Radioaktivt uran 235 92. Atomvapen. För- och nackdelar med kärnkraft

Uran-235(engelska uran-235), historiskt namn aktinouran(lat. Actin Uranium, betecknad med symbolen AcU) är en radioaktiv nuklid av det kemiska grundämnet uran med atomnummer 92 och massnummer 235. Den isotopiska förekomsten av uran-235 i naturen är 0,7200(51)%. Det är grundaren av den radioaktiva 4n+3-familjen, kallad aktiniumserien. Upptäcktes 1935 av Arthur Jeffrey Dempster.

Till skillnad från den andra, vanligaste isotopen av uran 238U, är en självförsörjande kärnkedjereaktion möjlig i 235U. Därför används denna isotop som bränsle i kärnreaktorer, såväl som i kärnvapen.

Aktiviteten för ett gram av denna nuklid är ungefär 80 kBq.

• 1 Bildning och kollaps
• 2 Tvångsdelning

• 2.1 Kärnkedjereaktion

3 isomerer

4 Tillämpning

5 Se även

6 Anteckningar

Bildning och förfall

Uran-235 bildas som ett resultat av följande sönderfall:

• β− sönderfall av nukliden 235Pa (halveringstid är 24,44(11) min):

• K-infångning utförd av nukliden 235Np (halveringstid är 396,1(12) dagar):

• α-sönderfall av nukliden 239Pu (halveringstid är 2,411(3)·104 år):

Nedfallet av uran-235 sker i följande riktningar:

• α-sönderfall i 231Th (sannolikhet 100 %, sönderfallsenergi 4 678,3(7) keV):

• Spontan fission (sannolikhet 7(2)·10−9%);
• Klustrets sönderfall med bildning av nuklider 20Ne, 25Ne och 28Mg (sannolikheterna är 8(4)·10−10 %, 8·10−10 %, 8·10−10 %, respektive):

Tvångsdelning

Huvudartikel: Kärnfission Uranium-235 fissionsprodukt avkastningskurva för olika fissionsneutronenergier.

I början av 1930-talet. Enrico Fermi bestrålade uran med neutroner för att få transuranelement. Men 1939 kunde O. Hahn och F. Strassmann visa att när en neutron absorberas av en urankärna uppstår en påtvingad fissionsreaktion. Som regel delas kärnan i två fragment och 2-3 neutroner frigörs (se diagram).

Cirka 300 isotoper av olika grundämnen upptäcktes i klyvningsprodukterna av uran-235: från Z=30 (zink) till Z=64 (gadolinium). Kurvan för det relativa utbytet av isotoper som bildas under bestrålning av uran-235 med långsamma neutroner på massnumret är symmetrisk och liknar bokstaven "M" i form. De två uttalade maxima för denna kurva motsvarar masstalen 95 och 134, och minimumen inträffar i intervallet masstal från 110 till 125. Således sker klyvning av uran till fragment av lika massa (med massnummer 115-119) med mindre sannolikhet än asymmetrisk fission, Denna tendens observeras i alla klyvbara isotoper och är inte associerad med några individuella egenskaper hos kärnor eller partiklar, utan är inneboende i själva kärnklyvningsmekanismen. Asymmetrin minskar dock med ökande excitationsenergi för den klyvbara kärnan och när neutronenergin är mer än 100 MeV har massfördelningen av fissionsfragment ett maximum, motsvarande kärnans symmetriska klyvning.

Ett av alternativen för forcerad klyvning av uran-235 efter absorptionen av en neutron (diagram)

Fragmenten som bildas vid klyvningen av en urankärna är i sin tur radioaktiva och genomgår en kedja av β−-sönderfall, under vilka ytterligare energi gradvis frigörs under en lång tidsperiod. Genomsnittlig energi, frisatt under sönderfallet av en uran-235 kärna, med hänsyn tagen till sönderfallet av fragment, är ungefär 202,5 ​​MeV = 3,244·10−11 J, eller 19,54 TJ/mol = 83,14 TJ/kg.

Kärnklyvning är bara en av många processer som är möjliga under interaktionen mellan neutroner och kärnor; det är den som ligger till grund för driften av alla kärnreaktorer.

Nukleär kedjereaktion

Huvudartikel: Nukleär kedjereaktion

Under sönderfallet av en 235U kärna emitteras vanligtvis 1 till 8 (i genomsnitt 2,5) fria neutroner. Varje neutron som produceras under sönderfallet av en 235U kärna, föremål för interaktion med en annan 235U kärna, kan orsaka en ny handling av sönderfall; detta fenomen kallas en kedjereaktion av kärnklyvning.

Hypotetiskt kan antalet andra generationens neutroner (efter det andra steget av kärnsönderfall) överstiga 3² = 9. Med varje efterföljande steg av fissionsreaktionen kan antalet producerade neutroner öka som en lavin. Under verkliga förhållanden kan det hända att fria neutroner inte genererar en ny fissionshändelse, lämnar provet innan de fångar 235U, eller fångas antingen av 235U-isotopen själv, omvandlar den till 236U, eller av andra material (till exempel 238U eller de resulterande fragmenten). av kärnklyvning, såsom 149Sm eller 135Xe).

Om i genomsnitt varje fissionsakt genererar ytterligare en ny fissionsakt, då blir reaktionen självuppehållande; detta tillstånd kallas kritiskt. (se även Neutronmultiplikationsfaktor)

Under verkliga förhållanden är det inte så lätt att uppnå ett kritiskt tillstånd av uran, eftersom ett antal faktorer påverkar reaktionens förlopp. Till exempel består naturligt uran av endast 0,72% 235U, 99,2745% är 238U, vilket absorberar neutroner som produceras under klyvningen av 235U kärnor. Detta leder till att klyvningskedjereaktionen i naturligt uran för närvarande sönderfaller mycket snabbt. En kontinuerlig fissionskedjereaktion kan utföras på flera huvudsakliga sätt:

• Öka provets volym (för uran isolerat från malm är det möjligt att uppnå kritisk massa på grund av en ökning i volym);
• Utför isotopseparation genom att öka koncentrationen av 235U i provet;
• Minska förlusten av fria neutroner genom provets yta genom att använda olika typer av reflektorer;
• Använd en neutronmoderatorsubstans för att öka koncentrationen av termiska neutroner.

Isomerer

Den enda kända isomeren är 235Um med följande egenskaper:

• Överskottsmassa: 40 920,6(1,8) keV
• Excitationsenergi: 76,5(4) eV
• Halveringstid: 26 min
• Kärnspinn och paritet: 1/2+

Nedbrytningen av det isomera tillståndet sker genom en isomer övergång till grundtillståndet.

Ansökan

• Uran-235 används som bränsle för kärnreaktorer, som utför en kontrollerad kärnklyvningskedjereaktion;
• Höganrikat uran används för att skapa kärnvapen. I detta fall används en okontrollerad kärnkedjereaktion för att frigöra en stor mängd energi (explosion).

se även

• Isotoper av uran
• Isotopseparation

Anteckningar

1. 12345 G. Audi, A.H. Wapstra och C. Thibault (2003). "AME2003-atommassautvärderingen (II). Tabeller, grafer och referenser." Kärnfysik A 729 337-676. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. Bibcode: 2003NuPhA.729..337A.
2. 123456789101112 G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot och A. H. Wapstra (2003). "NUBASE-utvärderingen av kärnkrafts- och förfallsegenskaper." Kärnfysik A 729 : 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. Bibcode: 2003NuPhA.729….3A.
3. Hoffman K. Är det möjligt att göra guld? - 2:a uppl. raderas - L.: Kemi, 1987. - S. 130. - 232 sid. - 50 000 exemplar.
4. Idag i vetenskapshistorien
5. 123 Fialkov Yu Ya. Tillämpning av isotoper i kemi och kemisk industri. - Kiev: Tekhnika, 1975. - S. 87. - 240 sid. - 2 000 exemplar.
6. Tabell över fysikaliska och kemiska konstanter, avsnitt 4.7.1: Kärnklyvning. Kaye & Laby Online. Arkiverad från originalet den 8 april 2012.
7. Bartolomei G. G., Baibakov V. D., Alkhutov M. S., Bat G. A. Grunderna i teori och metoder för beräkning av kärnkraftsreaktorer. - M.: Energoatomizdat, 1982. - P. 512.

Uran-235 Information om

Uran-235
Uran-235

Uran-235 informationsvideo

Uran-235 Visa ämne.
Uranium-235 vad, Uranium-235 vem, Uranium-235 förklaring

Det finns utdrag från wikipedia om denna artikel och video

Uran är en radioaktiv metall. I naturen består uran av tre isotoper: uran-238, uran-235 och uran-234. Den högsta nivån av stabilitet registreras i uran-238.

EgenskaperVärde

Allmän information
Namn, symbol	Uran-238, 238U
Alternativa namn	uranium one, UI
Neutroner	146
Protoner	92
Nuklidegenskaper
Atomisk massa	238.0507882(20) a. äta.
Överskottsmassa	47 308,9(19) keV
Specifik bindningsenergi (per nukleon)	7 570,120(8) keV
Isotopiskt överflöd	99,2745(106) %
Halva livet	4.468(3) 109 år
Nedbrytningsprodukter	234Th, 238Pu
Föräldraisotoper	238Pa(β−) 242Pu(α)
Spinn och paritet av kärnan	0+
Decay kanal	Förfallande energi
α förfall	4,2697(29) MeV
SF
ββ	1,1442(12) MeV

Radioaktivt sönderfall av uran

Radioaktivt sönderfall är processen med plötslig förändring i sammansättning eller inre struktur atomkärnor, som kännetecknas av instabilitet. I detta fall emitteras elementarpartiklar, gammastrålar och/eller kärnfragment. Radioaktiva ämnen innehåller en radioaktiv kärna. Dotterkärnan som härrör från radioaktivt sönderfall kan också bli radioaktiv och efter en viss tid genomgå sönderfall. Denna process fortsätter tills en stabil kärna som saknar radioaktivitet bildas. E. Rutherford bevisade experimentellt 1899 att uransalter avger tre typer av strålar:

• α-strålar - en ström av positivt laddade partiklar
• β-strålar - en ström av negativt laddade partiklar
• γ-strålar - skapar inte avvikelser i magnetfältet.

Typ av strålning Nuklid Halveringstid

Ο	Uran - 238 U	4,47 miljarder år
α ↓
Ο	Thorium - 234 Th	24,1 dagar
β ↓
Ο	Protactinium – 234 Pa	1.17 minuter
β ↓
Ο	Uran - 234 U	245 000 år
α ↓
Ο	Thorium – 230 Th	8000 år
α ↓
Ο	Radium – 226 Ra	1600 år
α ↓
Ο	Polonium - 218 Po	3.05 minuter
α ↓
Ο	Bly - 214 Pb	26,8 minuter
β ↓
Ο	Vismut - 214 Bi	19,7 minuter
β ↓
Ο	Polonium - 214 Po	0,000161 sekunder
α ↓
Ο	Bly - 210 Pb	22,3 år
β ↓
Ο	Vismut - 210 Bi	5,01 dagar
β ↓
Ο	Polonium - 210 Po	138,4 dagar
α ↓
Ο	Bly - 206 Pb	stabil

Radioaktivitet av uran

Naturlig radioaktivitet är det som skiljer radioaktivt uran från andra grundämnen. Uranatomer, oavsett faktorer och förhållanden, förändras gradvis.

Uran (grundämne)

I det här fallet sänds osynliga strålar ut. Efter de omvandlingar som sker med uranatomer erhålls ett annat radioaktivt grundämne och processen upprepas. Han kommer att upprepa så många gånger som behövs för att få ett icke-radioaktivt element. Till exempel har vissa transformationskedjor upp till 14 steg. I det här fallet är det mellanliggande elementet radium, och det sista steget är bildandet av bly. Denna metall är inte ett radioaktivt element, så serien av omvandlingar avbryts. Det tar dock flera miljarder år för uran att helt omvandlas till bly.
Radioaktiv uranmalm orsakar ofta förgiftning hos företag som arbetar med brytning och bearbetning av uranråvaror. I människokroppen är uran ett allmänt cellgift. Det påverkar främst njurarna, men påverkar även levern och mag-tarmkanalen.
Uran har inte helt stabila isotoper. Den längsta livsperioden observeras för uran-238. Halvsönderfallet av uran-238 sker under 4,4 miljarder år. Lite mindre än en miljard år sker halvsönderfallet av uran-235 - 0,7 miljarder år. Uran-238 upptar över 99% av den totala volymen naturligt uran. På grund av dess kolossala halveringstid är radioaktiviteten hos denna metall inte hög; till exempel kan alfapartiklar inte penetrera stratum corneum i mänsklig hud. Efter en rad studier fann forskare att den huvudsakliga strålningskällan inte är uran i sig, utan radongasen det producerar, såväl som dess sönderfallsprodukter som kommer in i människokroppen under andning.

radioaktivt uran, radioaktivitet, radioaktivt sönderfall

Isotoper och uranproduktion

Naturligt uran består av en blandning av tre isotoper: 238U - 99,2739% (halveringstid T 1/2 = 4,468×109 år), 235U - 0,7024 % ( T 1/2 = 7,038×108 år) och 234U - 0,0057 % ( T 1/2 = 2,455×105 år). Den senare isotopen är inte primär, utan radiogen, den är en del av den radioaktiva 238U-serien.

