اليورانيوم المشع. عنصر اليورانيوم

اليورانيوم عنصر كيميائي من عائلة الأكتينيدات برقم ذري 92. وهو أهم وقود نووي. يبلغ تركيزه في القشرة الأرضية حوالي 2 جزء في المليون. تشمل معادن اليورانيوم المهمة أكسيد اليورانيوم (U 3 O 8) ، اليورانيت (UO 2) ، الكارنويت (فانات اليورانيل البوتاسيوم) ، الأوتينيت (فوسفات اليورانيل البوتاسيوم) والتوربرنيت (النحاس المائي وفوسفات اليورانيل). هذه الخامات وخامات اليورانيوم الأخرى هي مصادر للوقود النووي وتحتوي على طاقة أكبر بعدة مرات من جميع رواسب الوقود الأحفوري المعروفة القابلة للاسترداد. يعطي 1 كجم من اليورانيوم 92 U قدرًا من الطاقة يعادل 3 ملايين كجم من الفحم.

تاريخ الاكتشاف

عنصر اليورانيوم الكيميائي هو معدن كثيف صلب أبيض فضي. إنه مطيل وقابل للطرق ويمكن صقله. يتأكسد المعدن في الهواء ويشتعل عند سحقه. موصل ضعيف نسبيا للكهرباء. الصيغة الإلكترونية لليورانيوم هي 7s2 6d1 5f3.

على الرغم من اكتشاف هذا العنصر في عام 1789 من قبل الكيميائي الألماني مارتن هاينريش كلابروث ، الذي أطلق عليه اسم كوكب أورانوس المكتشف حديثًا ، فقد تم عزل المعدن نفسه في عام 1841 بواسطة الكيميائي الفرنسي يوجين ميلكيور بيليجوت عن طريق الاختزال من رباعي كلوريد اليورانيوم (UCl 4) باستخدام البوتاسيوم.

النشاط الإشعاعي

أدى إنشاء الجدول الدوري بواسطة الكيميائي الروسي دميتري مندليف في عام 1869 إلى تركيز الانتباه على اليورانيوم باعتباره أثقل عنصر معروف ، والذي ظل موجودًا حتى اكتشاف النبتونيوم في عام 1940. وفي عام 1896 ، اكتشف الفيزيائي الفرنسي هنري بيكريل ظاهرة النشاط الإشعاعي فيه . تم العثور على هذه الخاصية لاحقًا في العديد من المواد الأخرى. من المعروف الآن أن اليورانيوم المشع في جميع نظائره يتكون من خليط من 238 يو (99.27٪ ، نصف عمر - 4.510.000.000 سنة) ، 235 يو (0.72٪ ، نصف عمر - 713.000.000 سنة) و 234 يو (0.006٪ ، نصف العمر - 247000 سنة). وهذا يجعل من الممكن ، على سبيل المثال ، تحديد عمر الصخور والمعادن من أجل دراسة العمليات الجيولوجية وعمر الأرض. للقيام بذلك ، يقومون بقياس كمية الرصاص ، وهو المنتج النهائي للانحلال الإشعاعي لليورانيوم. في هذه الحالة ، 238 U هو العنصر الأولي ، و 234 U أحد حاصل الضرب. 235 U يؤدي إلى سلسلة اضمحلال الأكتينيوم.

فتح سلسلة من ردود الفعل

أصبح عنصر اليورانيوم الكيميائي موضوع اهتمام واسع ودراسة مكثفة بعد أن اكتشف الكيميائيان الألمان أوتو هان وفريتز ستراسمان الانشطار النووي فيه في نهاية عام 1938 عندما تم قصفه بالنيوترونات البطيئة. في أوائل عام 1939 ، اقترح الفيزيائي الأمريكي من أصل إيطالي إنريكو فيرمي أنه من بين منتجات انشطار الذرة قد تكون هناك جسيمات أولية قادرة على توليد تفاعل متسلسل. في عام 1939 ، أكد كل من الفيزيائيين الأمريكيين ليو زيلارد وهربرت أندرسون ، وكذلك الكيميائي الفرنسي فريدريك جوليو كوري وزملاؤهم ، هذا التوقع. أظهرت الدراسات اللاحقة أنه في المتوسط ​​، يتم إطلاق 2.5 نيوترون أثناء انشطار الذرة. أدت هذه الاكتشافات إلى أول تفاعل تسلسلي نووي مستدام ذاتيًا (12/02/1942) ، أول قنبلة ذرية (16/7/1945) ، أول استخدام لها في العمليات العسكرية (08/06/1945) ، أول غواصة نووية (1955) وأول محطة طاقة نووية واسعة النطاق (1957).

الأكسدة

يتفاعل عنصر اليورانيوم الكيميائي ، باعتباره معدنًا قويًا حساسًا للكهرباء ، مع الماء. يذوب في الأحماض وليس في القلويات. حالات الأكسدة المهمة هي +4 (كما في UO 2 أكسيد ، رباعي الهاليدات مثل UCl 4 ، وأيون الماء الأخضر U 4+) و +6 (كما في UO 3 أكسيد ، UF 6 سداسي فلوريد ، و UO 2 2+ uranyl ion) . في محلول مائي ، يكون اليورانيوم أكثر استقرارًا في تكوين أيون اليورانيل ، والذي له بنية خطية [O = U = O] 2+. يحتوي العنصر أيضًا على حالتي +3 و +5 ، لكنهما غير مستقرتين. يتأكسد Red U 3+ ببطء في الماء الذي لا يحتوي على الأكسجين. لون أيون UO 2 + غير معروف لأنه يخضع لعدم التناسب (يتم تقليل UO 2 + في نفس الوقت إلى UO 2 + ويتأكسد إلى UO 2 2+) حتى في المحاليل المخففة جدًا.

وقود نووي

عند التعرض للنيوترونات البطيئة يحدث انشطار ذرة اليورانيوم في النظير النادر نسبيًا 235 يو.هذه هي المادة الانشطارية الطبيعية الوحيدة ، ويجب فصلها عن النظير 238 يو. -238 يتحول إلى عنصر بلوتونيوم اصطناعي ، والذي ينقسم بفعل النيوترونات البطيئة. لذلك ، يمكن استخدام اليورانيوم الطبيعي في المحولات والمفاعلات المولدة ، حيث يتم دعم الانشطار بواسطة 235 وحدة نادرة ويتم إنتاج البلوتونيوم في وقت واحد مع تحويل 238 وحدة. يمكن تصنيع Fissile 233 U من نظير الثوريوم -232 ، المنتشر في الطبيعة ، لاستخدامه كوقود نووي. يعتبر اليورانيوم مهمًا أيضًا باعتباره المادة الأولية التي يتم منها الحصول على عناصر عبر اليورانيوم الاصطناعية.

استخدامات أخرى لليورانيوم

كانت مركبات العنصر الكيميائي تستخدم سابقًا كأصباغ للسيراميك. سداسي فلوريد (UF 6) مادة صلبة ذات ضغط بخار مرتفع بشكل غير عادي (0.15 ضغط جوي = 15300 باسكال) عند 25 درجة مئوية. يعتبر UF 6 شديد التفاعل من الناحية الكيميائية ، ولكن على الرغم من طبيعته المسببة للتآكل في حالة البخار ، يستخدم UF 6 على نطاق واسع في نشر الغاز وطرق الطرد المركزي للغاز للحصول على اليورانيوم المخصب.

المركبات العضوية الفلزية هي مجموعة مهمة ومثيرة للاهتمام من المركبات التي تربط فيها روابط المعادن الكربونية المعدن بالمجموعات العضوية. اليورانوسين هو مركب عضوي من اليورانيوم U (C 8 H 8) 2 حيث تكون ذرة اليورانيوم محصورة بين طبقتين من الحلقات العضوية المرتبطة بـ C 8 H 8 cyclooctatetraene. فتح اكتشافه في عام 1968 مجالًا جديدًا للكيمياء العضوية المعدنية.

يستخدم اليورانيوم الطبيعي المستنفد كوسيلة للحماية من الإشعاع والصابورة وفي المقذوفات الخارقة للدروع ودرع الدبابات.

إعادة التدوير

العنصر الكيميائي ، على الرغم من كثافته الشديدة (19.1 جم / سم 3) ، فهو مادة ضعيفة نسبيًا وغير قابلة للاشتعال. في الواقع ، يبدو أن الخصائص المعدنية لليورانيوم تضعه في مكان ما بين الفضة والمعادن الحقيقية الأخرى وغير المعدنية ، لذلك لا يتم استخدامه كمادة هيكلية. تكمن القيمة الرئيسية لليورانيوم في الخصائص المشعة لنظائره وقدرتها على الانشطار. في الطبيعة ، يتكون كل المعدن تقريبًا (99.27٪) من 238 وحدة أمريكية والباقي 235 وحدة (0.72٪) و 234 وحدة (0.006٪). من بين هذه النظائر الطبيعية ، ينشطر 235 وحدة فقط مباشرة عن طريق التشعيع النيوتروني. ومع ذلك ، عندما يتم امتصاصه ، فإن 238 U تشكل 239 U ، والتي تتحلل في النهاية إلى 239 Pu ، وهي مادة انشطارية ذات أهمية كبيرة للطاقة النووية والأسلحة النووية. يمكن إنتاج نظير انشطاري آخر ، 233 يو ، عن طريق تشعيع النيوترونات بـ 232 ث.

أشكال بلورية

خصائص اليورانيوم تجعله يتفاعل مع الأكسجين والنيتروجين حتى في الظروف العادية. في درجات الحرارة المرتفعة ، يتفاعل مع مجموعة واسعة من معادن السبائك لتشكيل مركبات بين المعادن. نادرًا ما يكون تكوين المحاليل الصلبة مع معادن أخرى بسبب الهياكل البلورية الخاصة التي تشكلها ذرات العنصر. بين درجة حرارة الغرفة ونقطة انصهار 1132 درجة مئوية ، يوجد معدن اليورانيوم في 3 أشكال بلورية تعرف باسم alpha (α) و beta () و gamma (). يحدث التحول من حالة α- إلى β عند 668 درجة مئوية ومن β إلى γ - عند 775 درجة مئوية. يتألف اليورانيوم من هيكل بلوري مكعب محوره الجسم ، في حين أن β له هيكل رباعي الزوايا. تتكون المرحلة α من طبقات من الذرات في بنية متناظرة للغاية. يمنع هذا الهيكل المشوه متباين الخواص ذرات المعدن المسبوك من استبدال ذرات اليورانيوم أو احتلال الفراغ بينها في الشبكة البلورية. وجد أن الموليبدينوم والنيوبيوم فقط يشكلان محاليل صلبة.

الخامات

تحتوي قشرة الأرض على حوالي 2 جزء في المليون من اليورانيوم ، مما يدل على انتشاره الواسع في الطبيعة. تشير التقديرات إلى أن المحيطات تحتوي على 4.5 × 10 9 طن من هذا العنصر الكيميائي. يعتبر اليورانيوم مكونًا مهمًا لأكثر من 150 نوعًا من المعادن المختلفة ومكونًا ثانويًا لـ 50 نوعًا آخر. وتشمل المعادن الأولية الموجودة في الأوردة الحرارية المائية البركانية وفي البجماتيت اليورانينيت ومجموعة متنوعة من البتشبلند. في هذه الخامات ، يوجد العنصر في شكل ثاني أكسيد ، والذي يمكن أن يختلف من UO 2 إلى UO 2.67 بسبب الأكسدة. المنتجات الأخرى ذات الأهمية الاقتصادية من مناجم اليورانيوم هي autunite (فوسفات اليورانيل الكالسيوم المائي) ، والتوبرنيت (فوسفات اليورانيل النحاسي المائي) ، والتابوت (سيليكات اليورانيوم المطفأ باللون الأسود) ، والكارنويت (فانات اليورانيل البوتاسيوم المائي).

تشير التقديرات إلى وجود أكثر من 90٪ من احتياطيات اليورانيوم منخفضة التكلفة المعروفة في أستراليا وكازاخستان وكندا وروسيا وجنوب إفريقيا والنيجر وناميبيا والبرازيل والصين ومنغوليا وأوزبكستان. توجد رواسب كبيرة في التكوينات الصخرية المتكتلة لبحيرة إليوت ، الواقعة شمال بحيرة هورون في أونتاريو ، كندا ، وفي منجم ذهب ويتواترسراند بجنوب إفريقيا. تحتوي التكوينات الرملية في هضبة كولورادو وفي حوض وايومنغ في غرب الولايات المتحدة أيضًا على احتياطيات كبيرة من اليورانيوم.

التعدين

تم العثور على خامات اليورانيوم في الرواسب القريبة من السطح والعميقة (300-1200 م). يصل سمك التماس تحت الأرض إلى 30 مترًا. كما في حالة خامات المعادن الأخرى ، يتم تعدين اليورانيوم على السطح بواسطة معدات كبيرة لتحريك التربة ، ويتم تطوير الرواسب العميقة بالطرق التقليدية الرأسية والمائلة مناجم. بلغ الإنتاج العالمي من مركزات اليورانيوم عام 2013 نحو 70 ألف طن ، وتقع أكثر مناجم اليورانيوم إنتاجية في كازاخستان (32٪ من إجمالي الإنتاج) ، وكندا ، وأستراليا ، والنيجر ، وناميبيا ، وأوزبكستان ، وروسيا.

