileşikleri daha toksiktir. Uranyum hammaddelerinin çıkarılması ve işlenmesi için işletmelerde ve teknolojik süreçte kullanıldığı diğer endüstriyel tesislerde uranyum ve bileşikleri ile zehirlenme mümkündür. Uranyum vücuda girdiğinde genel bir hücresel zehir olarak tüm organ ve dokuları etkiler. Zehirlenme belirtileri böbreklerdeki birincil hasardan kaynaklanır (idrarda protein ve şekerin ortaya çıkması, ardından oligüri); karaciğer ve gastrointestinal sistem de etkilenir. Akut ve kronik zehirlenmeler vardır; ikincisi, kademeli gelişim ve daha az şiddetli semptomlarla karakterize edilir. Kronik zehirlenme durumunda hematopoez, sinir sistemi vb. bozuklukları mümkündür Uranyumun moleküler etki mekanizmasının, enzimlerin aktivitesini baskılama yeteneği ile ilişkili olduğuna inanılmaktadır.
URANYUM (Uranüs gezegeninin adından), U - radyoaktif kimyasal. periyodik element sisteminin grup III'ün elementi; en. N. 92, saat. m.238.029; Aktinitlere aittir. Gümüş beyazı parlak metal. Bileşiklerde +2'den +6'ya kadar oksidasyon durumları sergiler, en karakteristik olanı +4 ve +6'dır.
Doğal Uranyum, 238U (%99,282), 235U (%0,712) ve 234U (%0,006) izotoplarından oluşur. Yapay izotoplar arasında 233U izotopu pratik öneme sahiptir. U02 oksit formundaki U. Almanlar tarafından keşfedildi (1789). kimyager M.-G. Klaproth. Uranyum metali Fransızlar tarafından alındı (1841). kimyager E.-M. Peligo. 40'lı yıllardan beri 20. yüzyıl U., nötronların yakalanması sırasında atomlarının bölünmesi sırasında açığa çıkan bir nükleer enerji kaynağı olarak önem kazanmıştır; 235U ve 233U bu özelliğe sahiptir. İzotop 238U, nötronları yakaladığında yine nükleer yakıt olan (239Pu)'ya dönüşür. Yer kabuğundaki uranyum içeriği %0,3-0,0004'tür. Ana minerali çeşitli uranit - pitchblend'dir (uranyum zifti) (%40-76 U). Uranyum, granitlerde (%0,0004), toprakta (%0,0001 -0,00004) ve sularda (~%10 -8) küçük miktarlarda bulunur.
Allotropik modifikasyonlarından üçü bilinmektedir: ortorombik kristal kafesli ve a = 2.8541 A, b = 5.8692 A ve c = 4.9563 A (sıcaklık 25 ° C) periyotlarına sahip alfa-uranyum, t-re 667.7 ° C'de dönüşür. tetragonal kristal kafesli ve a = 10.759 A ve c = 5.656 A (t-ra 720 ° C) periyotlarına sahip beta-uranyum; 774,8° C sıcaklığın üzerinde gama-uranyum, vücut merkezli kübik kafes ve a = 3,524 A (sıcaklık 805° C) periyoduyla stabildir.
Oda sıcaklığında alfa-uranyumun yoğunluğu 19,05 g/cm3'tür; erime noktası 1132° C; kaynama noktası 3820° C (basınç 1 at). Dönüşüm ısısı alfa⇄ beta, beta ⇄ gama, uranyumun erimesi ve buharlaşması sırasıyla ~ 0,70; 1.15; 4,75 ve 107-117 kcal/mol. Isı kapasitesi c = 6,4 cal/mol (sıcaklık 25°C). Ortalama katsayı sırasıyla 20-500 ° C sıcaklık aralığında a, b ve c eksenleri boyunca alfa uranyumun termal genleşmesi, 32.9; -6,3 ve 27,6 10-6 derece-1. Uranyumun oda sıcaklığında ısı iletkenlik katsayısı ~ 0,06 cal/cm sn derecedir ve sıcaklık arttıkça artar. Alfa uranyumun elektriksel direnci kristalografik yöne bağlıdır; yüksek saflıkta çok kristalli bir numunenin uranyum için ortalama değeri oda sıcaklığında ~ 30 μΩ x cm'dir ve 600 ° C'de ~ 54 μΩ x cm'ye yükselir. Young modülünün anizotropisi alfa uranyumda da gözlenir. Çok kristalli alfa uranyumun Young modülü 2,09 x 104 kgf/mm2'dir; kesme modülü 0,85 x 104 kgf/mm2; katsayı Poisson 0.23. Alfa-uranyumun sertliği oda sıcaklığında HV = 200'dür, ancak 600° C sıcaklıkta 12'ye düşer.
Alfadan beta uranyuma geçiş sırasında sertlik ~10'dan ~30'a yükselir. Tavlanmış alfa uranyumun (%0,02 C) 20°C sıcaklıkta çekme mukavemeti ~42 kgf/mm2 olup, 49 kgf/'ye çıkar. mm2, 100°C'lik bir sıcaklıkta ve daha sonra sıcaklığın 600°C'ye yükselmesiyle hemen hemen doğrusal olarak ~ 11 kgf/mm2'ye düşer. 20°C'lik bir sıcaklıkta, sırasıyla akma mukavemeti, bağıl uzama ve bağıl büzülme şu şekildedir: 26 kgf/ mm2, %8 ve 11 ve 600° C - 9 kgf/mm2 sıcaklıkta, %26 ve 65. Karbon içeriğini %0,01'den %0,20'ye çıkarmak, mukavemeti ve akma sınırlarını artırırσ 0,2, sırasıyla 37 ve 24'ten 52 ve 32 kgf/mm2'ye. Uranyumun tüm mekanik özellikleri önemli ölçüde yabancı maddelerin varlığına ve ön işleme bağlıdır.
Uranyumun sürünmesi özellikle sıcaklıktaki döngüsel değişikliklere bağlıdır; bu da katsayıdaki büyük fark nedeniyle ortaya çıkan ek termal gerilimlerle ilişkilidir. alfa-uranyumun çeşitli kristalografik yönleri boyunca termal genleşmesi. 20 ve 100°C sıcaklıklarda düşük olan alfa uranyumun (%0,03 C) darbe dayanımı (sırasıyla 1,4 ve 2,3 kgf-m/cm2), 500° sıcaklıkta neredeyse doğrusal olarak 11,7 kgf-m/cm2'ye yükselir. C. Karakteristik bir özellik, tekrarlanan ısıtma ve soğutmanın etkisi altında polikristalin alfa-uranyum çubuklarının eksen boyunca bir dokuya sahip uzamasıdır.
Uranyum atomları fisyona uğradığında, uranyumda çözünmez hale gelir, bu da metalin şişmesine neden olur (nükleer yakıt için çok istenmeyen bir durumdur). Uranyum, oda sıcaklığında bile kuru havada ince bir oksit filmi oluşturarak oksitlenir; 200° C sıcaklığa ısıtıldığında, 200-400° C sıcaklıkta daha yüksek bir sıcaklıkta kireç dioksit U02 - U308 oluşur. sıcaklık - U308.U03 (daha doğrusu, bu oksitlere dayanan katı çözeltiler). Oksidasyon hızı 50°C sıcaklıkta düşük ve 300°C sıcaklıkta çok yüksektir.Uranyum, nitrojen ile 400°C sıcaklığın altında yavaş, ancak 750-800°C sıcaklıkta oldukça hızlı reaksiyona girer. hidrojen ile UH3 hidrit oluşumu ile zaten oda sıcaklığında meydana gelir.
70° C'ye kadar sıcaklıklardaki suda, uranyum üzerinde koruyucu etkisi olan bir dioksit filmi oluşur; 100°C sıcaklıkta etkileşim önemli ölçüde hızlanır. U. elde etmek için cevherleri ıslak kimyasallarla zenginleştirilir. Oksitleyici bir madde - manganez dioksit varlığında sülfürik asit ile liç yöntemi. Uranyum, organik çözücülerle bir sülfat çözeltisinden ekstrakte edilir veya fenolik reçinelerle izole edilir. Ortaya çıkan konsantre nitrojen çözeltisi içinde eritilir. Ortaya çıkan uranil nitrat U02 (N03)2, örneğin bütil fosfatla ekstrakte edilir ve ikincisinden serbest bırakıldıktan sonra U bileşikleri, 500-700 ° C sıcaklıkta ayrıştırılır. Ortaya çıkan yüksek saflıkta U308 ve U03, 600-800 ° C sıcaklıkta hidrojen ile U02 dioksite indirgenir.
Uranyum metali, daha önce 500 ° C sıcaklıkta susuz hidrojen florürün etkisiyle dioksitten elde edilen uranyum dioksit UO2 veya uranyum tetraflorür UF4'ün metalotermik indirgenmesiyle (kalsiyum veya magnezyum ile) elde edilir. İkinci yöntem daha yaygındır ve izin verir Yüksek saflıkta (%0,0045 Fe, %0,001 Si, %0,003 C) ve bir tondan daha ağır külçeler elde etmek için birincisi. Uranyum metali ayrıca 800-1200° C sıcaklıkta UF4 içeren tuz banyolarında elektroliz yoluyla elde edilir. Ham uranyum genellikle grafit potalarda, dökümlü yüksek frekanslı vakum fırınlarında rafinaj eritme işlemine (sıcaklık 1450-1600° C) tabi tutulur. Grafit kalıplara.