Radioaktiviteten hos naturligt uran beror främst på isotoperna 238U och 234U, i jämvikt är deras specifika aktiviteter lika. Den specifika aktiviteten för 235U-isotopen i naturligt uran är 21 gånger mindre än aktiviteten för 238U.

Det finns 11 kända artificiella radioaktiva isotoper av uran med massatal från 227 till 240. Den längsta livslängden av dem är 233U ( T 1/2 = 1,62×105 år) erhålls genom bestrålning med toriumneutroner och är kapabel till spontan fission av termiska neutroner.

Uranisotoperna 238U och 235U är förfäder till två radioaktiva serier. De sista delarna av dessa serier är blyisotoperna 206Pb och 207Pb.

I naturliga förhållanden De vanligaste isotoperna är 234U: 235U: 238U = 0,0054: 0,711: 99,283. Hälften av radioaktiviteten i naturligt uran beror på isotopen 234U. 234U-isotopen bildas på grund av sönderfallet av 238U. De två sista kännetecknas, till skillnad från andra isotoppar och oberoende av urans höga migrationsförmåga, av geografisk konstanthet av förhållandet U238/U235 = 137,88. Storleken på detta förhållande beror på uranets ålder. Många fältmätningar visade dess små fluktuationer. Så i rullar varierar värdet av detta förhållande i förhållande till standarden inom intervallet 0,9959 - 1,0042, i salter - 0,996 - 1,005. I uranhaltiga mineraler (beck, uransvart, cyrtolit, sällsynta jordartsmetaller) varierar värdet på detta förhållande från 137,30 till 138,51; Dessutom har skillnaden mellan UIV- och UVI-formerna inte fastställts; i sphene - 138,4. En brist på isotopen 235U upptäcktes i några meteoriter. Dess lägsta koncentration under markförhållanden hittades 1972 av den franske forskaren Bujigues i staden Oklo i Afrika (fyndighet i Gabon). Normalt uran innehåller alltså 0,7025% uran 235U, medan det i Oklo är reducerat till 0,557%. Detta bekräftade hypotesen om en naturlig kärnreaktor som leder till isotoputbränning, förutspådd av George W. Wetherill från University of California i Los Angeles och Mark G. Inghram från University of Chicago och Paul K. Kuroda. , en kemist från universitetet. från Arkansas, som beskrev processen redan 1956. Dessutom hittades naturliga kärnreaktorer i samma distrikt: Okelobondo, Bangombe, etc. För närvarande är cirka 17 naturliga kärnreaktorer kända.

Mottagande

Det allra första steget av uranproduktion är koncentration. Stenen krossas och blandas med vatten. Tunga fjädringskomponenter sätter sig snabbare. Om berget innehåller primära uranmineraler fälls de ut snabbt: det är tunga mineraler. Sekundära uranmineraler är lättare, i vilket fall det tunga gråberget lägger sig tidigare. (Den är dock inte alltid riktigt tom, den kan innehålla många användbara grundämnen, inklusive uran).

Nästa steg är urlakning av koncentrat, överföring av uran till lösning. Sur och alkalisk urlakning används. Den första är billigare eftersom svavelsyra används för att utvinna uran. Men om i råvaran, såsom uran tjära, uran är i ett fyrvärt tillstånd, då är denna metod inte tillämplig: fyrvärt uran är praktiskt taget olösligt i svavelsyra. I det här fallet måste du antingen ta till alkalisk urlakning eller föroxidera uranet till ett sexvärt tillstånd.

Surlakning används inte heller i de fall urankoncentratet innehåller dolomit eller magnesit, som reagerar med svavelsyra.

Använd i dessa fall kaustiksoda (natriumhydroxid).

Problemet med uranläckage från malmer löses genom syreblåsning. En ström av syre tillförs en blandning av uranmalm och sulfidmineraler uppvärmda till 150 °C. I det här fallet bildas svavelsyra av svavelmineraler som tvättar bort uranet.

I nästa steg måste uran isoleras selektivt från den resulterande lösningen. Moderna metoder - extraktion och jonbyte - kan lösa detta problem.

Lösningen innehåller inte bara uran, utan även andra katjoner. Vissa av dem beter sig under vissa förhållanden på samma sätt som uran: de extraheras med samma organiska lösningsmedel, deponeras på samma jonbytarhartser och fälls ut under samma förhållanden. Därför, för att selektivt isolera uran, är det nödvändigt att använda många redoxreaktioner för att bli av med en eller annan oönskad följeslagare i varje steg. På moderna jonbytarhartser frigörs uran mycket selektivt.

Metoder jonbyte och extraktion De är också bra eftersom de tillåter att uran extraheras ganska fullständigt ur dåliga lösningar (uranhalten är tiondels gram per liter).

Efter dessa operationer omvandlas uran till ett fast tillstånd - till en av oxiderna eller till UF4-tetrafluorid. Men detta uran måste fortfarande renas från föroreningar med ett stort termiskt neutroninfångningstvärsnitt - bor, kadmium, hafnium. Deras innehåll i slutprodukten bör inte överstiga hundra tusendelar och miljondelar av en procent. För att avlägsna dessa föroreningar löses en kommersiellt ren uranförening i salpetersyra. I det här fallet bildas uranylnitrat UO2(NO3)2, som under extraktion med tributylfosfat och några andra ämnen renas ytterligare till erforderliga standarder. Sedan kristalliseras detta ämne (eller peroxid UO4 2H2O fälls ut) och kalcineras försiktigt. Som ett resultat av denna operation bildas urantrioxid UO3, som reduceras med väte till UO2.

Urandioxid UO2 utsätts för torr vätefluorid vid temperaturer från 430 till 600 °C för att producera UF4-tetrafluorid. Uranmetall reduceras från denna förening med hjälp av kalcium eller magnesium.

Utarmat uran

Efter att 235U och 234U har utvunnits från naturligt uran kallas det återstående materialet (uran-238) "utarmat uran" eftersom det är utarmat i 235-isotopen. Enligt vissa uppskattningar lagrar USA cirka 560 000 ton utarmat uranhexafluorid (UF6).

Utarmat uran är hälften så radioaktivt som naturligt uran, främst på grund av avlägsnandet av 234U från det. Eftersom den primära användningen av uran är energiproduktion, är utarmat uran en låganvändningsprodukt med lågt ekonomiskt värde.

Dess användning är främst förknippad med den höga densiteten av uran och dess relativt låga kostnad. Utarmat uran används för strålskydd (ironiskt nog) och som ballast i rymdtillämpningar som flygplanskontrollytor. Varje Boeing 747-flygplan innehåller 1 500 kg utarmat uran för dessa ändamål. Detta material används också i höghastighetsgyroskoprotorer, stora svänghjul, som ballast i rymdlandare och kappseglingar, och vid borrning av oljekällor.

Fysiologisk verkan

Det finns i mikrokvantiteter (10−5-10−8%) i vävnader hos växter, djur och människor. Den ansamlas i störst utsträckning av vissa svampar och alger. Uranföreningar absorberas i mag-tarmkanalen (ca 1%), i lungorna - 50%. De viktigaste depåerna i kroppen: mjälte, njurar, skelett, lever, lungor och bronkopulmonella lymfkörtlar. Innehållet i organ och vävnader hos människor och djur överstiger inte 10−7 g.

Uran och dess föreningar är giftiga. Aerosoler av uran och dess föreningar är särskilt farliga. För aerosoler av vattenlösliga uranföreningar är MPC i luft 0,015 mg/m³, för olösliga former av uran är MPC 0,075 mg/m³. När uran kommer in i kroppen påverkar det alla organ, eftersom det är ett allmänt cellgift. Uran, liksom många andra tungmetaller, binder nästan irreversibelt till proteiner, främst till sulfidgrupperna i aminosyrorna, vilket stör deras funktion. Den molekylära verkningsmekanismen för uran är förknippad med dess förmåga att undertrycka enzymaktivitet. Njurarna påverkas främst (protein och socker förekommer i urinen, oliguri). Med kronisk förgiftning är störningar av hematopoiesis och nervsystemet möjliga.

Uranbrytning i världen

10 länder som står för 94 % av världens uranproduktion

Enligt OECD:s Red Book of Uranium bröts 41 250 ton uran 2005 (35 492 ton 2003). Enligt OECD-data finns det 440 kommersiella reaktorer i drift i världen, som förbrukar 67 tusen ton uran per år. Detta innebär att dess produktion endast står för 60 % av dess förbrukning (resten återvinns från gamla kärnstridsspetsar). Produktion per land i ton per U-innehåll för 2005-2006. (se tabell nr 13, bilaga A).

Tillverkning i Ryssland

I Sovjetunionen var de viktigaste uranmalmsregionerna Ukraina (Zheltorechenskoye, Pervomaiskoye-fyndigheter, etc.), Kazakstan (Norra - Balkashin malmfält, etc.; Södra - Kyzylsay malmfält, etc.; Vostochny; alla av dem tillhör övervägande vulkanogen-hydrotermisk typ); Transbaikalia (Antey, Streltsovskoe, etc.); Centralasien, främst Uzbekistan med mineralisering i svarta skiffer centrerad i staden Uchkuduk. Det finns många små malmförekomster och manifestationer. I Ryssland är Transbaikalia fortfarande den viktigaste uranmalmsregionen. Cirka 93 % av ryskt uran bryts vid fyndigheten i Chita-regionen (nära staden Krasnokamensk). Gruvbrytning utförs med schaktmetoden av Priargunskoye Production Mining and Chemical Association (PPMCU), som är en del av OJSC Atomredmetzoloto (Uranium Holding).

De återstående 7 % erhålls genom underjordisk urlakning av JSC Dalur (Kurgan-regionen) och JSC Khiagda (Buryatia).

De resulterande malmerna och urankoncentratet bearbetas vid Chepetsks mekaniska anläggning.

Tillverkning i Kazakstan

Ungefär en femtedel av världens uranreserver är koncentrerade till Kazakstan (21 % och 2:a plats i världen). Totala uranresurser är cirka 1,5 miljoner ton, varav cirka 1,1 miljoner ton kan brytas genom in-situ urlakning.

2009 tog Kazakstan första plats i världen i uranproduktion (13 500 ton bröts).

Tillverkning i Ukraina

Huvudföretaget är den östra gruv- och processanläggningen i staden Zhovti Vody.

Ansökan

Även om uran-238 inte kan användas som ett primärt klyvbart material, på grund av de högenergineutroner som krävs för dess klyvning, har det en viktig plats i kärnkraftsindustrin.

Med hög densitet och atomvikt är U-238 lämplig för att tillverka reflektorladdningsskal i fusions- och fissionsanordningar. Det faktum att den klyvs av snabba neutroner ökar energiuttaget från laddningen: indirekt, genom multiplikationen av reflekterade neutroner; direkt under klyvningen av skalkärnor av snabba neutroner (under fusion). Ungefär 40 % av neutronerna som produceras av fission och alla fusionsneutroner har tillräcklig energi för att klyva U-238.

U-238 har en spontan fissionshastighet 35 gånger högre än U-235, 5,51 fissions/s*kg. Detta gör det omöjligt att använda det som ett skal för en reflektorladdning i kanonbomber, eftersom dess lämpliga massa (200-300 kg) kommer att skapa en för hög neutronbakgrund.

Pure U-238 har en specifik radioaktivitet på 0,333 mikrocurie/g.

En viktig tillämpning av denna uranisotop är produktionen av plutonium-239. Plutonium bildas genom flera reaktioner som börjar efter att U-238-atomen fångar en neutron. Varje reaktorbränsle som innehåller naturligt eller delvis anrikat uran i den 235:e isotopen innehåller en viss andel plutonium efter slutet av bränslecykeln.

Sönderfallskedja av uran-238

Isotopen uran är 238, den finns i mer än 99% av naturligt uran. Denna isotop är också den mest stabila, dess kärna kan inte delas av termiska neutroner. För att dela 238U behöver en neutron ytterligare kinetisk energi på 1,4 MeV. En kärnreaktor gjord av rent uran-238 kommer inte att fungera under några omständigheter.

