Uran: egenskaper, anvendelse, produksjon, forbindelser, anrikning. Hvorfor er uran og dets forbindelser farlig?

Selv i antikken (1. århundre f.Kr.) ble naturlig uranoksid brukt til å lage gul glasur til keramikk. Den første viktige datoen i urans historie er 1789, da den tyske naturfilosofen og kjemikeren Martin Heinrich Klaproth restaurerte den gyllengule "jorden" som ble utvunnet fra saksisk harpiksmalm til et svart metalllignende stoff. Til ære for den fjerneste planeten kjent på den tiden (oppdaget av Herschel åtte år tidligere), kalte Klaproth det nye stoffet som et grunnstoff, uran (med dette ønsket han å støtte Johann Bodes forslag om å kalle den nye planeten "Uranus" i stedet for "Georges stjerne", som Herschel foreslo). I femti år ble Klaproths uran oppført som et metall. Først i 1841 gjorde den franske kjemikeren Eugene Melchior Peligo ( Engelsk) (1811-1890)) beviste at til tross for den karakteristiske metalliske glansen, er Klaproths uran ikke et grunnstoff, men et oksid UO 2. I 1840 klarte Peligo å skaffe ekte uran - et tungmetall av stålgrå farge - og bestemme atomvekten. Det neste viktige trinnet i studiet av uran ble gjort i 1874 av D. I. Mendeleev. Basert på det periodiske systemet han utviklet, plasserte han uran i den fjerneste cellen i bordet sitt. Tidligere ble atomvekten til uran ansett for å være 120. Den store kjemikeren doblet denne verdien. 12 år senere ble Mendeleevs spådom bekreftet av eksperimentene til den tyske kjemikeren Zimmermann.

I 1896, mens han forsket på uran, oppdaget den franske kjemikeren Antoine Henri Becquerel ved et uhell Becquerel-stråler, som Marie Curie senere ga nytt navn til radioaktivitet. Samtidig klarte den franske kjemikeren Henri Moissan å utvikle en metode for å produsere rent uranmetall. I 1899 oppdaget Rutherford at strålingen fra uranpreparater er inhomogen, at det er to typer stråling - alfa- og beta-stråler. De bærer forskjellige elektriske ladninger; Deres rekkevidde i materie og ioniserende evne er langt fra det samme. Litt senere, i mai 1900, oppdaget Paul Villar en tredje type stråling - gammastråler.

Ernest Rutherford utførte de første eksperimentene i 1907 for å bestemme alderen til mineraler i studiet av radioaktivt uran og thorium basert på teorien om radioaktivitet han skapte sammen med Frederick Soddy (Soddy, Frederick, 1877-1956; Nobelprisen i kjemi, 1921) . I 1913 introduserte F. Soddy konseptet isotoper (fra gammelgresk. ἴσος - "lik", "samme", og τόπος - "sted"), og spådde i 1920 at isotoper kunne brukes til å bestemme den geologiske alderen til bergarter. I 1928 implementerte Niggot, og i 1939 laget A. O. K. Nier (Nier, Alfred Otto Carl, 1911-1994) de første ligningene for å beregne alder og brukte et massespektrometer for å skille isotoper.