Küçük prototipler, büyük külçeleri deforme etmek için alfa veya gama durumunda preslemenin yanı sıra aynı zamanda kullanılan alfa durumunda dövme yoluyla deforme edilir. Soğuk haddeleme uranyumun mukavemet özelliklerini, sıkıştırma sırasındaki sertliği% 40 arttırır, HV'yi 235'ten 325'e arttırır. Sertleşmenin giderilmesi esas olarak teknik saflıktaki metalde 350-450 ° C sıcaklıkta meydana gelir ve bu koşullar altında yeniden kristalleşme eşlik eder ; ikincil, kolektif yeniden kristalleşme 600-650° C sıcaklıkta gelişir. Uranyumun su veya yağ içinde beta veya gama durumundan soğutulması, alfa fazının oluşumunu bastırmaz, ancak özellikle alfa uranyumun varlığında alfa uranyum tanesini rafine eder. safsızlıklar. Metal U.,
Irak Büyükelçisinin BM'ye gönderdiği mesaj Muhammed Ali el-Hakim 9 Temmuz tarihli raporda IŞİD aşırılıkçılarının (Irak İslam Devleti ve Şam İslam Devleti) emrinde olduğu söyleniyor. IAEA (Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı), Irak'ın daha önce kullandığı nükleer maddelerin düşük toksik özelliklere sahip olduğunu, dolayısıyla İslamcıların ele geçirdiği malzemeleri aceleyle açıkladı.
Durumu bilen bir ABD hükümeti kaynağı Reuters'e, militanlar tarafından çalınan uranyumun büyük olasılıkla zenginleştirilmediğini ve bu nedenle nükleer silah yapımında kullanılma ihtimalinin düşük olduğunu söyledi. RIA Novosti'nin haberine göre, Iraklı yetkililer bu olay hakkında resmi olarak Birleşmiş Milletler'i bilgilendirdi ve onları "kullanım tehdidini engellemeye" çağırdı.
Uranyum bileşikleri son derece tehlikelidir. AiF.ru tam olarak neyin, kimin ve nasıl nükleer yakıt üretebileceğini anlatıyor.
Uranyum nedir?
Uranyum, periyodik tabloda U sembolü ile gösterilen, gümüşi beyaz parlak bir metal olan atom numarası 92 olan kimyasal bir elementtir. Saf haliyle, yer kabuğunda (litosfer) bulunan çelikten biraz daha yumuşak, dövülebilir, esnektir. ) ve deniz suyunda ve saf haliyle pratikte oluşmaz. Nükleer yakıt uranyum izotoplarından yapılır.
Uranyum ağır, gümüşi beyaz, parlak bir metaldir. Fotoğraf: Commons.wikimedia.org / Orijinal yükleyici en.wikipedia'daki Zxctypo idi.
Uranyumun radyoaktivitesi
1938 yılında Alman fizikçiler Otto Hahn ve Fritz Strassmann uranyum çekirdeğini nötronlarla ışınladı ve bir keşif yaptı: Serbest bir nötronu yakalayan uranyum izotop çekirdeği, parçaların ve radyasyonun kinetik enerjisi nedeniyle muazzam bir enerji böler ve serbest bırakır. 1939-1940'ta Yuliy Khariton Ve Yakov Zeldoviç ilk kez doğal uranyumun uranyum-235 ile küçük bir zenginleştirilmesiyle atom çekirdeklerinin sürekli bölünmesi için koşullar yaratmanın, yani sürece zincirleme bir karakter vermenin mümkün olduğunu teorik olarak açıkladı.
Zenginleştirilmiş uranyum nedir?
Zenginleştirilmiş uranyum, kullanılarak üretilen uranyumdur. 235U izotopunun uranyumdaki payını artırmaya yönelik teknolojik süreç. Sonuç olarak, doğal uranyum zenginleştirilmiş uranyum ve tükenmiş uranyum olarak ikiye ayrılır. Doğal uranyumdan 235U ve 234U çıkarıldıktan sonra geriye kalan malzemeye (uranyum-238), 235 izotopu tükenmiş olduğundan "tükenmiş uranyum" adı verilmektedir. Bazı tahminlere göre Amerika Birleşik Devletleri yaklaşık 560.000 ton tükenmiş uranyum heksaflorür (UF6) depolamaktadır. Seyreltilmiş uranyum, esas olarak 234U'nun çıkarılmasından dolayı doğal uranyumun yarısı kadar radyoaktiftir. Uranyumun birincil kullanımı enerji üretimi olduğundan, tükenmiş uranyum, ekonomik değeri düşük, az kullanımlı bir üründür.
Nükleer enerjide sadece zenginleştirilmiş uranyum kullanılmaktadır. Uranyumun en yaygın kullanılan izotopu, kendi kendine devam eden bir nükleer zincir reaksiyonunun mümkün olduğu 235U'dur. Bu nedenle bu izotop nükleer reaktörlerde ve nükleer silahlarda yakıt olarak kullanılıyor. U235 izotopunun doğal uranyumdan izolasyonu pek çok ülkenin uygulayamayacağı karmaşık bir teknolojidir. Uranyum zenginleştirmesi, ana enerji çıktısının daha hafif elementler oluşturmak için ağır çekirdek fisyonunun nükleer reaksiyonundan geldiği tek fazlı veya tek aşamalı patlayıcı cihazlar olan atomik nükleer silahların üretilmesine olanak tanır.
Toryumdan reaktörlerde yapay olarak üretilen Uranyum-233 (toryum-232 bir nötronu yakalar ve toryum-233'e dönüşür, o da protaktinyum-233'e ve daha sonra uranyum-233'e bozunur), gelecekte nükleer enerji için ortak bir nükleer yakıt haline gelebilir tesisler (şu anda bu nüklidi yakıt olarak kullanan reaktörler var, örneğin Hindistan'da KAMİNİ) ve atom bombalarının üretimi (kritik kütle yaklaşık 16 kg).
Yaklaşık 20 mm çapında 30 mm kalibreli bir merminin (A-10 uçağının GAU-8 topu) çekirdeği tükenmiş uranyumdan yapılmıştır. Fotoğraf: Commons.wikimedia.org / Orijinal yükleyici en.wikipedia'da Nrcprm2026 idi
Hangi ülkeler zenginleştirilmiş uranyum üretiyor?
- Fransa
- Almanya
- Hollanda
- İngiltere
- Japonya
- Rusya
- Çin
- Pakistan
- Brezilya
Dünya uranyum üretiminin %94'ünü üreten 10 ülke. Fotoğraf: Commons.wikimedia.org / KarteUrangewinnung
Uranyum bileşikleri neden tehlikelidir?
Uranyum ve bileşikleri zehirlidir. Uranyumun aerosolleri ve bileşikleri özellikle tehlikelidir. Suda çözünür uranyum bileşiklerinin aerosolleri için havadaki izin verilen maksimum konsantrasyon (MPC) 0,015 mg/m³'tür, uranyumun çözünmeyen formları için MAC 0,075 mg/m³'tür. Uranyum vücuda girdiğinde genel bir hücresel zehir olarak tüm organları etkiler. Uranyum, diğer birçok ağır metal gibi, proteinlere, özellikle de amino asitlerin sülfit gruplarına neredeyse geri dönülemez şekilde bağlanarak onların işlevlerini bozar. Uranyumun moleküler etki mekanizması, enzim aktivitesini baskılama yeteneği ile ilişkilidir. Böbrekler öncelikle etkilenir (idrarda protein ve şeker görülür, oligüri). Kronik zehirlenme ile hematopoez ve sinir sistemi bozuklukları mümkündür.
Uranyumun barışçıl amaçlarla kullanılması
- Küçük bir uranyum ilavesi, cama güzel bir sarı-yeşil renk verir.
- Sodyum uranyum boyamada sarı pigment olarak kullanılır.
- Uranyum bileşikleri, porselen üzerine boyama ve seramik sırları ve emayeler için boya olarak kullanıldı (oksidasyon derecesine bağlı olarak sarı, kahverengi, yeşil ve siyah renklere boyanmış).
- 20. yüzyılın başında uranil nitrat, negatifleri ve pozitifleri (fotoğraf baskıları) kahverengiyi renklendirmek (tonlamak) için yaygın olarak kullanıldı.
- Demir ve tükenmiş uranyum (uranyum-238) alaşımları güçlü manyetostriktif malzemeler olarak kullanılır.
Bir izotop, aynı atom (sıra) numarasına ancak farklı kütle numaralarına sahip olan bir kimyasal elementin çeşitli atomlarıdır.
Periyodik tablonun III. grubunun aktinitlere ait bir elementi; ağır, hafif radyoaktif metal. Toryumun bazen yeri doldurulamaz bir rol oynadığı bir dizi uygulaması vardır. Bu metalin periyodik element tablosundaki konumu ve çekirdeğin yapısı, atom enerjisinin barışçıl kullanım alanında kullanımını önceden belirlemiştir.
*** Oliguria (Yunan oligolarından - küçük ve ouron - idrar) - böbrekler tarafından atılan idrar miktarında azalma.
Uranüs, güneş sistemindeki yedinci gezegen ve üçüncü gaz devidir. Gezegen kütle olarak üçüncü ve dördüncü en büyük gezegendir ve adını Roma tanrısı Satürn'ün babasının onuruna almıştır.