En atom av uran-238, i vars kärna protoner och neutroner knappt hålls samman av kohesiva krafter. Då och då bryter en kompakt grupp av fyra partiklar ut ur den: två protoner och två neutroner (α-partikel). Uran-238 förvandlas alltså till torium-234, vars kärna innehåller 90 protoner och 144 neutroner. Men torium-234 är också instabilt. Dess omvandling sker dock annorlunda än i föregående fall: en av dess neutroner förvandlas till en proton och torium-234 förvandlas till protactinium-234, vars kärna innehåller 91 protoner och 143 neutroner. Denna metamorfos som inträffade i kärnan påverkar också elektronerna som rör sig i deras banor: en av dem blir oparad och flyger ut ur atomen. Protactinium är mycket instabilt och tar mycket kort tid att omvandla. Detta följs av andra transformationer, åtföljda av strålning, och hela denna kedja slutar i slutändan med en stabil blynuklid (se figur nr 7, bilaga B).

Den viktigaste omständigheten för kärnenergi är att den vanligaste isotopen av uran, 238U, också är en potentiell källa till kärnbränsle. Både Szilard och Fermi hade rätt när de antog att absorptionen av neutroner av uran skulle leda till bildandet av nya grundämnen.

Isotoper av uran

I själva verket, när den kolliderar med en termisk neutron, klyvs uran-238 inte, istället absorberar kärnan neutronen. I genomsnitt, på 23,5 minuter, förvandlas en av neutronerna i kärnan till en proton (med emission av en elektron, β-sönderfallsreaktionen), och uran-239-kärnan blir neptunium-239-kärnan (239Np). Efter 2,4 dagar inträffar det andra β - sönderfallet och plutonium-239 (239Pu) bildas.

Som ett resultat av sekventiell absorption av neutroner i en kärnreaktor kan element som är ännu tyngre än plutonium produceras.

Endast spårmängder av 239Pu, 244Pu och 237Np hittades i naturliga mineraler och uranmalm, så transuranelement (tyngre än uran) finns praktiskt taget aldrig i den naturliga miljön.

Isotoper av uran som finns i naturen är inte helt stabila med avseende på α-sönderfall och spontan fission, men sönderfaller mycket långsamt: halva livet uran-238 är 4,5 miljarder år och uran-235 är 710 miljoner år. På grund av den låga frekvensen av kärnreaktioner är sådana långlivade isotoper inte farliga strålningskällor. Ett göt av naturligt uran kan hållas i dina händer utan att skada hälsan. Hans specifika aktivitet lika med 0,67 mCi/kg (Ci – curie, en extrasystemisk aktivitetsenhet lika med 3,7 * 1010 sönderfall per sekund).

Ta emot - uran

Sida 1

Produktionen av uran från askan från inhemskt kol, skrev tidningen, kan anses vara en löst fråga. 1 ton aska från vissa kol innehåller atomenergi motsvarande 6 tusen ton kol.

Erhålla uran, guld; separation av klyvningsprodukter för uran; erhålla icke-järnmetaller och sällsynta jordartsmetaller.

Framställningen av uran och torium föregås av komplex integrerad bearbetning av malmråvara.

För att producera uran reduceras fast UF4 med kalcium eller magnesium.

Det används för produktion av uran, torium och andra metaller, samt för organisk syntes.

Energiförbrukningen för framställning av idealiskt släckt uran i reaktionsblandningen är 71 eV per metallatom.

Den huvudsakliga källan till uran är mineralet uraninite och dess varianter - hartsblandning, uranglimmer, beckblende, uransvart. Stor betydelse För att erhålla uran och dess föreningar använder de uran-vanadin, uran-fosfor, uran-arseniksyrasalter av kalcium, koppar, barium, så kallade uranglimmer.

Under de senaste åren har underjordisk urlakning med efterföljande rening av lösningar använts för att erhålla uran. För underjordisk urlakning används svavelsyra- och karbonatlösningar.

En annan stor potentiell källa till uran i USA är skiffer som ligger i delstaterna Tennessee, Kentucky, Indiana, Illinois och Ohio.

Det finns många andra metoder för att framställa urantetrafluorid, inklusive reaktionen av vätefluorid med kompakt metalliskt uran i en väteatmosfär, med start vid 250 C.

Det finns praktiskt taget inga metoder för att beräkna degelugnar för framställning av uran. När man utformar dem kan man bara ta hänsyn till sådana faktorer som mängden värme som frigörs av reaktionen och förloras till det omgivande utrymmet, samt (vid magnesium-termisk reduktion) mängden värme som måste tillföras med hjälp av externa värmare.

Japan har utvecklat en ny teknik för att framställa uran från en lösning av fosforsyra som används för framställning av fosfatgödselmedel. Innan byggandet av en anläggning för utvinning av uran från 3 - 4 miljoner ton fosfater som importeras årligen av Japan som råvaror för produktion av konstgödsel, är det planerat att bygga en pilotanläggning.

Det bör betonas att processen att erhålla uran inte är så enkel som den beskrivs här. Man bör komma ihåg att alla processer utförs i komplex utrustning gjord av specialmaterial. I detta fall måste en mycket exakt dosering av reagens observeras och den erforderliga temperaturen måste upprätthållas. Uranframställningsprocessen kräver stora mängder extremt rena reagens, som måste vara renare än så kallade kemiskt rena ämnen.

Sidor:      1    2    3    4

Gasdiffusionsmetoden har blivit huvudmetoden för att utvinna uran-235 från naturligt uran. De sovjetiska forskarna Kikoin, Sobolev och Smorodinsky utvecklade teorin om gasdiffusionsprocessen. Gasdiffusionsmetoden är baserad på en liten skillnad i rörelsehastigheten för tunga uran-238 kärnor och mindre tunga uran-235 kärnor när de passerar gasformig förening uran genom speciella porösa skiljeväggar. Med en enda passage av gas är det möjligt att öka halten av uran-235 isotopen med endast 0,2 %. För att anrika uran med isotopen 235 till 90–94 procent, vilket är precis vad som krävs för en stridsspets, är det nödvändigt att pumpa gasen genom ett diffusionssteg med en porös skiljevägg flera tusen gånger.

Utvecklingen och produktionen av porösa skiljeväggar visade sig vara ett mycket svårt problem, både utbytet av den färdiga produkten och energiförbrukningen för att pumpa gas berodde på deras kvalitet. Det var inte lätt att konstruera och tillverka pålitliga och enkla kompressorer för att pumpa gas med hög täthetsgrad så att den giftiga gasprodukten inte kommer in i produktionslokalerna.

Bygget av gasdiffusionsanläggningen började 1946. I början av byggandet användes här också manuellt arbete och hästdragning, först 1948 kom den första grävmaskinen hit. Arbetet pågick dygnet runt. Utformningen av anläggningen och dess installationer var extremt komplex. Anläggningens huvudbyggnad hade en yta på mer än 100 tusen kvadratmeter. Under installationen av systemen inträffade många stopp. Kompressorleverantören utförde mycket snabbt rekonstruktion och till och med utbyte av utrustning; detta arbete stod under personlig övervakning av Beria och Stalin. Efter ombyggnad installerades flera tusen diffusionsmaskiner med fyra modifieringar vid anläggningen.

Trots alla svårigheter gick arbetet framåt och 1948 erhölls uran-235 med en anrikning på 75 %. Det räckte inte. Sedan togs ett interimistiskt beslut. Uran-235 började skickas för ytterligare anrikning med den elektromagnetiska metoden, upp till 90 procent eller mer.

1950 ökade gasdiffusionsanläggningen anrikningen till 90 % och nådde sin designkapacitet; 1951 översteg urananrikningen 90 %.

Grunden för anläggningen för elektromagnetisk isotopseparation var en enorm elektromagnetisk installation utrustad med speciella kammare gjorda av knapp mässing. Installationen tog lång tid att sätta upp och 1949 producerade den uran med en anrikning på över 90 %. Därefter expanderade anläggningen.

Således löstes problemet med att producera två typer av kärnsprängämnen: plutonium och uran-235 i tillräckliga mängder för tillverkning av sovjetiska kärnvapen.

()
239Pu()

Spinn och paritet av kärnan 7/2 − Decay kanal Förfallande energi α förfall 4,6783(7) MeV 20 Ne, 25 Ne, 28 mg

Till skillnad från den andra, vanligaste isotopen av uran 238 U, är en självförsörjande kärnkedjereaktion möjlig i 235 U. Därför används denna isotop som bränsle i kärnreaktorer, såväl som i kärnvapen.

Bildning och förfall

Uran-235 bildas som ett resultat av följande sönderfall:

texvc hittades inte; Se matematik/README för inställningshjälp.): \mathrm(^(235)_(91)Pa) \rightarrow \mathrm(^(235)_(92)U) + e^- + \bar(\nu )_e ; Det går inte att tolka uttryck (körbar fil texvc hittades inte; Se matematik/README - hjälp med installationen.): \mathrm(^(235)_(93)Np) + e^- \rightarrow \mathrm(^(235)_(92)U) + \bar(\nu) _e; Det går inte att tolka uttryck (körbar fil texvc hittades inte; Se matematik/README för inställningshjälp.): \mathrm(^(239)_(94)Pu) \rightarrow \mathrm(^(235)_(92)U) + \mathrm(^(4)_( 2) Han).

Nedfallet av uran-235 sker i följande riktningar:

Det går inte att tolka uttryck (körbar fil texvc hittades inte; Se matematik/README för inställningshjälp.): \mathrm(^(235)_(92)U) \rightarrow \mathrm(^(231)_(90)Th) + \mathrm(^(4)_( 2) Han); Det går inte att tolka uttryck (körbar fil texvc hittades inte; Se matematik/README för inställningshjälp.): \mathrm(^(235)_(92)U) \rightarrow \mathrm(^(215)_(82)Pb) + \mathrm(^(20)_( 10) Ne); Det går inte att tolka uttryck (körbar fil texvc hittades inte; Se matematik/README för inställningshjälp.): \mathrm(^(235)_(92)U) \rightarrow \mathrm(^(210)_(82)Pb) + \mathrm(^(25)_( 10) Ne); Det går inte att tolka uttryck (körbar fil texvc hittades inte; Se matematik/README för inställningshjälp.): \mathrm(^(235)_(92)U) \rightarrow \mathrm(^(207)_(80)Hg) + \mathrm(^(28)_( 12) Mg).

Tvångsdelning

Fel vid skapande av miniatyr: Filen hittades inte

Uranium-235 fissionsprodukt avkastningskurva för olika fissionsneutronenergier.

Cirka 300 isotoper av olika grundämnen upptäcktes i klyvningsprodukterna av uran-235: från =30 (zink) till Z=64 (gadolinium). Kurvan för det relativa utbytet av isotoper som bildas under bestrålning av uran-235 med långsamma neutroner på massnumret är symmetrisk och liknar bokstaven "M" i form. De två uttalade maxima för denna kurva motsvarar masstalen 95 och 134, och minimumen inträffar i intervallet masstal från 110 till 125. Klyvning av uran till fragment av lika massa (med massnummer 115-119) sker alltså med mindre sannolikhet än asymmetrisk fission Denna tendens observeras i alla klyvbara isotoper och är inte associerad med några individuella egenskaper hos kärnor eller partiklar, utan är inneboende i själva kärnklyvningsmekanismen. Asymmetrin minskar dock med ökande excitationsenergi för den klyvbara kärnan och när neutronenergin är mer än 100 MeV har massfördelningen av fissionsfragment ett maximum, motsvarande kärnans symmetriska klyvning.

De fragment som bildas vid klyvningen av en urankärna är i sin tur radioaktiva och genomgår en kedja av β − sönderfall, under vilka ytterligare energi gradvis frigörs under lång tid. Den genomsnittliga energin som frigörs under sönderfallet av en uran-235 kärna, med hänsyn tagen till sönderfallet av fragment, är ungefär 202,5 ​​MeV = 3,244·10 −11 J, eller 19,54 TJ/mol = 83,14 TJ/kg.

Kärnklyvning är bara en av många processer som är möjliga under interaktionen mellan neutroner och kärnor; det är den som ligger till grund för driften av alla kärnreaktorer.

Nukleär kedjereaktion

Under sönderfallet av en kärna på 235 U emitteras vanligtvis 1 till 8 (i genomsnitt 2,416) fria neutroner. Varje neutron som produceras under sönderfallet av 235 U-kärnan, som är föremål för interaktion med en annan 235 U-kärna, kan orsaka en ny sönderfallshändelse, detta fenomen kallas kärnklyvningskedjereaktion.

Hypotetiskt kan antalet andra generationens neutroner (efter det andra steget av kärnsönderfall) överstiga 3² = 9. Med varje efterföljande steg av fissionsreaktionen kan antalet producerade neutroner öka som en lavin. Under verkliga förhållanden kan det hända att fria neutroner inte genererar en ny fissionshändelse, lämnar provet innan de fångar 235 U, eller fångas antingen av 235 U-isotopen själv med dess omvandling till 236 U, eller av andra material (till exempel 238 U, eller de resulterande fragmenten av kärnklyvning, såsom 149 Sm eller 135 Xe).