Fødselssted

Uraninnholdet i jordskorpen er 0,0003 %; det finnes i jordas overflatelag i form av fire typer avsetninger. For det første er dette årer av uraninitt, eller uranbek (urandioksyd UO 2), svært rik på uran, men sjelden. De er ledsaget av radiumavsetninger, siden radium er et direkte produkt av isotopisk nedbrytning av uran. Slike årer finnes i Den demokratiske republikken Kongo, Canada (Great Bear Lake), Tsjekkia og Frankrike. Den andre kilden til uran er konglomerater av thorium og uranmalm sammen med malmer av andre viktige mineraler. Konglomerater inneholder vanligvis tilstrekkelige mengder gull og sølv til å utvinnes, med uran og thorium som assosierte elementer. Store forekomster av disse malmene er lokalisert i Canada, Sør-Afrika, Russland og Australia. Den tredje kilden til uran er sedimentære bergarter og sandsteiner, rik på mineralet karnotitt (kaliumuranylvanadat), som inneholder, i tillegg til uran, en betydelig mengde vanadium og andre grunnstoffer. Slike malmer finnes i de vestlige delstatene i USA. Jern-uranskifer og fosfatmalm utgjør en fjerde kilde til sediment. Rike forekomster finnes i de svenske skifrene. Noen fosfatmalmer i Marokko og USA inneholder betydelige mengder uran, og fosfatforekomster i Angola og Den sentralafrikanske republikk er enda rikere på uran. De fleste brunkull og noen kull inneholder vanligvis uran urenheter. Uranrike brunkull er funnet i Nord- og Sør-Dakota (USA) og bituminøse kull i Spania og Tsjekkia.

Et lag med 20 km tykt litosfære inneholder ~ 10 14 tonn, sjøvann inneholder 10 9 -10 10 tonn. Russland rangerer på tredjeplass i verden når det gjelder uranreserver, tatt i betraktning reserveforekomster (etter Australia og Kasakhstan). Russiske forekomster inneholder nesten 550 tusen tonn uranreserver, eller litt mindre enn 10% av verdensreservene; rundt 63 % av dem er konsentrert i republikken Sakha (Yakutia). De viktigste uranforekomstene i Russland er: Streltsovskoye, Oktyabrskoye, Antey, Malo-Tulukuevskoye, Argunskoye molybden-uranforekomster i vulkaner (Chita-regionen), Dalmatovskoye uranforekomster i sandsteiner (Kurgan-regionen), Khiagda-uranforekomster i Burya-sandstein i Republikken. , sørlige gull-uranforekomster i metasomater og nordlige uran i metasomater (republikken Yakutia). I tillegg er mange mindre uranforekomster og malmforekomster identifisert og vurdert.

Isotoper

Radioaktive egenskaper til noen isotoper av uran (naturlige isotoper er fremhevet):

Naturlig uran består av en blanding av tre isotoper: 238 U (isotopisk overflod 99,2745 %, halveringstid T 1/2 = 4,468 10 9 år), 235 U (0,7200 %, T 1/2 = 7,04 10 8 år) og 234 U (0,0055 %, T 1/2 = 2,455·10 5 år). Den sistnevnte isotopen er ikke primær, men radiogen; den er en del av den radioaktive 238 U-serien.

Under naturlige forhold er de vanligste isotopene 234 U, 235 U og 238 U med et relativt innhold 234 U: 235 U: 238 U = 0,0054: 0,711: 99,283. Nesten halvparten av radioaktiviteten til naturlig uran skyldes 234 U-isotopen, som, som allerede nevnt, dannes under nedbrytningen av 238 U. Innholdsforholdet 235 U: 238 U, i motsetning til andre isotoperpar og uavhengig av den høye migrasjonsevne av uran, er preget av geografisk konstanthet: 235 U / 238 U = 137,88. Størrelsen på dette forholdet i naturlige formasjoner avhenger ikke av deres alder. Tallrike feltmålinger viste små svingninger. Så i ruller varierer verdien av dette forholdet i forhold til standarden i området 0,9959-1,0042, i salter - 0,996-1,005. I uranholdige mineraler (bek, uransort, cyrtolitt, sjeldne jordmalmer), varierer verdien av dette forholdet fra 137,30 til 138,51; Dessuten er forskjellen mellom formene U IV og U VI ikke fastslått; i sphene - 138,4. I noen meteoritter ble det avslørt en mangel på isotopen 235 U. Dens laveste konsentrasjon under terrestriske forhold ble funnet i 1972 av den franske forskeren Bugges i byen Oklo i Afrika (forekomst i Gabon). Dermed inneholder naturlig uran 0,720 % uran 235 U, mens det i Oklo synker til 0,557 %. Dette fungerte som bekreftelse på hypotesen om eksistensen av en naturlig atomreaktor, som forårsaket utbrentheten av isotopen 235 U. Hypotesen ble fremsatt av George W. Wetherill fra University of California i Los Angeles, Mark G. Inghram fra University of Chicago og Paul Kuroda (Paul K. Kuroda), en kjemiker fra University of Arkansas, beskrev prosessen tilbake i 1956. I tillegg ble det funnet naturlige atomreaktorer i disse samme distriktene: Okelobondo, Bangombe, etc. For tiden er 17 naturlige atomreaktorer kjent.