Kesinlikle Uranüs modern tarihte keşfedilen ilk gezegen olma onuruna sahiptir. Ancak gerçekte onun bir gezegen olduğunu ilk kez keşfetmesi gerçekleşmedi. 1781 yılında gökbilimci William Herschelİkizler takımyıldızındaki yıldızları gözlemlerken, başlangıçta kuyruklu yıldız olarak kaydettiği ve İngiltere Kraliyet Bilim Derneği'ne bildirdiği disk şeklinde belirli bir nesneyi fark etti. Ancak daha sonra Herschel, nesnenin yörüngesinin kuyruklu yıldızlarda olduğu gibi eliptik değil, pratik olarak dairesel olduğu gerçeği karşısında şaşırdı. Ancak bu gözlem diğer gökbilimciler tarafından doğrulandıktan sonra Herschel, aslında bir kuyruklu yıldız değil, bir gezegen keşfettiği sonucuna vardı ve bu keşif sonunda geniş çapta kabul gördü.
Keşfedilen nesnenin bir gezegen olduğu verilerini doğruladıktan sonra Herschel, ona kendi adını verme ayrıcalığını elde etti. Gökbilimci tereddüt etmeden İngiltere Kralı III. George'un adını seçti ve gezegene "George'un Yıldızı" anlamına gelen Georgium Sidus adını verdi. Ancak bu isim hiçbir zaman bilimsel olarak tanınmadı ve bilim insanları çoğunlukla Güneş sisteminin gezegenlerini adlandırırken belirli bir geleneğe bağlı kalmanın, yani onları eski Roma tanrılarının onuruna adlandırmanın daha iyi olduğu sonucuna vardık. Uranüs modern adını bu şekilde almıştır.
Şu anda Uranüs hakkında bilgi toplamayı başaran tek gezegen misyonu Voyager 2'dir.
1986 yılında gerçekleşen bu toplantı, bilim adamlarının gezegen hakkında oldukça büyük miktarda veri elde etmesine ve birçok keşif yapmasına olanak sağladı. Uzay aracı Uranüs'ün, uydularının ve halkalarının binlerce fotoğrafını gönderdi. Gezegenin pek çok fotoğrafı yerdeki teleskoplardan görülebilen mavi-yeşil rengin biraz fazlasını gösterse de, diğer görüntüler daha önce bilinmeyen on uydunun ve iki yeni halkanın varlığını gösteriyordu. Yakın gelecekte Uranüs'e yeni bir görev planlanmamaktadır.
Uranüs'ün koyu mavi rengi nedeniyle, gezegenin atmosferik bir modelini yaratmanın aynı veya hatta modellerden çok daha zor olduğu ortaya çıktı. Neyse ki Hubble Uzay Teleskobu'ndan alınan görüntüler daha geniş bir resim sağladı. Daha modern teleskop görüntüleme teknolojileri Voyager 2'ye göre çok daha detaylı görüntüler elde etmeyi mümkün kıldı. Böylece Hubble fotoğrafları sayesinde diğer gaz devlerinde olduğu gibi Uranüs'te de enlem bantlarının bulunduğunu öğrenmek mümkün oldu. Ayrıca gezegendeki rüzgar hızları 576 km/saatin üzerine çıkabiliyor.
Monoton bir atmosferin ortaya çıkmasının nedeninin en üst katmanının bileşimi olduğuna inanılmaktadır. Bulutun görünür katmanları öncelikle kırmızı renge karşılık gelen bu gözlemlenen dalga boylarını emen metandan oluşur. Böylece yansıyan dalgalar mavi ve yeşil renklerle temsil edilir.
Bu dış metan tabakasının altında atmosfer yaklaşık %83 hidrojen (H2) ve %15 helyumdan oluşur; bir miktar metan ve asetilen de mevcuttur. Bu bileşim Güneş Sistemindeki diğer gaz devlerine benzer. Ancak Uranüs'ün atmosferi başka bir açıdan çarpıcı biçimde farklıdır. Jüpiter ve Satürn çoğunlukla gazlı atmosferlere sahipken, Uranüs'ün atmosferi çok daha fazla buz içeriyor. Bunun kanıtı yüzeydeki aşırı düşük sıcaklıklardır. Uranüs'ün atmosfer sıcaklığının -224°C'ye ulaştığı göz önüne alındığında güneş sistemindeki en soğuk atmosfer denilebilir. Ayrıca mevcut veriler, Uranüs'ün neredeyse tüm yüzeyinin etrafında, hatta Güneş tarafından aydınlatılmayan tarafında bile bu kadar düşük sıcaklıkların mevcut olduğunu gösteriyor.
Gezegen bilim adamlarına göre Uranüs iki katmandan oluşur: çekirdek ve manto. Mevcut modeller, çekirdeğin esas olarak kaya ve buzdan oluştuğunu ve kütlenin yaklaşık 55 katı olduğunu öne sürüyor. Gezegenin mantosu 8,01 x 10 üzeri 24 kg veya yaklaşık 13,4 Dünya kütlesi ağırlığındadır. Ayrıca manto su, amonyak ve diğer uçucu elementlerden oluşur. Uranüs'ün mantosu ile Jüpiter ve Satürn'ün mantosu arasındaki temel fark, kelimenin geleneksel anlamında olmasa da buzlu olmasıdır. Gerçek şu ki buz çok sıcak ve kalın, mantonun kalınlığı ise 5.111 km.
Uranüs'ün bileşiminin en şaşırtıcı yanı ve onu yıldız sistemimizdeki diğer gaz devlerinden ayıran özelliği, Güneş'ten aldığından daha fazla enerji yaymamasıdır. Boyut olarak Uranüs'e çok yakın olan Güneş'in bile Güneş'ten aldığından yaklaşık 2,6 kat daha fazla ısı ürettiği göz önüne alındığında, Uranüs'ün ürettiği bu kadar zayıf bir güç, günümüz bilim adamlarını oldukça meraklandırıyor. Şu anda bu fenomenin iki açıklaması var. Birincisi, Uranüs'ün geçmişte devasa bir uzay nesnesine maruz kaldığını ve bunun da gezegenin (oluşum sırasında kazanılan) iç ısısının çoğunu uzaya kaybetmesine neden olduğunu gösteriyor. İkinci teori, gezegenin içinde, gezegenin iç ısısının yüzeye çıkmasına izin vermeyen bir tür bariyerin bulunduğunu belirtir.
Uranüs'ün yörüngesi ve dönüşü
Uranüs'ün keşfi, bilim adamlarının bilinen Güneş Sisteminin yarıçapını neredeyse iki katına çıkarmasına olanak sağladı. Bu, ortalama olarak Uranüs'ün yörüngesinin yaklaşık 2,87 x 10 üzeri 9 km olduğu anlamına gelir. Bu kadar büyük bir mesafenin nedeni, güneş ışınımının Güneş'ten gezegene geçiş süresidir. Güneş ışığının Uranüs'e ulaşması yaklaşık iki saat kırk dakika sürer; bu süre, güneş ışığının Dünya'ya ulaşmasından neredeyse yirmi kat daha uzundur. Muazzam mesafe aynı zamanda Uranüs'teki yılın uzunluğunu da etkiler; neredeyse 84 Dünya yılı sürer.
Uranüs'ün yörünge eksantrikliği 0,0473'tür ve bu Jüpiter'inkinden sadece biraz daha azdır - 0,0484. Bu faktör Uranüs'ü dairesel yörünge açısından Güneş Sistemindeki tüm gezegenler arasında dördüncü yapar. Uranüs'ün yörüngesindeki bu kadar küçük bir dışmerkezliğin nedeni, 2,74 x 10 üssü 9 km olan günberi noktası ile 3,01 x 109 km olan günötesi arasındaki farkın yalnızca 2,71 x 10 üzeri 8 km olmasıdır.
Uranüs'ün dönüşüyle ilgili en ilginç nokta eksenin konumudur. Gerçek şu ki, Uranüs dışındaki tüm gezegenlerin dönme ekseni yörünge düzlemlerine yaklaşık olarak diktir, ancak Uranüs'ün ekseni neredeyse 98° eğimlidir, bu da Uranüs'ün kendi tarafında döndüğü anlamına gelir. Gezegenin ekseninin bu konumunun sonucu, Uranüs'ün kuzey kutbunun gezegen yılının yarısı boyunca Güneş üzerinde, diğer yarısının da gezegenin güney kutbunda olmasıdır. Yani Uranüs'ün bir yarım küresinde gündüz süresi 42 Dünya yılı sürerken, diğer yarım kürede gece de aynı miktarda sürüyor. Bilim insanları, Uranüs'ün "kendi tarafına dönmesinin" nedeni olarak bir kez daha devasa bir kozmik cisimle çarpışmayı gösteriyor.
Güneş sistemimizdeki halkalardan en popülerinin uzun süre Satürn'ün halkaları olarak kaldığı göz önüne alındığında, Uranüs'ün halkaları 1977 yılına kadar keşfedilememişti. Ancak tek neden bu değil; bu kadar geç tespitin iki nedeni daha var: gezegenin Dünya'ya uzaklığı ve halkaların düşük yansıtıcılığı. 1986 yılında Voyager 2 uzay aracı, o zamanlar bilinenlere ek olarak gezegende iki halkanın daha varlığını tespit edebildi. 2005 yılında Hubble Uzay Teleskobu iki tane daha tespit etti. Bugün gezegen bilim adamları, en parlak olanı Epsilon halkası olan Uranüs'ün 13 halkası olduğunu biliyor.
Uranüs'ün halkaları parçacık boyutundan bileşime kadar neredeyse her bakımdan Satürn'ün halkalarından farklıdır. Birincisi, Satürn'ün halkalarını oluşturan parçacıkların çapı birkaç metreden biraz daha küçüktür; Uranüs'ün halkaları ise çapı yirmi metreye kadar olan birçok cisim içerir. İkincisi, Satürn'ün halkalarındaki parçacıkların çoğu buzdan oluşuyor. Ancak Uranüs'ün halkaları hem buzdan hem de önemli miktarda toz ve döküntüden oluşuyor.
