Fapte Despre Uraniu

{h1}

Uraniul este un element natural radioactiv. El alimentează reactoarele nucleare și bombele atomice.

La 6 august 1945, o bombă lungă de 10 metri (3 metri) a căzut de pe cer peste orașul japonez Hiroshima. Mai puțin de un minut mai târziu, totul la o distanță de o milă de la detonarea bombei a fost eliminat. O furtună masivă a distrus rapid kilometri mai mulți, ucigând zeci de mii de oameni.

Aceasta a fost prima utilizare a unei bombe atomice în război și a folosit un element celebru pentru a-și face ravagii: uraniul. Acest metal radioactiv este unic în faptul că unul dintre izotopii săi, uraniul-235, este singurul izotop care apare în mod natural capabil să susțină o reacție de fisiune nucleară. (Un izotop este o versiune a elementului cu un număr diferit de neutroni în nucleul său.)

Pentru a înțelege uraniul, este important să înțelegeți radioactivitatea. Uraniul este în mod natural radioactiv: nucleul său este instabil, astfel încât elementul se află într-o stare constantă de degradare, căutând un aranjament mai stabil. De fapt, uraniul a fost elementul care a făcut posibilă descoperirea radioactivității. În 1897, fizicianul francez Henri Becquerel a lăsat câteva săruri de uraniu pe o placă fotografică, ca parte a unor cercetări privind influența luminii asupra acestor săruri. Spre surprinderea sa, farfuria a luat foc, indicând un fel de emisii din sărurile de uraniu. Becquerel a împărțit un premiu Nobel cu Marie și Pierre Curie în 1903 pentru descoperire.

Doar faptele

Potrivit laboratorului național de accelerare liniară Jefferson, proprietățile uraniului sunt:

Uraniu

Uraniu

  • Număr atomic (număr de protoni din nucleu): 92
  • Simbol atomic (pe tabelul periodic al elementelor): U
  • Greutatea atomică (masa medie a atomului): 238.02891
  • Densitate: 18,95 grame pe centimetru cub
  • Faza la temperatura camerei: Solid
  • Punctul de topire: 2.075 grade Fahrenheit (1.135 grade Celsius)
  • Punctul de fierbere: 4.468 F (4.131 C)
  • Număr de izotopi (atomi de același element cu un număr diferit de neutroni): 16, 3 care apar în mod natural
  • Cele mai comune izotopi: U-234 (0,0054% procent din abundență naturală), U-235 (0,7204 la sută abundență naturală), U-238 (99,2742 la sută abundență naturală)

Istoric de uraniu

Martin Heinrich Klaproth, un chimist german, a descoperit uraniu în 1789, deși se știa încă de la cel puțin A.D. 79, când oxidul de uraniu era folosit ca agent de colorare pentru glazurile ceramice și în sticlă, potrivit Chemicool. Klaproth a descoperit elementul din tonul mineral, care la acea vreme se credea a fi un mineral de zinc și fier. Mineralul s-a dizolvat în acid azotic, apoi s-a adăugat potasa (săruri de potasiu) la precipitatul galben rămas. Klaproth a concluzionat că a descoperit un element nou atunci când reacția dintre potasă și precipitat nu a urmat reacții ale unor elemente cunoscute. Descoperirea lui s-a dovedit a fi oxid de uraniu și nu uraniu pur așa cum crezuse inițial.

Potrivit laboratorului național Los Alamos, Klaproth a numit noul element după planeta recent descoperită Uranus, care a fost numită pentru zeul grec al cerului. Eugène-Melchior Péligot, chimist francez, a izolat uraniu pur în 1841 prin încălzirea tetraclorurii de uraniu cu potasiu.

Uraniul a fost găsit radioactiv în 1896 de către Antoine H. Becquerel, un fizician francez. Becquerel lăsase un eșantion de uraniu deasupra unei plăci fotografice neexpuse, care devenise tulbure. El a concluzionat că emite raze invizibile, potrivit Royal Society of Chemistry. Aceasta a fost prima instanță în care radioactivitatea a fost studiată și a deschis un nou domeniu al științei. Marie Curie, un om de știință polonez, a inventat termenul de radioactivitate la scurt timp după descoperirea lui Becquerel, și cu Pierre Curie, un om de știință francez, a continuat cercetările pentru a descoperi alte elemente radioactive, cum ar fi poloniul și radioul și proprietățile lor.

