אורנוס - יסוד כימימשפחת האקטינידים עם מספר אטומי 92. זהו הדלק הגרעיני החשוב ביותר. ריכוזו בקרום כדור הארץ הוא כ-2 חלקים למיליון. מינרלים חשובים של אורניום כוללים תחמוצת אורניום (U 3 O 8), אוראניט (UO 2), קרנוט (אשלגן אורניל ונדאט), אוטניט (אשלגן אורניל פוספט) וטורברניט (אורניל פוספט נחושת מיים). עפרות אורניום אלו ואחרות הן מקורות לדלק גרעיני ומכילות פי כמה יותר אנרגיה מכל מרבצי הדלק המאובנים המוכרים. 1 ק"ג של אורניום 92 U מספק את אותה אנרגיה כמו 3 מיליון ק"ג של פחם.

היסטוריה של גילוי

היסוד הכימי אורניום הוא מתכת צפופה וקשה בעלת צבע כסוף-לבן. הוא רקיע, ניתן לגימור וניתן לליטוש. באוויר מתכת מתחמצנת וכאשר היא נמעכת היא מתלקחת. מוליכה חשמל גרועה יחסית. הנוסחה האלקטרונית של אורניום היא 7s2 6d1 5f3.

למרות שהיסוד התגלה בשנת 1789 על ידי הכימאי הגרמני מרטין היינריך קלפרוט, שקרא לו על שם כוכב הלכת אורנוס שהתגלה לאחרונה, המתכת עצמה בודדה בשנת 1841 על ידי הכימאי הצרפתי יוג'ין-מלכיור פליגוט על ידי הפחתת אורניום טטרכלוריד (UCl 4) עם אֶשׁלָגָן.

רדיואקטיבי

יצירת הטבלה המחזורית על ידי הכימאי הרוסי דמיטרי מנדלייב בשנת 1869 מיקדה את תשומת הלב באורניום כיסוד הידוע הכבד ביותר, שנשאר עד לגילוי הנפטוניום בשנת 1940. בשנת 1896 גילה הפיזיקאי הצרפתי אנרי בקארל את תופעת הרדיואקטיביות בו. תכונה זו נמצאה מאוחר יותר בחומרים רבים אחרים. כיום ידוע שאורניום, רדיואקטיבי בכל האיזוטופים שלו, מורכב מתערובת של 238 U (99.27%, מחצית חיים - 4,510,000,000 שנים), 235 U (0.72%, מחצית חיים - 713,000,000 שנים) ו-2006 U (0. %, זמן מחצית חיים - 247,000 שנים). זה מאפשר, למשל, לקבוע את גילם של סלעים ומינרלים כדי לחקור תהליכים גיאולוגיים וגיל כדור הארץ. כדי לעשות זאת, הם מודדים את כמות העופרת, כלומר המוצר הסופיהתפרקות רדיואקטיבית של אורניום. במקרה זה, 238 U הוא האלמנט הראשוני, ו-234 U הוא אחד המוצרים. 235 U מולידה את סדרת ההתפרקות של אקטיניום.

גילוי של תגובת שרשרת

היסוד הכימי אורניום הפך לנושא לעניין נרחב ולמחקר אינטנסיבי לאחר שהכימאים הגרמנים אוטו האן ופריץ שטרסמן גילו בו ביקוע גרעיני בסוף 1938 כשהופגז בניוטרונים איטיים. בתחילת 1939, הציע הפיזיקאי האיטלקי-אמריקאי אנריקו פרמי שבין תוצרי הביקוע האטומי יכולים להיות חלקיקים יסודיים המסוגלים ליצור תגובת שרשרת. בשנת 1939, הפיזיקאים האמריקאים ליאו סילארד והרברט אנדרסון, כמו גם הכימאי הצרפתי פרדריק ג'וליוט-קיורי ועמיתיהם אישרו תחזית זו. מחקרים שלאחר מכן הראו כי בממוצע משתחררים 2.5 נויטרונים כאשר אטום מתפצל. תגליות אלו הובילו לתגובת השרשרת הגרעינית הראשונה המקיימת את עצמה (12/02/1942), פצצת האטום הראשונה (16/07/1945), השימוש הראשון שלה בלוחמה (08/06/1945), הצוללת הגרעינית הראשונה ( 1955) ותחנת הכוח הגרעינית הראשונה בקנה מידה מלא (1957).

מצבי חמצון

היסוד הכימי אורניום, בהיותו מתכת אלקטרו-חיובית חזקה, מגיב עם מים. זה מתמוסס בחומצות, אבל לא באלקליות. מצבי חמצון חשובים הם +4 (כמו בתחמוצת UO 2, טטרהאלידים כגון UCl 4, ויון המים הירוקים U4+) ו-+6 (כמו בתחמוצת UO 3, UF 6 hexafluoride, ויון האורניל UO 2 2+). בתמיסה מימית, האורניום יציב ביותר בהרכב יון האורניל, בעל מבנה ליניארי [O = U = O] 2+. לאלמנט יש גם מצבים +3 ו-+5, אבל הם לא יציבים. Red U 3+ מתחמצן לאט במים, שאינם מכילים חמצן. הצבע של יון UO 2+ אינו ידוע מכיוון שהוא עובר חוסר פרופורציה (UO 2+ גם מופחת ל-U 4+ וגם מתחמצן ל-UO 2 2+) אפילו בתמיסות מדוללות מאוד.

דלק גרעיני

כאשר נחשפים לנייטרונים איטיים, מתרחש ביקוע של אטום האורניום באיזוטופ הנדיר יחסית 235 U. זהו החומר הבקיע היחיד הקיים באופן טבעי, ויש להפריד אותו מהאיזוטופ 238 U. עם זאת, לאחר ספיגה והתפרקות בטא שלילית, אורניום -238 הופך ליסוד הסינטטי פלוטוניום, שמתפצל בהשפעת נויטרונים איטיים. לכן, אורניום טבעי יכול לשמש בכורי ממירים ומגדלים, שבהם הביקוע נתמך על ידי 235 U נדירים ופלוטוניום מיוצר בו זמנית עם התמרה של 238 U. ניתן לסנתז את ה-233 U הבקע מהאיזוטופ הטבעי תוריום-232 הנפוץ ביותר לשימוש כדלק גרעיני. אורניום חשוב גם כחומר העיקרי ממנו מתקבלים יסודות טרנסאורניום סינתטיים.

שימושים אחרים באורניום

תרכובות של היסוד הכימי שימשו בעבר כצבעים לקרמיקה. Hexafluoride (UF 6) הוא מוצק עם יוצא דופן לחץ גבוהאדים (0.15 atm = 15,300 Pa) ב-25 מעלות צלזיוס. UF 6 הוא מאוד תגובתי מבחינה כימית, אך למרות אופיו המאכל במצב אדים, UF 6 נמצא בשימוש נרחב בשיטות דיפוזיה גזים וצנטריפוגות גז להפקת אורניום מועשר.

תרכובות אורגנו-מתכתיות הן קבוצה מעניינת וחשובה של תרכובות שבהן קשרי מתכת-פחמן מחברים את המתכת אליה קבוצות אורגניות. אורנוקן הוא תרכובת אורגנית U(C 8 H 8) 2 שבה אטום האורניום כרוך בין שתי שכבות של טבעות אורגניות הקשורות ל-cyclooctatetraene C 8 H 8. גילויו ב-1968 פתח תחום חדש של כימיה אורגנו-מתכתית.

אורניום טבעי מדולדל משמש כהגנה מפני קרינה, נטל, בפגזים חודרי שריון ושריון טנקים.

מִחזוּר

היסוד הכימי, למרות שהוא צפוף מאוד (19.1 גרם/סמ"ק), הוא חומר חלש יחסית ולא דליק. ואכן, נראה שהתכונות המתכתיות של האורניום מציבות אותו איפשהו בין כסף למתכות אמיתיות אחרות ולא-מתכות, ולכן הוא אינו משמש חומר בנייה. הערך העיקרי של האורניום טמון בתכונות הרדיואקטיביות של האיזוטופים שלו וביכולת הביקוע שלהם. בטבע, כמעט כל המתכת (99.27%) מורכבת מ-238 U. השאר הוא 235 U (0.72%) ו-234 U (0.006%). מבין האיזוטופים הטבעיים הללו, רק 235 U מבוקעים ישירות על ידי קרינת נויטרונים. עם זאת, כאשר הוא נספג, 238 U יוצר 239 U, אשר בסופו של דבר מתפרק ל-239 Pu, חומר בקיע בעל חשיבות רבהעבור אנרגיה גרעינית ונשק גרעיני. איזוטופ בקיע נוסף, 233 U, יכול להיווצר על ידי הקרנת נויטרונים של 232 Th.

נוצרים קריסטלים

המאפיינים של האורניום גורמים לו להגיב עם חמצן וחנקן גם בתנאים רגילים. עם עוד טמפרטורה גבוהההוא מגיב עם מגוון רחב של מתכות סגסוגות ליצירת תרכובות בין-מתכתיות. היווצרות תמיסות מוצקות עם מתכות אחרות נדירה בשל מבני הגביש המיוחדים שנוצרים על ידי אטומי היסוד. בין טמפרטורת החדר לנקודת ההיתוך של 1132 מעלות צלזיוס, מתכת אורניום קיימת ב-3 צורות גבישיות הידועות כאלפא (α), בטא (β) וגמא (γ). טרנספורמציה ממצב α ל-β מתרחשת ב-668 מעלות צלזיוס ומ-β ל-γ ב-775 מעלות צלזיוס. ל-γ-אורניום יש מבנה גבישי קוביות במרכז הגוף, בעוד של-β יש מבנה גבישי טטראגונלי. שלב α מורכב משכבות של אטומים במבנה אורתורומבי סימטרי ביותר. המבנה המעוות האניזוטרופי הזה מונע מאטומי מתכת מתכתים להחליף את אטומי האורניום או לכבוש את החלל ביניהם בסריג הגביש. נמצא שרק מוליבדן וניוביום יוצרים תמיסות מוצקות.

בֶּצֶר

קרום כדור הארץ מכיל כ-2 חלקים למיליון של אורניום, מה שמעיד על התרחשותו הנרחבת בטבע. לפי ההערכות, האוקיינוסים מכילים 4.5 × 10 9 טון של יסוד כימי זה. אורניום הוא מרכיב חשוב של יותר מ-150 מינרלים שונים ומרכיב מינורי של 50 נוספים. מינרלים ראשוניים המצויים בוורידים הידרותרמיים מגמטיים ובפגמטיטים כוללים אורניניט ו-pitchblende המשתנה שלו. בעפרות אלו היסוד מתרחש בצורה של דו חמצני, אשר עקב חמצון יכול לנוע בין UO 2 ל-UO 2.67. מוצרים נוספים בעלי משמעות כלכלית ממכרות אורניום הם אוטוניט (אורניל פוספט סידן מודר), טוברניט (אורניל פוספט נחושת מודר), קוביניט (סיליקט אורניום מולידה שחור) וקרנוטיט (אורניל ואשלגן מודר).

ההערכה היא שיותר מ-90% ממאגרי האורניום המוכרים בעלות נמוכה נמצאים באוסטרליה, קזחסטן, קנדה, רוסיה, דרום אפריקה, ניז'ר, נמיביה, ברזיל, סין, מונגוליה ואוזבקיסטן. מרבצים גדולים נמצאים בתצורות הסלע הקונגלומרט של אגם אליוט, הממוקם צפונית לאגם הורון באונטריו, קנדה, ובמכרה הזהב הדרום אפריקאי ויטוואטרסאנד. תצורות חול ברמת קולורדו ובאגן ויומינג במערב ארצות הברית מכילות גם עתודות אורניום משמעותיות.