عادة ما تحتوي خامات اليورانيوم على كمية صغيرة فقط من المعادن الحاملة لليورانيوم ، ولا يمكن صهرها بالطرق الحرارية للمعادن. وبدلاً من ذلك ، ينبغي استخدام إجراءات المعالجة بالمياه المعدنية لاستخراج اليورانيوم وتنقيته. تؤدي زيادة التركيز إلى تقليل الحمل على دوائر المعالجة بشكل كبير ، ولكن لا يمكن تطبيق أي من طرق الإثراء التقليدية المستخدمة بشكل شائع لمعالجة المعادن ، مثل الجاذبية والطفو والكهرباء الساكنة وحتى الفرز اليدوي. مع استثناءات قليلة ، تؤدي هذه الطرق إلى فقد كبير لليورانيوم.

احتراق

غالبًا ما تسبق المعالجة المعدنية لخامات اليورانيوم بخطوة تكليس عند درجة حرارة عالية. يؤدي الاحتراق إلى تجفيف الطين ، وإزالة المواد الكربونية ، وأكسدة مركبات الكبريت إلى كبريتات غير ضارة ، ويؤكسد أي عوامل اختزال أخرى قد تتداخل مع المعالجة اللاحقة.

ترشيح

يُستخرج اليورانيوم من الخامات المحمصة باستخدام المحاليل المائية الحمضية والقلوية. لكي تعمل جميع أنظمة الترشيح بنجاح ، يجب أن يكون العنصر الكيميائي إما موجودًا مبدئيًا في شكل 6 التكافؤ الأكثر استقرارًا أو يتأكسد إلى هذه الحالة أثناء المعالجة.

عادة ما يتم ترشيح الحمض عن طريق تقليب خليط الخام والمادة اللاكسدة لمدة 4-48 ساعة في درجة الحرارة المحيطة. يستخدم حامض الكبريتيك إلا في ظروف خاصة. يتم تقديمه بكميات كافية للحصول على السائل النهائي عند درجة الحموضة 1.5. عادةً ما تستخدم مخططات ترشيح حامض الكبريتيك إما ثاني أكسيد المنغنيز أو الكلورات لأكسدة رباعي التكافؤ U 4+ إلى اليورانيل 6 التكافؤ (UO 2 2+). كقاعدة عامة ، يكفي حوالي 5 كجم من ثاني أكسيد المنغنيز أو 1.5 كجم من كلورات الصوديوم للطن لأكسدة U 4+. على أي حال ، يتفاعل اليورانيوم المؤكسد مع حامض الكبريتيك ليشكل أنيون معقد 4- كبريتات اليورانيل.

الخام المحتوي على كمية كبيرة من المعادن الأساسية مثل الكالسيت أو الدولوميت يتم ترشيحه بمحلول 0.5-1 مولار من كربونات الصوديوم. على الرغم من دراسة واختبار الكواشف المختلفة ، فإن العامل المؤكسد الرئيسي لليورانيوم هو الأكسجين. عادة ما يتم ترشيح المعادن الخام في الهواء عند الضغط الجوي وعند درجة حرارة 75-80 درجة مئوية لفترة زمنية تعتمد على التركيب الكيميائي المحدد. يتفاعل القلوي مع اليورانيوم لتكوين أيون مركب سريع الذوبان.

قبل المعالجة الإضافية ، يجب توضيح المحاليل الناتجة عن ترشيح الحمض أو الكربونات. يتم فصل الطين وعجائن الخام الأخرى على نطاق واسع من خلال استخدام عوامل التلبد الفعالة ، بما في ذلك بولي أكريلاميد وصمغ الغوار والغراء الحيواني.

اِستِخلاص

يمكن امتصاص الأيونات المعقدة 4 و 4 من محاليل الترشيح الخاصة بها لراتنجات التبادل الأيوني. يمكن استخدام هذه الراتنجات الخاصة ، التي تتميز بحركية الامتصاص والشطف ، وحجم الجسيمات ، والاستقرار والخصائص الهيدروليكية ، في تقنيات معالجة مختلفة ، مثل السرير الثابت والمتحرك ، ونوع السلة ، وطريقة راتينج التبادل الأيوني المستمر. عادة ، تُستخدم محاليل كلوريد الصوديوم والأمونيا أو النترات لتصفية اليورانيوم الممتز.

يمكن عزل اليورانيوم من سوائل الخام الحمضية عن طريق الاستخلاص بالمذيبات. في الصناعة ، يتم استخدام أحماض الفوسفوريك الألكيل ، وكذلك الألكيلامين الثانوية والثالثية. كقاعدة عامة ، يُفضل الاستخلاص بالمذيبات على طرق التبادل الأيوني للفلاتر الحمضية التي تحتوي على أكثر من 1 جم / لتر من اليورانيوم. ومع ذلك ، فإن هذه الطريقة لا تنطبق على ترشيح الكربونات.

ثم يتم تنقية اليورانيوم عن طريق إذابته في حامض النيتريك لتكوين نترات اليورانيل ، ثم يتم استخلاصه وبلوره وتكلسه لتكوين ثالث أكسيد ثالث أكسيد اليورانيوم. يتفاعل ثاني أكسيد ثاني أكسيد اليورانيوم المخفض مع فلوريد الهيدروجين لتكوين رباعي فلوريد UF4 ، والذي ينخفض ​​منه اليورانيوم المعدني بواسطة المغنيسيوم أو الكالسيوم عند درجة حرارة 1300 درجة مئوية.

يمكن فلور رباعي فلوريد عند 350 درجة مئوية لتكوين سادس فلوريد اليورانيوم 6 ، والذي يستخدم لفصل اليورانيوم المخصب -235 عن طريق انتشار الغاز أو الطرد المركزي للغاز أو الانتشار الحراري السائل.

اليورانيوم ليس شعاعيًا نموذجيًا جدًا ؛ خمس من حالات التكافؤ معروفة - من 2+ إلى 6+. بعض مركبات اليورانيوم لها لون مميز. لذا ، فإن حلول اليورانيوم ثلاثي التكافؤ - الأحمر ، رباعي التكافؤ - الأخضر ، واليورانيوم سداسي التكافؤ - يوجد على شكل أيون اليورانيل (UO 2) 2+ - حلول ألوان صفراء ... حقيقة أن اليورانيوم سداسي التكافؤ يشكل مركبات مع العديد من عوامل التركيب العضوية اتضح أنه مهم للغاية لتكنولوجيا استخراج العنصر رقم 92.

من المميزات أن الغلاف الإلكتروني الخارجي لأيونات اليورانيوم ممتلئ دائمًا ؛ توجد إلكترونات التكافؤ في الطبقة الإلكترونية السابقة ، في الطبقة الفرعية 5f. إذا قارنا اليورانيوم بعناصر أخرى ، فمن الواضح أن البلوتونيوم يشبهه إلى حد كبير. الفرق الرئيسي بينهما هو نصف القطر الأيوني الكبير لليورانيوم. بالإضافة إلى ذلك ، يكون البلوتونيوم أكثر استقرارًا في الحالة الرباعية التكافؤ ، بينما يكون اليورانيوم أكثر استقرارًا في الحالة السداسية التكافؤ. هذا يساعد على فصلهم ، وهو أمر مهم للغاية: الوقود النووي البلوتونيوم 239 يتم الحصول عليه حصريًا من اليورانيوم ، يورانيوم الصابورة اليورانيوم 238 من حيث الطاقة. يتشكل البلوتونيوم في كتلة من اليورانيوم ويجب فصلها!

ومع ذلك ، قبل أن تحتاج إلى الحصول على هذه الكتلة بالذات من اليورانيوم ، بعد أن مرت بسلسلة تكنولوجية طويلة ، بدءًا من الخام. كقاعدة عامة ، خام متعدد المكونات ، فقير اليورانيوم.

نظير خفيف لعنصر ثقيل

عندما نتحدث عن الحصول على العنصر رقم 92 ، فقد أغفلنا عمدًا خطوة واحدة مهمة. كما تعلم ، ليس كل اليورانيوم قادرًا على دعم تفاعل نووي متسلسل. اليورانيوم 238 ، الذي يمثل 99.28٪ من الخليط الطبيعي للنظائر ، غير قادر على ذلك. وبسبب هذا ، يتم تحويل اليورانيوم 238 إلى بلوتونيوم ، ويسعى الخليط الطبيعي لنظائر اليورانيوم إما إلى تقسيمه أو تخصيبه بنظير اليورانيوم 235 القادر على انشطار النيوترونات الحرارية.

تم تطوير العديد من الطرق لفصل اليورانيوم 235 واليورانيوم 238. الطريقة الأكثر شيوعًا هي الانتشار الغازي. جوهرها هو أنه إذا تم تمرير خليط من غازين عبر قسم مسامي ، فإن الضوء سيمر بشكل أسرع. بالعودة إلى عام 1913 ، قام F. Aston بفصل نظائر النيون جزئيًا بهذه الطريقة.

معظم مركبات اليورانيوم في الظروف العادية هي مواد صلبة ولا يمكن نقلها إلى الحالة الغازية إلا في درجات حرارة عالية جدًا ، عندما لا يمكن الحديث عن أي عمليات دقيقة لفصل النظائر. ومع ذلك ، فإن مركب اليورانيوم عديم اللون مع الفلور - UF 6 سداسي فلوريد يتصاعد بالفعل عند 56.5 درجة مئوية (عند الضغط الجوي). UF 6 هو أكثر مركبات اليورانيوم تطايرًا وهو الأنسب لفصل النظائر عن طريق الانتشار الغازي.

يتميز سداسي فلوريد اليورانيوم بالنشاط الكيميائي العالي. تآكل الأنابيب والمضخات والحاويات والتفاعل مع تزييت الآليات - قائمة صغيرة ولكنها مثيرة للإعجاب من المشاكل التي كان على مبتكري مصانع الانتشار التغلب عليها. واجتمع بصعوبات أكثر جدية.

يمكن اعتبار سادس فلوريد اليورانيوم ، الذي يتم الحصول عليه بفلورة خليط طبيعي من نظائر اليورانيوم ، من وجهة نظر "انتشار" ، على أنه خليط من غازين لهما أوزان جزيئية قريبة جدًا - 349 (235 + 19 * 6) و 352 (238) + 19 * 6). الحد الأقصى لعامل الفصل النظري في مرحلة انتشار واحدة للغازات التي تختلف قليلاً في الوزن الجزيئي هو 1.0043 فقط. في الظروف الحقيقية ، هذه القيمة أقل من ذلك. اتضح أنه من الممكن زيادة تركيز اليورانيوم -235 من 0.72 إلى 99٪ فقط بمساعدة عدة آلاف من خطوات الانتشار. لذلك ، تحتل نباتات فصل نظائر اليورانيوم مساحة تبلغ عدة عشرات من الهكتارات. تتساوى مساحة الأقسام المسامية في سلاسل الفواصل المتسلسلة للنباتات تقريبًا من حيث الحجم.

باختصار عن نظائر اليورانيوم الأخرى

يشتمل اليورانيوم الطبيعي ، بالإضافة إلى اليورانيوم 235 واليورانيوم 238 ، على اليورانيوم 234. يتم التعبير عن محتوى هذا النظير النادر كرقم مكون من أربعة منازل عشرية. نظير اصطناعي يسهل الوصول إليه - اليورانيوم 233. يتم الحصول عليها عن طريق تشعيع الثوريوم في التدفق النيوتروني لمفاعل نووي:

232 90 Th + 10n → 233 90 Th -β- → 233 91 Pa -β- → 233 92 U
وفقًا لجميع قواعد الفيزياء النووية ، فإن اليورانيوم -233 ، كنظير غريب ، قابل للانشطار بواسطة النيوترونات الحرارية. والأهم من ذلك ، في المفاعلات التي تحتوي على اليورانيوم -233 ، يمكن أن يحدث تكاثر موسع للوقود النووي (وهو يحدث الآن). في مفاعل نيوتروني حراري تقليدي! تظهر الحسابات أنه عندما يحترق كيلوغرام من اليورانيوم -233 في مفاعل الثوريوم ، يجب أن يتراكم فيه 1.1 كيلوغرام من اليورانيوم -233 الجديد. معجزة وفقط! أحرقوا كيلوغراماً من الوقود لكن الوقود لم ينقص.

ومع ذلك ، فإن مثل هذه المعجزات ممكنة فقط مع الوقود النووي.

دورة اليورانيوم - الثوريوم في مفاعلات النيوترونات الحرارية هي المنافس الرئيسي لدورة اليورانيوم والبلوتونيوم لتكاثر الوقود النووي في مفاعلات النيوترونات السريعة ... في الواقع ، وبسبب هذا فقط ، تم تصنيف العنصر رقم 90 ، الثوريوم ، على أنه مادة استراتيجية .

لا تلعب نظائر اليورانيوم الاصطناعية الأخرى دورًا مهمًا. ومن الجدير بالذكر فقط اليورانيوم 239 - النظير الأول في سلسلة تحولات اليورانيوم 238 - البلوتونيوم - 239. عمر النصف لها 23 دقيقة فقط.

لا تملك نظائر اليورانيوم ذات العدد الكتلي الأكبر من 240 وقتًا لتتشكل في المفاعلات الحديثة. عمر اليورانيوم 240 قصير جدًا ، ويتلاشى دون أن يكون لديه وقت لالتقاط النيوترون.