Kvittering

Det aller første stadiet av uranproduksjon er konsentrasjon. Bergarten knuses og blandes med vann. Tunge fjæringskomponenter setter seg raskere. Hvis bergarten inneholder primære uranmineraler, feller de ut raskt: dette er tunge mineraler. Sekundære uranmineraler er lettere, og i så fall legger den tunge gråsteinen seg ut tidligere. (Men det er ikke alltid helt tomt; det kan inneholde mange nyttige elementer, inkludert uran).

Neste trinn er utvasking av konsentrater, overføring av uran til løsning. Syre og alkalisk utvasking benyttes. Den første er billigere fordi svovelsyre brukes til å utvinne uran. Men hvis i råstoffet, for eksempel uran tjære, uran er i en firverdig tilstand, så er denne metoden ikke anvendelig: firverdig uran er praktisk talt uløselig i svovelsyre. I dette tilfellet må du enten ty til alkalisk utvasking eller forhåndsoksidere uranet til den seksverdige tilstanden.

Syreutlekking brukes heller ikke i tilfeller hvor urankonsentratet inneholder dolomitt eller magnesit, som reagerer med svovelsyre. I disse tilfellene, bruk kaustisk soda (natriumhydroksid).

Problemet med utlekking av uran fra malm løses ved oksygenblåsing. En strøm av oksygen tilføres en blanding av uranmalm og sulfidmineraler oppvarmet til 150 °C. I dette tilfellet dannes svovelsyre fra svovelmineraler, som vasker bort uranet.

På neste trinn må uran isoleres selektivt fra den resulterende løsningen. Moderne metoder – ekstraksjon og ionebytte – kan løse dette problemet.

Løsningen inneholder ikke bare uran, men også andre kationer. Noen av dem, under visse forhold, oppfører seg på samme måte som uran: de ekstraheres med de samme organiske løsningsmidlene, avsettes på de samme ionebytterharpiksene og utfelles under de samme forholdene. Derfor, for selektivt å isolere uran, er det nødvendig å bruke mange redoksreaksjoner for å bli kvitt en eller annen uønsket følgesvenn på hvert trinn. På moderne ionebytterharpikser frigjøres uran veldig selektivt.

Metoder ionebytte og ekstraksjon De er også gode fordi de lar uran ekstraheres ganske fullstendig fra dårlige løsninger (uraninnholdet er tideler av et gram per liter).

Etter disse operasjonene omdannes uranet til en fast tilstand - til et av oksidene eller til UF 4-tetrafluorid. Men dette uranet må fortsatt renses fra urenheter med stort tverrsnitt for å fange termiske nøytroner - bor, kadmium, hafnium. Innholdet deres i sluttproduktet bør ikke overstige hundre tusendeler og milliondeler av en prosent. For å fjerne disse urenhetene løses en kommersielt ren uranforbindelse i salpetersyre. I dette tilfellet dannes uranylnitrat UO 2 (NO 3) 2, som under ekstraksjon med tributylfosfat og noen andre stoffer renses videre til de nødvendige standardene. Deretter krystalliseres dette stoffet (eller peroksid UO 4 ·2H 2 O utfelles) og kalsineres forsiktig. Som et resultat av denne operasjonen dannes urantrioksid UO 3, som reduseres med hydrogen til UO 2.