Putere și război

Uraniul universului s-a format acum 6,6 miliarde de ani în supernove, potrivit Asociației Nucleare Mondiale. Este pe întreaga planetă și alcătuiește aproximativ 2 până la 4 părți la un milion de majoritatea rocilor. Este al 48-lea dintre cele mai abundente elemente găsite în roca crustă naturală, potrivit Departamentului de Energie al SUA, și este de 40 de ori mai abundent decât argintul.

Deși uraniul este foarte asociat cu radioactivitatea, rata de descompunere a acestuia este atât de scăzută încât acest element nu este de fapt unul dintre cele mai radioactive. Uranium-238 are un timp de înjumătățire de 4,5 milioane de ani incredibil. Uranium-235 are un timp de înjumătățire de puțin peste 700 de milioane de ani. Uranium-234 are cea mai scurtă perioadă de înjumătățire dintre toate la 245.500 de ani, dar apare doar indirect de la descompunerea U-238.

În comparație, cel mai radioactiv element este poloniul. Are un timp de înjumătățire de numai 138 de zile.

Totuși, uraniul are potențial exploziv, datorită capacității sale de a susține o reacție în lanț nuclear. U-235 este "fisil", ceea ce înseamnă că nucleul său poate fi împărțit de neutroni termici - neutroni cu aceeași energie ca și mediul ambiant. Iată cum funcționează, potrivit Asociației Nucleare Mondiale: Nucleul unui atom U-235 are 143 neutroni. Când un neutron liber se prăbușește în atom, acesta împarte nucleul, aruncând neuroni suplimentari, care pot zisa apoi în nucleele atomilor U-235 din apropiere, creând o cascadă auto-susținută de fisiune nucleară. Evenimentele de fisiune generează fiecare căldură. Într-un reactor nuclear, această căldură este folosită pentru fierberea apei, creând abur care transformă o turbină pentru a genera energie, iar reacția este controlată de materiale precum cadmiu sau bor, care pot absorbi neutroni suplimentari pentru a-i scoate din lanțul de reacție.

Într-o bombă de fisiune ca cea care a distrus Hiroshima, reacția este supercritică. Ceea ce înseamnă asta este că fisiunea are loc într-un ritm din ce în ce mai mare. Aceste reacții supercritice eliberează cantități masive de energie: explozia care a distrus Hiroshima avea puterea a aproximativ 15 kilograme de TNT, toate create cu mai puțin de un kilogram (2,2 kilograme) de uraniu supus fisiunii.

Pentru a eficientiza fisiunea de uraniu, inginerii nucleari o îmbogățesc. Uraniul natural este doar aproximativ 0,7 la sută U-235, izotopul fisil. Restul este U-238. Pentru a crește proporția de U-235, inginerii fie gazifică uraniul pentru a separa izotopii, fie pentru a folosi centrifuge. Potrivit Asociației Mondiale Nucleare, uraniul cel mai îmbogățit pentru centralele nucleare este format între 3% și 5% U-235.

Pe celălalt capăt al scării este uraniu epuizat, care este utilizat pentru armura rezervorului și pentru a face gloanțe. Uraniul epuizat este ceea ce a mai rămas după ce uraniul îmbogățit este cheltuit la o centrală electrică. Este cu aproximativ 40 la sută mai puțin radioactiv decât uraniul natural, potrivit Departamentului Afacerilor Veteranilor din SUA. Acest uraniu epuizat este periculos numai dacă este inhalat, ingerat sau pătruns în corp în timpul unei fotografieri sau al unei explozii.

Cine stia?