הפקה

עפרות אורניום נמצאות הן במרבצים קרובים לפני השטח והן במרבצים עמוקים (300-1200 מ'). מתחת לאדמה, עובי התפר מגיע ל-30 מ'. כמו במקרה של עפרות מתכות אחרות, אורניום נכרה על פני השטח באמצעות ציוד חפירה גדול, ופיתוח מרבצים עמוקים מתבצע על ידי שיטות מסורתיותמוקשים אנכיים ונטויים. הייצור העולמי של תרכיז אורניום בשנת 2013 הסתכם ב-70 אלף טון. מכרות האורניום היצרניים ביותר נמצאים בקזחסטן (32% מכלל הייצור), קנדה, אוסטרליה, ניז'ר, נמיביה, אוזבקיסטן ורוסיה.

עפרות אורניום כוללות בדרך כלל רק מספר גדול שלמינרלים המכילים אורניום, ואי אפשר להתיך אותם בשיטות פירומטלורגיות ישירות. במקום זאת, יש להשתמש בהליכים הידרו-מטלורגיים למיצוי וטיהור האורניום. הגדלת הריכוז מפחיתה משמעותית את העומס על מעגלי העיבוד, אך אף אחת משיטות ההטבה הקונבנציונליות הנפוצות לעיבוד מינרלים, כגון כוח משיכה, ציפה, אלקטרוסטטית ואפילו מיון ידני, איננה ישימה. למעט יוצאים מן הכלל, שיטות אלו מביאות לאובדן אורניום משמעותי.

שריפה

עיבוד הידרו-מטלורגי של עפרות אורניום קודם לעתים קרובות על ידי שלב סידוד בטמפרטורה גבוהה. השריפה מייבשת את החימר, מסירה חומרים פחמניים, מחמצנת תרכובות גופרית לסולפטים בלתי מזיקים, ומחמצנת כל חומר מפחית אחר שעלול להפריע לעיבוד הבא.

שטיפה

אורניום מופק מעפרות קלויות על ידי חומצי ובסיס תמיסות מימיות. כדי שכל מערכות השטיפה יתפקדו בהצלחה, היסוד הכימי חייב להיות נוכח בתחילה בצורה המשושה היציבה יותר או להתחמצן למצב זה במהלך העיבוד.

שטיפת חומצה מבוצעת בדרך כלל על ידי ערבוב של תערובת של עפרות ו-lixiviant במשך 4-48 שעות בטמפרטורת הסביבה. למעט בנסיבות מיוחדות, משתמשים בחומצה גופרתית. הוא מסופק בכמויות מספיקות כדי להשיג את המשקאות הסופיים ב-pH של 1.5. תוכניות שטיפת חומצה גופרתית משתמשות בדרך כלל במנגן דו חמצני או בכלורט כדי לחמצן את U4+ ארבע ערכי לאוראניל משושה (UO22+). בדרך כלל, כ-5 ק"ג של מנגן דו-חמצני או 1.5 ק"ג של נתרן כלורט לטון מספיקים לחמצון U 4+. בכל מקרה, אורניום מחומצן מגיב עם חומצה גופרתית ויוצר את האניון המורכב של אורניל סולפט 4-.

עפרה המכילה כמויות משמעותיות של מינרלים חיוניים כמו קלציט או דולומיט שוטפת עם תמיסה מולרית של נתרן קרבונט בגודל 0.5-1. למרות שמגיבים שונים נחקרו ונבדקו, חומר החמצון העיקרי לאורניום הוא חמצן. בדרך כלל, עפר שוטף באוויר בשעה לחץ אטמוספריובטמפרטורה של 75-80 מעלות צלזיוס לפרק זמן התלוי בהרכב הכימי הספציפי. אלקלי מגיב עם אורניום ויוצר את היון המורכב המסיס בקלות 4-.

יש לברר פתרונות הנובעים משטיפה של חומצה או קרבונט לפני עיבוד נוסף. הפרדה בקנה מידה גדול של חרסיות ותמיסות עפרות אחרות מושגת באמצעות שימוש בחומרים יעילים להצקה, כולל פוליאקרילאמידים, גואר גאם ודבק בעלי חיים.

הוֹצָאָה

ניתן לספוג את היונים המורכבים 4 ו-4 מתמיסות שטיפת שרף חילופי היונים בהתאמה. שרפים מיוחדים אלה, המאופיינים בקינטיקה של ספיגה ואלוציה, גודל חלקיקים, יציבות ותכונות הידראוליות שלהם, יכולים לשמש ב טכנולוגיות שונותעיבוד, למשל במיטה קבועה ונעה, בשיטת שרף חילופי יונים בסל ועיסה רציפה. בדרך כלל, תמיסות של נתרן כלורי ואמוניה או חנקות משמשות להוצאת אורניום נספג.

ניתן לבודד אורניום משיכרי עפר חומציים על ידי מיצוי ממס. חומצות אלקיל-פוספוריות, כמו גם אלקילאמינים משניים ושלישוניים, משמשים בתעשייה. ככלל, מיצוי ממס מועדף על פני שיטות חילופי יונים עבור תסנני חומצה המכילים יותר מ-1 גרם/ליטר אורניום. עם זאת, שיטה זו אינה חלה על שטיפת קרבונט.

לאחר מכן מטהרים את האורניום על ידי המסה בחומצה חנקתית ליצירת חנקתי אורניל, מופק, מתגבש ומסייד ליצירת טריאוקסיד UO 3. דו-חמצני מופחת UO2 מגיב עם מימן פלואוריד ליצירת תטאפלואוריד UF4, שממנו מתכת אורניום מופחתת על ידי מגנזיום או סידן בטמפרטורה של 1300 מעלות צלזיוס.

ניתן להפליר טטרפלואוריד ב-350 מעלות צלזיוס ליצירת UF 6 hexafluoride, המשמש להפרדת אורניום-235 מועשר על ידי דיפוזיה גזית, צנטריפוגה של גז או דיפוזיה תרמית נוזלית.

המאמר מדבר על מתי התגלה היסוד הכימי אורניום ובאילו תעשיות נעשה שימוש בחומר זה בזמננו.

אורניום הוא יסוד כימי של תעשיות האנרגיה והצבא

בכל עת, אנשים ניסו למצוא מקורות אנרגיה יעילים ביותר, ובאופן אידיאלי, ליצור את מה שנקרא. למרבה הצער, חוסר האפשרות של קיומו הוכח תיאורטית והוצדק עוד במאה ה-19, אך מדענים עדיין לא איבדו תקווה לממש את החלום על סוג של מכשיר שיוכל לספק כמויות גדולות של אנרגיה "נקיה" לזמן ארוך מאוד.

זה התממש חלקית עם גילוי חומר כזה כמו אורניום. היסוד הכימי בשם זה היווה את הבסיס לפיתוח כורים גרעיניים, שבזמננו מספקים אנרגיה לערים שלמות, צוללות, ספינות קוטב וכו'. נכון, האנרגיה שלהם לא יכולה להיקרא "טהורה", אבל השנים האחרונותחברות רבות מפתחות "סוללות אטומיות" קומפקטיות המבוססות על טריטיום למכירה רחבה - אין להן חלקים נעים והן בטוחות לבריאות.

עם זאת, במאמר זה נבחן בפירוט את ההיסטוריה של גילוי היסוד הכימי הנקרא אורניום ואת תגובת הביקוע של גרעיניו.

הַגדָרָה

אורניום הוא יסוד כימי שיש לו מספר אטומי 92 בטבלה המחזורית של מנדלייב. המסה האטומית שלו היא 238.029. זה מסומן על ידי הסמל U. בתנאים רגילים, זה מתכת צפופה וכבדה עם צבע כסוף. אם מדברים על הרדיואקטיביות שלו, אז האורניום עצמו הוא יסוד עם רדיואקטיביות חלשה. הוא גם אינו מכיל איזוטופים יציבים לחלוטין. והאיזוטופים היציבים ביותר מבין האיזוטופים הקיימים נחשבים לאורניום-338.

הבנו מהו האלמנט הזה, ועכשיו נסתכל על ההיסטוריה של גילויו.

כַּתָבָה

חומר כמו תחמוצת אורניום טבעית מוכר לאנשים עוד מימי קדם, ובעלי מלאכה קדומים השתמשו בו להכנת זיגוג, ששימש לכיסוי קרמיקה שונות לכלים אטומים למים ומוצרים אחרים, כמו גם עיטור שלהם.

תאריך חשוב בהיסטוריה של גילוי יסוד כימי זה היה 1789. זה היה אז כימאי והגרמני מלידה מרטין קלפרות' הצליח להשיג את האורניום המתכתי הראשון. והיסוד החדש קיבל את שמו לכבוד כוכב הלכת שהתגלה שמונה שנים קודם לכן.

במשך כמעט 50 שנה, האורניום שהושג באותה תקופה נחשב למתכת טהורה, אולם בשנת 1840 הצליח הכימאי הצרפתי יוג'ין-מלכיור פליגו להוכיח שהחומר שהושג על ידי קלפרוט, למרות מתאים סימנים חיצוניים, אינו מתכת כלל, אלא תחמוצת אורניום. קצת מאוחר יותר, אותו פליגו קיבל אורניום אמיתי - מתכת אפורה כבדה מאוד. זה היה אז כי המשקל האטומי של חומר כזה כמו אורניום נקבע בפעם הראשונה. היסוד הכימי הוצב בשנת 1874 על ידי דמיטרי מנדלייב בטבלת היסודות המחזורית המפורסמת שלו, כאשר מנדלייב מכפיל את המשקל האטומי של החומר. ורק 12 שנים לאחר מכן הוכח בניסוי שהוא לא טעה בחישוביו.

רדיואקטיבי

אבל ההתעניינות הנרחבת באמת ביסוד זה בחוגים מדעיים החלה ב-1896, כשבקרל גילה את העובדה שאורניום פולט קרניים, שנקראו על שמו של החוקר - קרני בקוורל. מאוחר יותר, אחת המדעניות המפורסמות ביותר בתחום זה, מארי קירי, כינתה את התופעה הזו רדיואקטיבית.

התאריך החשוב הבא בחקר האורניום נחשב לשנת 1899: אז גילה רתרפורד שקרינת האורניום אינה הומוגנית ומחולקת לשני סוגים - קרני אלפא וביטא. שנה לאחר מכן גילה פול וילאר (וילארד) את הסוג השלישי והאחרון של קרינה רדיואקטיבית המוכרת לנו כיום – מה שנקרא קרני גמא.

שבע שנים מאוחר יותר, ב-1906, ערך רתרפורד, בהתבסס על תיאוריית הרדיואקטיביות שלו, את הניסויים הראשונים, שמטרתם הייתה לקבוע את גילם של מינרלים שונים. מחקרים אלו הניחו את היסוד, בין היתר, לגיבוש התיאוריה והפרקטיקה

ביקוע גרעיני של אורניום

אבל כנראה התגלית החשובה ביותר, שבזכותו החלה כרייה והעשרת אורניום נרחבת למטרות שלום וצבאיות כאחד, הוא תהליך הביקוע של גרעיני אורניום. זה קרה ב-1938, התגלית בוצעה על ידי הפיזיקאים הגרמנים אוטו האן ופריץ שטרסמן. מאוחר יותר, תיאוריה זו קיבלה אישור מדעי בעבודותיהם של עוד כמה פיזיקאים גרמנים.