Urandioksid UO 2 utsettes for hydrogenfluoridgass ved temperaturer fra 430 til 600 °C for å produsere UF 4-tetrafluorid. Uranmetall reduseres fra denne forbindelsen ved å bruke kalsium eller magnesium.

Fysiske egenskaper

Uran er et veldig tungt, sølvhvitt, skinnende metall. I sin rene form er den litt mykere enn stål, formbar, fleksibel og har små paramagnetiske egenskaper. Uran har tre allotropiske former: (prismatisk, stabil opp til 667,7 °C), (tetragonal, stabil fra 667,7 °C til 774,8 °C), (med en kroppssentrert kubisk struktur, eksisterende fra 774,8 °C til smeltepunktet) .

Kjemiske egenskaper

Karakteristiske oksidasjonstilstander

Uran kan ha oksidasjonstilstander fra +3 til +6.

I tillegg kommer oksidet U 3 O 8. Oksydasjonstilstanden i den er formelt fraksjonert, men i virkeligheten er det et blandet oksid av uran (V) og (VI).

Det er lett å se at når det gjelder settet av oksidasjonstilstander og karakteristiske forbindelser, er uran nær elementer i VIB-undergruppen (krom, molybden, wolfram). På grunn av dette ble han i lang tid klassifisert i denne undergruppen ("erosjon av periodisitet").

Egenskaper til et enkelt stoff

Kjemisk er uran veldig aktivt. Den oksiderer raskt i luft og blir dekket med en regnbuefilm av oksid. Fint uranpulver antennes spontant i luft; det antennes ved en temperatur på 150-175 °C og danner U3O8. Reaksjonene av uranmetall med andre ikke-metaller er gitt i tabellen.

Vann kan korrodere metall, sakte ved lave temperaturer, og raskt ved høye temperaturer, så vel som når uranpulver er finmalt:

I ikke-oksiderende syrer oppløses uran, og danner UO 2 eller U 4+ salter (hydrogen frigjøres i dette tilfellet). Med oksiderende syrer (salpetersyre, konsentrert svovelsyre) danner uran de tilsvarende uranylsaltene UO 2 2+
Uran interagerer ikke med alkaliske løsninger.

Når de ristes kraftig, begynner metallpartiklene av uran å gløde.

Uran III forbindelser

Uransalter (+3) (hovedsakelig halogenider) er reduksjonsmidler. De er vanligvis stabile i luft ved romtemperatur, men ved oppvarming oksiderer de til en blanding av produkter. Klor oksiderer dem til UCl 4. De danner ustabile røde løsninger der de viser sterke reduserende egenskaper:

Uran III-halogenider dannes ved reduksjon av uran(IV)-halogenider med hydrogen:

eller hydrogenjodid:

samt under påvirkning av hydrogenhalogenid på uranhydrid UH 3 .

I tillegg kommer uran(III)hydrid UH3. Det kan oppnås ved å varme uranpulver i hydrogen ved temperaturer opp til 225 o C, og over 350 o C brytes det ned. De fleste av reaksjonene (for eksempel reaksjonen med vanndamp og syrer) kan formelt betraktes som en nedbrytningsreaksjon etterfulgt av reaksjonen av uranmetall:

Uran IV forbindelser

Uran (+4) danner grønne salter som er lett løselige i vann. De oksideres lett til uran (+6)

Uran V-forbindelser

Uran(+5)-forbindelser er ustabile og lett uforholdsmessige i en vandig løsning:

Uranklorid V, når det står, er delvis uforholdsmessig:

og fjerner delvis klor:

Uran VI forbindelser

Oksydasjonstilstanden +6 tilsvarer oksidet UO 3 . Det oppløses i syrer for å danne forbindelser av uranylkationet UO 2 2+:

Med baser danner UO 3 (i likhet med CrO 3, MoO 3 og WO 3) ulike uranatanioner (primært diuranat U 2 O 7 2-). Sistnevnte oppnås imidlertid oftere ved virkningen av baser på uranylsalter:

Av uran (+6)-forbindelsene som ikke inneholder oksygen er kun heksaklorid UCl 6 og fluorid UF 6 kjent. Sistnevnte spiller en viktig rolle i separasjonen av uranisotoper.

