המאמר מספר על מתי התגלה יסוד כימי כמו אורניום, ובאילו תעשיות נעשה שימוש בחומר זה בזמננו.
אורניום הוא יסוד כימי בתעשיית האנרגיה והצבא
בכל עת, אנשים ניסו למצוא מקורות אנרגיה יעילים ביותר, ובאופן אידיאלי - ליצור מה שנקרא מכונת תנועה תמידית. למרבה הצער, חוסר האפשרות לקיומו הוכח תיאורטית והוכחה כבר במאה ה-19, אך מדענים עדיין לא איבדו תקווה להגשים את החלום של מכשיר כלשהו שיוכל להפיק כמות גדולה של אנרגיה "נקיה" עבור זמן רב.
חלקית זה התממש עם גילויו של חומר כמו אורניום. יסוד כימי בשם זה היווה את הבסיס לפיתוח כורים גרעיניים, שבזמננו מספקים אנרגיה לערים שלמות, צוללות, ספינות קוטב וכדומה. נכון, האנרגיה שלהם לא יכולה להיקרא "נקיה", אבל בשנים האחרונות חברות רבות מפתחות "סוללות אטומיות" קומפקטיות מבוססות טריטיום למכירה רחבה - אין להן חלקים נעים והן בטוחות לבריאות.
עם זאת, במאמר זה ננתח בפירוט את ההיסטוריה של גילוי יסוד כימיהנקרא אורניום ותגובת הביקוע של גרעיניו.
הגדרה
אורניום הוא יסוד כימי שמספרו האטומי 92 בטבלה המחזורית של מנדלייב. המסה האטומית שלו היא 238.029. הוא מסומן על ידי הסמל U. בתנאים רגילים, זוהי מתכת כסופה צפופה וכבדה. אם מדברים על הרדיואקטיביות שלו, אז האורניום עצמו הוא יסוד עם רדיואקטיביות חלשה. הוא גם אינו מכיל איזוטופים יציבים לחלוטין. והאיזוטופים היציב ביותר מבין האיזוטופים הקיימים הוא אורניום-338.
הבנו מהו האלמנט הזה, ועכשיו בואו נסתכל על ההיסטוריה של גילויו.
היסטוריה
חומר כמו תחמוצת אורניום טבעית מוכר לאנשים מאז ימי קדם, ובעלי מלאכה קדומים השתמשו בו לייצור זיגוג, ששימש לכיסוי קרמיקות שונות לעמידות במים של כלים ומוצרים אחרים, כמו גם שלהם. קישוטים.
שנת 1789 הייתה תאריך חשוב בהיסטוריה של גילוי היסוד הכימי הזה. זה היה אז כימאי ויליד גרמניה מרטין קלפרות' הצליח להשיג את האורניום המתכתי הראשון. והיסוד החדש קיבל את שמו לכבוד כוכב הלכת שהתגלה שמונה שנים קודם לכן.
במשך כמעט 50 שנה, האורניום שהושג אז נחשב למתכת טהורה, אולם בשנת 1840, כימאי מצרפת, יוג'ין-מלכיור פליגו, הצליח להוכיח שהחומר שהושג על ידי קלפרוט, למרות סימנים חיצוניים מתאימים, לא הייתה מתכת כלל, אלא תחמוצת אורניום. קצת מאוחר יותר, אותו פליגו קיבלאורניום אמיתי הוא מתכת אפורה כבדה מאוד. זה היה אז כי המשקל האטומי של חומר כזה כמו אורניום נקבע לראשונה. היסוד הכימי בשנת 1874 הוצב על ידי דמיטרי מנדלייב בטבלת היסודות המחזורית המפורסמת שלו, ומנדלייב הכפיל את משקלו האטומי של החומר פעמיים. ורק 12 שנים מאוחר יותר, הוכח בניסוי שהכימאי הגדול לא טעה בחישוביו.
רדיואקטיביות
אבל ההתעניינות הנרחבת באמת ביסוד זה בקהילה המדעית החלה ב-1896, כשבקרל גילה את העובדה שאורניום פולט קרניים שנקראו על שמו של החוקר - קרני בקרל. מאוחר יותר, אחת המדעניות המפורסמות ביותר בתחום זה, מארי קירי, כינתה את התופעה הזו רדיואקטיבית.
התאריך החשוב הבא בחקר האורניום נחשב לשנת 1899: אז גילה רתרפורד שקרינת האורניום אינה הומוגנית ומחולקת לשני סוגים - קרני אלפא וביטא. ושנה לאחר מכן גילה פול וילאר (וילארד) את הקרינה הרדיואקטיבית השלישית, הסוג האחרון המוכר לנו כיום - מה שנקרא קרני גמא.
שבע שנים מאוחר יותר, ב-1906, ערך רתרפורד, על בסיס תורת הרדיואקטיביות שלו, את הניסויים הראשונים, שמטרתם הייתה לקבוע את גילם של מינרלים שונים. מחקרים אלו הניחו את היסודות, בין היתר, להיווצרות התיאוריה והפרקטיקה של ניתוח פחמן רדיו.
ביקוע של גרעיני אורניום
אבל, אולי, התגלית החשובה ביותר, שבזכותהכרייה נרחבת והעשרת אורניום למטרות שלום וצבאיות הן תהליך ביקוע של גרעיני אורניום. זה קרה ב-1938, הגילוי בוצע על ידי הפיזיקאים הגרמנים אוטו האן ופריץ שטרסמן. מאוחר יותר, תיאוריה זו קיבלה אישור מדעי בעבודותיהם של עוד כמה פיזיקאים גרמנים.