המהות של המנגנון שהם גילו הייתה כדלקמן: אם מקרינים את גרעין האיזוטופ אורניום-235 בניוטרון, אז, לכידת נויטרון חופשי, הוא מתחיל להתבקע. וכפי שכולנו יודעים כעת, תהליך זה מלווה בשחרור של כמות עצומה של אנרגיה. זה קורה בעיקר בגלל האנרגיה הקינטית של הקרינה עצמה ושברי הגרעין. אז עכשיו אנחנו יודעים איך מתרחש ביקוע גרעיני אורניום.

גילוי מנגנון זה ותוצאותיו מהווה נקודת מוצא לשימוש באורניום למטרות שלום וצבאיות כאחד.

אם נדבר על השימוש בו למטרות צבאיות, אז בפעם הראשונה התיאוריה שאפשר ליצור תנאים לתהליך כזה כמו תגובה מתמשכת של ביקוע של גרעין האורניום (מאז לפיצוץ פצצה גרעיניתנדרשת אנרגיה עצומה), הוכיחו הפיזיקאים הסובייטים זלדוביץ' וקאריטון. אבל כדי ליצור תגובה כזו, יש להעשיר אורניום, שכן במצבו הרגיל אין לו את התכונות הדרושות.

הכרנו את ההיסטוריה של האלמנט הזה, עכשיו בואו נבין היכן הוא משמש.

יישומים וסוגים של איזוטופים של אורניום

לאחר גילוי תהליך כמו תגובת ביקוע השרשרת של אורניום, עמדו בפני הפיזיקאים השאלה היכן ניתן להשתמש בו?

נכון לעכשיו, ישנם שני אזורים עיקריים שבהם משתמשים באיזוטופים של אורניום. אלה הם תעשיית השלום (או האנרגיה) והצבא. גם הראשון וגם השני משתמשים בתגובה של איזוטופ אורניום-235, רק הספק המוצא שונה. במילים פשוטות, בכור גרעיני אין צורך ליצור ולתחזק את התהליך הזה באותו הכוח הנדרש לפיצוץ פצצה גרעינית.

אז, התעשיות העיקריות המשתמשות בתגובת ביקוע האורניום פורטו.

אבל השגת איזוטופ אורניום-235 היא משימה טכנולוגית מורכבת ויקרה בצורה יוצאת דופן, ולא כל מדינה יכולה להרשות לעצמה לבנות מפעלי העשרה. לדוגמה, כדי להשיג עשרים טונות של דלק אורניום, שבו תכולת האיזוטופ אורניום 235 תהיה בין 3-5%, יהיה צורך להעשיר יותר מ-153 טונות של אורניום טבעי, "גולמי".

האיזוטופ אורניום-238 משמש בעיקר בתכנון של נשק גרעיני כדי להגביר את כוחם. כמו כן, כאשר הוא לוכד נויטרון בתהליך של ריקבון בטא לאחר מכן, איזוטופ זה יכול להפוך בסופו של דבר לפלוטוניום-239, דלק נפוץ עבור רוב הכורים הגרעיניים המודרניים.

למרות כל החסרונות של כורים כאלה (עלות גבוהה, קושי בתחזוקה, סכנת תאונה), פעולתם משתלמת מהר מאוד, והם מפיקים יותר אנרגיה לאין ערוך מתחנות כוח תרמיות או הידרואלקטריות קלאסיות.

התגובה אפשרה גם יצירת נשק גרעיני הרס המוני. הוא מובחן בחוזקו העצום, בדחיסות היחסית ובעובדה שהוא מסוגל להפוך שטחי אדמה נרחבים לבלתי מתאימים למגורי אדם. נכון, נשק אטומי מודרני משתמש בפלוטוניום, לא באורניום.

אורניום מדולל

יש גם סוג של אורניום שנקרא מדולדל. זה מאוד שונה רמה נמוכהרדיואקטיביות, כלומר זה לא מסוכן לאנשים. הוא משמש שוב בתחום הצבאי, למשל, הוא מתווסף לשריון של טנק אברמס האמריקאי כדי לתת לו כוח נוסף. בנוסף, כמעט בכל צבאות ההייטק ניתן למצוא שונים, בנוסף למסה הגבוהה שלהם, יש להם עוד תכונה מאוד מעניינת - לאחר השמדת קליע, שבריו ואבק המתכת שלו מתלקחים באופן ספונטני. ודרך אגב, קליע כזה שימש לראשונה במהלך מלחמת העולם השנייה. כפי שאנו רואים, אורניום הוא יסוד שמצא יישום במגוון רחב של תחומי פעילות אנושית.

סיכום

לפי תחזיות המדענים, בסביבות שנת 2030 כל מרבצי האורניום הגדולים יתרוקנו לחלוטין, ולאחר מכן יתחיל פיתוח השכבות הקשות לגישה והמחיר יעלה. אגב, הוא עצמו אינו מזיק לאנשים - כמה כורים עבדו על החילוץ שלו במשך דורות שלמים. כעת אנו מבינים את ההיסטוריה של גילוי היסוד הכימי הזה וכיצד משתמשים בתגובת הביקוע של גרעיניו.

אגב, עובדה מעניינת ידועה - תרכובות אורניום במשך זמן רבמשמש כצבעים לפורצלן ולזכוכית (מה שנקרא עד שנות החמישים.

תוכן המאמר

אוּרָנוּס, U (אורניום), יסוד כימי מתכת ממשפחת האקטינידים, הכולל Ac, Th, Pa, U ואלמנטים טרנסאורניום (Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr). האורניום זכה לגדולה בשל השימוש בו בנשק גרעיני ובכוח גרעיני. תחמוצות אורניום משמשות גם לצביעת זכוכית וקרמיקה.

להיות בטבע.

תכולת האורניום בקרום כדור הארץ היא 0.003%, הוא נמצא ב שכבת פני השטחכדור הארץ בצורה של ארבעה סוגי משקעים. ראשית, אלו הם ורידים של אורניניט, או זפת אורניום (אורניום דו חמצני UO 2), עשירים מאוד באורניום, אך נדירים. הם מלווים במרבצי רדיום, שכן רדיום הוא תוצר ישיר של ריקבון איזוטופי של אורניום. ורידים כאלה נמצאים בזאיר, קנדה (אגם הדוב הגדול), צ'כיה וצרפת. המקור השני לאורניום הוא קונגלומרטים של תוריום ועפרות אורניום יחד עם עפרות של מינרלים חשובים אחרים. קונגלומרטים מכילים בדרך כלל כמויות מספיקות של זהב וכסף כדי להחזיר אותם, כאשר אורניום ותוריום הם יסודות הקשורים. מרבצים גדולים של עפרות אלה נמצאים בקנדה, דרום אפריקה, רוסיה ואוסטרליה. המקור השלישי לאורניום הוא סלעי משקע ואבני חול העשירים במינרל קרנוט (אשלגן אורניל ונדאט), המכיל, בנוסף לאורניום, כמות משמעותית של ונדיום ויסודות נוספים. עפרות כאלה נמצאות במדינות המערביות של ארצות הברית. פצלי ברזל-אורניום ועפרות פוספט מהווים מקור רביעי למשקעים. מרבצים עשירים נמצאים בפצלי שבדיה. כמה עפרות פוספט במרוקו ובארצות הברית מכילות כמויות משמעותיות של אורניום, ומרבצי פוספט באנגולה וברפובליקה המרכז אפריקאית עשירים אף יותר באורניום. רוב הליניטים וכמה גחלים מכילים בדרך כלל זיהומי אורניום. מרבצי ליגניט עשירים באורניום נמצאו בצפון ובדרום דקוטה (ארה"ב) ופחמים ביטומניים בספרד ובצ'כיה.

פְּתִיחָה.

אורנוס התגלה בשנת 1789 על ידי הכימאי הגרמני מ. קלפרות', שקרא ליסוד לכבוד גילוי כוכב הלכת אורנוס 8 שנים קודם לכן. (קלפרות' היה הכימאי המוביל בתקופתו; הוא גילה גם יסודות נוספים, כולל Ce, Ti ו-Zr.) למעשה, החומר שהתקבל לא היה אורניום יסודי, אלא צורה מחומצנת שלו, ואורניום יסודי הושג לראשונה על ידי הכימאי הצרפתי E. .Peligo בשנת 1841. מרגע הגילוי ועד המאה ה-20. לאורניום לא הייתה המשמעות שיש לו עכשיו, אם כי רבים ממנו תכונות גשמיות, כמו גם מסה וצפיפות אטומית נקבעו. בשנת 1896 קבע א.בקרל שלמלחי אורניום יש קרינה המאירה לוח צילום בחושך. תגלית זו הפעילה כימאים למחקר בתחום הרדיואקטיביות ובשנת 1898 בודדו הפיזיקאים הצרפתים פ.קיורי ומ. סקלודאבסקה-קירי מלחים. יסודות רדיואקטיבייםפולוניום ורדיום, ו-E. Rutherford, F. Soddy, K. Fajans ומדענים אחרים פיתחו את התיאוריה של ריקבון רדיואקטיבי, שהניחה את היסודות של כימיה גרעינית מודרנית ואנרגיה גרעינית.

שימושים ראשונים באורניום.

למרות שהרדיואקטיביות של מלחי האורניום הייתה ידועה, עפרותיו בשליש הראשון של מאה זו שימשו רק להשגת רדיום נלווה, והאורניום נחשב לתוצר לוואי לא רצוי. השימוש בו התרכז בעיקר בטכנולוגיה קרמית ומטלורגיה; תחמוצות אורניום היו בשימוש נרחב לצביעת זכוכית בצבעים הנעים בין צהוב חיוור לירוק כהה, מה שתרם לפיתוח ייצור זכוכית זול. כיום, מוצרים מתעשיות אלו מזוהים כפלורסנטים תחת קרניים אולטרה סגולות. במהלך מלחמת העולם הראשונה וזמן קצר לאחר מכן, אורניום בצורת קרביד שימש לייצור פלדות כלי עבודה, בדומה ל-Mo ו-W; 4–8% אורניום החליף טונגסטן, שייצורו היה מוגבל באותה תקופה. כדי להשיג פלדות כלי עבודה בשנים 1914–1926, יוצרו מדי שנה כמה טונות של פרורניום המכילים עד 30% (מסה) U. עם זאת, שימוש זה באורניום לא נמשך זמן רב.

שימושים מודרניים באורניום.

תעשיית האורניום החלה להתגבש בשנת 1939, כאשר בוצע ביקוע איזוטופ האורניום 235 U, שהוביל ליישום טכני של תגובות שרשרת מבוקרות של ביקוע אורניום בדצמבר 1942. זו הייתה הולדת עידן האטום. , כאשר האורניום הפך מיסוד חסר חשיבות לאחד המרכיבים הגדולים ביותר אלמנטים חשוביםבחיי החברה. החשיבות הצבאית של האורניום לייצור פצצת האטום והשימוש בו כדלק בכורים גרעיניים גרמו לגידול בביקוש לאורניום מבחינה אסטרונומית. הכרונולוגיה של הגידול בביקוש לאורניום בהתבסס על ההיסטוריה של משקעים באגם הדובים הגדול (קנדה) היא מעניינת. בשנת 1930 התגלתה באגם זה תערובת שרף, תערובת של תחמוצות אורניום, ובשנת 1932 הוקמה באזור זה טכנולוגיית טיהור רדיום. מכל טון עפרה (שרף בלנד) התקבלו 1 גרם רדיום וכחצי טון תוצר לוואי, תרכיז אורניום. עם זאת, היה מעט רדיום והכרייה שלו הופסקה. מ-1940 עד 1942 חודש הפיתוח והחלה משלוח עפרות אורניום לארצות הברית. בשנת 1949, טיהור אורניום דומה, עם כמה שיפורים, שימש לייצור UO 2 טהור. ייצור זה גדל והוא כיום אחד ממתקני ייצור האורניום הגדולים ביותר.