Under verkliga förhållanden är det inte så lätt att uppnå ett kritiskt tillstånd av uran, eftersom ett antal faktorer påverkar reaktionens förlopp. Till exempel består naturligt uran av endast 0,72% 235 U, 99,2745% är 238 U, vilket absorberar neutroner som produceras vid klyvning av kärnor 235 U. Detta leder till att i naturligt uran bleknar fissionskedjereaktionen för närvarande mycket snabbt. En kontinuerlig fissionskedjereaktion kan utföras på flera huvudsakliga sätt:

• Öka provets volym (för uran isolerat från malm är det möjligt att uppnå en kritisk massa genom att öka volymen);
• Utför isotopseparation genom att öka koncentrationen på 235 U i provet;
• Minska förlusten av fria neutroner genom provets yta genom att använda olika typer av reflektorer;
• Använd en neutronmoderatorsubstans för att öka koncentrationen av termiska neutroner.

Isomerer

• Överskottsmassa: 40 920,6(1,8) keV
• Excitationsenergi: 76,5(4) eV
• Halveringstid: 26 min
• Kärnspinn och paritet: 1/2 +

Nedbrytningen av det isomera tillståndet sker genom en isomer övergång till grundtillståndet.

Ansökan

• Uran-235 används som bränsle för kärnreaktorer där kontrollerade kärnklyvningskedjereaktion;
• Höganrikat uran används för att skapa kärnvapen. I detta fall, för att frigöra en stor mängd energi (explosion), okontrollerbar kärnkedjereaktion.

se även

Skriv en recension om artikeln "Uranium-235"

Anteckningar

1. G. Audi, A.H. Wapstra och C. Thibault (2003). "". Kärnfysik A 729 337-676. DOI:. Bibcode:.
2. G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot och A. H. Wapstra (2003). "". Kärnfysik A 729 : 3–128. DOI:. Bibcode:.
3. Hoffman K.- 2:a uppl. raderas - L.: Kemi, 1987. - S. 130. - 232 sid. - 50 000 exemplar.
5. Fialkov Yu. Ya. Tillämpning av isotoper inom kemi och kemisk industri. - Kiev: Tekhnika, 1975. - S. 87. - 240 sid. - 2 000 exemplar.
6. . Kaye & Laby Online. .
7. Bartolomey G. G., Baibakov V. D., Alkhutov M. S., Bat G. A. Grunder i teori och metoder för beräkning av kärnkraftsreaktorer. - M.: Energoatomizdat, 1982. - P. 512.

Enklare: uran-234	Uran-235 är isotop av uran	Tyngre: uran-236
Isotoper av grundämnen · Nuklidtabell

Ett utdrag som kännetecknar Uranium-235

Kristallen var material. Och samtidigt verkligen magiskt. Den var huggen från en mycket vacker sten, som en fantastiskt genomskinlig smaragd. Men Magdalena kände att det var något mycket mer komplext än en enkel pärla, även den renaste. Den var diamantformad och långsträckt, lika stor som Radomirs handflata. Varje snitt av kristallen var helt täckt med okända runor, tydligen ännu äldre än de som Magdalena kände till...
– Vad är det han "pratar om", min glädje?.. Och varför är dessa runor inte bekanta för mig? De är lite annorlunda än de som Magi lärde oss. Och var fick du det ifrån?!
"Det fördes en gång till jorden av våra kloka förfäder, våra gudar, för att här skapa det eviga kunskapens tempel," började Radomir och tittade eftertänksamt på kristallen. – Så att han hjälper värdiga Jordens barn att hitta ljus och sanning. Det var HAN som födde på jorden till kasten Magi, Veduns, Vise, Darins och andra upplysta. Och det var från honom som de hämtade sin KUNSKAP och FÖRSTÅELSE, och från den skapade de en gång Meteora. Senare, och lämnade för alltid, lämnade gudarna detta tempel till människor och testamenterade för att behålla och ta hand om det, eftersom de skulle ta hand om jorden själv. Och nyckeln till templet gavs till magierna, så att den inte av misstag skulle falla i händerna på de "mörksinnade" och att jorden inte skulle förgås från deras onda hand. Så sedan dess har detta mirakel hållits i århundraden av magi, och de överför det då och då till en värdig person, så att en slumpmässig "väktare" inte förråder ordningen och tron ​​som övergivits av våra gudar.

– Är det här verkligen gralen, Sever? – Jag kunde inte motstå, frågade jag.
- Nej, Isidora. Graalen var aldrig vad denna fantastiska Smart Crystal är. Människor "tillskrev" helt enkelt vad de ville till Radomir... som allt annat, "främling". Radomir var hela sitt vuxna liv väktare av gudarnas nyckel. Men folk kunde naturligtvis inte veta detta och blev därför inte lugna. Först letade de efter kalken som förment "tillhörde" Radomir. Och ibland kallades hans barn eller Magdalena själv för Graalen. Och allt detta hände bara för att de "santa troende" verkligen ville ha något slags bevis på sanningshalten i det de tror på... Något materiellt, något "heligt" som kunde röras... (som tyvärr detta händer även nu, efter många hundra år). Så de "mörka" kom på en vacker berättelse för dem på den tiden för att tända känsliga "troende" hjärtan med den... Tyvärr behövde folk alltid reliker, Isidora, och om de inte fanns, någon helt enkelt hittade på dem. Radomir hade aldrig en sådan kopp, eftersom han inte hade själva "Nattvarden"... då han påstås ha drack ur den. Bägaren av "Sista måltiden" var med profeten Josua, men inte med Radomir.
Och Josef av Arimatea samlade faktiskt en gång några droppar av profetens blod där. Men denna berömda "Graal Cup" var egentligen bara en enkel lerbägare, som alla judar vanligtvis drack ur på den tiden, och som inte var så lätt att hitta senare. En gyllene eller silverskål, helt beströdd med ädelstenar (som prästerna gärna framställer det) har aldrig funnits i verkligheten, varken på den judiske profeten Josuas tid, eller ännu mer på Radomirs tid.
Men det här är en annan, om än mest intressant, historia.

Du har inte mycket tid, Isidora. Och jag tror att du kommer att vilja veta något helt annat, något som ligger dig varmt om hjärtat, och som kanske hjälper dig att hitta mer styrka inom dig själv att uthärda. Nåväl, i vilket fall som helst, denna trassliga härva av två liv som är främmande för varandra (Radomir och Joshua), för nära bundna av "mörka" krafter, kan inte redas ut så snart. Som jag sa, du har helt enkelt inte tillräckligt med tid för det här, min vän. Förlåt mig...
Jag nickade bara som svar och försökte inte visa hur mycket jag var intresserad av hela denna verkliga sanna berättelse! Och hur jag ville veta, även om jag höll på att dö, alla de otroliga mängder lögner som kyrkan förde ner på våra godtrogna jordiska huvuden... Men jag överlät till Norden att bestämma vad han exakt ville berätta för mig. Det var hans fria vilja att berätta eller inte berätta det eller det för mig. Jag var redan otroligt tacksam mot honom för hans dyrbara tid och för hans uppriktiga önskan att lysa upp våra sorgliga återstående dagar.
Vi befann oss återigen i den mörka nattträdgården och "avlyssnade" de sista timmarna av Radomir och Magdalena...
– Var är detta stora tempel, Radomir? – frågade Magdalena förvånat.
"I ett underbart, avlägset land... Helt på världens "toppen"... (vilket betyder Nordpolen, det tidigare landet Hyperborea - Daaria), viskade Radomir tyst, som om han gick in i det oändligt avlägset förflutna. "Där står ett heligt konstgjort berg, som varken naturen, tiden eller människorna kan förstöra. För detta berg är evigt... Det här är den eviga kunskapens tempel. Tempel för våra gamla gudar, Maria...
En gång i tiden, för länge sedan, glittrade deras nyckel på toppen av det heliga berget - denna gröna kristall som gav jorden skydd, öppnade själar och lärde de värdiga. Först nu har våra gudar lämnat. Och sedan dess har jorden störtat i mörker, som människan själv ännu inte har kunnat förstöra. Det finns fortfarande för mycket avund och ilska i honom. Och lathet också...

– Människor måste se ljuset, Maria. – Efter en kort tystnad, sa Radomir. – Och det är DU som ska hjälpa dem! – Och som om han inte lade märke till hennes protesterande gest, fortsatte han lugnt. – DU kommer att lära dem KUNSKAP och FÖRSTÅELSE. Och ge dem verklig TRO. Du kommer att bli deras ledstjärna, oavsett vad som händer mig. Lova mig!.. Jag har ingen annan att lita på med det jag var tvungen att göra själv. Lova mig, min älskling.
Radomir tog försiktigt hennes ansikte i sina händer, tittade försiktigt in i hennes strålande blå ögon och... log oväntat... Hur mycket oändlig kärlek lyste i de där underbara, välbekanta ögonen!... Och hur mycket djupaste smärta det fanns i dem.. Han visste hur rädd och ensam hon var. Visste hur mycket hon ville rädda honom! Och trots allt detta kunde Radomir inte låta bli att le - även i en sådan fruktansvärd tid för henne förblev Magdalena på något sätt lika fantastiskt ljus och ännu vackrare!.. Som en ren källa med livgivande klart vatten...
Skakade på sig själv fortsatte han så lugnt som möjligt.
– Titta, jag ska visa dig hur den här gamla nyckeln öppnar sig...
En smaragdlåga flammade på Radomirs öppna handflata... Varje minsta runa började öppna sig i ett helt lager av okända utrymmen, expanderade och öppnade sig i miljontals bilder som smidigt flödade genom varandra. Den fantastiska genomskinliga "strukturen" växte och snurrade och avslöjade fler och fler våningar av Kunskap, aldrig sett av dagens människa. Det var häpnadsväckande och oändligt!.. Och Magdalena, oförmögen att ta blicken från all denna magi, kastade sig huvudstupa ner i det okändas djup och upplevde en brinnande, fräsande törst med varje fiber i sin själ!.. Hon absorberade visdomen från århundradena, känner, som en kraftfull våg, fyller varje cell i den, obekant Forntida magi flödar genom den! Kunskapen om förfäderna svämmade över, den var verkligen enorm - från den minsta insektens liv överfördes den till universums liv, flödade över miljontals år in i främmande planeters liv och återvände igen i en kraftfull lavin till jorden...
Med vidöppna ögon lyssnade Magdalena till den forntida världens underbara kunskap... Hennes lätta kropp, fri från jordiska "bojor", badade som ett sandkorn i havet av avlägsna stjärnor, och njöt av storheten och tystnaden i det universella fred...
Plötsligt vecklades den fantastiska Stjärnbron ut precis framför henne. Det verkade sträcka sig ut i det oändliga, det gnistrade och gnistrade av oändliga hopar av stora och små stjärnor, breda ut sig vid hennes fötter som en silverväg. I fjärran, mitt på samma väg, helt höljd i ett gyllene sken, väntade en Man på Magdalena... Han var väldigt lång och såg väldigt stark ut. När hon kom närmare såg Magdalena att inte allt i denna aldrig tidigare skådade varelse var så "mänskligt"... Det som var mest slående var hans ögon - enorma och gnistrande, som om de var huggna i en ädelsten, de glittrade med kalla kanter, som en riktig diamant . Men precis som en diamant var de okänsliga och distanserade... Främlingens modiga ansiktsdrag överraskade dem med sin skärpa och orörlighet, som om en staty stod framför Magdalena... Mycket långt, frodigt hår gnistrade och skimrade av silver, som om någon av misstag hade spridit stjärnor på den ... "Mannen" var verkligen mycket ovanlig... Men även med all sin "isiga" kyla kände Magdalena tydligt en underbar, själsomslutande frid och varm, uppriktig vänlighet kommer från den främmande mannen. Bara av någon anledning visste hon med säkerhet att denna vänlighet inte alltid var densamma för alla.
"Mannen" höjde sin handflata mot henne som hälsning och sa kärleksfullt:
– Stopp, Stjärna... Din väg är inte över än. Du kan inte gå hem. Återvänd till Midgard, Maria... Och ta hand om gudarnas nyckel. Må evigheten skydda dig.
Och så började den kraftfulla gestalten av främlingen plötsligt sakta oscillera, bli helt genomskinlig, som om den skulle försvinna.

Uran, grundämne nummer 92, är det tyngsta grundämnet som finns i naturen. Det användes i början av vår tideräkning; fragment av keramik med gul glasyr (innehållande mer än 1 % uranoxid) hittades bland ruinerna av Pompeji och Herculaneum.