  • Doar 1,38 la sută din uraniul din bomba "Micuțul" care a distrus Hiroshima a suferit fisiune, potrivit Fundației Atomic Heritage. Bomba conținea aproximativ 140 de kilograme (64 kg) total de uraniu.
  • Bomba "Micuțul" a detonat 509 de metri de 1.670 de metri deasupra orașului Hiroshima și a lăsat doar cadrele câtorva clădiri din beton armat care stăteau în raza milei în jurul Ground Zero, potrivit unui raport din 1980 al Agenției Nucleare de Apărare. Furtunile de incendiu au distrus totul pe o rază de 4,4 km (7 kilometri) de explozie.
  • Timpul de injumatatire al uraniului-238 este de 4,5 miliarde de ani. Se descompune în radiu-226, care la rândul său se descompune în radon-222. Radonul-222 devine poloniu-210, care în cele din urmă se descompune într-o plumbă nucleară stabilă.
  • Marie Curie, care a lucrat cu uraniu pentru a descoperi mai multe elemente și mai radioactive (poloniu și radio), a cedat probabil expunerii la radiații implicate în activitatea ei. Ea a murit în 1934 de anemie aplastică, o deficiență de globule roșii cauzată probabil de deteriorarea radiațiilor la nivelul măduvei sale osoase.
  • Uraniul pur este un metal argintiu care se oxidează rapid în aer.
  • Uraniul este uneori folosit pentru a colora sticla, care strălucește galben-verzui sub lumină neagră - dar nu din cauza radioactivității (sticla este doar cea mai mică radioactivitate). Potrivit Collectors Weekly, fluorescența se datorează luminii UV care excită compusul de uranil din sticlă, ceea ce îl determină să elibereze fotoni pe măsură ce se instalează.
  • Yellowcake este oxid solid de uraniu. Aceasta este forma în care uraniul este vândut frecvent înainte de a se îmbogăți.
  • Uraniul este extras în 20 de țări, peste jumătate provenind din Canada, Kazahstan, Australia, Niger, Rusia și Namibia, potrivit Asociației Nucleare Mondiale.
  • Conform Lenntech, toți oamenii și animalele sunt expuse în mod natural la cantități minime de uraniu din alimente, apă, sol și aer. În cea mai mare parte, populația generală poate ignora în siguranță cantitățile care sunt ingerate, cu excepția cazului în care trăiesc în apropierea deșeurilor periculoase, a minelor sau dacă culturile sunt cultivate în sol contaminat sau udate cu apă contaminată.

Cercetări curente

Având în vedere importanța sa în combustibilul nuclear, cercetătorii sunt interesați cu interes de modul în care funcționează uraniul - în special în perioada de topire. Întreruperile apar atunci când sistemele de răcire din jurul unui reactor cedează și căldura generată de reacțiile de fisiune din miezul reactorului topește combustibilul. Acest lucru s-a întâmplat în timpul dezastrelor nucleare de la centrala nucleară de la Cernobîl, rezultând într-un blob radioactiv denumit „piciorul Elefantului”.

Înțelegerea modului în care combustibilii nucleari acționează atunci când se topesc este crucială pentru inginerii nucleari care construiesc vase de izolare, a spus John Parise, chimist și mineralogist la Universitatea Stony Brook și Laboratorul Național Brookhaven.

În noiembrie 2014, Parise și colegii de la Laboratorul Național Argonne și alte instituții au publicat o lucrare în revista Science care a elucidat funcționarea interioară a dioxidului de uraniu topit, o componentă majoră a combustibilului nuclear, pentru prima dată. Dioxidul de uran nu se topește până la temperaturi de peste 3.432 F (3.000 C), așa că este greu de măsurat ce se întâmplă când materialul devine lichid, a spus Parise WordsSideKick.com - nu există niciun recipient suficient de dur.

"Soluția la aceasta este călduram o bilă de dioxid de uraniu din partea superioară cu un laser cu dioxid de carbon, iar această bilă este levitată pe un flux de gaz", a spus Parise. "Aveți această bilă de material care levită pe fluxul de gaz, deci nu aveți nevoie de un container."

Cercetătorii fac apoi raze X prin bula de dioxid de uraniu și măsoară împrăștierea razelor X cu un detector. Unghiul de împrăștiere dezvăluie structura atomilor din interiorul dioxidului de uraniu.

Cercetătorii au descoperit că în dioxidul de uraniu solid, atomii sunt aranjați ca o serie de cuburi alternând cu spațiul gol într-un model similar grilelor, cu opt atomi de oxigen înconjură fiecare atom de uraniu. Pe măsură ce materialul se apropie de punctul său de topire, oxigenii "înnebunesc", a declarat, într-un videoclip despre rezultatele sale, cercetătorul de laborator național Argonne, Lawrie Skinner. Atomii de oxigen încep să se miște, umplând spațiul gol și sărind de la un atom de uraniu la altul.