William Herschel, Uranüs'ü ancak 1781'de keşfetti çünkü gezegen eski uygarlıklar tarafından görülemeyecek kadar karanlıktı. Herschel başlangıçta Uranüs'ün bir kuyruklu yıldız olduğuna inanıyordu, ancak daha sonra fikrini revize etti ve bilim, nesnenin gezegen statüsünü doğruladı. Böylece Uranüs modern tarihte keşfedilen ilk gezegen oldu. Herschel'in önerdiği orijinal isim, Kral III. George'un onuruna "George's Star" idi, ancak bilim camiası bunu kabul etmedi. "Uranüs" adı, gökbilimci Johann Bode tarafından antik Roma tanrısı Uranüs'ün onuruna önerildi.
Uranüs kendi ekseni etrafında her 17 saat 14 dakikada bir döner. Gibi, gezegen Dünya'nın ve diğer altı gezegenin yönünün tersine, geriye doğru yönde dönüyor.
Uranüs'ün ekseninin olağandışı eğiminin başka bir kozmik cisimle büyük bir çarpışmaya neden olabileceğine inanılıyor. Teori, Dünya büyüklüğünde olduğu varsayılan bir gezegenin, eksenini neredeyse 90 derece değiştiren Uranüs ile keskin bir şekilde çarpıştığı yönünde.
Uranüs'teki rüzgar hızları saatte 900 km'ye kadar ulaşabiliyor.
Uranüs, Dünya'nın kütlesinin yaklaşık 14,5 katı kadar bir kütleye sahiptir, bu da onu güneş sistemimizdeki dört gaz devi arasında en hafif yapmaktadır.
Uranüs'e genellikle "buz devi" denir. Üst katmanındaki hidrojen ve helyuma ek olarak (diğer gaz devleri gibi) Uranüs'ün de demir çekirdeğini çevreleyen buzlu bir mantosu vardır. Üst atmosfer, Uranüs'e karakteristik soluk mavi rengini veren amonyak ve buzlu metan kristallerinden oluşur.
Uranüs, Satürn'den sonra güneş sistemindeki en az yoğunluğa sahip ikinci gezegendir.
Uranyum (U), atom numarası 92 ve atom ağırlığı 238.029 olan bir elementtir. Bu, Dmitry Ivanovich Mendeleev'in periyodik tablosunun III. grubunun radyoaktif bir kimyasal elementidir ve aktinit ailesine aittir. Uranyum çok ağır (demirden 2,5 kat daha ağır, kurşundan 1,5 kat daha ağır), gümüşi beyaz, parlak bir metaldir. Saf haliyle çelikten biraz daha yumuşaktır, dövülebilir, esnektir ve hafif paramanyetik özelliklere sahiptir.
Doğal uranyum üç izotopun karışımından oluşur: 4,51∙109 yıllık yarı ömre sahip 238U (%99,274); 7,13∙108 yıllık yarı ömre sahip 235U (%0,702); 2,48∙105 yıllık yarı ömre sahip 234U (%0,006). İkinci izotop birincil değil radyojeniktir; radyoaktif 238U serisinin bir parçasıdır. Uranyum izotopları 238U ve 235U, iki radyoaktif serinin atalarıdır. Bu serinin son elemanları kurşun izotopları 206Pb ve 207Pb'dir.
Şu anda, kütle sayıları 217'den 242'ye kadar olan 23 yapay radyoaktif uranyum izotopu bilinmektedir. Aralarında "uzun ömürlü" olan, yarı ömrü 1,62∙105 yıl olan 233U'dur. Toryumun nötron ışınlaması sonucu elde edilir ve termal nötronların etkisi altında fisyon yapabilir.
Uranyum, 1789 yılında Alman kimyager Martin Heinrich Klaproth tarafından mineral pitchblende - “uranyum zifti” ile yaptığı deneyler sonucunda keşfedildi. Yeni elementin adı, William Herschel tarafından yakın zamanda keşfedilen (1781) Uranüs gezegeninin onuruna verildi. Sonraki yarım yüzyıl boyunca Klaproth tarafından elde edilen madde bir metal olarak kabul edildi, ancak 1841'de bu, Alman kimyager tarafından elde edilen uranyumun (UO2) oksit yapısını kanıtlayan Fransız kimyager Eugene Melchior Peligo tarafından yalanlandı. Peligo, UCl4'ü potasyum metali ile indirgeyerek uranyum metali elde etmeyi başardı ve ayrıca yeni elementin atom ağırlığını da belirledi. Uranyum ve özellikleri hakkındaki bilginin geliştirilmesinde bir sonraki kişi D.I. Mendeleev'di - 1874'te kimyasal elementlerin periyodizasyonu hakkında geliştirdiği teoriye dayanarak uranyumu masasının en uzak hücresine yerleştirdi. Rus kimyager, daha önce Peligo tarafından belirlenen uranyumun atom ağırlığını (120) iki katına çıkardı; bu tür varsayımların doğruluğu on iki yıl sonra Alman kimyager Zimmermann'ın deneyleriyle doğrulandı.
Onlarca yıldır uranyum yalnızca dar bir kimyager ve doğa bilimci çevresinin ilgisini çekmişti; kullanımı da sınırlıydı - cam ve boya üretimi. Ancak bu metalin radyoaktivitesinin keşfiyle (1896'da Henri Becquerel tarafından) uranyum cevherlerinin endüstriyel işlenmesi 1898'de başladı. Çok daha sonra (1939) nükleer fisyon olgusu keşfedildi ve 1942'den beri uranyum ana nükleer yakıt haline geldi.
Uranyumun en önemli özelliği, bazı izotoplarının çekirdeklerinin, nötronları yakalarken fisyona girebilmesidir; bu işlem sonucunda büyük miktarda enerji açığa çıkar. 92 numaralı elementin bu özelliği, enerji kaynağı olarak hizmet veren nükleer reaktörlerde kullanılır ve aynı zamanda atom bombasının çalışmasının da temelini oluşturur. Uranyum, jeolojide jeolojik süreçlerin sırasını (jeokronoloji) belirlemek amacıyla minerallerin ve kayaların yaşını belirlemek için kullanılır. Kayaçların farklı konsantrasyonlarda uranyum içermesi nedeniyle farklı radyoaktiviteye sahiptirler. Bu özellik, jeofizik yöntemler kullanılarak kayaların tanımlanmasında kullanılır. Bu yöntem en yaygın olarak kuyuların jeofizik araştırmaları sırasında petrol jeolojisinde kullanılır. Uranyum bileşikleri, porselen ve seramik sırları ve emayeleri boyamak için boya olarak kullanıldı (oksidasyon derecesine bağlı olarak sarı, kahverengi, yeşil ve siyah renklerle boyanmış), örneğin sodyum uranat Na2U2O7 sarı bir pigment olarak kullanıldı. tablo.
Biyolojik özellikler
Uranyum biyolojik ortamda oldukça yaygın bir elementtir; bu metalin yoğunlaştırıcıları, şemaya göre doğadaki uranyumun biyolojik döngüsü zincirinde yer alan bazı mantar ve alg türleri olarak kabul edilir: su - su bitkileri - balık - insanlar. Böylece, yiyecek ve suyla birlikte uranyum, insanların ve hayvanların vücuduna veya daha doğrusu, gelen kolayca çözünebilen bileşiklerin yaklaşık yüzdesinin ve az çözünenlerin %0,1'inden fazlasının emilmediği mide-bağırsak sistemine girer. Bu element solunum yollarına ve akciğerlere, ayrıca mukoza zarlarına ve cilde hava ile girer. Solunum yollarında ve özellikle akciğerlerde emilim çok daha yoğun gerçekleşir: kolayca çözünen bileşikler %50, az çözünen bileşikler ise %20 oranında emilir. Böylece uranyum hayvan ve insan dokularında az miktarda (%10-5 - 10-8) bulunur. Bitkilerde (kuru kalıntıda), uranyumun konsantrasyonu topraktaki içeriğine bağlıdır, dolayısıyla %10-4'lük bir toprak konsantrasyonuyla bitki %1.5-10-5 veya daha az uranyum içerir. Uranyumun dokular ve organlar arasındaki dağılımı dengesizdir; ana birikim yerleri kemik dokusu (iskelet), karaciğer, dalak, böbreklerin yanı sıra akciğerler ve bronkopulmoner lenf düğümleridir (eğer az çözünen bileşikler akciğerlere girerse). Uranyum (karbonatlar ve proteinli kompleksler) kandan oldukça hızlı bir şekilde uzaklaştırılır. Ortalama olarak hayvanların ve insanların organ ve dokularındaki 92. elementin içeriği %10-7'dir. Örneğin sığır kanı 1∙10-8 g/ml uranyum içerirken, insan kanı 4∙10-10 g/g uranyum içerir. Sığır karaciğeri 8∙10-8 g/g, insanlarda aynı organda 6∙10-9 g/g; sığırların dalağında 9∙10-8 g/g, insanlarda ise 4,7∙10-7 g/g bulunur. Sığırların kas dokularında 4∙10-11 g/g'a kadar birikir. Ayrıca insan vücudunda akciğerlerde 6∙10-9 - 9∙10-9 g/g aralığında uranyum bulunur; böbreklerde 5,3∙10-9 g/g (kortikal tabaka) ve 1,3∙10-8 g/g (medüller tabaka); kemik dokusunda 1∙10-9 g/g; kemik iliğinde 1∙10-8 g/g; saçta 1,3∙10-7 g/g. Kemiklerde bulunan uranyum, kemik dokusunun sürekli ışınlanmasına neden olur (uranyumun iskeletten tamamen çıkarılma süresi 600 gündür). Bu metalin en az miktarı beyin ve kalptedir (yaklaşık 10-10 g/g). Daha önce de belirtildiği gibi uranyumun vücuda girme yolları su, yiyecek ve havadır. Vücuda yiyecek ve sıvılarla giren günlük metal dozu 1,9∙10-6 g, hava ile - 7∙10-9 g'dır, ancak her gün uranyum vücuttan atılır: idrarla 0,5∙10-7 g 5∙10-7 g'a kadar; 1,4∙10-6 g ila 1,8∙10-6 g arası dışkı ile. Saç, tırnak ve ölü deri pullarından kaynaklanan kayıplar - 2∙10-8 g.