في تدفقات النيوترونات فائقة القوة الناتجة عن انفجار نووي حراري ، تمكنت نواة اليورانيوم من التقاط ما يصل إلى 19 نيوترونًا في جزء من المليون من الثانية. في هذه الحالة ، تولد نظائر اليورانيوم ذات الأعداد الكتلية من 239 إلى 257. وقد تم التعرف على وجودها من ظهور منتجات انفجار نووي حراري لعناصر بعيدة عبر اليورانيوم - من نسل نظائر اليورانيوم الثقيل. إن "مؤسسي الجنس" أنفسهم غير مستقرين للغاية ضد اضمحلال بيتا ويمرون إلى عناصر أعلى قبل وقت طويل من استخراج نواتج التفاعل النووي من الصخور الممزوجة بالانفجار.

المفاعلات الحرارية الحديثة تحرق اليورانيوم 235. في مفاعلات النيوترونات السريعة الموجودة بالفعل ، يتم إطلاق طاقة نوى النظير الواسع الانتشار - يورانيوم 238 ، وإذا كانت الطاقة ثروة حقيقية ، فإن نوى اليورانيوم ستفيد البشرية في المستقبل القريب: طاقة العنصر رقم 92 ستفعل تصبح أساس وجودنا.

من الأهمية بمكان التأكد من أن اليورانيوم ومشتقاته يحترق فقط في المفاعلات النووية لمحطات الطاقة السلمية ، ويحترق ببطء ، دون دخان أو لهب.

مصدر آخر لليورانيوم. اليوم أصبحت مياه البحر. المنشآت التجريبية قيد التشغيل بالفعل لاستخراج اليورانيوم من الماء بمواد ماصة خاصة: أكسيد التيتانيوم أو الألياف الأكريلية المعالجة بكواشف معينة.

من كم. في أوائل الثمانينيات ، كان إنتاج اليورانيوم في البلدان الرأسمالية حوالي 50000 جرام سنويًا (من حيث ثاني أكسيد الكربون). تم توفير ما يقرب من ثلث هذا المبلغ من قبل الصناعة الأمريكية. في المرتبة الثانية تأتي كندا ، تليها جنوب إفريقيا. نيجور ، الجابون ، ناميبيا. من بين الدول الأوروبية ، تنتج فرنسا معظم اليورانيوم ومركباته ، لكن نصيبها كان أقل بسبع مرات تقريبًا من الولايات المتحدة.

المركبات غير التقليدية. على الرغم من أنه لا أساس من الصحة للتأكيد على أن كيمياء اليورانيوم والبلوتونيوم مفهومة بشكل أفضل اليوم من كيمياء العناصر التقليدية مثل الحديد ، إلا أن الكيميائيين اليوم يطورون مركبات يورانيوم جديدة. لذلك ، في عام 1977 ، مجلة Radiochemistry، vol. XIX، no. أبلغ 6 عن مركبين جديدين من اليورانيل. تكوينها هو MU02 (S04) 2-SH20 ، حيث M هو أيون من المنغنيز ثنائي التكافؤ أو الكوبالت. تم إثبات حقيقة أن المركبات الجديدة عبارة عن أملاح مزدوجة على وجه التحديد ، وليست مزيجًا من أملحين متشابهين ، من خلال أنماط حيود الأشعة السينية.

تعتمد التقنيات النووية إلى حد كبير على استخدام طرق الكيمياء الإشعاعية ، والتي تعتمد بدورها على الخصائص الفيزيائية النووية والفيزيائية والكيميائية والسامة للعناصر المشعة.

في هذا الفصل ، نقتصر على وصف موجز لخصائص النظائر الانشطارية الرئيسية - اليورانيوم والبلوتونيوم.

أورانوس

أورانوس ( اليورانيوم) U - عنصر من مجموعة الأكتينيد ، الفترة من 7 إلى 0 من النظام الدوري ، Z = 92 ، الكتلة الذرية 238.029 ؛ أثقل ما يوجد في الطبيعة.

يوجد 25 نظيرًا معروفًا لليورانيوم ، جميعها مشعة. الأسهل 217U (Tj / 2 = 26 مللي ثانية) ، الأثقل 2 4 2 U (7 TJ / 2 = i6.8 دقيقة). هناك 6 ايزومرات نووية. هناك ثلاثة نظائر مشعة في اليورانيوم الطبيعي: 2 ثانية 8 و (99.2 739٪ ، Ti / 2 = 4.47109 لتر) ، 2 35U (0.7205٪ ، G ، / 2 = 7.04-109 سنة) و 2 34U (0.0056٪ ، Ti / 2 = 2.48-swl). يبلغ النشاط الإشعاعي النوعي لليورانيوم الطبيعي 2.48104 بيكريل مقسمًا إلى النصف تقريبًا بين 2 34U و 288 U ؛ يقدم 235U مساهمة صغيرة (النشاط المحدد للنظير 233 في اليورانيوم الطبيعي أقل 21 مرة من نشاط 238U). المقطع العرضي لالتقاط النيوترون الحراري هو 46 و 98 و 2.7 حظيرة لـ 2 zz و 2 35U و 2 3 8 U على التوالي ؛ المقطع العرضي للانشطار 527 و 584 حظيرة لـ 2 zz و 2 s 8 و ، على التوالي ؛ خليط طبيعي من النظائر (0.7٪ 235U) 4.2 حظيرة.

فاتورة غير مدفوعة. 1. الخصائص الفيزيائية النووية 2 h9 ري و 2 35 ج.

فاتورة غير مدفوعة. 2. التقاط النيوترون 2 35C و 2 س 8 ج.

ستة نظائر لليورانيوم قادرة على الانشطار التلقائي: 282 يو ، 2 ثانية ، 234 يو ، 235 يو ، 2 ثانية 6 يو و 2 ثانية 8 يو. النظائر الطبيعية 233 و 235U الانشطار تحت تأثير كل من النيوترونات الحرارية والسريعة ، بينما النوى 238 وقادرة على الانشطار فقط عندما يتم التقاط نيوترونات تزيد طاقتها عن 1.1 ميغا إلكترون فولت. عندما يتم التقاط النيوترونات ذات الطاقة المنخفضة ، يتم تحويل النوى 288 U أولاً إلى نوى 2 -i9U ، والتي تخضع بعد ذلك لانحلال p وتنتقل أولاً إلى 2 - "* 9Np ، ثم إلى 239Pu. مقاطع عرضية فعالة لالتقاط نيوترونات حرارية من 2 34U و 2 نوى 35U و 2 3 8 وتساوي 98 و 683 و 2.7 حظيرة على التوالي. الانشطار الكامل لـ 2 35U يؤدي إلى "مكافئ طاقة حرارية" من 2-107 kWh / kg. النظائر يتم استخدام 2 35U و 2 zzy كوقود نووي ، قادر على دعم تفاعل سلسلة الانشطار.

تنتج المفاعلات النووية ن نظائر صناعية من اليورانيوم بأعداد كتلتها 227-240 ، وأطولها عمراً هو 233U (7 الخامس 2 \ u003d أنا 62 * 5 سنوات) ؛ يتم الحصول عليها عن طريق تشعيع الثوريوم النيوتروني. تولد نظائر اليورانيوم ذات الأعداد الكتلية 239-257 في تدفقات نيوترونية فائقة القوة ناتجة عن انفجار نووي حراري.

اليورانيوم -232- نوكليد تكنوجينيك ، باعث ، تي س / 2 = 68.9 سنة ، النظائر الأصلية 2 3 6 Pu (a) ، 23 2 Np (p *) و 23 2 Pa (p) ، نوكليدة الابنة 228 Th. تبلغ شدة الانشطار العفوي 0.47 قسم / ث كغ.

يتكون اليورانيوم 232 نتيجة للاضمحلال التالي:

P + - اضمحلال النواة * 3 أ Np (Ti / 2 \ u003d 14.7 دقيقة):

في الصناعة النووية ، يتم إنتاج 2 3 2 U كمنتج ثانوي في تخليق النويدات الانشطارية (الصالحة للاستخدام في صنع الأسلحة) 332 في دورة وقود الثوريوم. عند التشعيع بـ 2 3 2 ث ، يحدث التفاعل الرئيسي:

ورد الفعل من خطوتين:

يتم إنتاج 232 يو من الثوريوم فقط على النيوترونات السريعة (هـ"> 6 ميغا إلكترون فولت). إذا كان هناك 2 s ° Th في المادة الأولية ، فسيتم استكمال تكوين 2 3 2 U بالتفاعل: 2 s ° Th + u-> 2 3'Th. يحدث هذا التفاعل على النيوترونات الحرارية. الجيل 2 3 2 U غير مرغوب فيه لعدد من الأسباب. يتم منعه عن طريق استخدام الثوريوم بتركيز لا يقل عن 23 درجة مئوية.

يحدث تسوس 2 من 2 في الاتجاهات التالية:

اضمحلال في 228 ث (الاحتمال 100٪ ، طاقة اضمحلال 5.414 إلكترون فولت):

طاقة الجزيئات المنبعثة هي 5.263 ميغا إلكترون فولت (في 31.6٪ من الحالات) و 5.320 إلكترون فولت (في 68.2٪ من الحالات).

• - الانشطار التلقائي (احتمال أقل من 12٪) ؛
• - اضمحلال الكتلة مع تكوين النيوكليدات 28 ملغ (احتمالية الانحلال أقل من 5 * 10 "12٪):

اضمحلال الكتلة مع تكوين نوكليد 2

اليورانيوم -232 هو سلف سلسلة اضمحلال طويلة ، والتي تشمل النويدات - بواعث الكميات الصلبة:

^ U- (3.64 يومًا ، أ ، ص) -> 220 Rn-> (55.6 ثانية ، أ) -> 21 ب Po -> (0.155 ثانية ، أ) -> 212 Pb -> (10.64 ساعة ، ص ، ص) - > 212 Bi -> (60.6 m، p، y) -> 212 Po a، y) -> 208x1، 212 Po -> (3 "10 '7 s، a) -> 2o8 Pb (stub)، 2o8 T1 - > (3.06 م ، ص ، ص -> 2o8 Pb.

تراكم 2 3 2 U أمر لا مفر منه في إنتاج 2 zzy في دورة طاقة الثوريوم. الإشعاع y الشديد الناتج عن تحلل 2 3 2 U يعيق تطور طاقة الثوريوم. من غير المعتاد أن يكون للنظير المتساوي 2 3 2 11 مقطع عرضي عالي الانشطار تحت تأثير النيوترونات (75 حظيرة للنيوترونات الحرارية) ، بالإضافة إلى مقطع عرضي مرتفع لالتقاط النيوترونات - 73 حظيرة. يستخدم 2 3 2 U في طريقة التتبع الإشعاعي في البحث الكيميائي.

2 z 2 وهو سلف سلسلة اضمحلال طويلة (وفقًا للمخطط 2 z 2 Th) ، والتي تتضمن نويدات تنبعث منها y-quanta الصلبة. تراكم 2 3 2 U أمر لا مفر منه في إنتاج 2 zzy في دورة طاقة الثوريوم. الإشعاع γ المكثف الناتج عن اضمحلال 232 U يعيق تطور طاقة الثوريوم. من غير المعتاد أن يكون للنظير المتساوي 2 3 2 U مقطع عرضي عالي الانشطار تحت تأثير النيوترونات (75 حظيرة للنيوترونات الحرارية) ، بالإضافة إلى مقطع عرضي مرتفع لالتقاط النيوترونات - 73 حظيرة. غالبًا ما يستخدم 2 3 2 U في طريقة التتبع الإشعاعي في البحث الكيميائي والفيزيائي.

اليورانيوم -233- النويدات المشعة التقنية ، باعث (الطاقات 4.824 (82.7٪) و 4.783 إلكترون فولت (14.9٪) ،) ، Tvi = 1.585105 سنوات ، النويدات الأم 2 37Pu (a) -؟ 2 33Np (p +) -> 2 33Pa (p) ، نوكليدة الابنة 22 9Th. يتم الحصول على 2 zzi في المفاعلات النووية من الثوريوم: 2 s 2 Th يلتقط نيوترونًا ويتحول إلى 2 zz Th ، والذي يتحلل إلى 2 zz Pa ، ثم إلى 2 zz. Nuclei 2 zzy (نظير فردي) قادرة على الانشطار التلقائي والانشطار تحت تأثير النيوترونات من أي طاقة ، مما يجعلها مناسبة لإنتاج كل من الأسلحة الذرية ووقود المفاعلات. المقطع العرضي الانشطاري الفعال هو 533 حظيرة ، والمقطع العرضي للقبض هو 52 حظيرة ، وعائد النيوترون 2.54 لكل حدث انشطار ، و 2.31 لكل نيوترون ممتص. الكتلة الحرجة لـ 2 zz أقل بثلاث مرات من الكتلة الحرجة 2 35U (-16 كجم). شدة الانشطار العفوي 720 حالة / ث كغ.

يتكون اليورانيوم -233 نتيجة للاضمحلال التالي:

- (3 + -decay of nuclide 2 33Np (7 ^ = 36.2 min):

على المستوى الصناعي ، يتم الحصول على 2 zzi من 2 32Th بواسطة الإشعاع النيوتروني:

عندما يُمتص النيوترون ، تنشطر النواة 234 عادةً ، لكنها تلتقط أحيانًا نيوترونًا ، وتتحول إلى 234U. على الرغم من أن 2 zzy ، بعد امتصاصه للنيوترون ، عادة ما ينشطر ، إلا أنه في بعض الأحيان يحفظ نيوترونًا ، ويتحول إلى 2 34U. يتم تنفيذ وقت التشغيل البالغ 2 zz في كل من المفاعلات السريعة والحرارية.