נכסים.

אורניום הוא אחד היסודות הכבדים ביותר שנמצאים בטבע. מתכת טהורה היא צפופה מאוד, רקיעה, אלקטרופוזיטיבית עם מוליכות חשמלית נמוכה ותגובתית גבוהה.

לאורניום יש שלושה שינויים אלוטרופיים: א-אורניום (סריג קריסטל אורתורומבי), קיים בטווח שבין טמפרטורת החדר ל-668 מעלות צלזיוס; ב-אורניום (סריג גביש מורכב מסוג טטראגונל), יציב בטווח של 668-774 מעלות צלזיוס; ז-אורניום (סריג גביש מעוקב במרכז הגוף), יציב מ-774 מעלות צלזיוס עד לנקודת ההיתוך (1132 מעלות צלזיוס). מכיוון שכל האיזוטופים של האורניום אינם יציבים, כל התרכובות שלו מפגינות רדיואקטיביות.

איזוטופים של אורניום

238 U, 235 U, 234 U מתרחשים בטבע ביחס של 99.3:0.7:0.0058, ו-236 U מופיעים בכמויות עקבות. כל שאר האיזוטופים של אורניום מ-226 U עד 242 U מתקבלים באופן מלאכותי. האיזוטופ 235 U חשוב במיוחד. בהשפעת נויטרונים איטיים (תרמיים), הוא מתחלק ומשחרר אנרגיה עצומה. ביקוע מלא של 235 U מביא לשחרור "שווה ערך לאנרגיה תרמית" של 2H 10 7 קוט"ש שעה/ק"ג. הביקוע של 235 U יכול לשמש לא רק כדי לייצר כמויות גדולות של אנרגיה, אלא גם לסנתז יסודות אקטינידים חשובים אחרים. אורניום איזוטופ טבעי יכול לשמש בכורים גרעיניים לייצור נויטרונים המיוצרים על ידי ביקוע של 235 U, בעוד שעודף נויטרונים שלא נדרש על ידי תגובת השרשרת יכולים להיתפס על ידי איזוטופ טבעי אחר, וכתוצאה מכך לייצור פלוטוניום:

כאשר 238 U מופגז בניוטרונים מהירים, מתרחשות התגובות הבאות:

על פי תכנית זו, ניתן להמיר את האיזוטופ הנפוץ ביותר 238 U לפלוטוניום-239, אשר, כמו 235 U, מסוגל גם להתבקע בהשפעת נויטרונים איטיים.

כרגע התקבל מספר גדולאיזוטופים מלאכותיים של אורניום. ביניהם, 233 U בולט במיוחד מכיוון שהוא גם מתפצל בעת אינטראקציה עם נויטרונים איטיים.

כמה איזוטופים מלאכותיים אחרים של אורניום משמשים לעתים קרובות בתור נותבים רדיואקטיביים (אינדיקטורים) בכימיקלים וב מחקר פיזי; זה קודם כל ב- פולט 237 U ו א- פולט 232 U.

חיבורים.

לאורניום, מתכת מאוד תגובתית, יש מצבי חמצון מ-+3 עד +6, קרוב לבריליום בסדרת הפעילות, יוצר אינטראקציה עם כל הלא-מתכות ויוצר תרכובות בין-מתכתיות עם Al, Be, Bi, Co, Cu, Fe, Hg , Mg, Ni, Pb, Sn ו-Zn. אורניום כתוש דק הוא תגובתי במיוחד ובטמפרטורות מעל 500 מעלות צלזיוס הוא נכנס לעתים קרובות לתגובות האופייניות לאורניום הידריד. גוש אורניום או שיבולים נשרפים בחום ב-700-1000 מעלות צלזיוס, ואדי אורניום נשרפים כבר ב-150-250 מעלות צלזיוס; אורניום מגיב עם HF ב-200-400 מעלות צלזיוס, ויוצר UF 4 ו-H 2 . אורניום מתמוסס לאט ב-HF מרוכז או H 2 SO 4 ו-85% H 3 PO 4 אפילו ב-90 מעלות צלזיוס, אך מגיב בקלות עם קונצרן. HCl ופחות פעיל עם HBr או HI. התגובות האקטיביות והמהירות ביותר של אורניום עם HNO 3 דליל ומרוכז מתרחשות עם היווצרות של חנקתי אורניל ( ראה למטה). בנוכחות HCl, האורניום מתמוסס במהירות בחומצות אורגניות, ויוצר מלחי U4+ אורגניים. בהתאם לדרגת החמצון, אורניום יוצר מספר סוגי מלחים (החשובים ביניהם הם עם U 4+, אחד מהם UCl 4 הוא מלח ירוק מחומצן בקלות); מלחי אורניל (רדיקלי UO 2 2+) מסוג UO 2 (NO 3) 2 הם בצבע צהוב וקורנים ירוק. מלחי אורניל נוצרים על ידי המסת התחמוצת האמפוטרית UO 3 (צבע צהוב) בתווך חומצי. בסביבה בסיסית, UO 3 יוצר אורנאטים כגון Na 2 UO 4 או Na 2 U 2 O 7. התרכובת האחרונה ("אורניל צהוב") משמשת לייצור זיגוגי פורצלן ולייצור כוסות פלורסנט.

הלידי אורניום נחקרו בהרחבה בשנים 1940–1950, שכן הם שימשו לפיתוח שיטות להפרדת איזוטופים של אורניום עבור פצצת האטום או הכור הגרעיני. אורניום טריפלואוריד UF 3 הושג על ידי הפחתת UF 4 עם מימן, ואורניום טטראפלואור UF 4 מתקבל בדרכים שונות על ידי תגובות של HF עם תחמוצות כגון UO 3 או U 3 O 8 או על ידי הפחתה אלקטרוליטית של תרכובות אורניל. אורניום hexafluoride UF 6 מתקבל על ידי הפלרה של U או UF 4 עם פלואור אלמנטרי או על ידי פעולת חמצן על UF 4. Hexafluoride יוצר גבישים שקופים עם מקדם שבירה גבוה ב-64 מעלות צלזיוס (1137 מ"מ כספית); התרכובת נדיפה (בתנאים לחץ רגילמתנשא ב-56.54 מעלות צלזיוס). אורניום oxohalides, למשל, oxofluorides, יש הרכב UO 2 F 2 (אורניל פלואוריד), UOF 2 (אורניום אוקסיד דיפלואוריד).

מאיפה הגיע האורניום?סביר להניח שהוא מופיע במהלך פיצוצי סופרנובה. העובדה היא שלנוקלאוסינתזה של יסודות כבדים יותר מברזל, חייבת להיות זרימה חזקה של נויטרונים, המתרחשת בדיוק במהלך פיצוץ סופרנובה. נראה כי אז, במהלך התעבות מענן של מערכות כוכבים חדשות שנוצרו על ידו, אורניום, לאחר שנאסף בענן פרוטו-פלנטרי והיותו כבד מאוד, אמור לשקוע במעמקי כוכבי הלכת. אבל זה לא נכון. אורניום הוא יסוד רדיואקטיבי וכשהוא מתפרק הוא משחרר חום. חישובים מראים שאם האורניום היה מפוזר באופן שווה בכל עובי כדור הארץ, לפחות באותו ריכוז כמו על פני השטח, הוא היה פולט יותר מדי חום. יתרה מכך, זרימתו אמורה להיחלש עם צריכת האורניום. מאחר ששום דבר כזה לא נצפה, גיאולוגים מאמינים שלפחות שליש מהאורניום, ואולי כולו, מרוכז בקרום כדור הארץ, שם תכולתו היא 2.5∙10 -4%. מדוע זה קרה לא נדון.

היכן כורה אורניום?אין כל כך מעט אורניום על פני כדור הארץ - הוא נמצא במקום ה-38 מבחינת השפע. ורוב היסוד הזה נמצא בסלעי משקע - פצלי פחמן וזרחנים: עד 8∙10 –3 ו-2.5∙10 –2%, בהתאמה. בסך הכל, קרום כדור הארץ מכיל 10 14 טון אורניום, אך הבעיה העיקרית היא שהוא מפוזר מאוד ואינו יוצר מרבצים רבי עוצמה. כ-15 מינרלים של אורניום הם בעלי חשיבות תעשייתית. זוהי זפת אורניום - הבסיס שלה הוא תחמוצת אורניום ארבע ערכית, אורניום נציץ - סיליקטים שונים, פוספטים ותרכובות מורכבות יותר עם ונדיום או טיטניום על בסיס אורניום משושה.

מהן הקרניים של בקרל?לאחר גילוי קרני הרנטגן על ידי וולפגנג רונטגן, החל הפיזיקאי הצרפתי אנטואן-אנרי בקארל להתעניין בזוהר של מלחי אורניום, המתרחש בהשפעת אור השמש. הוא רצה להבין אם יש כאן גם צילומי רנטגן. ואכן, הם נכחו - המלח האיר את צלחת הצילום מבעד לנייר השחור. באחד הניסויים, לעומת זאת, המלח לא הואר, אבל לוח הצילום עדיין התקדר. כאשר הונח חפץ מתכתי בין המלח לצלחת הצילום, ההתכהות מתחת הייתה פחותה. לכן, קרניים חדשות לא התעוררו עקב עירור אורניום באור ולא עברו חלקית דרך המתכת. הם נקראו בתחילה "קרני בקרל". לאחר מכן התגלה כי מדובר בעיקר בקרני אלפא עם תוספת קטנה של קרני בטא: העובדה היא שהאיזוטופים העיקריים של האורניום פולטים חלקיק אלפא בזמן ריקבון, וגם מוצרי הבת חווים ריקבון בטא.

עד כמה אורניום רדיואקטיבי?לאורניום אין איזוטופים יציבים; כולם רדיואקטיביים. הארוך ביותר הוא אורניום-238 עם זמן מחצית חיים של 4.4 מיליארד שנים. לאחר מכן מגיע אורניום-235 - 0.7 מיליארד שנים. שניהם עוברים ריקבון אלפא והופכים לאיזוטופים המתאימים של תוריום. אורניום-238 מהווה יותר מ-99% מכלל האורניום הטבעי. בשל זמן מחצית החיים העצום שלו, הרדיואקטיביות של יסוד זה נמוכה, ובנוסף, חלקיקי אלפא אינם מסוגלים לחדור את השכבה הקרנית על פני גוף האדם. הם אומרים שאחרי שעבד עם אורניום, I.V. Kurchatov פשוט ניגב את ידיו במטפחת ולא סבל ממחלות הקשורות לרדיואקטיביות.

חוקרים פנו שוב ושוב לסטטיסטיקה של מחלות של עובדים במכרות אורניום ובמפעלי עיבוד. הנה, למשל, מאמר אחרון של מומחים קנדיים ואמריקאים שניתחו נתוני בריאות של יותר מ-17 אלף עובדים במכרה אלדוראדו במחוז קנדה ססקצ'ואן לשנים 1950-1999 ( מחקר סביבתי, 2014, 130, 43–50, DOI:10.1016/j.envres.2014.01.002). הם יצאו מהעובדה שלקרינה יש את ההשפעה החזקה ביותר על תאי הדם המתרבים במהירות, מה שמוביל לסוגים המקבילים של סרטן. סטטיסטיקה הראתה שלעובדי מכרה יש שכיחות של סוגים שוניםיש פחות מקרי סרטן דם מהממוצע לקנדים. במקרה זה, מקור הקרינה העיקרי אינו נחשב לאורניום עצמו, אלא הראדון הגזי שהוא מייצר ותוצרי הריקבון שלו, שיכולים לחדור לגוף דרך הריאות.