Uran upptäcktes 1789 i uran tjära av den tyske kemisten Marton Heinrich Klaproth, som döpte det efter planeten uran som upptäcktes 1781. Metalliskt uran erhölls först av den franske kemisten Eugene Peligo 1841, genom att reducera vattenfri urantetraklorid med kalium. 1896 upptäckte Antoine-Henri Becquerel fenomenet uranradioaktivitet genom att av misstag exponera fotografiska plattor för joniserande strålning från en närliggande bit uransalt.

Fysiska och kemiska egenskaper

Uran är en mycket tung, silvervit, glänsande metall. I sin rena form är den något mjukare än stål, formbar, flexibel och har små paramagnetiska egenskaper. Uran har tre allotropa former: alfa (prismatisk, stabil upp till 667,7 °C), beta (tetragonal, stabil från 667,7 till 774,8 °C), gamma (med en kroppscentrerad kubisk struktur, existerande från 774,8 °C till smältpunkten ), där uran är det mest formbara och lätta att bearbeta. Alfafasen är en mycket anmärkningsvärd typ av prismatisk struktur, bestående av vågiga lager av atomer i ett extremt asymmetriskt prismatiskt gitter. Denna anisotropa struktur gör det svårt att legera uran med andra metaller. Endast molybden och niob kan skapa fastfaslegeringar med uran. Det är sant att uranmetall kan interagera med många legeringar och bilda intermetalliska föreningar.

Grundläggande fysikaliska egenskaper hos uran:
smältpunkt 1132,2°C (+/- 0,8);
kokpunkt 3818 °C;
densitet 18,95 (i alfafas);
specifik värmekapacitet 6,65 cal/mol/°C (25 C);
draghållfasthet 450 MPa.

Kemiskt är uran en mycket aktiv metall. Den oxiderar snabbt i luft och täcks av en regnbågsfilm av oxid. Fint uranpulver antänds spontant i luften; det antänds vid en temperatur på 150-175 °C och bildar U 3 O 8 . Vid 1000 °C kombineras uran med kväve och bildar gul urannitrid. Vatten kan korrodera metall, långsamt vid låga temperaturer och snabbt vid höga temperaturer. Uran löser sig i saltsyra, salpetersyra och andra syror och bildar fyrvärda salter, men interagerar inte med alkalier. Uran tränger undan väte från oorganiska syror och saltlösningar av metaller som kvicksilver, silver, koppar, tenn, platina och guld. När de skakas kraftigt börjar metallpartiklarna av uran att glöda.
Uran har fyra oxidationstillstånd - III-VI. Sexvärda föreningar inkluderar uranyltrioxid UO 3 och uran uranklorid UO 2 Cl 2 . Urantetraklorid UCl 4 och urandioxid UO 2 - exempel på fyrvärt uran. Ämnen som innehåller fyrvärt uran är vanligtvis instabila och förvandlas till sexvärt uran när de utsätts för luft under lång tid. Uranylsalter som uranylklorid sönderdelas i närvaro av starkt ljus eller organiskt material.

Uran har inga stabila isotoper, men 33 av dess radioaktiva isotoper är kända. Naturligt uran består av tre radioaktiva isotoper: 238 U (99,2739 %, T=4,47⋅10 9 år, α-sändare, förfader till den radioaktiva serien (4n+2)), 235 U (0,7205 %, T=7,04⋅10 9 år, förfadern till den radioaktiva serien (4n+3)) och 234 U (0,0056 %, T=2,48⋅10 5 år, α-emitter). Den sista isotopen är inte primär, utan radiogen, den är en del av den radioaktiva serien 238 U. Atommassan för naturligt uran är 238,0289+0,0001.

Radioaktiviteten hos naturligt uran beror främst på isotoper 238 U och 234 U, i jämvikt är deras specifika aktiviteter lika. Den specifika radioaktiviteten för naturligt uran är 0,67 mikrocurie/g, fördelat nästan på hälften mellan 234 U och 238 U; 235 U ger ett litet bidrag (specifik aktivitet för isotopen 235 U i naturligt uran är 21 gånger mindre aktivt 238 U). Naturligt uran är tillräckligt radioaktivt för att exponera en fotografisk platta på ungefär en timme. Termisk neutroninfångningstvärsnitt 233 U 4,6 10 -27 m2, 235 U 9,8 10 -27 m2, 238 U 2,7 10 -28 m2; fission tvärsnitt 233 U 5,27 10 -26 m2, 235 U 5,84 10 -26 m2, naturlig blandning av isotoper 4,2 10-28 m2.

Isotoper av uran är vanligtvis α-emittorer. Genomsnittlig α-strålningsenergi 230 U, 231 U, 232 U, 233 U, 234 U, 235 U, 236 U, 238 U är lika med 5,97; 3,05⋅10 -4 ; 5,414; 4,909; 4,859; 4,679; 4,572; 4,270 MeV. Samtidigt kan isotoper som t.ex 233 U, 238 U och 239 Utöver alfa genomgår U också en annan typ av sönderfall - spontan fission, även om sannolikheten för fission är mycket mindre än sannolikheten för α-sönderfall.

Ur praktiska tillämpningar är det viktigt att naturliga isotoper 233 U och 235 U-klyvning under påverkan av både termiska och snabba neutroner ( 235 U är kapabel till spontan fission), och kärnorna 238 U är kapabla till fission endast när de fångar neutroner med energier större än 1 MeV. Vid infångning av neutroner med lägre kärnenergi 238 Du förvandlas till kärnor först 239 U, som sedan genomgår β-sönderfall och först omvandlas till 239 Np, och sedan - vid 239 Pu, vars nukleära egenskaper ligger nära 235 U. Effektiva infångningstvärsnitt för termiska neutroner i kärnor 234 U, 235 U och 238 U är lika med 98⋅10 -28, 683⋅10 -28 och 2,7⋅10 -28 m2 respektive. Komplett uppdelning 235 U leder till utsläpp av "termisk energiekvivalent" 2⋅10 7 kWh/kg.

Teknogena isotoper av uran

Moderna kärnreaktorer producerar 11 konstgjorda radioaktiva isotoper med masstal från 227 till 240, varav den längsta livslängden är 233 U (T = 1,62 10 5 år); det erhålls genom neutronbestrålning av torium. Uranisotoper med ett massatal större än 240 hinner inte bildas i reaktorer. Livslängden för uran-240 är för kort, och det sönderfaller innan det kan fånga en neutron. Men i superkraftiga neutronflöden av en termonukleär explosion lyckas en urankärna fånga upp till 19 neutroner på en miljondels sekund. I det här fallet föds uranisotoper med massnummer från 239 till 257. Deras existens lärde sig från utseendet i produkterna av en termonukleär explosion av avlägsna transuranelement - ättlingar till tunga isotoper av uran. "Grundarna av släktet" själva är för instabila för att β-sönderfalla och passerar in i högre element långt innan produkterna från kärnreaktioner utvinns från berget som blandas av explosionen.

I termiska neutronkraftreaktorer används isotoper som kärnbränsle 235 U och 233 U, och i snabba neutronreaktorer 238 U, dvs. isotoper som kan stödja en fissionskedjereaktion.

U-232

232 U – teknogen nuklid, finns ej i naturen, α-emitter, T=68,9 år, moderisotoper 236 Pu(a), 232 Np(p+) och 232 Pa(β-), dotternuklid 228 Th. Kapabel till spontan delning. 232 U har en spontan fissionshastighet på 0,47 divisioner/s⋅kg. I kärnkraftsindustrin 232 U produceras som en biprodukt under syntesen av den klyvbara (vapenklassade) nukliden 233U i toriumbränslecykeln. När bestrålat 232 Huvudreaktionen inträffar:

232 Th + n → 233 Th → (22,2 min, p-sönderfall) → 233 Pa → (27,0 dagar, β-sönderfall) → 233U

och en tvåstegs sidreaktion:

232 Th + n → 231 Th + 2n, 231 Th → (25,5 h, β) → 231 Pa + n → 232 Pa → (1,31 dagar, p) → 232 U.

Speltid 232 U under en tvåstegsreaktion beror på närvaron av snabba neutroner (neutroner med en energi på minst 6 MeV behövs), eftersom tvärsnittet av den första reaktionen är litet för termiska hastigheter. Ett litet antal fissionsneutroner har energier över 6 MeV, och om toriumförädlingszonen är belägen i en del av reaktorn där den bestrålas med måttligt snabba neutroner (~ 500 keV), så kan denna reaktion praktiskt taget elimineras. Om det ursprungliga ämnet innehåller 230 Th, sedan utbildning 232 U kompletteras av reaktionen: 230 Th + n → 231 Th och vidare enligt ovan. Denna reaktion fungerar också bra med termiska neutroner. Därför undertryckande av utbildning 232 U (och detta är nödvändigt av de skäl som anges nedan) kräver laddning av torium med en lägsta koncentration 230 Th.

Isotop producerad i en kraftreaktor 232 U utgör ett hälso- och säkerhetsproblem eftersom det går sönder i 212 Bi och 208 Te, som avger högenergi γ-kvanta. Därför bör preparat som innehåller stora mängder av denna isotop bearbetas i en varm kammare. Tillgänglighet 232 U i bestrålat uran är också farligt ur atomvapensynpunkt.

Ansamling 232 U oundvikligt i produktionen 233 U i toriums energicykel, vilket hindrar dess introduktion i energisektorn. Det som är ovanligt är att den jämna isotopen 232 U har ett högklyvningstvärsnitt under påverkan av neutroner (för termiska neutroner 75 ladugårdar, resonansintegral 380), samt ett högt neutroninfångningstvärsnitt - 73 ladugårdar (resonansintegral 280).

Det finns också fördelar från 232 U: Det används ofta i radiospårmetoden i kemisk och fysikalisk forskning.

U-233

233 U upptäcktes av Seaborg, Hoffmann och Stoughton. Uran-233 - α-emitter, T=1,585⋅105 år, modernuklider 237 Pu(α) 233 Np(β+) 233 Pa(β-), dotternuklid 229 Th. Uran-233 produceras i kärnreaktorer från torium: 232Th fångar en neutron och förvandlas till 233 Th, som bryter ner i 233 Ra, och sedan i 233 U. Nuclei 233 U (udda isotop) är kapabel till både spontan fission och fission under påverkan av neutroner av vilken energi som helst, vilket gör den lämplig för produktion av både atomvapen och reaktorbränsle (expanderad reproduktion av kärnbränsle är möjlig). Uran-233 är också det mest lovande bränslet för gasfasiga kärnraketmotorer. Det effektiva fissionstvärsnittet för snabba neutroner är 533 ladugårdar, halveringstiden är 1 585 000 år och förekommer inte i naturen. Kritisk massa 233 U är tre gånger mindre än kritisk massa 235 U (ca 16 kg). 233 U har en spontan fissionshastighet på 720 fissions/s⋅kg. 235U kan erhållas från 232Th genom neutronbestrålning:

232 Th + n → 233 Th → (22,2 min, p-sönderfall) → 233 Pa → (27,0 dagar, p-sönderfall) → 233U

När en neutron absorberas, kommer kärnan 233 U klyvs vanligtvis, men ibland fångar en neutron, blir 234 U, även om andelen icke-klyvningsprocesser är mindre än i andra klyvbara bränslen ( 235 U, 239 Pu, 241 Pu) den förblir liten vid alla neutronenergier. Observera att det finns en reaktor med smält salt där protactinium är fysiskt isolerat innan det har en chans att absorbera en neutron. Fastän 233 U, som har absorberat en neutron, delar sig vanligtvis, men ibland behåller den en neutron och förvandlas till 234 U (denna process är betydligt mindre sannolik än fission).

Speltid 233 U från råvaror för toriumindustrin är en långsiktig strategi för utvecklingen av den indiska kärnkraftsindustrin, som har betydande toriumreserver. Odling kan utföras antingen i snabba eller termiska reaktorer. Utanför Indien finns det inte så mycket intresse för den toriumbaserade bränslecykeln, även om världens toriumreserver är tre gånger större än uranreserver.Förutom bränsle i kärnreaktorer kan det användas 233 U i en vapenladdning. Fast nu gör de sällan detta. 1955 testade USA vapenkvalitet 233 U genom att detonera en bomb baserad på den i Operation Teapot. Ur vapensynpunkt 233 U, jämförbar med 239 Pu: dess radioaktivitet är 1/7 (T=159200 år mot 24100 år för plutonium), dess kritiska massa är 60% högre (16 kg mot 10 kg), och hastigheten för spontan fission är 20 gånger högre (6⋅10)-9 mot 3⋅10 -10 ). Men eftersom dess specifika radioaktivitet är lägre, neutrondensiteten 233 U är tre gånger högre än så 239 Pu. Skapande av en kärnladdning baserad på 233 U kräver mer ansträngning än plutonium, men den tekniska ansträngningen är ungefär densamma.

Den största skillnaden är närvaron i 233 U föroreningar 232 U, vilket gör det svårt att arbeta med 233 U och gör det enkelt att upptäcka färdiga vapen.