من وجهة نظر السلاح ، 2 zzi يمكن مقارنتها بـ 2 39 Pu: نشاطها الإشعاعي هو 1/7 من نشاط 2 39 Pu (Ti / 2 \ u003d 159200 لتر مقابل 24100 لتر لـ Pu) ، الكتلة الحرجة 2 szi أعلى بنسبة 6o٪ من كتلة IgPu (16 كجم مقابل 10 كجم) ، ومعدل الانشطار التلقائي 20 مرة أعلى (b-u - 'مقابل 310 10). تدفق النيوترون من 239Pu أعلى بثلاث مرات من 239Pu. يتطلب إنشاء شحنة نووية على أساس 2 جيجاهيرتز جهدًا أكثر من ^ Pu. العقبة الرئيسية هي وجود شوائب 232U في 2zzi ، إشعاع γ لمشاريع الاضمحلال التي تجعل من الصعب العمل مع 2zzi وتجعل من السهل اكتشاف الأسلحة الجاهزة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن نصف العمر القصير لـ 2 3 2 U يجعلها مصدرًا نشطًا للجسيمات a. 2 zzi بنسبة 1٪ 232 وله نشاط A أقوى بثلاث مرات من البلوتونيوم المستخدم في صنع الأسلحة ، وبالتالي سمية إشعاعية أكبر. يتسبب هذا النشاط في ولادة نيوترونات في العناصر الخفيفة لشحنة السلاح. لتقليل هذه المشكلة ، يجب أن يكون وجود عناصر مثل Be و B و F و Li في حده الأدنى. لا يؤثر وجود خلفية نيوترونية على عمل أنظمة الانفجار الداخلي ، ولكن بالنسبة لمخططات المدفع ، يلزم مستوى عالٍ من النقاء للعناصر الخفيفة. zgi ليس ضارًا ، بل إنه مرغوب فيه ، لأنه يقلل من إمكانية استخدام اليورانيوم لأغراض الأسلحة بعد معالجة الوقود النووي المستهلك وإعادة استخدام الوقود يصل محتوى 232U إلى 0.1 + 0.2٪.

يحدث اضمحلال 2 zzy في الاتجاهات التالية:

اضمحلال أ في 22 9Th (الاحتمال 100٪ ، طاقة الاضمحلال 4.909 MeV):

طاقة الجسيمات n المنبعثة هي 4.729 MeV (في 1.61٪ من الحالات) ، 4.784 MeV (في 13.2٪ من الحالات) و 4.824 MeV (في 84.4٪ من الحالات).

• - الانشطار العفوي (الاحتمال
• - اضمحلال الكتلة مع تكوين النيوكليدات 28 Mg (احتمالية الاضمحلال أقل من 1.3 * 10 -13٪):

تحلل الكتلة مع تكوين النيوكليدات 24 ني (احتمال الاضمحلال 7.3-10 - "٪):

تنتمي سلسلة الاضمحلال 2 zz إلى سلسلة Neptunium.

النشاط الإشعاعي المحدد هو 2 zzi 3.57-8 بيكريل / غرام ، والذي يتوافق مع نشاط أ (وسمية إشعاعية) بنسبة -15٪ من البلوتونيوم. فقط 1٪ 2 3 2 U يزيد النشاط الإشعاعي إلى 212 mCi / g.

اليورانيوم - 234(أورانوس II ، UII)هو جزء من اليورانيوم الطبيعي (0.0055٪) ، 2.445105 سنة ، باعث (طاقة جسيمات أ 4.777 (72٪) و

4.723 (28٪) MeV) ، النويدات المشعة الأصلية: 2 s 8 Pu (a) ، 234 Pa (P) ، 234 Np (p +) ،

نظير الابنة في 2 ثانية "تي.

عادةً ما يكون 234 U في حالة توازن مع 2 3 8 u ، تتحلل وتتشكل بنفس المعدل. ما يقرب من نصف النشاط الإشعاعي لليورانيوم الطبيعي هو مساهمة 234U. عادةً ما يتم الحصول على 234U عن طريق كروماتوغرافيا التبادل الأيوني للمستحضرات القديمة لـ 238 Pu النقي. في الاضمحلال ، * 34U يفسح المجال لـ 234U ، لذا فإن الاستعدادات القديمة لـ 238Pu هي مصادر جيدة لـ 234U. 100 جم 2s8Pu تحتوي على 776 مجم 234U بعد عام ، بعد 3 سنوات

2.2 جرام 2 34U. تركيز 2 34U في اليورانيوم عالي التخصيب مرتفع للغاية بسبب التخصيب التفضيلي في النظائر الخفيفة. نظرًا لأن 234u هو باعث y قوي ، فهناك قيود على تركيزه في اليورانيوم المخصص للمعالجة إلى وقود. المستوى المرتفع لـ 234i مقبول للمفاعلات ، لكن SNF المعاد معالجته يحتوي على مستويات غير مقبولة بالفعل من هذا النظير.

يحدث اضمحلال 234u على غرار الأسطر التالية:

تسوس أ في 23 درجة T (احتمال 100٪ ، طاقة اضمحلال 4.857 إلكترون فولت):

طاقة الجزيئات المنبعثة هي 4.722 إلكترون فولت (في 28.4٪ من الحالات) و 4.775 إلكترون فولت (في 71.4٪ من الحالات).

• - الانشطار العفوي (الاحتمال 1.73-10-9٪).
• - اضمحلال الكتلة مع تكوين النيوكليدات 28 Mg (احتمال الاضمحلال هو 1.4-10 "n٪ ، وفقاً لمصادر أخرى 3.9-10 -"٪):

• - اضمحلال الكتلة مع تكوين النويدات 2 4Ne و 26 Ne (احتمال الاضمحلال 9-10 "، 2٪ ، وفقاً للبيانات الأخرى 2.3-10 - 11٪):

الأيزومر الوحيد 2 34ti معروف (Tx / 2 = 33.5 μs).

المقطع العرضي لامتصاص 2 34U نيوترون حراري هو 10 حظيرة ، وبالنسبة للرنين المتوسط ​​المتوسط ​​على نيوترونات وسيطة مختلفة ، 700 حظيرة. لذلك ، في مفاعلات النيوترونات الحرارية ، يتم تحويله إلى 235U انشطاري بمعدل أسرع بكثير من 238U (مع مقطع عرضي 2.7 حظيرة) يتم تحويله إلى 2 s9Pu. نتيجة لذلك ، يحتوي SNF على 234U أقل من الوقود الطازج.

اليورانيوم 235ينتمي إلى عائلة 4P + 3 ، قادر على إنتاج تفاعل سلسلة الانشطار. هذا هو أول نظير اكتشف فيه تفاعل الانشطار القسري للنواة تحت تأثير النيوترونات. بامتصاص النيوترون ، ينتقل 235U إلى 2 zbi ، والتي تنقسم إلى جزأين ، وتطلق الطاقة وتنبعث عدة نيوترونات. قابل للانشطار بواسطة النيوترونات من أي طاقة ، قادر على الانشطار التلقائي ، النظير 2 35U جزء من اليوثانوم الطبيعي (0.72٪) ، باعث (طاقات 4.397 (57٪) و 4.367 (18٪) إلكترون فولت) ، Ti / j = 7.038-th 8 سنوات ، النويدات الأصلية 2 35Pa ، 2 35Np و 2 39Pu ، الابنة - 23 "Th. شدة الانشطار العفوي 2 3su 0.16 قسم / ثانية كجم. يطلق انشطار نواة واحدة 2 35U 200 MeV من الطاقة = 3.2 Yu p J ، أي 18 تيرا جول / مول = 77 تيرا جول / كغ. المقطع العرضي للانشطار بالنيوترونات الحرارية هو 545 حظيرة ، وبواسطة النيوترونات السريعة - 1.22 حظيرة ، عائد النيوترونات: لكل حدث انشطار - 2.5 ، لكل نيوترون ممتص - 2.08.

تعليق. المقطع العرضي للنيوترونات البطيئة لتشكيل النظير 2 si (10 حظيرة) ، بحيث يكون المقطع العرضي للامتصاص الكلي للنيوترونات البطيئة 645 حظيرة.

• - الانشطار العفوي (الاحتمال 7 * 10 ~ 9٪) ؛
• - اضمحلال الكتلة مع تكوين النويدات 2 ° نيوتن ، 2 5 نيوتن و 28 ملليجرام (الاحتمالات على التوالي 8-io - 10٪ ، 8-kg 10٪ ، 8 * 10 ".0٪):

أرز. واحد.

الأيزومر الوحيد المعروف هو 2 35n »u (7/2 = 26 min).

نشاط محدد 2 35C 7.77-u 4 بيكريل / غرام. الكتلة الحرجة من اليورانيوم المستخدم في صنع الأسلحة (93.5٪ 2 35U) للكرة ذات العاكس هي 15-7-23 كجم.

يستخدم الانشطار 2 »5U في الأسلحة الذرية ، لإنتاج الطاقة ، وتوليف الأكتينيدات الهامة. يتم الحفاظ على التفاعل المتسلسل بسبب زيادة النيوترونات الناتجة أثناء انشطار 2 35 درجة مئوية.

اليورانيوم 236يحدث على الأرض في الطبيعة بكميات ضئيلة (على القمر أكثر) ، باعث (؟

أرز. 2. الأسرة المشعة 4/7 + 2 (بما في ذلك -3 8 و).

في المفاعل الذري ، يمتص 233 نيوترونًا حراريًا ، وبعد ذلك ينفجر باحتمال 82٪ ، وينبعث منه y-quantum باحتمال 18٪ ويتحول إلى 236 و. بكميات صغيرة هو جزء من الوقود الطازج ؛ يتراكم عند تعريض اليورانيوم للإشعاع بالنيوترونات في المفاعل ، وبالتالي يتم استخدامه "كجهاز إشارات" SNF. 2 h b ويتم تكوينه كمنتج ثانوي أثناء فصل النظائر عن طريق الانتشار الغازي أثناء تجديد الوقود النووي المستهلك. إن 236 U المنتج في مفاعل الطاقة هو سم نيوتروني ؛ يتم تعويض وجوده في الوقود النووي بمستوى عالٍ قدره 2 35U من التخصيب.

2 ب ويستخدم كمتتبع مختلط لمياه المحيطات.

اليورانيوم 237 ،T & =يمكن الحصول على 6.75 يومًا ، باعث بيتا وجاما ، عن طريق التفاعلات النووية:

كشف 287 ونفذت على طول خطوط الاتحاد الأوروبي = o.v MeV (36٪) ، 0.114 MeV (0.06٪) ، 0.165 MeV (2.0٪) ، 0.208 MeV (23٪)

يستخدم 237U في طريقة التتبع الإشعاعي في البحث الكيميائي. يوفر قياس التركيز (2 4 درجة صباحًا) في التداعيات الناتجة عن اختبار سلاح ذري معلومات قيمة حول نوع الشحنة والمعدات المستخدمة.

اليورانيوم 238- ينتمي إلى عائلة 4P + 2 ، قابل للانشطار مع نيوترونات عالية الطاقة (أكثر من 1.1 ميغا إلكترون فولت) ، قادر على الانشطار التلقائي ، ويشكل أساس اليورانيوم الطبيعي (99.27٪) ، باعث ، 7 '؛ / 2 = 4> 468-109 سنة ، تتحلل مباشرة إلى 2 34Th ، وتشكل عددًا من النويدات المشعة ذات الصلة وراثيًا ، وبعد 18 منتجًا تتحول إلى 206 Pb. Pure 2 3 8 U له نشاط إشعاعي محدد يبلغ 1.22-104 بيكريل. عمر النصف طويل جدًا - حوالي 10 - 16 عامًا ، لذا فإن احتمال الانشطار بالنسبة للعملية الرئيسية - انبعاث جسيم - هو 10 "فقط .7 كيلوغرام واحد من اليورانيوم يعطي فقط 10 انشقاقات تلقائية لكل ثانيًا ، وأثناء الوقت نفسه ، يصدر جسيم أ 20 مليون نواة نواة الأم: 2 4 2 Pu (a) ، * spa (p-) 234Th ، ابنة تي ، / 2 = 2 :أنا 4 ذ.

يتكون اليورانيوم 238 نتيجة للاضمحلال التالي:

2 (V0 4) 2] 8Н 2 0. من المعادن الثانوية ، الكالسيوم يورانيل فوسفات الكالسيوم (U0 2) 2 (P0 4) 2 -8H 2 0 شائع. غالبًا ما يكون اليورانيوم الموجود في المعادن مصحوبًا بعناصر مفيدة أخرى - التيتانيوم والتنتالوم والأتربة النادرة. لذلك ، من الطبيعي السعي إلى المعالجة المعقدة للخامات المحتوية على اليورانيوم.