מהות המנגנון שהם גילו הייתה כדלקמן: אם מקרינים את גרעין האיזוטופ אורניום-235 בניוטרון, אז, לכידת נויטרון חופשי, הוא מתחיל להתחלק. וכפי שכולנו יודעים כעת, תהליך זה מלווה בשחרור של כמות עצומה של אנרגיה. זה קורה בעיקר בגלל האנרגיה הקינטית של הקרינה עצמה ושל שברי הגרעין. אז עכשיו אנחנו יודעים איך קורה ביקוע אורניום.
גילוי המנגנון הזה ותוצאותיו הוא נקודת ההתחלה לשימוש באורניום למטרות שלום וצבאיות כאחד.
אם נדבר על השימוש בו למטרות צבאיות, אז בפעם הראשונה התיאוריה שאפשר ליצור תנאים לתהליך כזה כמו תגובת ביקוע מתמשכת של גרעין האורניום (שכן יש צורך באנרגיה עצומה כדי להתפוצץ פצצה גרעינית) הוכחה על ידי הפיזיקאים הסובייטים זלדוביץ' וחאריטון. אבל כדי ליצור תגובה כזו יש להעשיר אורניום, שכן במצבו הרגיל אין לו את התכונות הנדרשות.
הכרנו את ההיסטוריה של האלמנט הזה, כעת נבין היכן נעשה בו שימוש.
שימושים וסוגים של איזוטופ אורניום
לאחר גילוי תהליך כמו תגובת ביקוע שרשרת האורניום, עמדו בפני הפיזיקאים השאלה היכן להשתמש בו?
כיום, ישנם שני אזורים עיקריים שבהם נעשה שימוש באיזוטופים של אורניום. זוהי תעשייה וצבא שלווים (או אנרגיה). גם הראשון וגם השני משתמשים בתגובת הביקוע הגרעיני של איזוטופ אורניום-235, רק הספק המוצא שונה. במילים פשוטות, בכור גרעיני, אין צורך ליצור ולתחזק את התהליך הזה באותו הכוח הדרוש לביצוע פיצוץ של פצצה גרעינית.
אז, הענפים העיקריים שבהם נעשה שימוש בתגובת ביקוע האורניום פורטו.
אבל השגת איזוטופ אורניום-235 היא משימה טכנולוגית מורכבת ויקרה ביותר, ולא כל מדינה יכולה להרשות לעצמה לבנות מפעלי העשרה. לדוגמה, כדי להשיג עשרים טונות של דלק אורניום, שבו תכולת האיזוטופ אורניום 235 תהיה בין 3-5%, יהיה צורך להעשיר יותר מ-153 טון של אורניום טבעי, "גולמי".
איזוטופ אורניום-238 משמש בעיקר בתכנון של נשק גרעיני כדי להגביר את כוחם. כמו כן, כאשר הוא לוכד נויטרון, ואחריו תהליך ריקבון בטא, איזוטופ זה יכול להפוך בסופו של דבר לפלוטוניום-239 - דלק נפוץ עבור רוב הכורים הגרעיניים המודרניים.
למרות כל החסרונות של כורים כאלה (עלות גבוהה, מורכבות תחזוקה, סכנת תאונה), פעולתם משתלמת מהר מאוד, והם מפיקים יותר אנרגיה לאין ערוך מתחנות כוח תרמיות או הידרואלקטריות קלאסיות.
כמו כן, תגובת הביקוע של גרעין האורניום אפשרה ליצור נשק גרעיני להשמדה המונית. הוא מובחן בכוחו העצום, יחסיתדחיסות והעובדה שהוא מסוגל להפוך שטחי אדמה נרחבים לבלתי מתאימים למגורי אדם. נכון, נשק אטומי מודרני משתמש בפלוטוניום, לא באורניום.
אורניום מדולדל
יש גם מגוון כזה של אורניום שדלדל. יש לו רמה נמוכה מאוד של רדיואקטיביות, מה שאומר שהוא לא מסוכן לבני אדם. הוא משמש שוב בתחום הצבאי, למשל, הוא מתווסף לשריון של טנק אברמס האמריקאי כדי לתת לו כוח נוסף. בנוסף, כמעט בכל צבאות ההייטק ניתן למצוא פגזים שונים עם אורניום מדולדל. בנוסף למסה הגבוהה שלהם, יש להם עוד תכונה מאוד מעניינת - לאחר השמדת הקליע, שבריו ואבק המתכת שלו נדלקים מאליהם. ודרך אגב, בפעם הראשונה נעשה שימוש בטיל כזה במהלך מלחמת העולם השנייה. כפי שאנו יכולים לראות, אורניום הוא יסוד ששימש בתחומים שונים של פעילות אנושית.
מסקנה
לפי תחזיות המדענים, בסביבות שנת 2030, כל מרבצי האורניום הגדולים יתרוקנו לחלוטין, ולאחר מכן יתחיל פיתוח השכבות שקשה להגיע אליו והמחיר יעלה. אגב, עפרת האורניום עצמה אינה מזיקה לחלוטין לאנשים - כמה כורים עובדים על מיצוי זה במשך דורות. כעת הבנו את ההיסטוריה של גילוי היסוד הכימי הזה וכיצד משתמשים בתגובת הביקוע של הגרעינים שלו.
אגב, ידועה עובדה מעניינת - תרכובות אורניום שימשו זמן רב כצבעים לפורצלן וזכוכית (מה שנקרא זכוכית אורניום) עד שנות ה-50.