232 U-innehåll i vapenklass 233 U bör inte överstiga 5 ppm (0,0005%). I den kommersiella kärnbränslecykeln, närvaron 232 U är inte en stor nackdel, inte ens önskvärt, eftersom det minskar möjligheten till spridning av uran för vapenändamål. För att spara bränsle, efter återvinning och återanvändning nivån 232 U når 0,1-0,2 %. I specialdesignade system ackumuleras denna isotop i koncentrationer på 0,5-1%.

Under de första två åren efter produktion 233 U innehållande 232 U, 228 Th förblir på en konstant nivå och är i jämvikt med sitt eget förfall. Under denna period fastställs och stabiliseras bakgrundsvärdet för γ-strålning. Därför massproducerade de första åren 233 U avger betydande γ-strålning. Tio kilos sfär 233 Vapenkvalitet U (5 ppm 232U) ger en bakgrund på 11 millirem/timme på ett avstånd av 1 m 1 månad efter produktion, 110

millirem/h efter ett år, 200 millirem/h efter 2 år. Den årliga dosgränsen på 5 rem överskrids efter endast 25 timmars arbete med sådant material. Till och med fräsch 233 U (1 månad från tillverkningsdatum) begränsar monteringstiden till tio timmar per vecka. I ett färdigmonterat vapen reduceras strålningsnivån genom att kroppen absorberar laddningen. I moderna lätta enheter överstiger minskningen inte 10 gånger, vilket skapar säkerhetsproblem. I tyngre laddningar är absorptionen starkare - 100 - 1000 gånger. En berylliumreflektor ökar nivån av neutronbakgrund: 9Be + γ-kvant → 8Be + n. y-strålar 232 U bildar en karakteristisk signatur, de kan detekteras och rörelserna och närvaron av en atomladdning kan spåras. Tillverkad med hjälp av toriumcykeln, speciellt denaturerad 233 U (0,5 - 1,0 % 232 U), skapar en ännu större fara. En sfär på 10 kilo gjord av sådant material på ett avstånd av 1 m efter 1 månad skapar en bakgrund på 11 rem/timme, 110 rem/timme efter ett år och 200 rem/timme efter 2 år. Kontakt med en sådan atombomb, även med en 1000-faldig minskning av strålningen, är begränsad till 25 timmar per år. Förekomst av en märkbar andel 232 U:t i klyvbart material gör det extremt obekvämt för militärt bruk.

Naturliga isotoper av uran

U-234

Uran-234 (uran II) är en del av naturligt uran (0,0055%), T = 2,445⋅10 5 år, α-sändare, moderradionuklider: 238 Pu(a), 234 Pa(p-), 234 Np(β+), dotterisotop i 230 Th. Innehåll 234 U i malmen är mycket liten på grund av dess relativt korta halveringstid. 234 U bildas av reaktionerna:

238 U → (4,51 miljarder år, alfasönderfall) → 234 Th

234 Th → (24,1 dagar, beta-förfall) → 234 Pa

234 Pa → (6,75 timmar, beta-sönderfall) → 234 U

Vanligtvis 234 U är i jämvikt med 238 U, ruttnande och formas i samma takt. Dock sönderfallande atomer 238 U existerar under en tid i form av torium och protactinium, så de kan separeras kemiskt eller fysiskt från malmen (urlakas av grundvatten). Eftersom den 234 U har en relativt kort halveringstid, all denna isotop som finns i malmen har bildats under de senaste miljoner åren. Ungefär hälften av radioaktiviteten i naturligt uran kommer från 234 U.

Koncentration 234 U-värdet i höganrikat uran är ganska högt på grund av preferentiell anrikning i lätta isotoper. Eftersom den 234 U är en stark γ-emitter, det finns gränser för dess koncentration i uran avsett för bearbetning till bränsle. I grund och botten en ökad nivå 234 U är acceptabelt för moderna reaktorer, men upparbetat använt bränsle innehåller oacceptabla halter av denna isotop.

Absorptionstvärsnitt 234 U av termiska neutroner är 100 barn, och för resonansintegralen är medelvärdet över olika mellanliggande neutroner 700 barn. Därför i reaktorer kl

termiska neutroner omvandlas den till klyvbar 235 U i en snabbare takt än en mycket större kvantitet 238 U (med tvärsnitt 2,7 ladugård) ombyggd till 239 Pu. Som ett resultat innehåller använt kärnbränsle mindre 234 U, än fräschare.

U-235

Uranium-235 (aktinouran) är en isotop som kan producera en snabbt växande fissionskedjereaktion. Upptäckt av Arthur Jeffrey Dempster 1935.

Detta är den första isotopen där reaktionen av forcerad kärnklyvning under inverkan av neutroner upptäcktes. Absorberar en neutron 235 U går till 236 U, som delar sig i två delar, frigör energi och avger flera neutroner. En isotop som är klyvbar av neutroner av vilken energi som helst, kapabel till spontan fission 235 U är en del av naturligt uran (0,72%), α-emitter (energi 4,679 MeV), T=7,038⋅10 8 år, modernuklider 235 Pa, 235 Np och 239 Pu, dotter - 231 Th. Intensiteten av spontan fission 235 U 0,16 divisioner/s⋅kg. När en kärna delar sig 235 U släppte ut 200 MeV energi=3,2⋅10 -11 J, dvs. 18 TJ/mol=77 TJ/kg. Men 5% av denna energi förs bort av praktiskt taget odetekterbara neutroner. Det nukleära tvärsnittet för termiska neutroner är cirka 1000 barn, och för snabba neutroner - cirka 1 lada.

Nettovikt 60 kg 235 U producerar endast 9,6 klyvningar/s, vilket gör det enkelt nog att göra en atombomb med en kanondesign. 238 U skapar 35 gånger fler neutroner per kilogram, så även en liten andel av denna isotop höjer denna siffra flera gånger. 234 U skapar 22 gånger fler neutroner och liknar 238 U oönskad åtgärd. Specifik aktivitet 235 U är endast 2,1 mikrocuries/g; dess kontaminering är 0,8 % 234 U höjer den till 51 mikrocuries/g. Kritisk massa av vapenklassat uran. (93,5 % 235 U) i vattenlösningar är mindre än 1 kg, för en öppen boll - cirka 50 kg, för en boll med en reflektor - 15 - 23 kg.

I naturligt uran är endast en, relativt sällsynt, isotop lämplig för att göra kärnan i en atombomb eller upprätthålla en reaktion i en kraftreaktor. Anrikningsgrad enl 235 U i kärnbränsle för kärnkraftverk sträcker sig från 2-4,5%, för vapenanvändning - minst 80%, och mer föredraget 90%. I USA 235 Vapenklass U berikas till 93,5 % (industrin klarar av att producera 97,65 %). Sådant uran används i reaktorer för flottan.

Kommentar. Uran med innehåll 235 U mer än 85% kallas uran för vapen, med en halt på mer än 20% och mindre än 85% - uran som är lämpligt för vapenanvändning, eftersom det kan användas för att göra en "dålig" (ineffektiv bomb). Men den kan också användas för att göra en "bra" bomb om du använder implosion, neutronreflektorer och några avancerade knep. Som tur är är det bara 2-3 länder i världen som kan genomföra sådana knep i praktiken. Numera tillverkas tydligen inte bomber från uran någonstans (plutonium har ersatt uran i kärnvapen), men utsikterna för uran-235 kvarstår på grund av enkelheten i uranbombens kanonkonstruktion och möjligheten till utökad produktion av sådana bomber om behovet uppstår plötsligt.

Att vara lättare 234 U är proportionellt berikad i ännu större utsträckning än 235 U i alla processer för separation av naturliga uranisotoper baserade på skillnader i massa, vilket utgör ett visst problem vid produktionen av atombombsladdningar. Mycket berikad 235 U innehåller vanligtvis 1,5-2,0 % 234 U.

Division 235 U används i atomvapen, för energiproduktion och för syntes av viktiga aktinider. Naturligt uran används i kärnreaktorer för att producera neutroner. Kedjereaktionen upprätthålls av överskottet av neutroner som produceras av fission 235 U, samtidigt fångas överskott av neutroner som inte tas i anspråk av kedjereaktionen av en annan naturlig isotop, 238 U, vilket leder till produktion av plutonium, som också kan klyvas under inverkan av neutroner.

U-236

Finns i naturen i föroreningsmängder, α-emitter, T=2,3415⋅10 7 år, bryter upp i 232 Th. Bildad av neutronbombardement 235 U delas sedan i en bariumisotop och en kryptonisotop, släpper ut två neutroner, gammastrålar och frigör energi.

I små mängder är det en del av färskt bränsle; ackumuleras när uran bestrålas med neutroner i en reaktor och används därför som en "signalanordning" för använt urankärnbränsle. 236 U bildas som en biprodukt vid separation av isotoper genom gasdiffusion vid regenerering av använt kärnbränsle. Denna isotop har viss betydelse som målmaterial i kärnreaktorer. När man använder återvunnet (bearbetat) uran i en kärnreaktor är det en viktig skillnad jämfört med att använda naturligt uran. Uran isolerat från använt bränsle innehåller isotopen 236 U (0,5%), som när det används i färskt bränsle stimulerar produktionen av isotopen 238 Pu. Detta leder till en försämring av kvaliteten på plutonium av energikvalitet, men kan vara en positiv faktor i samband med problemet med icke-spridning av kärnvapen.

Formad i en kraftreaktor 236 U är ett neutrongift; dess närvaro i kärnbränsle måste kompenseras av en högre nivå av anrikning 235 U.

U-238

Uran-238 (uran I) - klyvbar av högenergineutroner (mer än 1 MeV), kapabel till spontan klyvning, utgör grunden för naturligt uran (99,27%), α-emitter, T = 4,468⋅10 9 år, direkt bryts ner i 234 Th, bildar ett antal genetiskt relaterade radionuklider, och genom 18 produkter förvandlas till 206 Pb. Seriens konstanta sönderfallshastighet gör det möjligt att använda förhållandet mellan koncentrationerna av modernukliden och dottern vid radiometrisk datering. Halveringstiden för uran-238 genom spontan fission har inte fastställts exakt, men den är mycket lång - cirka 10 16 år, så sannolikheten för fission i förhållande till huvudprocessen - emissionen av en alfapartikel - är bara 10 -7 . Ett kilo uran producerar bara 10 spontana klyvningar per sekund och under samma tid släpper α-partiklar ut 20 miljoner kärnor. Moder nuklider: 242 Pu(α), 238 Pa(β-) 234 Th, dotter - 234 Th.

Även om uran-238 inte kan användas som ett primärt klyvbart material, på grund av de högenergineutroner som krävs för dess klyvning, har det en viktig plats i kärnkraftsindustrin. Med hög densitet och atomvikt, 238 U är lämplig för tillverkning av laddnings-/reflektorskal i atom- och vätebomber. Det faktum att den klyvs av snabba neutroner ökar laddningens energiuttag: indirekt genom multiplikation av reflekterade neutroner eller direkt genom klyvning av kärnorna i laddningsskalet av snabba neutroner (under fusion). Cirka 40 % av neutronerna som produceras av fission och alla fusionsneutroner är tillräckliga för fission 238 U-energier. 238 U har en spontan fissionshastighet som är 35 gånger högre än 235 U, 5,51 divisioner/s⋅kg. Detta gör det omöjligt att använda det som laddnings-/reflektorskal i bomber av kanontyp, eftersom dess lämpliga massa (200-300 kg) kommer att skapa en för hög neutronbakgrund. Rena 238 U har en specifik radioaktivitet på 0,333 mikrocurie/g. Ett viktigt användningsområde för denna uranisotop är produktionen 239 Pu. Plutonium bildas genom flera reaktioner som börjar efter att ha fångats av en atom 238 U neutron. Varje reaktorbränsle som innehåller naturligt eller delvis anrikat uran i den 235:e isotopen innehåller en viss andel plutonium efter slutet av bränslecykeln.

Utarmat uran

Efter extraktion 235 U från naturligt uran, det återstående materialet kallas "utarmat uran" eftersom det är utarmat i isotoper 235 U och 234 U. Reducerat innehåll 234 U (cirka 0,001%) minskar radioaktiviteten med nästan hälften jämfört med naturligt uran, medan minskningen av innehållet 235 U har praktiskt taget ingen effekt på radioaktiviteten hos utarmat uran.

Nästan allt utarmat uran i världen lagras i form av hexafluorid. USA har 560 000 ton utarmat uranhexafluorid (UF6) vid tre gasdiffusionsanrikningsanläggningar och hundratusentals ton i Ryssland. Utarmat uran är hälften så radioaktivt som naturligt uran, främst på grund av avlägsnande av 234 U. På grund av det faktum att den huvudsakliga användningen av uran är energiproduktion, i kärnreaktorer med termiska neutroner, är utarmat uran en värdelös produkt med lågt ekonomiskt värde.