الخصائص الفيزيائية الأساسية لليورانيوم: الكتلة الذرية 238.0289 صباحًا. (جم / مول) ؛ نصف القطر الذري 138 م (1 م = 12 م) ؛ طاقة التأين (الإلكترون الأول 7.11 eV ؛ التكوين الإلكتروني -5f36d '7s 2 ؛ حالات الأكسدة 6 ، 5 ، 4 ، 3 ؛ G P l \ u003d 113 2 ، 2 ° ؛ تي تي، 1 = 3818 درجة ؛ الكثافة 19.05 ؛ السعة الحرارية المحددة 0.115 دينار أردني ؛ قوة الشد 450 ميجا باسكال ، حرارة الانصهار 12.6 كيلوجول / مول ، حرارة التبخر 417 كيلوجول / مول ، السعة الحرارية النوعية 0.115 جول / (مول- ك) ؛ الحجم المولي 12.5 سم 3 / مول ؛ درجة حرارة Debye المميزة © D = 200K ، درجة حرارة الانتقال إلى حالة التوصيل الفائق هي 0.68K.

اليورانيوم معدن ثقيل أبيض فضي لامع. إنه أكثر ليونة قليلاً من الفولاذ ، مرن ، مرن ، له خصائص مغناطيسية طفيفة ، وهو قابل للإشتعال في حالة المسحوق. يحتوي اليورانيوم على ثلاثة أشكال متآصلة: ألفا (معيني ، إيه يو ، معلمات شعرية 0 = 285 ، ب = 587 ، c = 49b pm ، مستقر حتى 667.7 °) ، بيتا (رباعي الزوايا ، p-U ، مستقر من 667.7 إلى 774.8 °) ، جاما (مع شعرية مكعبة مركز الجسم ، y-U ، موجودة من 774.8 ° إلى نقاط الانصهار ، frm = ii34 0) ، حيث يكون اليورانيوم أكثر مرونة وملاءمة للمعالجة.

في درجة حرارة الغرفة ، تكون المرحلة A المعينية مستقرة ، ويتكون الهيكل المنشوري من طبقات ذرية متموجة موازية للمستوى abcفي شبكة موشورية غير متماثلة للغاية. داخل الطبقات ، ترتبط الذرات ارتباطًا وثيقًا ، بينما تكون قوة الروابط بين ذرات الطبقات المجاورة أضعف بكثير (الشكل 4). هذا الهيكل متباين الخواص يجعل من الصعب دمج اليورانيوم مع المعادن الأخرى. الموليبدينوم والنيوبيوم فقط هما اللذان يصنعان سبائك صلبة مع اليورانيوم. ومع ذلك ، يمكن لليورانيوم المعدني أن يتفاعل مع العديد من السبائك ، مكونًا مركبات بين المعادن.

في الفاصل الزمني 668 ^ 775 ° يوجد (3-يورانيوم. نوع شعرية رباعي الزوايا لها هيكل متعدد الطبقات مع طبقات موازية للمستوى أبفي المواضع 1 / 4C ، 1/2 معوخلية وحدة 3 / 4C. عند درجات حرارة أعلى من 775 درجة ، يتشكل اليورانيوم من خلال شبكة مكعبة محورها الجسم. إضافة الموليبدينوم يجعل من الممكن الحصول على المرحلة y في درجة حرارة الغرفة. يشكل الموليبدينوم نطاقًا واسعًا من المحاليل الصلبة باستخدام y- يورانيوم ويعمل على استقرار الطور الصادي في درجة حرارة الغرفة. اليورانيوم y هو أكثر ليونة وأكثر مرونة من الهش a- و (3 مراحل.

تشعيع النيوترونات له تأثير كبير على الخواص الفيزيائية والميكانيكية لليورانيوم ، مما يتسبب في زيادة حجم العينة ، وتغير في الشكل ، وكذلك تدهور حاد في الخصائص الميكانيكية (الزحف ، التقصف) لكتل ​​اليورانيوم أثناء تشغيل مفاعل نووي. تعود الزيادة في الحجم إلى تراكم اليورانيوم أثناء انشطار شوائب عناصر ذات كثافة أقل (ترجمة 1% اليورانيوم إلى عناصر تجزئة يزيد الحجم بنسبة 3.4٪).

أرز. 4. بعض التراكيب البلورية لليورانيوم: أ- يورانيوم ، ب- يورانيوم.

أكثر الطرق شيوعًا للحصول على اليورانيوم في الحالة المعدنية هي اختزال فلوريده باستخدام الفلزات القلوية أو القلوية الترابية أو التحليل الكهربائي لذوبان الملح. يمكن أيضًا الحصول على اليورانيوم عن طريق الاختزال الحراري من الكربيدات بالتنغستن أو التنتالوم.

تحدد القدرة على التبرع بالإلكترونات بسهولة الخصائص المختزلة لليورانيوم ونشاطه الكيميائي العالي. يمكن لليورانيوم أن يتفاعل مع جميع العناصر تقريبًا ، باستثناء الغازات النبيلة ، مع اكتساب حالات الأكسدة +2 ، +3 ، +4 ، +5 ، +6. في الحل ، التكافؤ الرئيسي هو 6+.

يتأكسد اليورانيوم المعدني بسرعة في الهواء ، وهو مغطى بطبقة من الأكسيد متقزحة الألوان. يشتعل مسحوق اليورانيوم الناعم تلقائيًا في الهواء (عند درجات حرارة 1504-175 درجة مئوية) ، مكونًا و ؛) فوق. عند 1000 درجة ، يتحد اليورانيوم مع النيتروجين لتكوين نيتريد اليورانيوم الأصفر. الماء قادر على التفاعل مع المعدن ببطء في درجات حرارة منخفضة وبسرعة في درجات حرارة عالية. يتفاعل اليورانيوم بعنف مع الماء المغلي والبخار ليطلق الهيدروجين الذي يشكل الهيدريد مع اليورانيوم.

هذا التفاعل أقوى من احتراق اليورانيوم في الأكسجين. مثل هذا النشاط الكيميائي لليورانيوم يجعل من الضروري حماية اليورانيوم في المفاعلات النووية من ملامسته للماء.

يذوب اليورانيوم في أحماض الهيدروكلوريك والنتريك وغيرها ، مكونًا أملاح U (IV) ، ولكنه لا يتفاعل مع القلويات. يزيح اليورانيوم الهيدروجين من الأحماض غير العضوية ومحاليل الملح من المعادن مثل الزئبق والفضة والنحاس والقصدير والبلاتين والذهب. مع اهتزاز قوي ، تبدأ جزيئات اليورانيوم المعدنية في التوهج.

تُعد سمات بنية غلاف الإلكترون لذرة اليورانيوم (وجود الإلكترونات ^ /) وبعض خواصها الفيزيائية والكيميائية بمثابة أساس لتصنيف اليورانيوم على أنه أكتينيد. ومع ذلك ، هناك تشابه كيميائي بين اليورانيوم و Cr و Mo و W. اليورانيوم شديد التفاعل ويتفاعل مع جميع العناصر باستثناء الغازات النبيلة. في المرحلة الصلبة ، من أمثلة U (VI) ثلاثي أكسيد اليورانيل U0 3 وكلوريد اليورانيل U0 2 C1 2. رابع كلوريد اليورانيوم UC1 4 وثاني أكسيد اليورانيوم U02

U (IV) أمثلة. المواد التي تحتوي على U (IV) عادة ما تكون غير مستقرة وتصبح سداسية التكافؤ عند التعرض الطويل للهواء.

يتم تثبيت ستة أكاسيد في نظام اليورانيوم - الأكسجين: UO ، U0 2 ، U 4 0 9 ، 3 Ov ، U0 3. تتميز بمنطقة واسعة من التجانس. U0 2 هو أكسيد أساسي ، بينما U0 3 هو مذبذب. U0 3 - يتفاعل مع الماء لتكوين عدد من الهيدرات أهمها حمض الديورونيك H 2 U 2 0 7 وحمض اليورانيك H 2 1U 4. مع القلويات ، يشكل U0 3 أملاح هذه الأحماض - اليورات. عندما يذوب U0 3 في الأحماض ، تتشكل أملاح كاتيون اليورانيل مزدوج الشحنة U0 2 a +.

ثاني أكسيد اليورانيوم ، U0 2 ، بني في تكوين متكافئ. مع زيادة محتوى الأكسجين في الأكسيد ، يتغير اللون من البني الداكن إلى الأسود. هيكل بلوري من نوع CaF 2 ، أ = 0.547 نانومتر ؛ كثافة 10.96 جم / سم "* (أعلى كثافة بين أكاسيد اليورانيوم) ، رر \ u003d 2875 0 ، T كن „ = 3450 درجة ، D # ° 298 \ u003d -1084.5 كيلو جول / مول. ثاني أكسيد اليورانيوم هو أشباه موصلات ذات موصلية ثقب ، وهو مغناطيس قوي. MAC = 0.015 مجم / م 3. دعونا لا نذوب في الماء. عند درجة حرارة -200 درجة ، تضيف الأكسجين ، لتصل إلى التركيبة U0 2> 25.

يمكن الحصول على أكسيد اليورانيوم (IV) بالتفاعلات:

يظهر ثاني أكسيد اليورانيوم الخصائص الأساسية فقط ، فهو يتوافق مع الهيدروكسيد الأساسي U (OH) 4 ، والذي يتحول بعد ذلك إلى هيدروكسيد رطب U0 2 H 2 0. يذوب ثاني أكسيد اليورانيوم ببطء في أحماض غير مؤكسدة قوية في غياب الأكسجين الجوي ليشكل W + أيونات:

U0 2 + 2H 2 S0 4 -> U (S0 4) 2 + 2Н 2 0. (38)

قابل للذوبان في الأحماض المركزة ، ويمكن زيادة معدل الذوبان بشكل كبير عن طريق إضافة أيون الفلور.

عند إذابته في حمض النيتريك ، يتشكل أيون اليورانيل 1U 2 2+:

أوكتوكسيد Triuran U 3 0s (أكسيد اليورانيوم) - مسحوق ، لونه يختلف من الأسود إلى الأخضر الداكن ؛ عند التكسير القوي - لون أخضر زيتوني. بلورات سوداء كبيرة تترك ضربات خضراء على الخزف. هناك ثلاثة تعديلات بلورية معروفة لـ U 3 0 ح: a-U 3 C> 8 - بنية بلورية معينية (sp. gr. C222 ؛ 0 = 0.671 نانومتر ؛ 6 = 1.197 نانومتر ؛ ج = 0.83 نانومتر ؛ د = 0.839 نانومتر) ؛ p-U 3 0e - بنية بلورية معينية (مجموعة فضائية ستست. 0 = 0.705 نانومتر ؛ 6 = 1.172 نانومتر ؛ 0 = 0.829 نانومتر. بداية التحلل هي 100 درجة (يذهب إلى 110 2) ، MPC = 0.075 مجم / م 3.

يمكن الحصول على U 3 C> 8 عن طريق التفاعل:

بالتكليس U0 2 ، U0 2 (N0 3) 2 ، U0 2 C 2 0 4 3H 2 0 ، U0 4-2H 2 0 أو (NH 4) 2 U 2 0 7 عند 750 0 في الهواء أو في جو أكسجين ( p = 150 + 750 mm Hg) تلقي U 3 08 نقيًا متكافئًا.

عندما يتم تحميص U 3 0s عند T> 100 ° ، يتم تقليله إلى 110 2 ، ومع ذلك ، عند تبريده في الهواء ، فإنه يعود إلى U 3 0s. U 3 0e يذوب فقط في الأحماض القوية المركزة. في أحماض الهيدروكلوريك والكبريتيك ، يتم تكوين خليط من U (IV) و U (VI) ، وفي حمض النيتريك ، يتم تكوين نترات اليورانيل. تتفاعل أحماض الكبريتيك والهيدروكلوريك المخففة بشكل ضعيف جدًا مع U 3 Os حتى عند تسخينها ، تؤدي إضافة العوامل المؤكسدة (حمض النيتريك ، البيرولوزيت) إلى زيادة معدل الذوبان بشكل حاد. يذيب H 2 S0 4 المركز U 3 Os بتكوين U (S0 4) 2 و U0 2 S0 4. يذوب حمض النيتريك U 3 Oe بتكوين نترات اليورانيل.

ثالث أكسيد اليورانيوم ، U0 3 - مادة بلورية أو غير متبلورة ذات لون أصفر ساطع. يتفاعل مع الماء. MPC = 0.075 مجم / م 3.

يتم الحصول عليها عن طريق تكليس البوليورانات الأمونيوم ، بيروكسيد اليورانيوم ، أكسالات اليورانيل عند 300-500 درجة مئوية ونترات اليورانيل سداسي هيدرات. في هذه الحالة ، يتشكل مسحوق برتقالي ذو بنية غير متبلورة بكثافة

6.8 جم / سم. يمكن الحصول على الشكل البلوري IO 3 عن طريق أكسدة اليورانيوم 3 0 8 عند درجات حرارة 450 درجة -750 درجة في تيار أكسجين. هناك ستة تعديلات بلورية لـ U0 3 (a، (3، y> §>؟، n) - U0 3 مسترطبة وتتحول إلى هيدروكسيد اليورانيل في الهواء الرطب.التسخين الإضافي إلى 6 درجات مئوية يجعل من الممكن الحصول على U 3 Os.

يقلل الهيدروجين والأمونيا والكربون والقلويات والمعادن الأرضية القلوية من 0 إلى 3 إلى 0 2. عن طريق تمرير خليط من غازات HF و NH 3 ، يتشكل UF 4. في أعلى تكافؤ ، يُظهر اليورانيوم خصائص مذبذبة. تحت تأثير أحماض U0 3 أو هيدراتها ، تتشكل أملاح اليورانيل (U0 2 2+) ، بلون أصفر-أخضر:

معظم أملاح اليورانيل قابلة للذوبان في الماء بدرجة عالية.