מדוע אורניום מזיק?? זה, כמו מתכות כבדות אחרות, רעיל מאוד ועלול לגרום לאי ספיקת כליות וכבד. מצד שני, אורניום, בהיותו יסוד מפוזר, קיים בהכרח במים, באדמה, ומתרכז ב שרשרת המזון, נכנס לגוף האדם. סביר להניח שבתהליך האבולוציה, יצורים חיים למדו לנטרל אורניום בריכוזים טבעיים. אורניום הוא המסוכן ביותר במים, ולכן ארגון הבריאות העולמי קבע גבול: בתחילה הוא היה 15 מיקרוגרם/ליטר, אבל ב-2011 הועלה התקן ל-30 מיקרוגרם/גרם. ככלל, יש הרבה פחות אורניום במים: בארה"ב בממוצע 6.7 מיקרוגרם לליטר, בסין ובצרפת - 2.2 מיקרוגרם לליטר. אבל יש גם סטיות חזקות. אז באזורים מסוימים בקליפורניה הוא עולה פי מאה מהסטנדרט - 2.5 מ"ג לליטר, ובדרום פינלנד הוא מגיע ל-7.8 מ"ג לליטר. חוקרים מנסים להבין האם התקן של ארגון הבריאות העולמי מחמיר מדי על ידי חקר השפעת האורניום על בעלי חיים. הנה עבודה טיפוסית ( BioMed Research International, 2014, ID 181989; DOI:10.1155/2014/181989). מדענים צרפתים האכילו חולדות מים במשך תשעה חודשים עם תוספים של אורניום מדולדל, ובריכוזים גבוהים יחסית - מ-0.2 עד 120 מ"ג/ליטר. הערך התחתון הוא מים ליד המכרה, בעוד שהערך העליון לא נמצא בשום מקום - הריכוז המרבי של אורניום, שנמדד בפינלנד, הוא 20 מ"ג/ליטר. להפתעת המחברים, המאמר נקרא: "היעדר בלתי צפוי של השפעה ניכרת של אורניום על מערכות פיזיולוגיות...," לאורניום כמעט ולא הייתה השפעה על בריאותן של חולדות. החיות אכלו טוב, עלו במשקל כמו שצריך, לא התלוננו על מחלה ולא מתו מסרטן. האורניום, כפי שהוא אמור להיות, הושקע בעיקר בכליות ובעצמות ובכמויות קטנות פי מאה בכבד, והצטברותו הייתה תלויה ככל הנראה בתכולת המים. עם זאת, גם לא כשל כלייתי, ואפילו לא המראה המורגש של סמנים מולקולריים כלשהם של דלקת. המחברים הציעו להתחיל סקירה של ההנחיות המחמירות של ארגון הבריאות העולמי. עם זאת, יש אזהרה אחת: ההשפעה על המוח. במוח של החולדות היה פחות אורניום מאשר בכבד, אך תכולתו לא הייתה תלויה בכמות המים. אבל אורניום השפיע על תפקוד מערכת נוגדי החמצון של המוח: פעילות הקטלאז עלתה ב-20%, גלוטתיון פרוקסידאז ב-68-90% ופעילות הסופראוקסיד דיסמוטאז ירדה ב-50%, ללא קשר למינון. המשמעות היא שהאורניום גרם בבירור ללחץ חמצוני במוח והגוף הגיב אליו. ההשפעה הזו - ההשפעה החזקה של האורניום על המוח בהיעדר הצטברותו בו, אגב, כמו גם באיברי המין - הבחינו בעבר. יתרה מכך, מים עם אורניום בריכוז של 75-150 מ"ג/ליטר, שחוקרים מאוניברסיטת נברסקה האכילו חולדות במשך שישה חודשים ( נוירוטוקסיקולוגיה וטרטולוגיה, 2005, 27, 1, 135–144; DOI:10.1016/j.ntt.2004.09.001), השפיעו על התנהגותם של בעלי חיים, בעיקר זכרים, ששוחררו לשטח: הם חצו קווים בצורה שונה מזו של הבקרה, עמדו על רגליים אחוריותוניקה את הפרווה. ישנן עדויות לכך שאורניום מוביל גם לפגיעה בזיכרון אצל בעלי חיים. שינויים התנהגותיים היו בקורלציה עם רמות של חמצון שומנים במוח. מסתבר שמי האורניום הפכו את החולדות לבריאות, אבל דווקא טיפשות. נתונים אלה יהיו שימושיים עבורנו בעת ניתוח מה שנקרא תסמונת המפרץ הפרסי(תסמונת מלחמת המפרץ).

האם אורניום מזהם אתרי פיתוח גז פצלי פצלים?זה תלוי כמה אורניום יש בסלעים המכילים גז וכיצד הוא קשור אליהם. לדוגמה, פרופסור חבר טרייסי בנק מאוניברסיטת באפלו חקר את פצלי מרסלוס, המשתרע ממערב ניו יורק דרך פנסילבניה ואוהיו ועד וירג'יניה המערבית. התברר שאורניום קשור מבחינה כימית בדיוק למקור הפחמימנים (זכור שלפצלי פחמן קשורים יש את תכולת האורניום הגבוהה ביותר). ניסויים הראו שהתמיסה המשמשת במהלך השבירה ממיסה אורניום בצורה מושלמת. "כשהאורניום במים האלה מגיע לפני השטח, זה יכול לגרום לזיהום הסביבה. זה לא מהווה סיכון קרינה, אבל אורניום הוא יסוד רעיל", מציינת טרייסי בנק בהודעה לעיתונות של האוניברסיטה מ-25 באוקטובר 2010. טרם הוכנו מאמרים מפורטים על הסיכון לזיהום סביבתי באורניום או תוריום במהלך הפקת גז פצלי.

מדוע יש צורך באורניום?בעבר הוא שימש כפיגמנט לייצור קרמיקה וזכוכית צבעונית. כעת אורניום הוא הבסיס לאנרגיה גרעינית ולנשק אטומי. במקרה זה נעשה שימוש בתכונה הייחודית שלו - יכולתו של הגרעין להתחלק.

מהו ביקוע גרעיני? ריקבון של גרעין לשני חלקים גדולים לא שווים. בגלל תכונה זו, במהלך נוקלאוסינתזה עקב הקרנת נויטרונים, נוצרים בקושי רב גרעינים כבדים יותר מאורניום. מהות התופעה היא כדלקמן. אם היחס בין מספר הנייטרונים והפרוטונים בגרעין אינו אופטימלי, הוא הופך ללא יציב. בדרך כלל, גרעין כזה פולט או חלקיק אלפא - שני פרוטונים ושני נויטרונים, או חלקיק בטא - פוזיטרון, המלווה בהפיכת אחד הנייטרונים לפרוטון. במקרה הראשון, מתקבל אלמנט של הטבלה המחזורית, מרווח שני תאים אחורה, בשני - תא אחד קדימה. עם זאת, בנוסף לפליטת חלקיקי אלפא וביטא, גרעין האורניום מסוגל להתבקע - להתפרק לגרעין של שני יסודות באמצע הטבלה המחזורית, למשל בריום וקריפטון, מה שהוא עושה, לאחר שקיבל נויטרון חדש. תופעה זו התגלתה זמן קצר לאחר גילוי הרדיואקטיביות, כאשר פיזיקאים חשפו את הקרינה החדשה שהתגלתה לכל מה שיכלו. כך כותב על כך אוטו פריש, שותף באירועים ("התקדמות במדעי הפיזיקה", 1968, 96, 4). לאחר גילוי קרני הבריליום - נויטרונים - אנריקו פרמי הקרין איתם אורניום, במיוחד, כדי לגרום לריקבון בטא - הוא קיווה להשתמש בו כדי להשיג את היסוד הבא, ה-93, הנקרא כיום נפטון. זה היה זה שגילה סוג חדש של רדיואקטיביות באורניום מוקרן, שאותו קשר להופעת יסודות טרנסאורניום. במקביל, האטה של ​​הנייטרונים, שמקור הבריליום עבורם היה מכוסה בשכבת פרפין, הגבירה את הרדיואקטיביות המושרה הזו. הרדיוכימאי האמריקני אריסטיד פון גרוס הציע שאחד מהיסודות הללו הוא פרוטקטיניום, אך הוא טעה. אבל אוטו האן, שעבד אז באוניברסיטת וינה והחשיב את הפרוטקטיניום שהתגלה ב-1917 כיוד מוחו, החליט שהוא מחויב לברר אילו יסודות הושגו. יחד עם ליז מייטנר, בתחילת 1938, הציע האן, בהתבסס על תוצאות ניסויים, ששרשרות שלמות של יסודות רדיואקטיביים נוצרות עקב התפרקות ביתא מרובת של גרעינים סופחי נויטרונים של אורניום-238 ושל יסודות הבת שלו. עד מהרה נאלצה ליז מייטנר לברוח לשוודיה, מחשש לפעולות תגמול אפשריות מצד הנאצים לאחר האנשלוס של אוסטריה. האן, לאחר שהמשיך בניסויים שלו עם פריץ שטרסמן, גילה שבין המוצרים יש גם בריום, יסוד מספר 56, שבשום אופן לא ניתן להשיגו מאורניום: כל שרשראות האלפא של אורניום מסתיימות בעופרת הרבה יותר כבדה. החוקרים הופתעו כל כך מהתוצאה שהם לא פרסמו אותה, הם רק כתבו מכתבים לחברים, במיוחד לליז מייטנר בגטבורג. שם, בחג המולד 1938, ביקר אותה אחיינה, אוטו פריש, ובהסתובבות בסביבת עיר החורף - הוא על מגלשיים, הדודה ברגל - הם דנו באפשרות של הופעת בריום במהלך הקרנת האורניום. תוצאה של ביקוע גרעיני (למידע נוסף על ליז מייטנר, ראה "כימיה וחיים", 2013, מס' 4). כשחזר לקופנהגן, פריש ממש תפס את נילס בוהר על מסלולה של ספינה שיצאה לארצות הברית וסיפר לו על רעיון הביקוע. בוהר, סטר לעצמו על המצח, אמר: "אוי, איזה טיפשים היינו! היינו צריכים לשים לב לזה מוקדם יותר". בינואר 1939 פרסמו פריש ומייטנר מאמר על ביקוע גרעיני אורניום בהשפעת נויטרונים. באותו זמן, אוטו פריש כבר ביצע ניסוי בקרה, כמו גם קבוצות אמריקאיות רבות שקיבלו את ההודעה מבוהר. הם אומרים שהפיזיקאים החלו להתפזר למעבדות שלהם ממש במהלך הדו"ח שלו ב-26 בינואר 1939 בוושינגטון בוועידה השנתית לפיזיקה תיאורטית, כשתפסו את מהות הרעיון. לאחר גילוי הביקוע, האן ושטראסמן שינו את הניסויים שלהם ומצאו, בדיוק כמו עמיתיהם, שרדיואקטיביות האורניום המוקרן קשורה לא לטרנסאורניום, אלא להתפרקות היסודות הרדיואקטיביים שנוצרו במהלך הביקוע מאמצע הטבלה המחזורית.