Ur ett säkerhetsperspektiv är det vanligt att omvandla utarmat uranhexafluoridgas till uranoxid, som är ett fast ämne. Uranoxid är antingen föremål för nedgrävning som en form av radioaktivt avfall, eller kan användas i snabba neutronreaktorer för att producera plutonium.

Beslutet om hur man gör sig av med uranoxid beror på hur ett land ser på utarmat uran: som radioaktivt avfall som ska slutförvaras eller som material lämpligt för vidare användning. Till exempel i USA, tills nyligen, betraktades utarmat uran som ett råmaterial för vidare användning. Men sedan 2005 började denna synvinkel förändras och nu i USA är det möjligt att begrava utarmat uranoxid. I Frankrike anses inte utarmat uran som radioaktivt avfall, utan det ska lagras i form av uranoxid. I Ryssland anser ledningen för Federal Atomic Energy Agency att avfallsuranhexafluorid är ett värdefullt material som inte kan kasseras. Arbetet med att skapa en industrianläggning för att omvandla avfallsuranhexafluorid till uranoxid har påbörjats. De resulterande uranoxiderna är tänkta att lagras under lång tid för vidare användning i snabba neutronreaktorer eller dess ytterligare anrikning 235 U följt av förbränning i termiska reaktorer.

Att hitta sätt att använda utarmat uran utgör en stor utmaning för anrikningsanläggningar. Dess användning är främst förknippad med den höga densiteten av uran och dess relativt låga kostnad. De två viktigaste användningsområdena för utarmat uran är som strålningsskärmning och som ballast i rymdtillämpningar såsom kontrollytor för flygplan. Varje Boeing 747-flygplan innehåller 1 500 kg utarmat uran för dessa ändamål. Utarmat uran används till stor del vid oljeborrning i form av stötstavar (vid wireline-borrning), vars vikt driver verktyget in i brunnar fyllda med borrvätska. Detta material används i höghastighetsgyroskoprotorer, stora svänghjul, som ballast i rymdlandare och raceryachter.

Men den mest kända användningen av uran är som kärnor för pansargenomträngande projektiler. Med en viss legering med andra metaller och värmebehandling (legering med 2% Mo eller 0,75% Ti, snabb härdning av metallen uppvärmd till 850° i vatten eller olja, ytterligare hållning vid 450° i 5 timmar), blir uranmetall hårdare och starkare än stål (hållfasthet vid gap > 1600 MPa). I kombination med dess höga densitet gör detta härdat uran extremt effektivt för att penetrera pansar, liknande effektivitet som det betydligt dyrare monokristallina volframet. Processen för förstörelse av pansar åtföljs av slipning av huvuddelen av uranet till damm, penetration av damm i det skyddade föremålet och dess antändning där. 300 ton utarmat uran fanns kvar på slagfältet under Desert Storm (mest resterna av granater från 30 mm GAU-8 kanonen från A-10 attackflygplan, varje granat innehåller 272 g uranlegering). Utarmat uran används i stridsvagnsrustning, till exempel M-1 Abrams stridsvagn (USA). -4 viktprocent (2-4 ppm beroende på region), i sura magmatiska bergarter 3,5 10 -4 %, i leror och skiffer 3,2 10 -4 %, i grundläggande bergarter 5·10 -5 %, i ultramafiska mantelbergarter 3·10 -7 %. Mängden uran i ett 20 km tjockt lager av litosfären uppskattas till 1,3⋅10 14 t. Det är en del av alla bergarter som utgör jordskorpan, och finns också i naturliga vatten och levande organismer. Det bildar inte tjocka avlagringar. Huvuddelen av uran finns i sura bergarter med hög kiselhalt. Den lägsta koncentrationen av uran förekommer i ultramafiska bergarter, den maximala i sedimentära bergarter (fosforiter och kolhaltiga skiffer). Havet innehåller 10 10 ton uran. Koncentrationen av uran i jordar varierar i intervallet 0,7 - 11 ppm (15 ppm i jordbruksjordar gödslade med fosforgödsel), i havsvatten 0,003 ppm.

Uran finns inte i fri form i jorden. Det finns 100 kända uranmineraler med en U-halt på mer än 1%. I ungefär en tredjedel av dessa mineral är uran fyrvärt, i resten är det sexvärt. 15 av dessa uranmineraler är enkla oxider eller hydroxyler, 20 är komplexa titanater och niobater, 14 är silikater, 17 är fosfater, 10 är karbonater, 6 är sulfater, 8 är vanadater, 8 är arsenater. Obestämda former uranföreningar finns i vissa kolhaltiga skiffer av marint ursprung, brunkol och kol, samt i intergranulära filmer i magmatiska bergarter. 15 uranmineraler är av industriell betydelse.

De viktigaste uranmineralerna i stora malmfyndigheter representeras av oxider (uranbeck, uraninit, coffinitit), vanadat (karnotit och tyuyamunit) och komplexa titanater (brannerit och davidit). Titanater är också av industriell betydelse, till exempel brannerite UTi 2 O 6 , silikater - cofinite U 1-x (OH) 4x , tantaloniumbater och hydratiserade fosfater och uranylarsenater - uranglimmer. Uran förekommer inte i naturen som ett inhemskt element. På grund av det faktum att uran kan existera i flera stadier av oxidation, finns det i en mycket varierad geologisk miljö.

Tillämpningar av uran

I utvecklade länder är uranproduktion främst inriktad på att generera klyvbara nuklider ( 235 U och 233 U, 239 Pu) - bränsle för industriella reaktorer avsedda för produktion av både nuklider av vapenkvalitet och komponenter av kärnvapen (atombomber och projektiler för strategiska och taktiska ändamål, neutronbomber, vätebombtriggers, etc.). I en atombomb koncentrationen 235 U överstiger 75%. I resten av världen används uranmetall eller dess föreningar som kärnbränsle i kraft- och forskningskärnreaktorer. En naturlig eller låganrikad blandning av uranisotoper används i stationära reaktorer i kärnkraftverk, en starkt anrikad produkt används i kärnkraftverk (källor för termisk, elektrisk och mekanisk energi, strålning eller ljus) eller i reaktorer som arbetar på snabba neutroner. Reaktorer använder ofta uranmetall, legerad och olegerad. Men vissa typer av reaktorer använder bränsle i form av fasta föreningar (till exempel UO 2 ), såväl som vattenhaltiga föreningar av uran eller en flytande legering av uran med en annan metall.

Den huvudsakliga användningen av uran är produktion av kärnbränsle för kärnkraftverk. En tryckvattenreaktor med en installerad kapacitet på 1 400 MW kräver 225 ton naturligt uran per år för att producera 50 nya bränsleelement, som byts ut mot motsvarande antal använda bränslestavar. För att ladda denna reaktor krävs cirka 130 ton SWU (separation work unit) och en kostnadsnivå på 40 miljoner dollar per år. Koncentrationen av uran-235 i bränsle för en kärnreaktor är 2–5 %.

Uranmalmer är fortfarande av visst intresse med tanke på att utvinna radium från dem (vars innehåll är cirka 1 g per 3 ton malm) och några andra naturliga radionuklider. Uranföreningar används i glasindustrin för att färga glasögon röda eller gröna, eller ge dem en vacker gröngul nyans. De används också vid tillverkning av fluorescerande glas: en liten tillsats av uran ger glaset en vacker gulgrön fluorescens.

Fram till 1980-talet användes naturligt uran i stor utsträckning av tandläkare, inklusive det i keramik, vilket gjorde det möjligt för dem att uppnå en naturlig färg och inducera original fluorescens i tandproteser och kronor. (En urankäke gör ditt leende ljusare!) Originalpatentet från 1942 rekommenderar en uranhalt på 0,1 %. Därefter ersattes naturligt uran med utarmat uran. Detta hade två fördelar - billigare och mindre radioaktivt. Uran användes också i lamptrådar och i läder- och träindustrin som en komponent i färgämnen. Uransalter används i betningsmedel och färgningslösningar för ull och läder. Uranylacetat och uranylformiat används som elektronabsorberande dekorativa medel vid transmissionselektronmikroskopi, för att öka kontrasten i tunna sektioner av biologiska föremål och för att färga virus, celler och makromolekyler.

Uranater av Na 2 U 2 O 7-typ ("gul uranyl") används som pigment för keramiska glasyrer och emaljer (gul, grön och svart, beroende på graden av oxidation). Na 2 U 2 O 7 används även som gul färg i målning. Vissa uranföreningar är ljuskänsliga. I början av 1900-talet användes uranylnitrat i stor utsträckning som ett vibrerande medel för att förstärka negativ och producera tonade fotografiska utskrifter (färgade positiva bruna eller bruna). Uranylacetat UO 2 (H3COOH) 2 Använd i analytisk kemi– det bildar ett olösligt salt med natrium. Fosforgödsel innehåller ganska stora mängder uran. Uranmetall används som mål i ett röntgenrör designat för att generera högenergiröntgenstrålar.

Vissa uransalter används som katalysatorer i kemiska reaktioner, såsom oxidation av aromatiska kolväten, uttorkning av vegetabiliska oljor, etc. Karbid 235 U i en legering med niobkarbid och zirkoniumkarbid används som bränsle för kärnjetmotorer (arbetsvätska - väte + hexan). Legeringar av järn och utarmat uran ( 238 U) används som kraftfulla magnetostriktiva material.

I den nationella ekonomin används utarmat uran vid tillverkning av flygplansmotvikter och antistrålningsskärmar för medicinsk strålbehandlingsutrustning. Utarmat uran används för att tillverka transportbehållare för transport av radioaktivt gods och kärnavfall, samt produkter för tillförlitligt biologiskt skydd (till exempel skyddsskärmar). När det gäller absorption av γ-strålning är uran fem gånger effektivare än bly, vilket gör det möjligt att avsevärt minska tjockleken på skyddsskärmar och minska volymen av behållare avsedda för transport av radionuklider. Betong baserad på utarmat uranoxid används istället för grus för att skapa torra lagringsutrymmen för radioaktivt avfall.

Utarmat uran är hälften så radioaktivt som naturligt uran, främst på grund av avlägsnande av 234 U. Det används för att legera pansarstål, i synnerhet för att förbättra pansargenomträngande egenskaper hos projektiler. När den är legerad med 2% Mo eller 0,75% Ti och värmebehandling (snabb härdning av metall uppvärmd till 850°C i vatten eller olja, hålls ytterligare vid 450° i 5 timmar), blir uranmetall hårdare och starkare än stål (draghållfasthet mer än 1600 MPa, trots att det för rent uran är 450 MPa). I kombination med dess höga densitet gör detta det härdade urangötet till en extremt effektiv pansargenomträngning, liknande effektiviteten den dyrare volfram. Den tunga uranspetsen förändrar också projektilens massfördelning, vilket förbättrar dess aerodynamiska stabilitet. När en sådan projektil (till exempel en legering av uran med titan) träffar pansaret går den inte sönder, utan verkar skärpa sig, vilket uppnår större penetration. Processen med att förstöra pansar åtföljs av malning av en uran gris till damm och dess antändning i luft inuti tanken. Utarmat uran används i modern stridsvagnsrustning.

Att tillsätta små mängder uran till stål ökar dess hårdhet utan att göra det sprött och ökar dess motståndskraft mot syror. Särskilt syrabeständig, även i förhållande till aqua regia, är en legering av uran och nickel (66% uran och 33% nickel) med en smältpunkt på 1200 O . Utarmat uran används också som ballast i rymdtillämpningar såsom kontrollytor för flygplan. Detta material används i höghastighetsgyroskoprotorer, stora svänghjul, som ballast i rymdlandare och kappseglingsyachter och vid oljeborrning.

Som redan nämnts tillverkas inte uranatombomber i vår tid. Dock i moderna plutoniumbomber 238 U (inklusive utarmat uran) används fortfarande. Den bildar laddningens skal, reflekterar neutroner och lägger till tröghet till kompressionen av plutoniumladdningen i ett implosivt detonationsschema. Detta ökar avsevärt vapnets effektivitet och minskar den kritiska massan (dvs. minskar mängden plutonium som behövs för att skapa en klyvningskedjereaktion). Utarmat uran används också i vätebomber, packar en termonukleär laddning med det, leder ett starkt flöde av ultrasnabba neutroner till kärnklyvning och ökar därmed vapnets energiproduktion. En sådan bomb kallas ett fission-fusion-fission-vapen, efter de tre explosionsstadierna. Det mesta av energin från explosionen av ett sådant vapen kommer från fission 238 U, producerar betydande mängder radioaktiva produkter. Till exempel kom 77 % av energin under explosionen av en vätebomb i Ivy Mike-testet (1952) med en kraft på 10,4 megaton från klyvningsprocesser i uranskalet. Eftersom utarmat uran inte har en kritisk massa kan det tillsättas en bomb i obegränsade mängder. I den sovjetiska vätebomben (tsar Bomba - Kuzkinas mor), som exploderade på Novaja Zemlja 1961 med en avkastning på "bara" 50 megaton, berodde 90% av utbytet på termonukleär fusionsreaktion, eftersom skalet var gjord av 238 U ersattes av bly i slutskedet av explosionen. Om skalet gjordes (som det monterades i början) från 238 U, då översteg explosionens kraft 100 megaton och det radioaktiva nedfallet uppgick till 1/3 av det totala antalet kärnvapenprov i världen.