مع القلويات ، عند الاندماج ، يشكل U0 3 أملاح حمض اليورانيك - uranates MDKH:

باستخدام المحاليل القلوية ، يشكل ثالث أكسيد اليورانيوم أملاح أحماض البولي يورانيك - البولي يورانات dgM 2 0y110 3 الرقم الهيدروجيني ^ O.

أملاح حمض اليورانيوم غير قابلة للذوبان عمليا في الماء.

الخصائص الحمضية لـ U (VI) أقل وضوحًا من الخصائص الأساسية.

يتفاعل اليورانيوم مع الفلور في درجة حرارة الغرفة. ينخفض ​​استقرار الهاليدات المرتفعة من الفلوريدات إلى اليود. الفلوريدات UF 3 و U4F17 و U2F9 و UF 4 غير متطايرة و UFe متطاير. أهم الفلوريدات هي UF 4 و UFe.

Ftpppippyanir okgilya t "yanya ppptrkart في الممارسة:

يتم إجراء التفاعل في الطبقة المميعة وفقًا للمعادلة:

من الممكن استخدام العوامل المفلورة: BrF 3 ، CC1 3 F (الفريون -11) أو CC1 2 F 2 (الفريون -12):

اليورانيوم (1U) فلوريد UF 4 ("الملح الأخضر") - مسحوق من الأخضر المزرق إلى اللون الزمرد. G 11L \ u003d SW6 ° ؛ G إلى "،. \ u003d -1730 درجة. DYa ° 29 8 = 1856 كيلوجول / مول. التركيب البلوري أحادي الميل (sp. gp C2 / c ؛ 0 = 1.273 نانومتر ؛ 5 = 1.075 نانومتر ؛ 0 = 0.843 نانومتر ؛ د = 6.7 نانومتر ؛ p \ u003d 12b ° 20 "؛ الكثافة 6.72 جم / سم 3. UF 4 مركب مستقر وغير نشط وغير متطاير وقليل الذوبان في الماء. أفضل مذيب لـ UF 4 هو دخان حمض البيركلوريك HC10 4. يذوب في الأحماض المؤكسدة لتكوين ملح اليورانيل يذوب بسرعة في محلول ساخن من Al (N0 3) 3 أو A1C1 3 ، وكذلك في محلول حمض البوريك المحمض مع H 2 S0 4 أو HC10 4 أو HC1. أو حمض البوريك ، يساهم أيضًا في تفكك UF 4. يشكل عددًا من الأملاح المزدوجة قليلة الذوبان مع فلوريد معادن أخرى (MeUFe ، Me 2 UF6 ، Me 3 UF 7 ، إلخ.) NH 4 UF 5 له أهمية صناعية.

الفلوريد U (IV) هو منتج وسيط في التحضير

كل من سادس فلوريد اليورانيوم ومعدن اليورانيوم.

يمكن الحصول على UF 4 من خلال التفاعلات:

أو عن طريق التخفيض الإلكتروليتي لفلوريد اليورانيل.

سادس فلوريد اليورانيوم UFe - في درجة حرارة الغرفة ، بلورات عاجية ذات معامل انكسار عالٍ. كثافة

5.09 جم / سم 3 ، كثافة سائل UFe 3.63 جم / سم 3. اتصال طائر. Tvoag = 5 ^> 5 °> جيل = 64.5 درجة (تحت الضغط). يصل ضغط البخار المشبع إلى الغلاف الجوي عند 560 درجة. المحتوى الحراري لتكوين AR ° 29 8 = -2116 kJ / mol. التركيب البلوري معيني (sp. gr. Rpta. 0 = 0.999 نانومتر ؛ fe = 0.8962 نانومتر ؛ ج = 0.5207 نانومتر ؛ د 5.060 نانومتر (250). MPC - 0.015 مجم / م 3. ويمكن لسادس فلوريد اليورانيوم من الحالة الصلبة أن يتسامى من الحالة الصلبة (المتصاعد) إلى غاز ، متجاوزًا المرحلة السائلة على مدى واسع من الضغوط. حرارة التسامي عند 50 0 50 kJ / mg. لا يحتوي الجزيء على عزم ثنائي القطب ، لذلك لا يرتبط سادس فلوريد اليورانيوم. أبخرة UFr - غاز مثالي.

يتم الحصول عليه عن طريق عمل الفلور على U من مركباته:

بالإضافة إلى تفاعلات الطور الغازي ، توجد أيضًا تفاعلات المرحلة السائلة.

الحصول على سادس فلوريد اليورانيوم باستخدام الهالوفلوريدات ، على سبيل المثال

توجد طريقة للحصول على سادس فلوريد اليورانيوم دون استخدام الفلور - عن طريق أكسدة UF 4:

لا يتفاعل UFe مع الهواء الجاف والأكسجين والنيتروجين وثاني أكسيد الكربون ، ولكن عند ملامسته للماء ، حتى مع وجود آثار منه ، يخضع للتحلل المائي:

يتفاعل مع معظم المعادن ، مكونًا فلوريدها ، مما يعقد طرق تخزينه. مواد الأوعية المناسبة للعمل مع سادس فلوريد اليورانيوم هي: Ni و Monel و Pt عند التسخين ، والتفلون ، والكوارتز والزجاج الجاف تمامًا ، والنحاس والألمنيوم عند البرودة. عند درجات حرارة 25 yuo 0 فإنه يشكل مركبات معقدة مع فلوريد الفلزات القلوية والفضة من النوع 3NaFUFr> ، 3KF2UF6.

يذوب جيدًا في مختلف السوائل العضوية والأحماض غير العضوية وفي جميع فلوريد الهالوجين. خامل للتجفيف 0 2 ، N 2 ، CO 2 ، C1 2 ، Br 2. يتميز UFr بتفاعلات الاختزال مع معظم المعادن النقية. يتفاعل سادس فلوريد اليورانيوم بقوة مع الهيدروكربونات والمواد العضوية الأخرى ، لذلك يمكن أن تنفجر حاويات UFe المغلقة. يشكل سادس فلوريد اليورانيوم في النطاق 25-100 درجة أملاحًا معقدة مع فلوريد قلوي ومعادن أخرى. تُستخدم هذه الخاصية في تقنية الاستخراج الانتقائي لـ UF

تحتل هيدرات اليورانيوم UH 2 و UH 3 موقعًا وسيطًا بين الهيدريدات الشبيهة بالملح والهيدرات مثل المحاليل الصلبة للهيدروجين في المعدن.

عندما يتفاعل اليورانيوم مع النيتروجين ، يتشكل النيتريد. أربع مراحل معروفة في نظام U-N: الأمم المتحدة (نيتريد اليورانيوم) ، a-U 2 N 3 (سيسكينيتريد) ، p-U 2 N 3 والأمم المتحدة If90. لا يمكن الوصول إلى تكوين الأمم المتحدة 2 (ثنائي نيتريد). موثوقة ويتم التحكم فيها بشكل جيد هي توليفات أحادي نيتريد اليورانيوم في الأمم المتحدة ، والتي من الأفضل القيام بها مباشرة من العناصر. نيتريد اليورانيوم عبارة عن مواد مساحيق يتنوع لونها من الرمادي الداكن إلى الرمادي. تبدو مثل المعدن. لدى الأمم المتحدة هيكل بلوري مكعب محوره الوجه ، مثل NaCl (0 = 4.8892 A) ؛ (/ = 14.324، 7 ^ = 2855 ° ، مستقرة في الفراغ حتى 1700 0. يتم الحصول عليها عن طريق تفاعل U أو U hydride مع N 2 أو NH 3 ، تحلل نيتريد أعلى U عند 1300 درجة أو اختزالها باليورانيوم المعدني. يُعرف U 2 N 3 في تعديلين متعددي الأشكال: مكعب a و p سداسي (0 = 0.3688 نانومتر ، 6 = 0.5839 نانومتر) ، يطلق N 2 في فراغ أعلى من 8 درجات مئوية. يتم الحصول عليها عن طريق اختزال UN 2 بالهيدروجين. يتم تصنيع ثنائي نيتريد UN 2 عن طريق تفاعل U مع N 2 عند ضغط مرتفع N 2. نترات اليورانيوم قابلة للذوبان بسهولة في الأحماض والمحاليل القلوية ، ولكنها تتحلل مع القلويات المنصهرة.

يتم الحصول على نيتريد اليورانيوم عن طريق الاختزال الكربوني الحراري على مرحلتين من أكسيد اليورانيوم:

تسخين بالأرجون عند درجة حرارة 7 م 450 0 لمدة 10 * 20 ساعة

من الممكن الحصول على نيتريد اليورانيوم بتركيبة قريبة من ثنائي النيتريد ، الأمم المتحدة 2 ، عن طريق عمل الأمونيا على UF 4 عند درجة حرارة وضغط مرتفعين.

يتحلل ثنائي نيتريد اليورانيوم عند تسخينه:

نيتريد اليورانيوم ، المخصب بـ 2 35U ، له كثافة انشطارية أعلى ، وموصلية حرارية ونقطة انصهار أعلى من أكاسيد اليورانيوم ، وهي الوقود التقليدي لمفاعلات الطاقة الحديثة. كما أن لديها ثباتًا ميكانيكيًا جيدًا ، وتتفوق على الوقود التقليدي. لذلك ، يعتبر هذا المركب أساسًا واعدًا لمفاعلات النيوترونات السريعة التي تعمل بالوقود النووي (الجيل الرابع من المفاعلات النووية).

تعليق. الأمم المتحدة مفيدة جدًا في الإثراء على "5N ، لأن ، 4 N يميل إلى التقاط النيوترونات ، مما يولد النظير المشع 14 درجة مئوية عن طريق تفاعل (n ، p).

كربيد اليورانيوم UC 2 (؟ -طور) هو مادة بلورية رمادية فاتحة مع لمعان معدني. في نظام U-C (كربيدات اليورانيوم) يوجد UC 2 (؟ -phase) ، UC 2 (b 2-phase) ، U 2 C 3 (e-phase) ، UC (b 2-phase) - كربيد اليورانيوم. يمكن الحصول على ثنائي كربيد اليورانيوم UC2 من خلال التفاعلات:

U + 2C ^ UC 2 (54v)

تستخدم كربيدات اليورانيوم كوقود للمفاعلات النووية ، فهي واعدة كوقود لمحركات الصواريخ الفضائية.

نترات اليورانيل ، نترات اليورانيل ، U0 2 (N0 3) 2 -6H 2 0. يلعب كاتيون اليورانيل 2+ دور المعدن في هذا الملح. بلورات صفراء ذات لمعان مخضر ، قابلة للذوبان في الماء بسهولة. المحلول المائي حامضي. قابل للذوبان في الإيثانول والأسيتون والأثير ، غير قابل للذوبان في البنزين والتولوين والكلوروفورم. عند تسخينها ، تذوب البلورات وتطلق HN0 3 و H2 0. تتآكل الهيدرات البلورية بسهولة في الهواء. التفاعل المميز هو أنه تحت تأثير NH 3 يتكون راسب أصفر من يورات الأمونيوم.

اليورانيوم قادر على تكوين مركبات عضوية معدنية. الأمثلة هي مشتقات البنتادينيل الحلقي للتكوين U (C 5 H 5) 4 و u المهلجنة (C 5 H 5) 3 G أو u (C 5 H 5) 2 G 2.

في المحاليل المائية ، يكون اليورانيوم أكثر استقرارًا في حالة الأكسدة U (VI) في شكل أيون اليورانيل U0 2 2+. إلى حد أقل ، يتميز بالحالة U (IV) ، ولكن يمكن أن يوجد حتى في شكل U (III). يمكن أن توجد حالة الأكسدة U (V) مثل IO 2 + أيون ، ولكن نادرًا ما يتم ملاحظة هذه الحالة بسبب الميل إلى عدم التناسب والتحلل المائي.

في المحاليل المحايدة والحمضية ، يوجد U (VI) كـ U0 2 2+ - أيون يورانيل أصفر. تشتمل أملاح اليورانيل القابلة للذوبان جيدًا على نترات U0 2 (N0 3) 2 ، وكبريتات U0 2 S0 4 ، وكلوريد U0 2 C1 2 ، وفلوريد U0 2 F 2 ، وخلات U0 2 (CH 3 C00) 2. يتم عزل هذه الأملاح من المحاليل على شكل هيدرات بلورية بأعداد مختلفة من جزيئات الماء. أملاح اليورانيل القابلة للذوبان قليلاً هي: أكسالات U0 2 C 2 0 4 ، فوسفات U0 2 HP0. ، و UO2P2O4 ، فوسفات اليورانيل الأمونيوم UO2NH4PO4 ، يورانيل الصوديوم فانات NaU0 2 V0 4 ، فيروسيانيد (U0 2) 2. يتميز أيون اليورانيل بالميل إلى تكوين مركبات معقدة. لذلك فإن المجمعات التي تحتوي على أيونات الفلور من النوع - ، 4- معروفة ؛ مجمعات النترات و 2 *؛ مركبات الكبريتات 2 "و 4" ؛ مجمعات الكربونات 4 "و 2" ، إلخ. تحت تأثير القلويات على محاليل أملاح اليورانيل ، يتم إطلاق رواسب مدرات من النوع Me 2 U 2 0 7 قابلة للذوبان بشكل ضئيل (Me 2 U0 4 monouranates ليست معزولة عن المحاليل ، بل يتم الحصول عليها عن طريق اندماج أكاسيد اليورانيوم مع القلويات) Me 2 U n 0 3 n + i polyuranates معروف (على سبيل المثال ، Na 2 U60i 9).