איך הולך תגובת שרשרתבאורניום?זמן קצר לאחר שהוכחה בניסוי אפשרות של ביקוע של אורניום ותוריום (ואין יסודות בקיעים אחרים על פני כדור הארץ בכמות משמעותית כלשהי), נילס בוהר וג'ון ווילר, שעבדו בפרינסטון, כמו גם, ללא תלות בהם, הפיזיקאי התיאורטי הסובייטי יא.אי פרנקל והגרמנים זיגפריד פלוגה וגוטפריד פון דרוסט יצרו את תורת הביקוע הגרעיני. שני מנגנונים יצאו ממנו. האחד קשור לספיגת הסף של נויטרונים מהירים. לפיה, כדי ליזום ביקוע, לנייטרון חייב להיות אנרגיה גבוהה למדי, יותר מ-1 MeV עבור גרעיני האיזוטופים העיקריים - אורניום-238 ותוריום-232. באנרגיות נמוכות יותר, לספיגת נויטרונים על ידי אורניום-238 יש אופי תהודה. לפיכך, לנייטרון עם אנרגיה של 25 eV יש שטח חתך לכידה גדול פי אלפי מאשר באנרגיות אחרות. במקרה זה לא יהיה ביקוע: אורניום-238 יהפוך לאורניום-239, שעם זמן מחצית חיים של 23.54 דקות יהפוך ל-neptunium-239, שעם זמן מחצית חיים של 2.33 ימים יהפוך לחיים ארוכים. פלוטוניום-239. תוריום-232 יהפוך לאורניום-233.

המנגנון השני הוא בליעה ללא סף של נויטרון, אחריו בא האיזוטופ הבקיע השלישי הנפוץ פחות או יותר - אורניום-235 (כמו גם פלוטוניום-239 ואורניום-233, שאינם נמצאים בטבע): על ידי סופג כל נויטרון, אפילו איטי, מה שנקרא תרמי, עם אנרגיה כמו למולקולות המשתתפות בתנועה תרמית - 0.025 eV, גרעין כזה יתפצל. וזה טוב מאוד: לנייטרונים תרמיים יש שטח חתך לכידה גבוה פי ארבעה מהנייטרונים המהירים מגה-אלקטרון-וולט. זוהי המשמעות של אורניום-235 עבור כל ההיסטוריה שלאחר מכן של אנרגיה גרעינית: היא זו שמבטיחה את הכפלת הנייטרונים באורניום טבעי. לאחר שנפגע על ידי נויטרון, גרעין האורניום-235 הופך ללא יציב ומתפצל במהירות לשני חלקים לא שווים. בדרך נפלטים כמה (בממוצע 2.75) נויטרונים חדשים. אם הם נופלים לתוך הגרעינים של אותו אורניום, הם יגרמו לכפל נויטרונים פנימה התקדמות גיאומטרית- תתרחש תגובת שרשרת, שתוביל לפיצוץ עקב שחרור מהיר של כמות עצומה של חום. לא אורניום-238 וגם תוריום-232 לא יכולים לעבוד כך: אחרי הכל, במהלך הביקוע נפלטים נויטרונים באנרגיה ממוצעת של 1-3 MeV, כלומר, אם יש סף אנרגיה של 1 MeV, חלק ניכר מה- נויטרונים בוודאי לא יוכלו לגרום לתגובה, ולא תהיה רבייה. המשמעות היא שצריך לשכוח את האיזוטופים הללו ויצטרכו להאט את הנייטרונים לאנרגיה תרמית כדי שיתקשרו בצורה יעילה ככל האפשר עם גרעיני האורניום-235. יחד עם זאת, לא ניתן לאפשר את ספיגת התהודה שלהם על ידי אורניום-238: אחרי הכל, באורניום טבעי איזוטופ זה מעט פחות מ-99.3% והנייטרונים מתנגשים בו לעתים קרובות יותר, ולא עם אורניום-235 היעד. ועל ידי פעולתו כמנחה, ניתן לשמור על ריבוי נויטרונים ברמה קבועה ולמנוע פיצוץ - לשלוט בתגובת השרשרת.

חישוב שערכו יא' ב' זלדוביץ' וי' ב' חריטון באותה שנה גורלית של 1939 הראה כי לשם כך יש צורך להשתמש במנחה נויטרונים בצורת מים כבדים או גרפיט ולהעשיר אורניום טבעי באורניום- 235 לפחות 1.83 פעמים. ואז הרעיון הזה נראה להם פנטזיה טהורה: "יצוין שכפול בערך ההעשרה של אותן כמויות די משמעותיות של אורניום הנחוצות לביצוע פיצוץ שרשרת,<...>זו משימה מסורבלת ביותר, קרובה לחוסר אפשרות מעשית". כעת הבעיה הזו נפתרה, ותעשיית הגרעין מייצרת אורניום מועשר באורניום-235 עד 3.5% עבור תחנות כוח.

מהו ביקוע גרעיני ספונטני?בשנת 1940, G. N. Flerov ו-K. A. Petrzhak גילו כי ביקוע של אורניום יכול להתרחש באופן ספונטני, ללא כל השפעה חיצונית, אם כי זמן מחצית החיים ארוך בהרבה מאשר עם ריקבון אלפא רגיל. מכיוון שביקוע כזה מייצר גם נויטרונים, אם לא יתאפשר להם לברוח מאזור התגובה, הם ישמשו כיוזמי תגובת השרשרת. תופעה זו משמשת ליצירת כורים גרעיניים.

מדוע יש צורך באנרגיה גרעינית?זלדוביץ' וחאריטון היו בין הראשונים שחישבו את ההשפעה הכלכלית של אנרגיה גרעינית (Uspekhi Fizicheskikh Nauk, 1940, 23, 4). “...כרגע, עדיין אי אפשר להסיק מסקנות סופיות לגבי האפשרות או חוסר האפשרות לבצע תגובת ביקוע גרעיני עם שרשראות מסועפות אינסופיות באורניום. אם תגובה כזו אפשרית, אזי קצב התגובה מותאם אוטומטית כדי להבטיח התקדמות חלקה, למרות כמות האנרגיה העצומה שעומדת לרשות הנסיין. נסיבות אלה חיוביות ביותר לשימוש באנרגיה של התגובה. הבה נציג אפוא - למרות שמדובר בחלוקה של עורו של דוב שלא נהרג - מספר מספרים המאפיינים את אפשרויות השימוש באנרגיה באורניום. אם תהליך הביקוע ממשיך עם נויטרונים מהירים, לכן, התגובה לוכדת את האיזוטופ הראשי של אורניום (U238), אז<исходя из соотношения теплотворных способностей и цен на уголь и уран>העלות של קלוריה מהאיזוטופ הראשי של אורניום מתבררת כזולה פי 4,000 בערך מאשר מפחם (אלא אם כן, כמובן, תהליכי ה"בעירה" והסרת החום יתבררו כיקרים בהרבה במקרה של אורניום מאשר במקרה של פחם). במקרה של נויטרונים איטיים, העלות של קלורית "אורניום" (בהתבסס על הנתונים לעיל) תהיה, בהתחשב בכך שהשפע של איזוטופ U235 הוא 0.007, כבר רק פי 30 זול יותר מקלורית "פחם", כל שאר הדברים שווים."

תגובת השרשרת המבוקרת הראשונה בוצעה בשנת 1942 על ידי אנריקו פרמי מאוניברסיטת שיקגו, והכור נשלט באופן ידני - דחיפת מוטות גרפיט פנימה והחוצה כאשר שטף הנייטרונים השתנה. תחנת הכוח הראשונה נבנתה באובנינסק ב-1954. בנוסף לייצור אנרגיה, הכורים הראשונים פעלו גם לייצור פלוטוניום ברמת נשק.

כיצד פועלת תחנת כוח גרעינית?כיום, רוב הכורים פועלים על נויטרונים איטיים. אורניום מועשר בצורת מתכת, סגסוגת כגון אלומיניום או תחמוצת מונח בגלילים ארוכים הנקראים יסודות דלק. הם מותקנים בצורה מסוימת בכור, וביניהם מוחדרים מוטות מנחה השולטים בתגובת השרשרת. עם הזמן מצטברים רעלים של הכור ביסוד הדלק - תוצרי ביקוע אורניום, המסוגלים גם לספוג נויטרונים. כאשר ריכוז האורניום-235 יורד מתחת לרמה קריטית, היסוד יוצא משימוש. עם זאת, הוא מכיל שברי ביקוע רבים בעלי רדיואקטיביות חזקה, אשר פוחתת עם השנים, וגורמת ליסודות לפלוט כמות משמעותית של חום לאורך זמן. הם נשמרים בבריכות קירור, ואז או קבורים או מנסים לעבור עיבוד - כדי לחלץ אורניום-235 שלא נשרף, לייצר פלוטוניום (שימש לייצור פצצות אטום) ואיזוטופים אחרים שניתן להשתמש בהם. החלק שאינו בשימוש נשלח לשטחי קבורה.

במה שנקרא כורים מהירים, או כורי גידול, מותקנים רפלקטורים העשויים מאורניום-238 או תוריום-232 מסביב ליסודות. הם מאטים ושולחים בחזרה לאזור התגובה נויטרונים מהירים מדי. ניוטרונים מואטים למהירויות תהודה סופגים את האיזוטופים הללו, והופכים לפלוטוניום-239 או לאורניום-233, בהתאמה, שיכולים לשמש כדלק לתחנת כוח גרעינית. מכיוון שניוטרונים מהירים מגיבים בצורה גרועה עם אורניום-235, יש להעלות משמעותית את ריכוזו, אך הדבר משתלם עם שטף נויטרונים חזק יותר. למרות העובדה שכורי גידול נחשבים לעתיד האנרגיה הגרעינית, מכיוון שהם מייצרים יותר דלק גרעיני ממה שהם צורכים, ניסויים הראו שקשה לנהל אותם. כעת נותר רק כור אחד כזה בעולם - ביחידת הכוח הרביעית של NPP Beloyarsk.

כיצד נמתחת ביקורת על אנרגיה גרעינית?אם לא נדבר על תאונות, אז הנקודה המרכזית בטיעונים של מתנגדי האנרגיה הגרעינית כיום היא ההצעה להוסיף לחישוב יעילותה את עלויות ההגנה על הסביבה לאחר ביטול התחנה ובעת העבודה עם דלק. בשני המקרים עולים האתגרים של סילוק מהימן של פסולת רדיואקטיבית, ומדובר בעלויות המוטלות על המדינה. יש דעה שאם תעביר אותם לעלות האנרגיה, אז האטרקטיביות הכלכלית שלה תיעלם.

ישנה גם התנגדות בקרב תומכי האנרגיה הגרעינית. נציגיה מצביעים על ייחודו של אורניום-235, שאין לו תחליף, משום שאיזוטופים חלופיים שבקיעים על ידי נויטרונים תרמיים - פלוטוניום-239 ואורניום-233 - בשל זמן מחצית החיים שלהם של אלפי שנים, אינם נמצאים בטבע. והם מתקבלים בדיוק כתוצאה מביקוע אורניום-235. אם ייגמר, ייעלם מקור טבעי נפלא של נויטרונים לתגובת שרשרת גרעינית. כתוצאה מבזבוז כזה, האנושות תאבד את ההזדמנות בעתיד לערב את תוריום-232, שמאגריו גדולים פי כמה מאורניום, במחזור האנרגיה.