Uranforbindelser (+6) er mest stabile i luft og i vandige løsninger.

Uranylsalter, som uranylklorid, brytes ned i sterkt lys eller i nærvær av organiske forbindelser.

applikasjon

Kjernebrensel

Den mest brukte isotopen av uran er 235 U, der en selvopprettholdende kjernefysisk kjedereaksjon er mulig. Derfor brukes denne isotopen som brensel i atomreaktorer, så vel som i atomvåpen. Isolering av U 235 isotopen fra naturlig uran er et komplekst teknologisk problem (se isotopseparasjon).

Her er noen tall for en 1000 MW reaktor som opererer med 80 % belastning og genererer 7000 GWh per år. Driften av en slik reaktor i et år krever 20 tonn uranbrensel inneholdende 3,5 % U-235, som oppnås etter anrikning av ca. 153 tonn naturlig uran.

U 238-isotopen er i stand til fisjon under påvirkning av bombardement med høyenerginøytroner; denne funksjonen brukes til å øke kraften til termonukleære våpen (nøytroner generert av en termonukleær reaksjon brukes).

Gjennom nøytronfangst etterfulgt av β-forfall kan 238 U omdannes til 239 Pu, som deretter brukes som kjernebrensel.

Varmefrigjørende kapasitet til uran

1 tonn anriket uran er lik varmeavgivende kapasitet til 1 million 350 tusen tonn olje eller naturgass.

Geologi

Hovedbruken av uran i geologi er å bestemme alderen til mineraler og bergarter for å bestemme rekkefølgen av geologiske prosesser. Dette er hva geokronologi gjør. Å løse problemet med blanding og kilder til materie er også viktig.

Løsningen på problemet er basert på ligningene for radioaktivt forfall:

Hvor 238 U o, 235 U o- moderne konsentrasjoner av uranisotoper; ; - forfallskonstanter henholdsvis atomer av uran 238U Og 235U.

Kombinasjonen deres er veldig viktig:

På grunn av det faktum at bergarter inneholder forskjellige konsentrasjoner av uran, har de ulik radioaktivitet. Denne egenskapen brukes ved identifisering av bergarter ved hjelp av geofysiske metoder. Denne metoden er mest brukt i petroleumsgeologi under geofysiske undersøkelser av brønner; dette komplekset inkluderer spesielt γ - logging eller nøytron gamma logging, gamma-gamma logging, etc. Med deres hjelp identifiseres reservoarer og sel.

Andre applikasjoner

Utarmet uran

Etter at 235 U og 234 U er utvunnet fra naturlig uran, kalles det gjenværende materialet (uran-238) "utarmet uran" fordi det er utarmet i 235-isotopen. I følge noen data er rundt 560 000 tonn utarmet uranheksafluorid (UF 6) lagret i USA.

Utarmet uran er halvparten så radioaktivt som naturlig uran, hovedsakelig på grunn av fjerning av 234 U. Fordi hovedbruken av uran er energiproduksjon, er utarmet uran et lavbruksprodukt med lav økonomisk verdi.

Bruken er hovedsakelig assosiert med den høye tettheten av uran og dens relativt lave kostnad. Utarmet uran brukes til strålingsskjerming (ironisk nok) - ved bruk av ekstremt høye fangstverrsnitt - og som ballast i romfartsapplikasjoner som flykontrolloverflater. Hvert Boeing 747-fly inneholder 1500 kg utarmet uran til disse formålene. Dette materialet brukes også i høyhastighets gyroskoprotorer, store svinghjul, som ballast i romfartøyer og racingyachter, Formel 1-biler og ved boring av oljebrønner.