يتم تقليل U (VI) في المحاليل الحمضية إلى U (IV) بواسطة الحديد والزنك والألمنيوم وهيدروسلفيت الصوديوم وملغم الصوديوم. الحلول ملونة باللون الأخضر. القلويات ترسب هيدروكسيد و 0 2 (0H) 2 منها ، حمض الهيدروفلوريك - فلوريد UF 4 -2.5H 2 0 ، حمض الأكساليك - أكسالات U (C 2 0 4) 2 -6H 2 0. الميل للتكوين المعقد في U 4+ أيون أقل من أيونات اليورانيوم.

يوجد اليورانيوم (IV) في المحلول على شكل U 4+ أيونات ، والتي يتم تحللها وترطيبها بدرجة عالية:

يتم منع التحلل المائي في المحاليل الحمضية.

يشكّل اليورانيوم (VI) في المحلول تأكسد اليورانيل - U0 2 2+ العديد من مركبات اليورانيل معروفة ، ومن الأمثلة على ذلك: U0 3 ، U0 2 (C 2 H 3 0 2) 2 ، U0 2 C0 3-2 (NH 4) 2 C0 3 U0 2 C0 3، U0 2 C1 2، U0 2 (0H) 2، U0 2 (N0 3) 2، UO0SO4، ZnU0 2 (CH 3 C00) 4 إلخ.

أثناء التحلل المائي لأيون اليورانيل ، يتم تكوين عدد من المجمعات متعددة النوى:

مع مزيد من التحلل المائي ، يظهر U 3 0s (0H) 2 ثم U 3 0 8 (0H) 4 2 -.

للكشف النوعي عن اليورانيوم ، يتم استخدام طرق التحليل الكيميائي ، والإنارة ، والإشعاعي والطيفي. تعتمد الطرق الكيميائية أساسًا على تكوين المركبات الملونة (على سبيل المثال ، اللون البني الأحمر للمركب مع فيروسيانيد ، الأصفر مع بيروكسيد الهيدروجين ، الأزرق مع كاشف أرسينازو). تعتمد طريقة الإنارة على قدرة العديد من مركبات اليورانيوم على إعطاء وهج مائل إلى الصفرة والأخضر تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية.

يتم التحديد الكمي لليورانيوم بطرق مختلفة. أهمها: الطرق الحجمية ، والتي تتكون من اختزال U (VI) إلى U (IV) متبوعًا بالمعايرة باستخدام محاليل عوامل مؤكسدة ؛ طرق الوزن - ترسيب اليورانات ، بيروكسيد ، U (IV) kupferranates ، أوكسيكوينولات ، أكسالات ، إلخ. تليها تكليسها عند 100 درجة ووزنها U 3 0 ثانية ؛ تتيح طرق الاستقطاب في محلول النترات تحديد 10 × 7 × 10-9 جم من اليورانيوم ؛ العديد من الطرق اللونية (على سبيل المثال ، مع H2 0 2 في وسط قلوي ، مع كاشف arsenazo في وجود EDTA ، مع ثنائي بنزويل ميثان ، في شكل مركب ثيوسيانات ، إلخ) ؛ طريقة الإنارة ، مما يجعل من الممكن تحديد متى تنصهر مع NaF إلى يو 11ز اليورانيوم.

ينتمي 235U إلى المجموعة A من خطر الإشعاع ، الحد الأدنى من النشاط المعنوي MZA = 3.7-10 4 Bq ، 2 s 8 و- إلى المجموعة D ، MZA = 3.7-10 6 Bq (300 جم).

محتوى المقال

أورانوس ، U (اليورانيوم) ، عنصر كيميائي فلزي من عائلة الأكتينيد ، والذي يتضمن Ac ، Th ، Pa ، U ، وعناصر عبر اليورانيوم (Np ، Pu ، Am ، Cm ، Bk ، Cf ، Es ، Fm ، Md ، لا ، Lr ). اشتهر اليورانيوم باستخدامه في الأسلحة النووية والطاقة النووية. تستخدم أكاسيد اليورانيوم أيضًا لتلوين الزجاج والسيراميك.

البحث في الطبيعة.

يبلغ محتوى اليورانيوم في القشرة الأرضية 0.003٪ ، ويوجد في الطبقة السطحية للأرض على شكل أربعة أنواع من الرواسب. أولاً ، هذه عروق من اليورانيوم ، أو طبقة اليورانيوم (ثاني أكسيد اليورانيوم UO 2) ، غنية جدًا باليورانيوم ، ولكنها نادرة. وهي مصحوبة بترسبات من الراديوم ، حيث أن الراديوم هو نتاج مباشر لاضمحلال نظائر اليورانيوم. توجد هذه الأوردة في زائير وكندا (بحيرة الدب الكبرى) وجمهورية التشيك وفرنسا. المصدر الثاني لليورانيوم هو تكتلات الثوريوم وخام اليورانيوم ، إلى جانب خامات معادن مهمة أخرى. عادة ما تحتوي التكتلات على كميات كافية من الذهب والفضة لاستخراجها ، ويصبح اليورانيوم والثوريوم عناصر مصاحبة. توجد رواسب كبيرة من هذه الخامات في كندا وجنوب إفريقيا وروسيا وأستراليا. المصدر الثالث لليورانيوم هو الصخور الرسوبية والأحجار الرملية الغنية بمعدن الكارنيت (البوتاسيوم يورانيل فانادات) والذي يحتوي بالإضافة إلى اليورانيوم على كمية كبيرة من الفاناديوم وعناصر أخرى. تم العثور على هذه الخامات في الولايات الغربية للولايات المتحدة. تشكل صخور الحديد واليورانيوم وخامات الفوسفات المصدر الرابع للرواسب. تم العثور على رواسب غنية في الصخر الزيتي في السويد. تحتوي بعض خامات الفوسفات في المغرب والولايات المتحدة على كميات كبيرة من اليورانيوم ، كما أن رواسب الفوسفات في أنغولا وجمهورية إفريقيا الوسطى أكثر ثراءً في اليورانيوم. عادة ما تحتوي معظم الليغنيت وبعض أنواع الفحم على شوائب من اليورانيوم. تم العثور على رواسب الليغنيت الغنية باليورانيوم في شمال وجنوب داكوتا (الولايات المتحدة الأمريكية) والفحم القاري في إسبانيا وجمهورية التشيك.

افتتاح.

تم اكتشاف اليورانيوم في عام 1789 من قبل الكيميائي الألماني م. (كان كلابروث الكيميائي الرائد في عصره ؛ اكتشف أيضًا عناصر أخرى ، بما في ذلك Ce ، Ti ، و Zr.) في الواقع ، لم تكن المادة التي حصل عليها كلابروث عنصرًا من اليورانيوم ، ولكنها كانت شكلاً مؤكسدًا منه ، وكان عنصر اليورانيوم أولًا حصل عليها الكيميائي الفرنسي إ. بليجوت عام 1841. منذ لحظة الاكتشاف حتى القرن العشرين. لم يكن اليورانيوم مهمًا كما هو عليه اليوم ، على الرغم من تحديد العديد من خواصه الفيزيائية ، وكذلك الكتلة والكثافة الذرية. في عام 1896 ، اكتشف أ. بيكريل أن أملاح اليورانيوم لها إشعاع يضيء صفيحة فوتوغرافية في الظلام. حفز هذا الاكتشاف الكيميائيين على البحث في مجال النشاط الإشعاعي ، وفي عام 1898 قام الفيزيائيون الفرنسيون ، الزوجان P. Curie و M. Sklodowska-Curie ، بعزل أملاح العناصر المشعة البولونيوم والراديوم ، و E. C. Faience وعلماء آخرون طوروا نظرية الاضمحلال الإشعاعي ، التي أرست أسس الكيمياء النووية الحديثة والطاقة النووية.

أول تطبيقات اليورانيوم.

على الرغم من أن النشاط الإشعاعي لأملاح اليورانيوم كان معروفًا ، إلا أن خاماته في الثلث الأول من هذا القرن كانت تستخدم فقط للحصول على الراديوم المصاحب ، وكان اليورانيوم يعتبر منتجًا ثانويًا غير مرغوب فيه. يتركز استخدامه بشكل رئيسي في تكنولوجيا السيراميك والمعادن. تم استخدام أكاسيد اليورانيوم على نطاق واسع لتلوين الزجاج بألوان من الأصفر الباهت إلى الأخضر الداكن ، مما ساهم في تطوير إنتاج الزجاج غير المكلف. اليوم ، يتم تحديد المنتجات من هذه الصناعات على أنها الفلورسنت تحت الضوء فوق البنفسجي. خلال الحرب العالمية الأولى وبعد ذلك بوقت قصير ، تم استخدام اليورانيوم على شكل كربيد في صناعة الأدوات الفولاذية ، على غرار Mo و W ؛ حل 4-8٪ من اليورانيوم محل التنجستن ، والذي كان إنتاجه محدودًا في ذلك الوقت. للحصول على فولاذ الأدوات في 1914-1926 ، تم إنتاج عدة أطنان من الفيرورانيوم سنويًا ، تحتوي على ما يصل إلى 30٪ (كتلة). ومع ذلك ، فإن استخدام اليورانيوم هذا لم يدم طويلاً.

الاستخدام الحديث لليورانيوم.

بدأت صناعة اليورانيوم في التبلور في عام 1939 ، عندما تم تنفيذ انشطار نظير اليورانيوم 235 U ، مما أدى إلى التنفيذ الفني للتفاعلات المتسلسلة المضبوطة لانشطار اليورانيوم في ديسمبر 1942. وكان هذا ولادة عصر الذرة ، عندما تحول اليورانيوم من عنصر ثانوي إلى أحد أهم العناصر في حياة المجتمع. أدت الأهمية العسكرية لليورانيوم في إنتاج القنبلة الذرية واستخدامه كوقود في المفاعلات النووية إلى زيادة الطلب على اليورانيوم بشكل فلكي. يستند التسلسل الزمني المثير للاهتمام لنمو الطلب على اليورانيوم إلى تاريخ الرواسب في بحيرة الدب العظيم (كندا). في عام 1930 ، تم اكتشاف مزيج الراتنج ، وهو مزيج من أكاسيد اليورانيوم ، في هذه البحيرة ، وفي عام 1932 تم إنشاء تقنية لتنقية الراديوم في هذه المنطقة. من كل طن من الخام (مزيج القطران) ، تم الحصول على 1 غرام من الراديوم وحوالي نصف طن من منتج ثانوي - مركز اليورانيوم. ومع ذلك ، كان الراديوم نادرًا وتوقف استخراجه. من عام 1940 إلى عام 1942 ، تم استئناف التطوير وشحن خام اليورانيوم إلى الولايات المتحدة. في عام 1949 تم تطبيق تنقية مماثلة لليورانيوم مع بعض التعديلات لإنتاج ثاني أكسيد اليورانيوم النقي. نما هذا الإنتاج وأصبح الآن أحد أكبر إنتاجات اليورانيوم.

ملكيات.

اليورانيوم هو أحد أثقل العناصر الموجودة في الطبيعة. المعدن النقي كثيف للغاية ، مطيل ، حساس للكهرباء مع توصيل كهربائي منخفض ومتفاعل للغاية.

يحتوي اليورانيوم على ثلاثة تعديلات متآصلة: أ- اليورانيوم (شعرية بلورية لتقويم العظام) ، موجود في النطاق من درجة حرارة الغرفة إلى 668 درجة مئوية ؛ ب- اليورانيوم (شبكة بلورية معقدة من نوع رباعي الزوايا) ، مستقرة في حدود 668-774 درجة مئوية ؛ ز- اليورانيوم (الشبكة البلورية المكعبة المتمركزة في الجسم) ، مستقرة من 774 درجة مئوية حتى نقطة الانصهار (1132 درجة مئوية). نظرًا لأن جميع نظائر اليورانيوم غير مستقرة ، فإن جميع مركباته تظهر نشاطًا إشعاعيًا.

نظائر اليورانيوم

تم العثور على 238 U ، 235 U ، 234 U في الطبيعة بنسبة 99.3: 0.7: 0.0058 ، و 236 U بكميات ضئيلة. جميع نظائر اليورانيوم الأخرى من 226 يو إلى 242 يو يتم الحصول عليها صناعيا. النظير 235 U له أهمية خاصة. تحت تأثير النيوترونات البطيئة (الحرارية) ، يتم تقسيمها مع إطلاق طاقة هائلة. ينتج عن الانشطار الكامل لـ 235 وحدة إطلاق "مكافئ للطاقة الحرارية" قدره 2 ساعة 10 7 كيلو وات ساعة / كجم. يمكن استخدام انشطار 235 U ليس فقط لإنتاج كميات كبيرة من الطاقة ، ولكن أيضًا لتجميع عناصر أكتينيد مهمة أخرى. يمكن استخدام اليورانيوم النظائري الطبيعي في المفاعلات النووية لإنتاج النيوترونات الناتجة عن الانشطار 235 يو ، بينما يمكن التقاط النيوترونات الزائدة التي لا يتطلبها التفاعل المتسلسل بواسطة نظير طبيعي آخر ، مما يؤدي إلى إنتاج البلوتونيوم:

عند قصف 238 يو بواسطة نيوترونات سريعة ، تحدث التفاعلات التالية:

وفقًا لهذا المخطط ، يمكن تحويل النظير الأكثر شيوعًا 238 U إلى بلوتونيوم 239 ، والذي ، مثل 235 U ، قادر أيضًا على الانشطار تحت تأثير النيوترونات البطيئة.