Bilim adamları, insan vücudunun, hayvanların ve bitkilerin normal işleyişi için çok küçük miktarlardaki uranyumun gerekli olduğunu öne sürüyorlar. Ancak fizyolojideki rolü henüz açıklığa kavuşturulmamıştır. İnsan vücudundaki 92. elementin ortalama içeriğinin yaklaşık 9∙10-5 g olduğu tespit edilmiştir (Uluslararası Radyasyondan Korunma Komisyonu). Doğru, bu rakam farklı bölgeler ve bölgeler için biraz dalgalanıyor.
Canlı organizmalardaki henüz bilinmeyen ancak kesin biyolojik rolüne rağmen uranyum, en tehlikeli elementlerden biri olmayı sürdürüyor. Her şeyden önce bu, bu metalin kimyasal özelliklerinden, özellikle de bileşiklerin çözünürlüğünden kaynaklanan toksik etkisinde kendini gösterir. Örneğin çözünebilir bileşikler (uranil ve diğerleri) daha toksiktir. Çoğu zaman, uranyum ve bileşikleriyle zehirlenme, zenginleştirme fabrikalarında, uranyum hammaddelerinin çıkarılması ve işlenmesine yönelik işletmelerde ve uranyumun teknolojik süreçlere dahil olduğu diğer üretim tesislerinde meydana gelir.
Vücuda nüfuz eden uranyum kesinlikle tüm organları ve dokularını etkiler çünkü etki hücresel düzeyde meydana gelir: enzimlerin aktivitesini bastırır. Öncelikle böbrekler etkilenir; bu, idrarda şeker ve proteinde keskin bir artışla kendini gösterir ve ardından oligüri gelişir. Gastrointestinal sistem ve karaciğer etkilenir. Uranyum zehirlenmesi akut ve kronik olarak ikiye ayrılır; ikincisi yavaş yavaş gelişir ve asemptomatik veya hafif semptomlarla olabilir. Ancak daha sonra kronik zehirlenme hematopoez, sinir sistemi bozuklukları ve diğer ciddi sağlık sorunlarına yol açar.
Bir ton granit kayası yaklaşık 25 gram uranyum içerir. Bu 25 gramın bir reaktörde yanması sırasında açığa çıkabilecek enerji, 125 ton kömürün güçlü termik kazanların fırınlarında yanması sırasında açığa çıkan enerjiyle kıyaslanabilir! Bu verilere dayanarak yakın gelecekte granitin mineral yakıt türlerinden biri olarak değerlendirileceği varsayılabilir. Toplamda, yer kabuğunun nispeten ince yirmi kilometrelik yüzey tabakası yaklaşık 1014 ton uranyum içerir; enerji eşdeğerine dönüştürüldüğünde sonuç, devasa bir rakamdır - 2.36.1024 kilovatsaat. Geliştirilen, araştırılan, önerilen fosil yakıt yataklarının tümü bir araya getirildiğinde bile bu enerjinin milyonda birini bile sağlamaya yetmiyor!
Isıl işleme tabi tutulan uranyum alaşımlarının, daha büyük akma limitleri, sürünme ve artan korozyon direnci ve sıcaklık dalgalanmaları ve ışınlamanın etkisi altında ürünlerin şeklini değiştirme eğiliminin daha az olmasıyla ayırt edildiği bilinmektedir. Bu prensiplerden hareketle 20. yüzyılın başından 30'lu yıllara kadar takım çeliklerinin üretiminde karbür formundaki uranyum kullanıldı. Ayrıca bazı alaşımlarda daha ucuz ve daha erişilebilir olan tungsten yerine kullanıldı. Ferruroranyum üretiminde U'nun payı %30'a kadar çıkmıştır. Doğru, 20. yüzyılın ikinci üçte birinde bu tür uranyum kullanımı boşa çıktı.
Bilindiği gibi, Dünyamızın derinliklerinde urn izotoplarının sürekli bir bozunma süreci vardır. Böylece bilim adamları, yer kabuğunun içinde bulunan bu metalin tüm kütlesinden anında enerji salınmasının gezegenimizi birkaç bin dereceye kadar ısıtacağını hesapladılar! Bununla birlikte, neyse ki böyle bir fenomen imkansızdır - sonuçta, uranyum ve türevlerinin çekirdekleri bir dizi uzun vadeli radyoaktif dönüşüme uğradıkça ısı salınımı yavaş yavaş meydana gelir. Bu tür dönüşümlerin süresi, uranyumun doğal izotoplarının yarı ömürleriyle değerlendirilebilir; örneğin, 235U için 7.108 yıl ve 238U - 4.51.109 yıldır. Ancak uranyum ısısı Dünya'yı önemli ölçüde ısıtır. Eğer Dünya'nın tüm kütlesi üst yirmi kilometrelik katmandakiyle aynı miktarda uranyum içeriyor olsaydı, o zaman gezegendeki sıcaklık şu ankinden çok daha yüksek olurdu. Ancak dünyanın merkezine doğru gidildikçe uranyum konsantrasyonu azalır.
Nükleer reaktörlerde yüklü uranyumun yalnızca küçük bir kısmı işlenir, bunun nedeni yakıtın fisyon ürünleriyle cüruflanmasıdır: 235U yanar, zincirleme reaksiyon yavaş yavaş söner. Ancak yakıt çubukları hâlâ tekrar tüketilmesi gereken nükleer yakıtla dolu. Bunu yapmak için, eski yakıt elemanları sökülür ve geri dönüşüme gönderilir - asitlerde çözülür ve elde edilen çözeltiden ekstraksiyon yoluyla uranyum çıkarılır; imha edilmesi gereken fisyon parçaları çözeltide kalır. Böylece uranyum endüstrisinin pratikte atıksız bir kimyasal üretim olduğu ortaya çıktı!
Uranyum izotoplarının ayrılmasına yönelik tesisler birkaç onlarca hektarlık bir alanı kaplar ve tesisin ayırma basamaklarındaki gözenekli bölümlerin alanı yaklaşık olarak aynıdır. Bunun nedeni, uranyum izotoplarını ayırmaya yönelik difüzyon yönteminin karmaşıklığından kaynaklanmaktadır - sonuçta, 235U konsantrasyonunu %0,72'den %99'a çıkarmak için birkaç bin difüzyon adımı gereklidir!
Jeologlar uranyum-kurşun yöntemini kullanarak en eski minerallerin yaşını bulmayı başardılar, göktaşı kayalarını incelerken gezegenimizin yaklaşık doğum tarihini belirleyebildiler. “Uranyum saati” sayesinde ay toprağının yaşı belirlendi. İlginçtir ki, 3 milyar yıldır Ay'da herhangi bir volkanik aktivitenin olmadığı ve Dünya'nın doğal uydusunun pasif bir cisim olarak kaldığı ortaya çıktı. Sonuçta, ay maddesinin en genç parçaları bile en eski karasal minerallerin yaşlarından daha uzun yaşadı.
Hikaye
Uranyumun kullanımı çok eskilere dayanır; M.Ö. 1. yüzyıl gibi erken bir tarihte, seramikleri renklendirmek için kullanılan sarı sırın yapımında doğal uranyum oksit kullanılmıştır.
Modern zamanlarda, uranyum çalışmaları kademeli olarak - birkaç aşamada ve sürekli büyümeyle - gerçekleşti. Başlangıç, bu elementin 1789 yılında Sakson zift cevherinden (“uranyum zift”) çıkarılan altın sarısı “toprağı” siyah metal benzeri bir maddeye (uranyum) indirgeyen Alman doğa filozofu ve kimyager Martin Heinrich Klaproth tarafından keşfedilmesiydi. oksit - UO2). Bu isim, o zamanlar bilinen en uzak gezegen olan Uranüs'ün onuruna verildi ve bu gezegen de 1781'de William Herschel tarafından keşfedildi. Bu noktada yeni elementin araştırılmasındaki ilk aşama (Klaproth yeni bir metal keşfettiğinden emindi) sona eriyor ve elli yılı aşkın bir ara geliyor.
1840 yılı, uranyum araştırma tarihinde yeni bir dönüm noktasının başlangıcı sayılabilir. Bu yıldan itibaren Fransa'dan genç bir kimyager olan Eugene Melchior Peligo (1811-1890), metalik uranyum elde etme sorununu ele aldı; kısa süre sonra (1841) başardı - UCl4'ün metalik potasyum ile indirgenmesiyle metalik uranyum elde edildi. Ayrıca Klaproth'un keşfettiği uranyumun aslında sadece onun oksit olduğunu kanıtladı. Fransız ayrıca yeni elementin tahmini atom ağırlığını da belirledi - 120. Daha sonra uranyumun özelliklerinin araştırılmasında yine uzun bir ara verildi.