תיאורטית, ניתן להשתמש במאיצי חלקיקים כדי לייצר שטף של נויטרונים מהירים עם אנרגיות מגה-אלקטרון-וולט. לעומת זאת, אם אנחנו מדברים על, למשל, לגבי טיסות בין-כוכביות על מנוע גרעיני, אז יישום תכנית עם מאיץ מגושם יהיה קשה מאוד. דלדול האורניום-235 שם קץ לפרויקטים כאלה.

מהו אורניום בדרגת נשק?זהו אורניום-235 מועשר מאוד. המסה הקריטית שלו - היא מתאימה לגודל של פיסת חומר שבה מתרחשת תגובת שרשרת באופן ספונטני - קטנה מספיק כדי לייצר תחמושת. אורניום כזה יכול לשמש לייצור פצצת אטום, וגם כפתיל לפצצה תרמו-גרעינית.

אילו אסונות קשורים לשימוש באורניום?האנרגיה האצורה בגרעינים של יסודות בקיעים היא עצומה. אם היא יוצאת משליטה בגלל פיקוח או בכוונה, אנרגיה זו עלולה לגרום להרבה צרות. שני האסונות הגרעיניים הקשים ביותר התרחשו ב-6 וב-8 באוגוסט 1945, כאשר חיל האוויר האמריקני הטיל פצצות אטום על הירושימה ונגסאקי, והרג ופצע מאות אלפי אזרחים. אסונות בקנה מידה קטן יותר קשורים לתאונות בתחנות כוח גרעיניות ובמפעלי מחזור גרעיני. התאונה הגדולה הראשונה אירעה ב-1949 בברית המועצות במפעל מאיאק ליד צ'ליאבינסק, שם הופק פלוטוניום; פסולת רדיואקטיבית נוזלית הגיעה לנהר הטקה. בספטמבר 1957 אירע בו פיצוץ ששחרר כמות גדולה של חומר רדיואקטיבי. 11 ימים לאחר מכן נשרף הכור הבריטי לייצור פלוטוניום בווינדסקייל, והענן עם מוצרי הפיצוץ התפוגג מעל מערב אירופה. בשנת 1979 נשרף כור בתחנת הכוח הגרעינית Three Mail Island בפנסילבניה. ההשלכות הנפוצות ביותר נגרמו כתוצאה מהתאונות בתחנת הכוח הגרעינית בצ'רנוביל (1986) ובתחנת הכוח הגרעינית בפוקושימה (2011), כאשר מיליוני בני אדם נחשפו לקרינה. הראשונים זרקו שטחים נרחבים, ושחררו 8 טון של דלק אורניום ומוצרי ריקבון כתוצאה מהפיצוץ, שהתפשט ברחבי אירופה. השני זיהם ושלוש שנים לאחר התאונה ממשיך לזהם את אזור המים. האוקיינוס ​​השקטבאזורי דיג. ביטול ההשלכות של תאונות אלו היה יקר מאוד, ואם עלויות אלו היו מפורקות לעלות החשמל, היא הייתה עולה משמעותית.

נושא נפרד הוא ההשלכות על בריאות האדם. לפי הסטטיסטיקה הרשמית, אנשים רבים ששרדו את ההפצצה או שחיו באזורים מזוהמים נהנו מקרינה - לראשונים תוחלת חיים גבוהה יותר, לאחרונים יש פחות סרטן, ומומחים מייחסים עלייה מסוימת בתמותה ללחץ חברתי. מספר האנשים שמתו דווקא מתוצאות תאונות או כתוצאה מחיסולם מגיע למאות בני אדם. מתנגדי תחנות כוח גרעיניות מציינים שהתאונות הובילו לכמה מיליוני מקרי מוות בטרם עת ביבשת אירופה, אבל הן פשוט בלתי נראות בהקשר הסטטיסטי.

הוצאת אדמות משימוש אנושי באזורי תאונות מביאה לתוצאה מעניינת: הן הופכות למעין שמורות טבע שבהן המגוון הביולוגי צומח. נכון, יש בעלי חיים שסובלים ממחלות הקשורות לקרינה. השאלה באיזו מהירות הם יסתגלו לרקע המוגבר נותרה פתוחה. ישנה גם דעה שהתוצאה של הקרנה כרונית היא "סלקציה לשוטים" (ראה "כימיה וחיים", 2010, מס' 5): אפילו בשלב העוברי שורדים אורגניזמים פרימיטיביים יותר. בפרט, ביחס לאנשים, הדבר אמור להביא לירידה ביכולות המנטליות בדור שנולד באזורים מזוהמים זמן קצר לאחר התאונה.

מהו אורניום מדולדל?זהו אורניום-238, שנותר לאחר ההפרדה של אורניום-235 ממנו. כמויות הפסולת מייצור אורניום ויסודות דלק בדרגת נשק גדולים - בארצות הברית לבדה הצטברו 600 אלף טון של אורניום הקספלואוריד כזה (לבעיות איתו ראו כימיה וחיים, 2008, מס' 5). . תכולת האורניום-235 בו היא 0.2%. פסולת זו חייבת להיות מאוחסנת עד לזמנים טובים יותר, כאשר ייווצרו כורי נויטרונים מהירים וניתן יהיה לעבד אורניום-238 לפלוטוניום, או להשתמש איכשהו.

הם מצאו לזה שימוש. אורניום, כמו יסודות מעבר אחרים, משמש כזרז. לדוגמה, מחברי המאמר ב ACS Nanoמתאריך 30 ביוני 2014, הם כותבים כי לזרז העשוי מאורניום או תוריום עם גרפן להפחתת חמצן ומי חמצן "יש פוטנציאל עצום לשימוש במגזר האנרגיה". מכיוון שלאורניום יש צפיפות גבוהה, הוא משמש כנטל עבור ספינות ומשקולות נגד למטוסים. מתכת זו מתאימה גם להגנה מקרינה במכשירים רפואיים עם מקורות קרינה.

איזה כלי נשק אפשר לייצר מאורניום מדולדל?כדורים וליבות עבור קליעים חודרי שריון. החישוב כאן הוא כדלקמן. ככל שהטיל כבד יותר, כך הוא גבוה יותר אנרגיה קינטית. אבל מה מידה גדולה יותרקליע, ככל שהשפעתו פחות מרוכזת. המשמעות היא שיש צורך במתכות כבדות בעלות צפיפות גבוהה. כדורים עשויים מעופרת (ציידי אוראל השתמשו בעבר גם בפלטינה מקומית, עד שהבינו שמדובר במתכת יקרה), ואילו ליבות הקליפה עשויות מסגסוגת טונגסטן. אנשי איכות הסביבה מציינים שעופרת מזהמת את הקרקע במקומות של פעולות צבאיות או ציד ועדיף להחליף אותה במשהו פחות מזיק, למשל, טונגסטן. אבל טונגסטן אינו זול, ואורניום, דומה בצפיפותו, הוא פסולת מזיקה. יחד עם זאת, הזיהום המותר של קרקע ומים באורניום גבוה בערך פי שניים מאשר בעופרת. זה קורה בגלל שהרדיואקטיביות החלשה של אורניום מדולדל (והיא גם פחותה ב-40% מזו של אורניום טבעי) מוזנחת ונלקח בחשבון גורם כימי מסוכן באמת: האורניום, כזכור, הוא רעיל. יחד עם זאת, צפיפותו גדולה פי 1.7 מזו של עופרת, מה שאומר שניתן להקטין את גודלם של כדורי האורניום בחצי; האורניום הוא הרבה יותר עקשן וקשה מעופרת - הוא מתאדה פחות בעת ירי, וכשהוא פוגע במטרה הוא מייצר פחות חלקיקים מיקרוניים. באופן כללי, כדור אורניום פחות מזהם סביבהלעומת זאת, שימוש כזה באורניום אינו ידוע בוודאות.

אבל זה ידוע כי לוחות אורניום מדולדל משמשים לחיזוק השריון של טנקים אמריקאים (זה מקל על ידי צפיפות גבוההונקודת התכה), כמו גם במקום סגסוגת טונגסטן בליבות עבור קליעים חודרי שריון. ליבת האורניום טובה גם מכיוון שהאורניום הוא פירופורי: החלקיקים הקטנים והחמים שלו שנוצרו עם הפגיעה בשריון מתלקחים ומציתים את כל מה שמסביב. שני היישומים נחשבים בטוחים בקרינה. לפיכך, החישוב הראה שגם לאחר ישיבה של שנה בטנק עם שריון אורניום עמוס בתחמושת אורניום, יקבל הצוות רק רבע מהמנה המותרת. וכדי לקבל את המינון השנתי המותר, אתה צריך להבריג תחמושת כזו על פני העור למשך 250 שעות.

פגזים עם ליבות אורניום - עבור תותחי מטוסים 30 מ"מ או תת-קליברים ארטילריים - שימשו את האמריקנים במלחמות האחרונות, החל מהמערכה בעיראק ב-1991. באותה שנה הם המטירו גשם על יחידות השריון העיראקיות בכווית ובמהלך נסיגתם נורו 300 טונות של אורניום מדולדל, מתוכם 250 טון, או 780 אלף כדורים, לעבר תותחי מטוסים. בבוסניה והרצגובינה, במהלך הפצצת צבא הרפובליקה הבלתי מוכרת, הוצאו 2.75 טון אורניום, ובמהלך ההפגזה של הצבא היוגוסלבי באזור קוסובו ומטוהיג'ה - 8.5 טון, או 31 אלף כדורים. מאחר ש-WHO כבר היה מודאג מההשלכות של השימוש באורניום, בוצע ניטור. הוא הראה שמחלקה אחת מורכבת מכ-300 כדורים, מתוכם 80% הכילו אורניום מדולדל. 10% פגעו במטרות, ו-82% נפלו בטווח של 100 מטרים מהם. השאר התפזרו בתוך 1.85 ק"מ. פגז שפגע בטנק נשרף והפך לתרסיס; פגז האורניום חדר מבעד למטרות קלות כמו נושאות שריון. כך, לכל היותר טון וחצי של פגזים עלולים להפוך לאבק אורניום בעיראק. לדברי מומחים מהאסטרטגי האמריקאי מרכז מחקר RAND Corporation, יותר, מ-10 עד 35% מהאורניום המשומש, הפך לאירוסול. פעיל התחמושת הקרואטי אסף דוראקוביץ', שעבד במגוון ארגונים מבית החולים המלך פייסל בריאד ועד למרכז המחקר הרפואי של אורניום בוושינגטון, מעריך שבדרום עיראק לבדה בשנת 1991, נוצרו 3-6 טונות של חלקיקי אורניום תת-מיקרון, אשר היו מפוזרים על פני שטח רחב, כלומר, זיהום אורניום שם דומה לצ'רנוביל.

אורנוס הוא כוכב הלכת השביעי ב מערכת השמשוענקית הגז השלישית. כוכב הלכת הוא השלישי בגודלו והרביעי בגודלו במסה, וקיבל את שמו לכבוד אביו של האל הרומי שבתאי.

בְּדִיוּק אוּרָנוּסיש לו את הכבוד להיות כוכב הלכת הראשון שהתגלה בהיסטוריה המודרנית. עם זאת, במציאות, הגילוי הראשוני שלו ככוכב לכת לא התרחש בפועל. בשנת 1781, האסטרונום ויליאם הרשלתוך כדי התבוננות בכוכבים בקבוצת הכוכבים מזל תאומים, הוא הבחין בחפץ מסוים בצורת דיסק, אותו תיעד בתחילה כשביט, עליו דיווח לחברה המלכותית המדעית של אנגליה. עם זאת, מאוחר יותר תהה הרשל עצמו מהעובדה שמסלול האובייקט התברר כמעוגל כמעט ולא אליפטי, כפי שקורה בשביטים. רק כאשר תצפית זו אושרה על ידי אסטרונומים אחרים, הגיע הירשל למסקנה שהוא בעצם גילה כוכב לכת, לא כוכב שביט, והתגלית התקבלה לבסוף ברווחה.