În cele din urmă, când materialul se topește, structura seamănă cu un tablou Salvador Dali, în timp ce cuburile se transformă în poliedre dezordonate. În acest moment, a spus Parise, numărul de atomi de oxigen din jurul fiecărui atom de uraniu - cunoscut sub numele de coordonare - scade de la opt la aproximativ șapte (unii atomi de uraniu au șase oxigeni care îi înconjoară, iar unii au șapte, ceea ce reprezintă o medie de 6,7 oxigeni per uraniu).

Cunoașterea acestui număr face posibilă modelarea modului în care dioxidul de uraniu va acționa la aceste temperaturi ridicate, a spus Parise. Următorul pas este să adăugăm mai multă complexitate. El a spus că nucleele nucleare nu sunt doar dioxid de uraniu. De asemenea, includ materiale precum zirconiul și orice altceva este utilizat pentru a proteja interiorul reactorului. Echipa de cercetare intenționează acum să adauge aceste materiale pentru a vedea cum se schimbă reacția materialului.

"Trebuie să știți cum se comportă lichidul cu dioxid de uraniu pur, astfel încât, atunci când începeți să priviți efectele micilor aditivi, puteți vedea care sunt diferențele?" Spuse Parise.

Marea majoritate a uraniului este folosită pentru energie, de obicei în reacții nucleare controlate. Deșeurile rămase, uraniu epuizat, pot fi reciclate pentru a valorifica alte tipuri de putere, cum ar fi puterea soarelui. Un brevet din 2017 realizat de Igor Usov și Milan Sykora, oamenii de știință de la Laboratorul Național Los Alamos, discută utilizarea uraniului epuizat din reacțiile nucleare pentru a crea celule solare. Autorii au scris că oxidul de uraniu epuizat a fost abundent și ieftin ca resturi ale procesului de îmbogățire a combustibilului nuclear și ar putea fi optimizat pentru utilizare ca celule solare prin controlul grosimii, raportului uraniu / oxigen, cristalinitate și dopaj.

Dioxidul de uraniu este un semiconductor excelent, conform unei lucrări din 2000 de Thomas Meek de la Oak Ridge Laboratorul Național și ar putea fi o îmbunătățire pentru anumite utilizări față de utilizarea tradițională a siliconului, germaniului sau arsenidului de galiu. La temperatura camerei, oxidul de uraniu ar oferi cea mai mare eficiență posibilă a celulelor solare în comparație cu elementele și compușii tradiționali pentru aceeași utilizare.

Raportări suplimentare de Rachel Ross, WordsSideKick.com Contributor

Resurse aditionale

  • Departamentul de energie al SUA: Fapte rapide de uraniu
  • Asociația Nucleară Mondială: Ce este Uraniul? Cum functioneazã?
  • Imagini ale elementelor: 92 U Uraniu






Descoperiri Științifice

Cercetare


Science News


Trippy! Camaleonii Intimidează Rivalii Cu Schimbarea Rapidă A Culorii
Trippy! Camaleonii Intimidează Rivalii Cu Schimbarea Rapidă A Culorii

Care Este Cel Mai Înalt Arbore Din Lume?
Care Este Cel Mai Înalt Arbore Din Lume?

Cine A Fost Sattjeni? Mormântul Dezvăluie Secretele Despre Elita Egipteană Antică
Cine A Fost Sattjeni? Mormântul Dezvăluie Secretele Despre Elita Egipteană Antică

Plantele Și Animalele Se Mișcă Pe Măsură Ce Clima Se Încălzește
Plantele Și Animalele Se Mișcă Pe Măsură Ce Clima Se Încălzește

Recunoașterea Feței: Bobii Nu Arată Ca Niște Tenti
Recunoașterea Feței: Bobii Nu Arată Ca Niște Tenti


RO.WordsSideKick.com
Toate Drepturile Rezervate!
Reproducerea Oricăror Materiale Permise Prostanovkoy Doar Link-Ul Activ La Site-Ul RO.WordsSideKick.com

© 2005–2020 RO.WordsSideKick.com