Ancak 1874'te uranyumun doğası hakkında yeni varsayımlar ortaya çıktı: Dmitry Ivanovich Mendeleev, kimyasal elementlerin dönemselleştirilmesiyle ilgili geliştirdiği teoriyi takiben, masasında uranyumu son hücreye yerleştirerek yeni bir metal için yer buluyor. Ayrıca Mendeleev, uranyumun daha önce varsayılan atom ağırlığını, bunda da hiçbir hata yapmadan iki katına çıkardı ve bu, 12 yıl sonra Alman kimyager Zimmermann'ın deneyleriyle doğrulandı.
1896'dan bu yana, uranyumun özelliklerini inceleme alanındaki keşifler birbiri ardına "düştü": yukarıda belirtilen yılda, tamamen tesadüfen (potasyum uranil sülfat kristallerinin fosforesansını incelerken), 43 yaşındaki fizikçi Profesör Antoine Henri Becquerel, daha sonra Marie Curie tarafından radyoaktivite olarak yeniden adlandırılan “Becquerel Işınları”nı açıyor. Aynı yıl Henri Moissan (yine Fransa'dan bir kimyager) saf uranyum metali üretmeye yönelik bir yöntem geliştirir.
1899'da Ernest Rutherford, uranyum preparatlarından kaynaklanan radyasyonun heterojenliğini keşfetti. İki tür radyasyonun olduğu ortaya çıktı - özellikleri bakımından farklı olan alfa ve beta ışınları: farklı elektrik yükleri taşıyorlar, maddede farklı yol uzunluklarına sahipler ve iyonlaşma yetenekleri de farklı. Bir yıl sonra gama ışınları da Paul Villar tarafından keşfedildi.
Ernest Rutherford ve Frederick Soddy, uranyumun radyoaktivite teorisini ortaklaşa geliştirdiler. Bu teoriye dayanarak, 1907 yılında Rutherford, radyoaktif uranyum ve toryum üzerinde çalışırken minerallerin yaşını belirlemek için ilk deneyleri gerçekleştirdi. 1913'te F. Soddy izotop kavramını tanıttı (eski Yunanca izo - "eşit", "özdeş" ve topos - "yer" kelimesinden). 1920'de aynı bilim adamı, kayaların jeolojik yaşını belirlemek için izotopların kullanılabileceğini öne sürdü. Varsayımlarının doğru olduğu ortaya çıktı: 1939'da Alfred Otto Karl Nier, yaşları hesaplamak için ilk denklemleri yarattı ve izotopları ayırmak için bir kütle spektrometresi kullandı.
1934 yılında Enrico Fermi, 1932'de J. Chadwick tarafından keşfedilen parçacıklar olan nötronlarla kimyasal elementlerin bombardımanına ilişkin bir dizi deney gerçekleştirdi. Bu operasyon sonucunda uranyumun içinde daha önce bilinmeyen radyoaktif maddeler ortaya çıktı. Fermi ve onun deneylerine katılan diğer bilim insanları, uranyum ötesi elementleri keşfettiklerini öne sürdüler. Dört yıl boyunca, nötron bombardımanının ürünleri arasında uranyum ötesi elementlerin tespit edilmesi için girişimlerde bulunuldu. Her şey 1938'de Alman kimyagerler Otto Hahn ve Fritz Strassmann'ın, serbest bir nötron yakalayarak, uranyum izotopu 235U'nun çekirdeğinin bölünerek (bir uranyum çekirdeği başına) oldukça büyük miktarda enerji açığa çıkardığını tespit etmesiyle sona erdi. enerji parçaları ve radyasyon. Alman kimyagerler daha fazla ilerlemeyi başaramadılar. Lise Meitner ve Otto Frisch teorilerini kanıtlamayı başardılar. Bu keşif, atom içi enerjinin hem barışçıl hem de askeri amaçlarla kullanılmasının kökeniydi.
Doğada olmak
Yer kabuğundaki (clarke) ortalama uranyum içeriği kütlece %3∙10-4'tür, bu da dünyanın bağırsaklarında gümüş, cıva ve bizmuttan daha fazlasının bulunduğu anlamına gelir. Uranyum, yer kabuğunun granit tabakası ve tortul kabuğu için karakteristik bir elementtir. Yani, bir ton granitte yaklaşık 25 gram 92 numaralı element bulunur. Toplamda, Dünya'nın nispeten ince, yirmi kilometrelik üst katmanında 1000 tondan fazla uranyum bulunur. Asidik magmatik kayaçlarda %3,5∙10-4, kil ve şeyllerde %3,2∙10-4, özellikle organik madde bakımından zenginleştirilmiş, bazik kayalarda %5∙10-5, mantodaki ultramafik kayalarda %3∙10-7 .
Uranyum, soğuk ve sıcak, nötr ve alkali sularda basit ve kompleks iyonlar halinde, özellikle karbonat kompleksleri halinde kuvvetli bir şekilde göç eder. Redoks reaksiyonları, uranyumun jeokimyasında önemli bir rol oynar, çünkü uranyum bileşikleri, kural olarak, oksitleyici bir ortama sahip sularda yüksek oranda çözünür ve indirgeyici bir ortama (hidrojen sülfür) sahip sularda az çözünür.
Yüzden fazla uranyum mineral cevheri bilinmektedir; kimyasal bileşimleri, kökenleri ve uranyum konsantrasyonu bakımından farklılık gösterirler; tüm çeşitlerden sadece bir düzine tanesi pratik açıdan ilgi çekicidir. Doğada en büyük endüstriyel öneme sahip olan uranyumun ana temsilcileri, oksitler - uraninit ve çeşitleri (zift ve uranyum siyahı) ile silikatlar - tabut, titanatlar - davidit ve brannerit olarak düşünülebilir; sulu fosfatlar ve uranil arsenatlar - uranyum mikaları.
Uraninit - UO2 ağırlıklı olarak antik - Kambriyen öncesi kayalarda berrak kristal formlar halinde bulunur. Uraninit, torianit ThO2 ve ittroserianit (Y,Ce)O2 ile izomorfik seriler oluşturur. Ek olarak, tüm uraninitler, uranyum ve toryumun radyojenik bozunma ürünlerini içerir: K, Po, He, Ac, Pb, ayrıca Ca ve Zn. Uraninitin kendisi, uranyumun karmaşık niyobat-tantal-titanatları (kolumbit, piroklor, samarskit ve diğerleri), zirkon, monazit ile birlikte granit ve siyenit pegmatitlerin karakteristiği olan yüksek sıcaklıkta bir mineraldir. Uraninit ayrıca hidrotermal, skarn ve tortul kayaçlarda da bulunur. Kanada, Afrika, Amerika Birleşik Devletleri, Fransa ve Avustralya'da büyük uraninit yatakları bilinmektedir.
Volkanik ve hidrotermal bir mineral olan kriptokristalin kollomorfik agregatlar oluşturan, uranyum katranı veya reçine harmanı olarak da bilinen Pitchblende (U3O8), Paleozoyik ve daha genç yüksek ve orta sıcaklık oluşumlarında temsil edilir. Pitchblend'in sabit uyduları sülfitler, arsenitler, doğal bizmut, arsenik ve gümüş, karbonatlar ve diğer bazı elementlerdir. Bu cevherler uranyum açısından çok zengindir, ancak son derece nadirdirler ve genellikle radyumla birlikte bulunurlar, bu kolayca açıklanabilir: radyum, uranyumun izotopik bozunmasının doğrudan bir ürünüdür.
Uranyum siyahları (gevşek toprak agregaları) esas olarak hidrotermal sülfür-uranyum ve tortul yatakların karakteristiği olan genç - Senozoik ve daha genç oluşumlarda sunulur.
Uranyum ayrıca, örneğin altın içeren konglomeralardan %0,1'den az içeren cevherlerden bir yan ürün olarak çıkarılır.
Uranyum cevherlerinin ana yatakları ABD (Colorado, Kuzey ve Güney Dakota), Kanada (Ontario ve Saskatchewan eyaletleri), Güney Afrika (Witwatersrand), Fransa (Massif Central), Avustralya (Kuzey Bölgesi) ve diğer birçok ülkede bulunmaktadır. . Rusya'da ana uranyum cevheri bölgesi Transbaikalia'dır. Rus uranyumunun yaklaşık %93'ü Chita bölgesindeki (Krasnokamensk şehri yakınında) yataktan çıkarılıyor.
Başvuru
Modern nükleer enerji, 92 numaralı element ve özellikleri olmadan düşünülemez. Çok uzun zaman önce olmasa da - ilk nükleer reaktörün lansmanından önce, uranyum cevherleri esas olarak onlardan radyum çıkarmak için çıkarıldı. Bazı boyalarda ve katalizörlerde az miktarda uranyum bileşiği kullanılmıştır. Aslında uranyumun neredeyse hiçbir endüstriyel önemi olmayan bir element olduğu düşünülüyordu ve uranyum izotoplarının fisyon yeteneğinin keşfedilmesinden sonra durum ne kadar kökten değişti! Bu metal anında 1 numaralı stratejik hammadde statüsünü aldı.
Günümüzde uranyum metalinin ve bileşiklerinin ana uygulama alanı nükleer reaktörler için yakıttır. Böylece, sabit nükleer santral reaktörlerinde, düşük zenginleştirilmiş (doğal) bir uranyum izotop karışımı, nükleer santrallerde ve hızlı nötron reaktörlerinde ise yüksek oranda zenginleştirilmiş uranyum kullanılır.