לאחר שאישר את הנתונים שהעצם שהתגלה הוא כוכב לכת, קיבל הרשל את הפריבילגיה יוצאת הדופן לתת לו את שמו. ללא היסוס, האסטרונום בחר את שמו של מלך אנגליה ג'ורג' השלישי וקרא לכוכב הלכת Georgium Sidus, שפירושו "הכוכב של ג'ורג'". עם זאת, השם מעולם לא קיבל הכרה מדעית ו מדענים, לרוב,הגיע למסקנה שעדיף לדבוק במסורת מסוימת במתן שמות לכוכבי הלכת של מערכת השמש, כלומר לתת להם שמות לכבוד האלים הרומיים הקדומים. כך קיבל אורנוס את שמו המודרני.

נכון לעכשיו, המשימה הפלנטרית היחידה שהצליחה לאסוף מידע על אורנוס היא וויאג'ר 2.

פגישה זו, שהתקיימה ב-1986, אפשרה למדענים להשיג כמות גדולה למדי של נתונים על כדור הארץ ולגלות תגליות רבות. חלליתשידר אלפי תצלומים של אורנוס, ירחיו וטבעותיו. למרות שתצלומים רבים של כוכב הלכת הראו מעט יותר מהצבע הכחול-ירוק שניתן היה לראות מטלסקופים קרקעיים, תמונות אחרות הראו נוכחות של עשרה ירחים שלא היו ידועים בעבר ושתי טבעות חדשות. לא מתוכננות משימות חדשות לאורנוס בעתיד הקרוב.

בשל הצבע הכחול הכהה של אורנוס, התברר שהרבה יותר קשה ליצור מודל אטמוספרי של כוכב הלכת מאשר מודלים של אותו או אפילו . למרבה המזל, תמונות מטלסקופ החלל האבל סיפקו תמונה רחבה יותר. יותר טכנולוגיות מודרניותההדמיות של הטלסקופ אפשרו להשיג תמונות מפורטות הרבה יותר מאלו של וויאג'ר 2. כך, הודות לצילומי האבל, ניתן היה לגלות שיש פסי רוחב על אורנוס, בדיוק כמו בענקי גז אחרים. בנוסף, מהירויות הרוח על הפלנטה יכולות להגיע ליותר מ-576 קמ"ש.

הוא האמין כי הסיבה להופעת אווירה מונוטונית היא הרכב השכבה העליונה שלה. שכבות העננים הנראות לעין מורכבות בעיקר מתאן, הסופג את אורכי הגל הנצפים הללו המקבילים לצבע האדום. לפיכך, הגלים המוחזרים מיוצגים כצבעים כחולים וירוקים.

מתחת לשכבה החיצונית הזו של מתאן, האטמוספירה מורכבת מכ-83% מימן (H2) ו-15% הליום, עם מעט מתאן ואצטילן. הרכב זה דומה לענקי גז אחרים במערכת השמש. עם זאת, האטמוספירה של אורנוס שונה באופן מדהים בצורה אחרת. בעוד שהאטמוספרות של צדק ושבתאי הן בעיקר גזיות, האטמוספירה של אורנוס מכילה הרבה עוד קרח. עדות לכך היא הטמפרטורות הנמוכות ביותר על פני השטח. בהתחשב בעובדה שטמפרטורת האטמוספירה של אורנוס מגיעה ל-224 מעלות צלזיוס, ניתן לקרוא לה האטמוספירה הקרה ביותר במערכת השמש. יתר על כן, נתונים זמינים מצביעים על קיצוניות כזו טמפרטורה נמוכהקיים כמעט על כל פני השטח של אורנוס, אפילו בצד שאינו מואר על ידי השמש.

אורנוס, על פי מדענים פלנטריים, מורכב משתי שכבות: הליבה והמעטפת. מודלים עדכניים מצביעים על כך שהליבה מורכבת בעיקר מסלע וקרח ומסתה בערך פי 55. מעטפת כוכב הלכת שוקלת 8.01 על 10 בחזקת 24 ק"ג, או כ-13.4 מסות כדור הארץ. בנוסף, המעטפת מורכבת ממים, אמוניה ושאר יסודות נדיפים. ההבדל העיקרי בין המעטפת של אורנוס וצדק ושבתאי הוא שהיא קפואה, אם כי לא במובן המסורתי של המילה. העובדה היא שהקרח חם ועבה מאוד, ועובי המעטפת הוא 5.111 ק"מ.

מה הדבר הכי מדהים בהרכבו של אורנוס ומה מבדיל אותו מענקי גז אחרים שלנו? מערכת כוכבים, הוא שהוא לא פולט יותר אנרגיה ממה שהוא מקבל מהשמש. בהתחשב בעובדה שאפילו, שהוא קרוב מאוד בגודלו לאורנוס, מייצר בערך פי 2.6 יותר חום ממה שהוא מקבל מהשמש, מדענים היום מאוד מסוקרנים מכוח חלש כזה שנוצר על ידי אורנוס. יש כרגע שני הסברים התופעה הזו. הראשון מצביע על כך שאורנוס נחשף לעצם חלל מסיבי בעבר, מה שגרם לכוכב הלכת לאבד הרבה מהחום הפנימי שלו (שנצבר במהלך היווצרותו) לחלל. התיאוריה השנייה קובעת שיש סוג של מחסום בתוך הפלנטה שלא מאפשר לחום הפנימי של הפלנטה לברוח אל פני השטח.

מסלול וסיבוב של אורנוס

עצם הגילוי של אורנוס אפשר למדענים להכפיל כמעט את הרדיוס של מערכת השמש הידועה. המשמעות היא שבממוצע מסלולו של אורנוס הוא כ-2.87 על 10 בחזקת 9 ק"מ. הסיבה למרחק כה עצום היא משך המעבר של קרינת השמש מהשמש לכוכב הלכת. אור השמש לוקח כשעתיים וארבעים דקות להגיע לאורנוס, שאורכו כמעט פי עשרים ממה שלוקח לאור השמש להגיע לכדור הארץ. המרחק העצום משפיע גם על אורך השנה באורנוס; הוא נמשך כמעט 84 שנות כדור הארץ.

האקסצנטריות המסלולית של אורנוס היא 0.0473, שהיא רק מעט פחות מזו של צדק - 0.0484. גורם זה הופך את אורנוס לרביעי מבין כל כוכבי הלכת במערכת השמש במונחים של מסלול מעגלי. הסיבה לאקסצנטריות כה קטנה של מסלולו של אורנוס היא שההבדל בין הפריהליון שלו של 2.74 x 10 בחזקת 9 ק"מ לבין האפליון שלו של 3.01 x 109 ק"מ הוא רק 2.71 x 10 בחזקת 8 ק"מ.

הנקודה המעניינת ביותר לגבי סיבובו של אורנוס היא מיקום הציר. העובדה היא שציר הסיבוב של כל כוכב לכת מלבד אורנוס ניצב בערך למישור המסלול שלהם, אבל הציר של אורנוס נוטה כמעט ב-98°, מה שאומר למעשה שאורנוס מסתובב על צדו. התוצאה של מיקום זה של ציר כוכב הלכת היא שהקוטב הצפוני של אורנוס נמצא על השמש במשך מחצית השנה הפלנטרית, והחצי השני נמצא בקוטב הדרומי של כוכב הלכת. במילים אחרות, שְׁעוֹת הַיוֹםעל חצי כדור אחד של אורנוס נמשך 42 שנות אדמה, וחיי הלילה בחצי הכדור השני זהים. מדענים מציינים שוב התנגשות עם גוף קוסמי ענק כסיבה לכך שאורנוס "הסתובב על צדו".

בהתחשב בעובדה שהטבעות הפופולריות ביותר במערכת השמש שלנו הרבה זמןהטבעות של שבתאי נשארו; הטבעות של אורנוס לא התגלו עד 1977. עם זאת, זו לא הסיבה היחידה; יש עוד שתי סיבות לגילוי מאוחר כל כך: המרחק של כוכב הלכת מכדור הארץ והרפלקטיביות הנמוכה של הטבעות עצמן. ב-1986 הצליחה החללית וויאג'ר 2 לקבוע את נוכחותן של שתי טבעות נוספות על כוכב הלכת, בנוסף לאלו הידועות באותה תקופה. בשנת 2005, טלסקופ החלל האבל הבחין בשניים נוספים. כיום, מדענים פלנטריים יודעים על 13 טבעות של אורנוס, שהבהירה שבהן היא טבעת האפסילון.

הטבעות של אורנוס שונות מאלו של שבתאי כמעט בכל המובנים - מגודל החלקיקים ועד הרכב. ראשית, החלקיקים המרכיבים את הטבעות של שבתאי הם קטנים, בקוטר של קצת יותר ממטרים בודדים, בעוד שהטבעות של אורנוס מכילות גופים רבים בקוטר של עד עשרים מטרים. שנית, החלקיקים בטבעות שבתאי עשויים ברובם מקרח. הטבעות של אורנוס, לעומת זאת, מורכבות מקרח ואבק ופסולת משמעותיים.

ויליאם הרשל גילה את אורנוס רק בשנת 1781 מכיוון שכוכב הלכת היה עמום מכדי להיראות על ידי תרבויות עתיקות. הרשל עצמו האמין בתחילה שאורנוס הוא שביט, אך מאוחר יותר תיקן את דעתו והמדע אישר את מעמדו הפלנטרי של העצם. כך, אורנוס הפך לכוכב הלכת הראשון שהתגלה בהיסטוריה המודרנית. השם המקורי שהציע הרשל היה "הכוכב של ג'ורג'" - לכבודו של המלך ג'ורג' השלישי, אך הקהילה המדעית לא קיבלה זאת. השם "אורנוס" הוצע על ידי האסטרונום יוהאן בודה, לכבוד האל הרומי העתיק אורנוס.
אורנוס מסתובב על צירו אחת ל-17 שעות ו-14 דקות. כמו , כוכב הלכת מסתובב בכיוון לאחור, מנוגד לכיוון כדור הארץ וששת כוכבי הלכת האחרים.
מאמינים שהטיה יוצאת הדופן של הציר של אורנוס עלולה לגרום להתנגשות ענקית עם גוף קוסמי אחר. התיאוריה היא שכוכב לכת שכביכול בגודל של כדור הארץ התנגש בחדות באורנוס, שהזיז את צירו בכמעט 90 מעלות.
מהירויות הרוח באורנוס יכולות להגיע עד 900 ק"מ לשעה.
לאורנוס יש מסה של בערך פי 14.5 מהמסה של כדור הארץ, מה שהופך אותו לקל ביותר מבין ארבע ענקי הגז של מערכת השמש שלנו.
אורנוס מכונה לעתים קרובות "ענק הקרח". בנוסף למימן והליום ב שכבה עליונה(כמו ענקי גז אחרים), גם לאורנוס יש מעטה קפואה המקיפה את ליבת הברזל שלו. האטמוספירה העליונה מורכבת מאמוניה וגבישי מתאן קפואים, המעניקים לאורנוס את צבעו הכחול הבהיר האופייני.
אורנוס הוא כוכב הלכת השני הכי פחות צפוף במערכת השמש, אחרי שבתאי.