Naturliga isotoper av uran används i geokronologi för att mäta den absoluta åldern för stenar och mineraler. Redan 1904 uppmärksammade Ernest Rutherford det faktum att jordens ålder och de äldsta mineralerna är av samma storleksordning som halveringstiden för uran. Samtidigt föreslog han att man skulle bestämma dess ålder genom mängden helium och uran som finns i tät sten. Men nackdelen med metoden blev snart tydlig: extremt rörliga heliumatomer diffunderar lätt även i täta bergarter. De tränger in i de omgivande mineralerna, och nära de ursprungliga urankärnorna finns det kvar betydligt mindre helium än vad som följer enligt lagarna för radioaktivt sönderfall. Därför beräknas åldern på stenar av förhållandet mellan uran och radiogent bly - slutprodukten av sönderfallet av urankärnor. Åldern på vissa föremål, till exempel glimmer, är ännu lättare att bestämma: materialets ålder är proportionell mot antalet uranatomer som sönderfallit i det, vilket bestäms av antalet spår - spår som lämnas av fragment i ämne. Baserat på förhållandet mellan urankoncentration och spårkoncentration kan åldern på alla antika skatter (vaser, smycken, etc.) beräknas. Inom geologin uppfanns till och med en speciell term "uran klocka". Uran klockan är ett mycket mångsidigt instrument. Isotoper av uran finns i många bergarter. Koncentrationen av uran i jordskorpan är i genomsnitt tre miljondelar. Detta räcker för att mäta förhållandet mellan uran och bly och sedan, med hjälp av formler för radioaktivt sönderfall, beräkna tiden som har gått sedan mineralets kristallisering. Med hjälp av uran-bly-metoden var det möjligt att mäta åldern på de äldsta mineralerna och med hjälp av meteoriternas ålder bestämde de födelsedatumet för planeten Jorden. Månjordens ålder är också känd. De yngsta bitarna av månjorden är äldre än de äldsta markbundna mineralerna.

Kärnbränsle är ett material som används i kärnreaktorer för att utföra en kontrollerad kedjereaktion. Det är extremt energikrävande och osäkert för människor, vilket medför ett antal restriktioner för dess användning. Idag ska vi lära oss vad kärnreaktorbränsle är, hur det klassificeras och produceras och var det används.

Kedjereaktionens framsteg

Under en kärnkedjereaktion delas kärnan i två delar, som kallas fissionsfragment. Samtidigt frigörs flera (2-3) neutroner, som sedan orsakar klyvning av efterföljande kärnor. Processen inträffar när en neutron träffar kärnan av det ursprungliga ämnet. Fissionsfragment har hög kinetisk energi. Deras hämning i materia åtföljs av frigörandet av en enorm mängd värme.

Fissionsfragment, tillsammans med deras sönderfallsprodukter, kallas fissionsprodukter. Kärnor som delar neutroner av vilken energi som helst kallas kärnbränsle. Som regel är de ämnen med ett udda antal atomer. Vissa kärnor klyvs rent av neutroner vars energi ligger över ett visst tröskelvärde. Dessa är till övervägande del grundämnen med ett jämnt antal atomer. Sådana kärnor kallas råmaterial, eftersom bränslekärnor bildas i ögonblicket för infångning av en neutron av en tröskelkärna. Kombinationen av brännbart material och råvara kallas kärnbränsle.

Klassificering

Kärnbränsle delas in i två klasser:

1. Naturligt uran. Den innehåller klyvbara uran-235-kärnor och uran-238-råvara, som kan bilda plutonium-239 vid neutronfångst.
2. Ett sekundärt bränsle som inte finns i naturen. Detta inkluderar bland annat plutonium-239, som utvinns från bränsle av den första typen, samt uran-233, som bildas när neutroner fångas upp av torium-232-kärnor.

Ur kemisk sammansättnings synvinkel finns det följande typer av kärnbränsle:

1. Metall (inklusive legeringar);
2. Oxid (till exempel UO2);
3. Karbid (till exempel PuC 1-x);
4. Blandad;
5. Nitrid.

TVEL och TVS

Bränsle till kärnreaktorer används i form av små pellets. De placeras i hermetiskt tillslutna bränsleelement (bränsleelement), som i sin tur kombineras till flera hundra bränsleelement (FA). Kärnbränsle ställs under höga krav för kompatibilitet med bränslestavsbeklädnader. Det måste ha en tillräcklig smält- och förångningstemperatur, god värmeledningsförmåga och inte kraftigt öka i volym under neutronbestrålning. Tillverkningsbarheten av produktionen beaktas också.

Ansökan

Bränsle kommer till kärnkraftverk och andra kärntekniska anläggningar i form av bränsleelement. De kan laddas i reaktorn både under driften (i stället för utbrända bränslepatroner) och under en reparationskampanj. I det senare fallet byts bränslepatroner ut i stora grupper. I det här fallet byts bara en tredjedel av bränslet ut helt. De mest utbrända enheterna lossas från den centrala delen av reaktorn och i deras ställe placeras partiellt utbrända enheter som tidigare var placerade i mindre aktiva områden. Följaktligen installeras nya bränslepatroner i stället för de senare. Detta enkla omarrangeringsschema anses vara traditionellt och har ett antal fördelar, varav den främsta är att säkerställa enhetlig energiutsläpp. Naturligtvis är detta ett schematiskt diagram som bara ger en allmän uppfattning om processen.

Utdrag

Efter att använt kärnbränsle avlägsnats från reaktorhärden, skickas det till en kylbassäng, som vanligtvis finns i närheten. Faktum är att använt bränsleelement innehåller en enorm mängd uranklyvningsfragment. Efter lossning från reaktorn innehåller varje bränslestav cirka 300 tusen Curies av radioaktiva ämnen, vilket frigör 100 kW/timme energi. På grund av detta värms bränslet upp och blir mycket radioaktivt.

Temperaturen på nylossat bränsle kan nå 300°C. Därför hålls den i 3-4 år under ett lager av vatten, vars temperatur hålls inom det etablerade intervallet. När det lagras under vatten minskar bränslets radioaktivitet och kraften i dess restutsläpp. Efter cirka tre år når självuppvärmningen av bränslepatronen 50-60°C. Därefter avlägsnas bränslet från bassängerna och skickas för bearbetning eller bortskaffande.

Uranmetall

Uranmetall används relativt sällan som bränsle för kärnreaktorer. När ett ämne når en temperatur på 660°C sker en fasövergång, åtföljd av en förändring i dess struktur. Enkelt uttryckt ökar uran i volym, vilket kan leda till att bränslestavar förstörs. Vid långvarig bestrålning vid en temperatur av 200-500°C genomgår ämnet strålningstillväxt. Kärnan i detta fenomen är förlängningen av den bestrålade uranstaven med 2-3 gånger.

Användningen av uranmetall vid temperaturer över 500°C är svår på grund av dess svällning. Efter kärnklyvning bildas två fragment, vars totala volym överstiger volymen av just den kärnan. Vissa fissionsfragment representeras av gasatomer (xenon, krypton, etc.). Gas samlas i uranets porer och bildar ett inre tryck som ökar när temperaturen ökar. På grund av en ökning av volymen av atomer och en ökning av gastrycket börjar kärnbränslet att svälla. Detta hänvisar alltså till den relativa förändringen i volym som är förknippad med kärnklyvning.

Svullnadens styrka beror på bränslestavarnas temperatur och utbrändhet. Med ökande utbränning ökar antalet fissionsfragment och med ökande temperatur och utbränning ökar det inre gastrycket. Om bränslet har högre mekaniska egenskaper är det mindre känsligt för svullnad. Uranmetall är inte ett av dessa material. Därför begränsar dess användning som bränsle för kärnreaktorer utbränningen, vilket är en av de viktigaste egenskaperna hos sådant bränsle.

Uranets mekaniska egenskaper och dess strålningsbeständighet förbättras genom legering av materialet. Denna process innebär att tillsätta aluminium, molybden och andra metaller till den. Tack vare dopningstillsatser minskar antalet fissionsneutroner som krävs per fångst. Därför används material som svagt absorberar neutroner för dessa ändamål.

Eldfasta föreningar

Vissa eldfasta uranföreningar anses vara bra kärnbränsle: karbider, oxider och intermetalliska föreningar. Den vanligaste av dessa är urandioxid (keramik). Dess smältpunkt är 2800°C och dess densitet är 10,2 g/cm 3 .

Eftersom detta material inte genomgår fasövergångar är det mindre känsligt för svällning än uranlegeringar. Tack vare denna funktion kan utbränningstemperaturen ökas med flera procent. Vid höga temperaturer interagerar keramik inte med niob, zirkonium, rostfritt stål och andra material. Dess största nackdel är dess låga värmeledningsförmåga - 4,5 kJ (m*K), vilket begränsar reaktorns specifika effekt. Dessutom är varm keramik benägen att spricka.

Plutonium

Plutonium anses vara en lågsmältande metall. Den smälter vid en temperatur av 640°C. På grund av dess dåliga plastegenskaper är den praktiskt taget omöjlig att bearbeta. Ämnets toxicitet komplicerar tillverkningstekniken för bränslestavar. Kärnkraftsindustrin har upprepade gånger försökt använda plutonium och dess föreningar, men de har inte varit framgångsrika. Det är inte tillrådligt att använda bränsle för kärnkraftverk som innehåller plutonium på grund av en ungefär 2-faldig minskning av accelerationsperioden, vilket standardreaktorstyrsystem inte är konstruerade för.

För tillverkning av kärnbränsle används som regel plutoniumdioxid, legeringar av plutonium med mineraler och en blandning av plutoniumkarbider och urankarbider. Dispersionsbränslen, i vilka partiklar av uran och plutoniumföreningar placeras i en metallmatris av molybden, aluminium, rostfritt stål och andra metaller, har höga mekaniska egenskaper och värmeledningsförmåga. Strålningsmotståndet och värmeledningsförmågan hos dispersionsbränslet beror på matrismaterialet. Till exempel vid det första kärnkraftverket bestod det dispergerade bränslet av partiklar av en uranlegering med 9% molybden, som var fyllda med molybden.

När det gäller toriumbränsle används det inte idag på grund av svårigheter vid produktion och bearbetning av bränslestavar.

Produktion

Betydande volymer av huvudråvaran för kärnbränsle - uran - är koncentrerad till flera länder: Ryssland, USA, Frankrike, Kanada och Sydafrika. Dess fyndigheter är vanligtvis belägna nära guld och koppar, så alla dessa material bryts samtidigt.

Hälsan för människor som arbetar inom gruvdrift är i stor risk. Faktum är att uran är ett giftigt material, och de gaser som frigörs under brytningen kan orsaka cancer. Och detta trots att malmen inte innehåller mer än 1% av detta ämne.

Mottagande

Produktionen av kärnbränsle från uranmalm inkluderar följande steg:

1. Hydrometallurgisk bearbetning. Inkluderar urlakning, krossning och extraktion eller sorptionsåtervinning. Resultatet av hydrometallurgisk bearbetning är en renad suspension av oxyuranoxid, natriumdiuranat eller ammoniumdiuranat.
2. Omvandling av ett ämne från oxid till tetrafluorid eller hexafluorid, som används för att anrika uran-235.
3. Anrikning av ett ämne genom centrifugering eller gastermisk diffusion.
4. Omvandling av anrikat material till dioxid, av vilket bränslestavar "pellets" produceras.

Regeneration

Under drift av en kärnreaktor kan bränsle inte brännas ut helt, så fria isotoper reproduceras. I detta avseende är använda bränslestavar föremål för regenerering i syfte att återanvända.

Idag löses detta problem genom Purex-processen, som består av följande steg:

1. Skär bränslestavar i två delar och lös upp dem i salpetersyra;
2. Rengöring av lösningen från fissionsprodukter och skaldelar;
3. Isolering av rena föreningar av uran och plutonium.

Därefter används den resulterande plutoniumdioxiden för framställning av nya kärnor, och uranet används för anrikning eller även för framställning av kärnor. Upparbetning av kärnbränsle är en komplex och dyr process. Dess kostnad har en betydande inverkan på den ekonomiska genomförbarheten av att använda kärnkraftverk. Detsamma kan sägas om slutförvaring av kärnbränsleavfall som inte är lämpligt för regenerering.