Uranyum izotopu 235U en yaygın olarak kullanılır, çünkü diğer uranyum izotopları için tipik olmayan, kendi kendini idame ettiren bir nükleer zincir reaksiyonu mümkündür. Bu özelliği sayesinde 235U, nükleer silahların yanı sıra nükleer reaktörlerde de yakıt olarak kullanılıyor. Ancak 235U izotopunun doğal uranyumdan ayrılması karmaşık ve pahalı bir teknolojik sorundur.
Uranyumun doğadaki en yaygın izotopu olan 238U, yüksek enerjili nötronlarla bombardıman edildiğinde fisyona uğrayabilir. Bu izotopun bu özelliği, termonükleer silahların gücünü arttırmak için kullanılır - termonükleer reaksiyonla üretilen nötronlar kullanılır. Ayrıca 238U izotopundan plütonyum izotopu 239Pu elde ediliyor ve bu izotop nükleer reaktörlerde ve atom bombasında da kullanılabiliyor.
Son zamanlarda, toryumdan reaktörlerde yapay olarak üretilen uranyum izotopu 233U büyük kullanım alanı bulmuş, bir nükleer reaktörün nötron akışında toryumun ışınlanmasıyla elde edilmiştir:
23290Th + 10n → 23390Th -(β–)→ 23391Pa –(β–)→ 23392U
233U bölünebilir termal nötronlar; ayrıca 233U'lu reaktörlerde nükleer yakıtın genişletilmiş yeniden üretimi meydana gelebilir. Dolayısıyla, bir toryum reaktöründe bir kilogram 233U yandığında, içinde 1,1 kg yeni 233U birikmelidir (nötronların toryum çekirdekleri tarafından yakalanması sonucunda). Yakın gelecekte termal nötron reaktörlerindeki uranyum-toryum döngüsü, hızlı nötron reaktörlerinde nükleer yakıtın yeniden üretilmesinde uranyum-plütonyum döngüsünün ana rakibi olacak. Bu nüklidi yakıt olarak kullanan reaktörler halihazırda mevcuttur ve çalışmaktadır (Hindistan'da KAMİNİ). 233U aynı zamanda gaz fazlı nükleer roket motorları için de en umut verici yakıttır.
Uranyumun diğer yapay izotopları önemli bir rol oynamaz.
Doğal uranyumdan "gerekli" izotoplar 234U ve 235U çıkarıldıktan sonra, kalan hammaddeye (238U) "tükenmiş uranyum" adı verilir, esas olarak 234U'nun ondan çıkarılması nedeniyle doğal uranyumun yarısı kadar radyoaktiftir. Uranyumun ana kullanım alanı enerji üretimi olduğundan, bu nedenle tükenmiş uranyum, düşük kullanımlı ve ekonomik değeri düşük bir üründür. Ancak düşük fiyatı, yüksek yoğunluğu ve son derece yüksek yakalama kesiti nedeniyle radyasyondan korunma ve uçak kontrol yüzeyleri gibi havacılık uygulamalarında balast olarak kullanılır. Ayrıca seyreltilmiş uranyum, uzay araçları ve yarış yatlarında balast olarak kullanılıyor; yüksek hızlı jiroskop rotorlarında, büyük volanlarda ve petrol kuyularının sondajında.
Bununla birlikte, seyreltilmiş uranyumun en ünlü kullanımı askeri uygulamalardır; zırh delici mermiler ve M-1 Abrams tankı gibi modern tank zırhları için çekirdekler olarak.
Uranyumun daha az bilinen kullanımları esas olarak bileşiklerini içerir. Bu nedenle, küçük bir uranyum ilavesi cama güzel bir sarı-yeşil floresan verir, bazı uranyum bileşikleri ışığa duyarlıdır, bu nedenle uranil nitrat, negatifleri ve pozitif (fotoğrafik baskılar) kahverengiyi geliştirmek için yaygın olarak kullanıldı.
Niyobyum karbür ve zirkonyum karbür ile alaşımlı 235U karbür, nükleer jet motorlarında yakıt olarak kullanılır. Demir ve tükenmiş uranyum (238U) alaşımları güçlü manyetostriktif malzemeler olarak kullanılır. Sodyum uranat Na2U2O7, boyamada sarı bir pigment olarak kullanıldı; daha önce uranyum bileşikleri, porselen üzerine boyama ve seramik sırları ve emayeler için boya olarak kullanılıyordu (oksidasyon derecesine bağlı olarak sarı, kahverengi, yeşil ve siyah renklerde boyanmıştı) .
Üretme
Uranyum, bir takım özelliklerde (oluşum koşulları, “kontrast”, faydalı safsızlıkların içeriği vb.) Önemli ölçüde farklılık gösteren uranyum cevherlerinden elde edilir; bunların başlıcaları uranyum yüzdesidir. Bu kritere göre beş tip cevher ayırt edilir: çok zengin (%1'in üzerinde uranyum içerir); zengin (%1-0,5); ortalama (%0,5-0,25); sıradan (%0,25-0,1) ve zayıf (%0,1'den az). Ancak %0,01-0,015 oranında uranyum içeren cevherlerden dahi bu metal yan ürün olarak çıkarılmaktadır.
Uranyum hammaddelerinin yıllar süren gelişimi boyunca, uranyumu cevherlerden ayırmak için birçok yöntem geliştirilmiştir. Bunun nedeni hem uranyumun bazı bölgelerdeki stratejik önemi hem de doğal tezahürlerinin çeşitliliğidir. Bununla birlikte, tüm yöntem ve hammadde çeşitliliğine rağmen, herhangi bir uranyum üretimi üç aşamadan oluşur: uranyum cevherinin ön konsantrasyonu; uranyumun liç edilmesi ve çökeltme, ekstraksiyon veya iyon değişimi yoluyla yeterince saf uranyum bileşiklerinin elde edilmesi. Daha sonra, elde edilen uranyumun amacına bağlı olarak ürün 235U izotopla zenginleştirilir veya hemen elementel uranyuma indirgenir.
Böylece cevher başlangıçta konsantre edilir - kaya ezilir ve suyla doldurulur. Bu durumda karışımın ağır elementleri daha hızlı çöker. Birincil uranyum minerallerini içeren kayalarda çok ağır oldukları için hızlı çökelme meydana gelir. İkincil uranyum mineralleri içeren cevherler konsantre edildiğinde, ikincil minerallerden çok daha ağır olan ancak çok yararlı elementler içerebilen atık kaya çökelir.
Uranyum cevherleri, her zaman uranyuma eşlik eden radyumun γ-radyasyonuna dayanan radyometrik ayırmanın organik yöntemi dışında neredeyse hiçbir zaman zenginleştirilmez.
Uranyum üretiminde bir sonraki aşama liç olup, böylece uranyumun çözelti haline getirilmesidir. Temel olarak cevherler, uranyumun UO2SO4 veya kompleks anyonlar formunda asidik bir çözeltiye ve 4-kompleks anyon formunda bir soda çözeltisine aktarılmasıyla sülfürik, bazen nitrik asitler veya soda çözeltileri çözeltileriyle liçlenir. Sülfürik asit kullanan yöntem daha ucuzdur ancak ham maddenin sülfürik asitte çözünmeyen dört değerlik uranyum (uranyum reçinesi) içermesi durumunda her zaman uygulanabilir değildir. Bu gibi durumlarda alkali liç kullanılır veya dört değerlik uranyum altı değerlikli bir duruma oksitlenir. Çözünmesi için çok fazla asit gerektiren manyezit veya dolomit içeren cevherlerin liçi sırasında kostik soda (kostik soda) kullanılması tavsiye edilir.
Süzme aşamasından sonra, çözelti sadece uranyumu değil aynı zamanda uranyum gibi aynı organik çözücülerle ekstrakte edilen, aynı iyon değiştirme reçineleri üzerinde biriktirilen ve aynı koşullar altında çöken diğer elementleri de içerir. Böyle bir durumda uranyumun seçici olarak izole edilmesi için istenmeyen elementin farklı aşamalarda ortadan kaldırılması amacıyla birçok redoks reaksiyonunun kullanılması gerekir. İyon değiştirme ve ekstraksiyon yöntemlerinin avantajlarından biri de uranyumun zayıf çözeltilerden tamamen çıkarılmasıdır.
Yukarıdaki tüm işlemlerden sonra uranyum katı duruma - oksitlerden birine veya UF4 tetraflorüre dönüştürülür. Bu tür uranyum, büyük bir termal nötron yakalama kesitine sahip safsızlıklar içerir - lityum, bor, kadmiyum ve nadir toprak metalleri. Nihai üründe içerikleri yüzde yüz binde ve milyonda birini geçmemelidir! Bunu yapmak için uranyum bu kez nitrik asitte tekrar çözülür. Uranil nitrat UO2(NO3)2, tribütil fosfat ve diğer bazı maddelerle ekstraksiyon sırasında ilave olarak gerekli standartlara göre saflaştırılır. Bu madde daha sonra kristalleştirilir (veya çökeltilir) ve dikkatlice kalsine edilir. Bu işlem sonucunda hidrojen ile UO2'ye indirgenen uranyum trioksit UO3 oluşur. 430 ila 600° C arasındaki sıcaklıklarda uranyum oksit, kuru hidrojen florür ile reaksiyona girer ve UF4 tetraflorüre dönüşür. Zaten bu bileşikten uranyum metali genellikle kalsiyum veya magnezyum yardımıyla sıradan indirgeme yoluyla elde edilir.