في الوقت الحاضر ، تم الحصول على عدد كبير من نظائر اليورانيوم الاصطناعية. من بينها ، 233 U ملحوظ بشكل خاص لأنه ينشطر أيضًا عند التفاعل مع النيوترونات البطيئة.

غالبًا ما تستخدم بعض نظائر اليورانيوم الاصطناعية الأخرى كعلامات مشعة (مقتفعات) في الأبحاث الكيميائية والفيزيائية ؛ إنه أولاً وقبل كل شيء ب- باعث 237 يو و أ- باعث 232 U.

روابط.

اليورانيوم ، معدن شديد التفاعل ، له حالات أكسدة من +3 إلى +6 ، وهو قريب من البريليوم في سلسلة النشاط ، ويتفاعل مع جميع اللافلزات ويشكل مركبات بين المعادن مع Al ، Be ، Bi ، Co ، Cu ، Fe ، Hg و Mg و Ni و Pb و Sn و Zn. اليورانيوم المقسم ناعماً هو مادة تفاعلية بشكل خاص ، وعند درجات حرارة أعلى من 500 درجة مئوية ، غالباً ما يدخل في تفاعلات مميزة لهيدريد اليورانيوم. يحترق اليورانيوم المتكتل أو النشارة بشكل ساطع عند 700-1000 درجة مئوية ، بينما تحترق أبخرة اليورانيوم بالفعل عند 150-250 درجة مئوية ؛ يتفاعل اليورانيوم مع HF عند 200-400 درجة مئوية ، مكونًا UF 4 و H 2. يذوب اليورانيوم ببطء في HF أو H 2 SO 4 و 85٪ H 3 PO 4 حتى عند 90 درجة مئوية ، ولكنه يتفاعل بسهولة مع التركيز. حمض الهيدروكلوريك وأقل نشاطًا مع HBr أو HI. تحدث تفاعلات اليورانيوم مع HNO 3 المخفف والمركّز بشكل أكثر نشاطًا وسرعة مع تكوين نترات اليورانيل ( انظر أدناه). في وجود حمض الهيدروكلوريك ، يذوب اليورانيوم بسرعة في الأحماض العضوية ، مكونًا الأملاح العضوية U 4+. اعتمادًا على درجة الأكسدة ، يشكل اليورانيوم عدة أنواع من الأملاح (أهمها مع U 4+ ، أحدها UCl 4 هو ملح أخضر يتأكسد بسهولة) ؛ أملاح اليورانيل (UO 2 2+ جذري) من النوع UO 2 (NO 3) 2 صفراء وخضراء متألقة. تتشكل أملاح اليورانيل عن طريق إذابة أكسيد مذبذب UO 3 (اللون الأصفر) في وسط حمضي. في البيئة القلوية ، يشكل UO 3 يورات من النوع Na 2 UO 4 أو Na 2 U 2 O 7. ويستخدم المركب الأخير ("اليورانيل الأصفر") في صناعة زجاج البورسلين وإنتاج الزجاج الفلوري.

تمت دراسة هاليدات اليورانيوم على نطاق واسع في الأربعينيات والخمسينيات من القرن الماضي ، حيث كانت الأساس لتطوير طرق لفصل نظائر اليورانيوم عن قنبلة ذرية أو مفاعل نووي. تم الحصول على ثلاثي فلوريد اليورانيوم UF 3 عن طريق اختزال UF 4 بالهيدروجين ، ويتم الحصول على رباعي فلوريد اليورانيوم UF 4 بطرق مختلفة عن طريق تفاعلات HF مع أكاسيد مثل UO 3 أو U 3 O 8 أو عن طريق الاختزال الإلكتروليتي لمركبات اليورانيل. يتم الحصول على سادس فلوريد اليورانيوم UF 6 بفلورة U أو UF 4 بالفلور العنصري أو عن طريق عمل الأكسجين على UF 4. يشكل سداسي فلوريد البلورات الشفافة ذات معامل الانكسار العالي عند 64 درجة مئوية (1137 ملم زئبق) ؛ المركب متقلب (يتسامى عند 56.54 درجة مئوية تحت ظروف الضغط العادية). أكسيد اليورانيوم ، على سبيل المثال ، أوكسوفلوريدات ، لها تكوين UO 2 F 2 (فلوريد اليورانيل) ، UOF 2 (ثنائي فلوريد أكسيد اليورانيوم).

أورانوس هو أحد العناصر المعدنية الثقيلة في الجدول الدوري. يستخدم اليورانيوم على نطاق واسع في صناعات الطاقة والصناعات العسكرية. في الجدول الدوري ، يمكن العثور عليه في الرقم 92 ويُشار إليه بالحرف اللاتيني U مع العدد الكتلي 238.

كيف تم اكتشاف أورانوس

بشكل عام ، عنصر كيميائي مثل اليورانيوم معروف منذ فترة طويلة جدًا. من المعروف أنه حتى قبل عصرنا ، كان أكسيد اليورانيوم الطبيعي يستخدم لصنع طلاء أصفر للسيراميك. يمكن اعتبار اكتشاف هذا العنصر في عام 1789 ، عندما استعاد الكيميائي الألماني مارتن هاينريش كلابروث مادة سوداء تشبه المعدن من الخام. قرر مارتن استدعاء هذه المادة أورانوس من أجل دعم اسم الكوكب المكتشف الجديد الذي يحمل نفس الاسم (تم اكتشاف كوكب أورانوس في نفس العام). في عام 1840 ، تم الكشف عن أن هذه المادة ، التي اكتشفها Klaproth ، تبين أنها أكسيد اليورانيوم ، على الرغم من بريقها المعدني المميز. صنع يوجين ملكيور بيليجوت اليورانيوم الذري من أكسيد وحدد وزنه الذري ليكون 120 وحدة فلكية ، وفي عام 1874 ضاعف منديليف هذه القيمة ، ووضعه في أبعد خلية في طاولته. بعد 12 عامًا فقط ، تم تأكيد قرار مندليف بمضاعفة الكتلة من خلال تجارب الكيميائي الألماني زيمرمان.

أين وكيف يتم استخراج اليورانيوم

اليورانيوم عنصر شائع إلى حد ما ، لكنه شائع في شكل خام اليورانيوم. لكي تفهم ، محتواها في قشرة الأرض هو 0.00027٪ من الكتلة الكلية للأرض. يوجد خام اليورانيوم عادة في الصخور المعدنية الحمضية ذات المحتوى العالي من السيليكون. الأنواع الرئيسية لخامات اليورانيوم هي البتشبلند ، والكاروتيت ، والكازوليت ، والسمارسكايت. أكبر احتياطيات من خامات اليورانيوم ، مع مراعاة الودائع الاحتياطية ، هي دول مثل أستراليا وروسيا وكازاخستان ، ومن بين كل هذه البلدان ، تحتل كازاخستان مكانة رائدة. يعد تعدين اليورانيوم إجراءً معقدًا ومكلفًا للغاية. لا تستطيع جميع البلدان استخراج وتصنيع اليورانيوم النقي. تكنولوجيا الإنتاج على النحو التالي: يتم استخراج الخام أو المعادن في المناجم ، مثل الذهب أو الأحجار الكريمة. يتم سحق الصخور المستخرجة وخلطها بالماء لفصل غبار اليورانيوم عن البقية. غبار اليورانيوم ثقيل جدًا وبالتالي فهو يترسب أسرع من غيره. والخطوة التالية هي تنقية غبار اليورانيوم من الصخور الأخرى عن طريق الترشيح الحمضي أو القلوي. يبدو الإجراء كالتالي: يتم تسخين خليط اليورانيوم إلى 150 درجة مئوية ويتم توفير الأكسجين النقي تحت الضغط. ونتيجة لذلك ، يتكون حمض الكبريتيك الذي ينقي اليورانيوم من الشوائب الأخرى. حسنًا ، في المرحلة النهائية ، يتم اختيار جزيئات اليورانيوم النقية بالفعل. بالإضافة إلى غبار اليورانيوم ، هناك معادن أخرى مفيدة.

خطر الإشعاع المشع من اليورانيوم

يدرك الجميع جيدًا مفهومًا مثل الإشعاع المشع وحقيقة أنه يسبب ضررًا لا يمكن إصلاحه للصحة ، مما يؤدي إلى الوفاة. اليورانيوم هو مجرد عنصر واحد من هذه العناصر ، والتي في ظل ظروف معينة يمكن أن تطلق إشعاعًا مشعًا. في شكله الحر ، اعتمادًا على تنوعه ، يمكنه إصدار أشعة ألفا وبيتا. لا تشكل أشعة ألفا خطرًا كبيرًا على الإنسان إذا كان الإشعاع خارجيًا ، حيث أن هذا الإشعاع له قوة اختراق منخفضة ، ولكن عندما يدخل الجسم ، فإنها تسبب ضررًا لا يمكن إصلاحه. حتى ورقة الكتابة كافية لاحتواء أشعة ألفا الخارجية. مع إشعاع بيتا ، تكون الأمور أكثر خطورة ، لكن ليس كثيرًا. إن قوة اختراق إشعاع بيتا أعلى من تلك الخاصة بإشعاع ألفا ، ولكن يلزم 3-5 مم من الأنسجة لاحتواء إشعاع بيتا. كيف يمكنك أن تقول؟ اليورانيوم عنصر مشع يستخدم في صنع الأسلحة النووية! هذا صحيح ، يتم استخدامه في الأسلحة النووية ، التي تسبب أضرارًا جسيمة لجميع الكائنات الحية. فقط عندما يتم تفجير رأس نووي ، يحدث الضرر الرئيسي للكائنات الحية بسبب إشعاع غاما وتدفق النيوترونات. تتشكل هذه الأنواع من الإشعاع نتيجة تفاعل نووي حراري أثناء انفجار رأس حربي ، مما يزيل جسيمات اليورانيوم من حالة مستقرة ويدمر كل أشكال الحياة على الأرض.

أنواع اليورانيوم

كما ذكر أعلاه ، لليورانيوم عدة أنواع. تشير الأصناف إلى وجود نظائر ، حتى تفهم أن النظائر تشير إلى نفس العناصر ، ولكن بأعداد كتلة مختلفة.

إذن هناك نوعان:

1. طبيعي >> صفة؛
2. صناعي؛

كما قد تكون خمنت ، الطبيعي هو الذي يتم استخراجه من الأرض ، ويخلق الأشخاص المصطنعون بمفردهم. وتشمل النظائر الطبيعية نظائر اليورانيوم ذات العدد الكتلي 238 و 235 و 234. علاوة على ذلك ، فإن U-234 هو طفل لـ U-238 ، أي يتم الحصول على الأول من اضمحلال الثاني في الظروف الطبيعية. المجموعة الثانية من النظائر ، التي تم إنشاؤها بشكل مصطنع ، لها أعداد كتلتها من 217 إلى 242. لكل من النظائر خصائص مختلفة ويتميز بسلوك مختلف في ظل ظروف معينة. بناءً على الاحتياجات ، يحاول العلماء النوويون إيجاد جميع أنواع الحلول للمشكلات ، لأن لكل نظير قيمة طاقة مختلفة.

نصف عمر

كما ذكرنا سابقاً ، لكل نظير من نظائر اليورانيوم قيمة طاقة مختلفة وخصائص مختلفة ، إحداها نصف عمر. لفهم ما هو عليه ، عليك أن تبدأ بتعريف. نصف العمر هو الوقت الذي يستغرقه عدد الذرات المشعة في الانخفاض بمقدار النصف. يؤثر نصف العمر على العديد من العوامل ، على سبيل المثال ، قيمة الطاقة أو التطهير الكامل. إذا أخذنا هذا الأخير كمثال ، فيمكننا حساب المدة الزمنية التي ستحدث فيها تنقية كاملة من التلوث الإشعاعي للأرض. نصف عمر نظائر اليورانيوم:

كما يتضح من الجدول ، يختلف عمر النصف للنظائر من دقائق إلى مئات الملايين من السنين. كل واحد منهم يجد تطبيقه في مجالات مختلفة من حياة الإنسان.

تطبيق

إن استخدام اليورانيوم واسع جدًا في العديد من مجالات النشاط ، ولكنه ذو قيمة أكبر في مجالات الطاقة والمجالات العسكرية. الأكثر أهمية هو نظير U-235. وتتمثل ميزتها في قدرتها على تقديم دعم مستقل لتفاعل نووي متسلسل ، والذي يستخدم على نطاق واسع في الجيش لتصنيع الأسلحة النووية وكوقود في المفاعلات النووية. بالإضافة إلى ذلك ، يستخدم اليورانيوم على نطاق واسع في الجيولوجيا لتحديد عمر المعادن والصخور ، وكذلك لتحديد مسار العمليات الجيولوجية. في صناعة السيارات والطائرات ، يستخدم اليورانيوم المستنفد كثقل موازن وعنصر مركزي. أيضًا ، وجد الاستخدام في الرسم ، وبشكل أكثر تحديدًا كطلاء على البورسلين وفي صناعة السيراميك المزجج والمينا. نقطة أخرى مثيرة للاهتمام يمكن اعتبارها استخدام اليورانيوم المستنفد للحماية من الإشعاع المشع ، مهما بدا غريباً.