Fiziki ozellikleri
Uranyum metali çok ağırdır, demirden iki buçuk kat, kurşundan bir buçuk kat daha ağırdır! Bu, Dünya'nın bağırsaklarında depolanan en ağır elementlerden biridir. Uranyum gümüşi beyaz rengi ve parlaklığıyla çeliğe benzer. Saf metal Plastiktir, yumuşaktır, yoğunluğu yüksektir ancak aynı zamanda işlenmesi kolaydır. Uranyum elektropozitiftir ve küçük paramanyetik özelliklere sahiptir - oda sıcaklığında spesifik manyetik duyarlılık 1,72·10 -6'dır, Elektrik iletkenliği düşük fakat reaktivitesi yüksektir. Bu elementin üç allotropik modifikasyonu vardır: α, β ve γ. α-formu aşağıdaki parametrelere sahip bir ortorombik kristal kafesine sahiptir: a = 2,8538 Å, b = 5,8662 Å, c = 469557 Å. Bu form, oda sıcaklıklarından 667,7° C'ye kadar olan sıcaklık aralığında stabildir. 25° C sıcaklıkta α-formundaki uranyumun yoğunluğu 19,05 ± 0,2 g/cm3'tür. β-formu, 667,7° C ila 774,8° C sıcaklık aralığında stabil olan dörtgen bir kristal kafese sahiptir. Dörtgen kafesin parametreleri: a = 10,759 Å, b = 5,656 Å. Gövde merkezli kübik yapıya sahip γ-formu, 774,8°C'den erime noktasına (1132°C) kadar stabildir.
Uranyumun geri kazanılması sürecinde her üç faz da görülebilir. Bunun için kalsiyum oksitle kaplı dikişsiz çelik boru olan özel bir aparat kullanılır, borunun çeliğinin uranyum ile etkileşime girmemesi için bu gereklidir. Cihaza bir uranyum tetraflorür ve magnezyum (veya kalsiyum) karışımı yüklenir ve ardından 600 ° C'ye ısıtılır. Bu sıcaklığa ulaşıldığında elektrikli ateşleyici açılır ve yüklenen karışımın tamamen eridiği ekzotermik bir indirgeme reaksiyonu. Sıvı uranyum (sıcaklık 1132°C) ağırlığı nedeniyle tamamen dibe çöker. Uranyumun cihazın tabanına tamamen birikmesinden sonra soğutma başlar, uranyum kristalleşir, atomları kesin bir sırayla düzenlenir ve kübik bir kafes oluşturur - bu γ fazıdır. Bir sonraki geçiş 774°C'de meydana gelir; soğuyan metalin kristal kafesi, β fazına karşılık gelen tetragonal hale gelir. Külçenin sıcaklığı 668° C'ye düştüğünde, atomlar paralel katmanlar halinde dalgalar halinde düzenlenmiş sıralarını yeniden düzenler - α fazı. Ayrıca herhangi bir değişiklik meydana gelmez.
Uranyumun ana parametreleri her zaman α fazına atıfta bulunur. Erime noktası (erime) 1132° C, uranyumun kaynama noktası (kaynama) 3818° C. Oda sıcaklığında özgül ısı kapasitesi 27,67 kJ/(kg·K) veya 6,612 cal/(g·°С). 25°C sıcaklıkta elektriksel direnç yaklaşık 3.10 -7 ohm·cm'dir ve 600°С'de zaten 5.5.10 -7 ohm·cm'dir. Uranyumun ısıl iletkenliği de sıcaklığa bağlı olarak değişir: 100-200 °C aralığında 28,05 W/(m·K) veya 0,067 cal/(cm sn°C)'ye eşittir ve 400 °C'ye çıkarıldığında 29,72 W/(m·K) 0,071 cal/(cm sec°C) kadar artar. Uranyumun süperiletkenliği 0,68 K'dir. Ortalama Brinell sertliği 19,6 - 21,6·10 2 Mn/m2 veya 200-220 kgf/mm2'dir.
92. elementin birçok mekanik özelliği saflığına ve termal ve mekanik işlem modlarına bağlıdır. Yani dökme uranyum için oda sıcaklığında çekme mukavemeti 372-470 MN/m2 veya 38-48 kgf/mm2'dir, ortalama elastik modül ise 20,5·10-2 MN/m2 veya 20,9·10-3 kgf/mm2'dir. Uranyumun gücü β- ve γ-fazlarından söndürüldükten sonra artar.
Uranyumun bir nötron akısı ile ışınlanması, metalik uranyumdan yapılmış su soğutmalı yakıt elemanları ile etkileşimi ve güçlü termal nötron reaktörlerinde diğer çalışma faktörleri - tüm bunlar uranyumun fiziksel ve mekanik özelliklerinde değişikliklere yol açar: metal kırılgan hale gelir, sürünür gelişir ve metalik uranyumdan yapılan ürünler deforme olur. Bu nedenle nükleer reaktörlerde örneğin molibdenli uranyum alaşımları kullanılır, böyle bir alaşım suya dayanıklıdır, metali güçlendirir ve yüksek sıcaklıkta kübik bir kafesi korur.
Kimyasal özellikler
Kimyasal olarak uranyum çok aktif bir metaldir. Havada, yüzeyde yanardöner bir UO2 dioksit filmi oluşturarak oksitlenir; bu, titanyum, zirkonyum ve diğer bazı metallerde olduğu gibi metali daha fazla oksidasyondan korumaz. Uranyum, oksijenle birlikte UO2 dioksit, UO3 trioksit ve en önemlisi U3O8 olmak üzere çok sayıda ara oksit oluşturur; bu oksitlerin özellikleri UO2 ve UO3'e benzer. Toz halindeki uranyum piroforiktir ve hafif bir ısınmayla (150 °C ve üzeri) tutuşabilir, yanmaya parlak bir alev eşlik eder ve sonuçta U3O8 oluşur. 500-600 °C sıcaklıkta, uranyum flor ile etkileşime girerek suda ve asitlerde az çözünen yeşil iğne şeklinde kristaller oluşturur - uranyum tetraflorür UF4 ve ayrıca UF6 - heksaflorür (sıcaklıkta erimeden süblimleşen beyaz kristaller) 56,4 °C). UF4, UF6, uranyum halojenürler oluşturmak için uranyumun halojenlerle etkileşiminin örnekleridir. Uranyum kolayca kükürt ile birleşerek bir dizi bileşik oluşturur; bunların en önemlisi ABD nükleer yakıtıdır. Uranyum, 220 °C'de hidrojenle reaksiyona girerek kimyasal olarak çok aktif olan hidrit UH3'ü oluşturur. Daha fazla ısıtıldığında UH3, hidrojen ve toz halindeki uranyuma ayrışır. Nitrojen ile etkileşim daha yüksek sıcaklıklarda meydana gelir - 450 ila 700 °C ve atmosferik basınç - nitrür U4N7 elde edilir; aynı sıcaklıklarda nitrojen basıncının arttırılmasıyla UN, U2N3 ve UN2 elde edilebilir. Daha yüksek sıcaklıklarda (750-800 °C) uranyum karbonla reaksiyona girerek UC monokarbür, UC2 dikarbit ve ayrıca U2C3'ü oluşturur. Uranyum suyla reaksiyona girerek UO2 ve H2'yi oluşturur, soğuk suyla daha yavaş, sıcak suyla ise daha aktiftir. Ayrıca reaksiyon 150 ila 250 °C arasındaki sıcaklıklarda su buharı ile de meydana gelir. Bu metal, hidroklorik HC1 ve nitrik asitler HNO3'te, yüksek konsantrasyonlu hidroflorik asitte daha az aktif olarak çözünür ve sülfürik H2SO4 ve ortofosforik asitler H3PO4 ile yavaş reaksiyona girer. Asitlerle reaksiyonların ürünleri dört değerlik uranyum tuzlarıdır. Uranyum, inorganik asitlerden ve bazı metallerin (altın, platin, bakır, gümüş, kalay ve cıva) tuzlarından hidrojenin yerini alabilir. Uranyum alkalilerle etkileşime girmez.
Bileşiklerde uranyum aşağıdaki oksidasyon durumlarını sergileyebilir: +3, +4, +5, +6, bazen +2. U3+ doğada bulunmaz ve yalnızca laboratuvarda elde edilebilir. Beş değerlikli uranyum bileşikleri çoğunlukla kararsızdır ve oldukça kolay bir şekilde en kararlı olan dört değerlikli ve altı değerlikli uranyum bileşiklerine ayrışır. Altı değerlikli uranyum, tuzları sarı renkli olan ve su ve mineral asitlerde oldukça çözünür olan uranil iyonu UO22+'nin oluşumuyla karakterize edilir. Altı değerlikli uranyum bileşiklerinin bir örneği, bir amfoterik oksit olan uranyum trioksit veya uranyum anhidrit UO3'tür (turuncu toz). Asitlerde çözündüğünde, örneğin uranyum uranyum klorür UO2Cl2 gibi tuzlar oluşur. Alkaliler uranil tuzlarının çözeltileri üzerinde etkili olduğunda, örneğin sodyum uranat Na2UO4 ve sodyum diuranat Na2U2O7 gibi uranik asit H2UO4 - uranatlar ve diuranik asit H2U2O7 - diuranatların tuzları elde edilir. Dört değerlikli uranyumun (uranyum tetraklorür UCl4) tuzları yeşildir ve daha az çözünür. Dört değerlikli uranyum içeren bileşikler uzun süre havaya maruz kaldığında genellikle kararsızdır ve altı değerlikli olanlara dönüşür. Uranil klorür gibi uranil tuzları, parlak ışık veya organik madde varlığında ayrışır.