Pansergjennomtrengende prosjektilkjerner

Den mest kjente bruken av utarmet uran er som kjerner for pansergjennomtrengende prosjektiler. Dens høye tetthet (tre ganger tyngre enn stål) gjør herdet uranblokk til et ekstremt effektivt pansergjennomtrengende verktøy, tilsvarende det dyrere og litt tyngre wolfram. Den tunge uranspissen endrer også massefordelingen til prosjektilet, og forbedrer dets aerodynamiske stabilitet.

Lignende legeringer av Stabilla-typen brukes i feide-finnede prosjektiler for tank- og anti-tank artillerikanoner.

Prosessen med panserødeleggelse er ledsaget av sliping av en urangris til støv og antennelse i luft på den andre siden av rustningen (se Pyroforisitet). Rundt 300 tonn utarmet uran forble på slagmarken under Operation Desert Storm (mest restene av granater fra 30 mm GAU-8 kanonen til A-10 angrepsfly, hvert granat inneholder 272 g uraniumlegering).

Slike granater ble brukt av NATO-tropper i kampoperasjoner på Jugoslavias territorium. Etter søknaden ble miljøproblemet med strålingsforurensning av landets territorium diskutert.

Uran ble først brukt som kjerne for prosjektiler i Det tredje riket.

Utarmet uran brukes i moderne tankpanser, for eksempel M-1 Abrams-tanken.

Fysiologisk virkning

Det finnes i mikromengder (10−5 -10−8%) i vev til planter, dyr og mennesker. Den akkumuleres i størst grad av enkelte sopp og alger. Uranforbindelser absorberes i mage-tarmkanalen (ca. 1%), i lungene - 50%. De viktigste depotene i kroppen: milt, nyrer, skjelett, lever, lunger og bronkopulmonale lymfeknuter. Innholdet i organer og vev hos mennesker og dyr overstiger ikke 10 −7 g.

Uran og dets forbindelser giftig. Aerosoler av uran og dets forbindelser er spesielt farlige. For aerosoler av vannløselige uranforbindelser er MPC i luft 0,015 mg/m³, for uløselige former av uran er MPC 0,075 mg/m³. Når uran kommer inn i kroppen, påvirker det alle organer, og er en generell cellulær gift. Uran, som mange andre tungmetaller, binder seg nesten irreversibelt til proteiner, først og fremst til sulfidgruppene i aminosyrer, og forstyrrer deres funksjon. Den molekylære virkningsmekanismen til uran er relatert til dets evne til å hemme enzymaktivitet. Nyrene er først og fremst påvirket (protein og sukker vises i urinen, oliguri). Ved kronisk forgiftning er forstyrrelser av hematopoiesis og nervesystemet mulig.

Utforsket uranreserver i verden

Mengden uran i jordskorpen er omtrent 1000 ganger større enn mengden gull, 30 ganger større enn mengden sølv, mens dette tallet er omtrent likt med bly og sink. En betydelig del av uran er spredt i jord, steiner og sjøvann. Bare en relativt liten del er konsentrert i forekomster hvor innholdet av dette grunnstoffet er hundrevis av ganger høyere enn dets gjennomsnittlige innhold i jordskorpen. Verdens påviste reserver av uran i forekomster utgjør 5,4 millioner tonn.

Uranutvinning i verden

10 land står for 94 % av verdens uranproduksjon

I følge Red Book of Uranium, utgitt av OECD, ble det utvunnet 41 250 tonn uran i 2005 (35 492 tonn i 2003). I følge OECD-data er det 440 kommersielle reaktorer og rundt 60 vitenskapelige reaktorer i drift i verden, som forbruker 67 tusen tonn uran per år. Dette betyr at utvinningen fra forekomster bare ga 60 % av forbruket (i 2009 økte denne andelen til 79 %). Resten av uranet som forbrukes av energisektoren, eller 17,7 %, kommer fra sekundære kilder.

Uran for "vitenskapelige og militære" formål

Mesteparten av uran til "vitenskapelige og militære" formål gjenvinnes fra gamle atomstridshoder:

• under START-II-traktaten, 352 tonn - av de avtalte 500 (til tross for at traktaten ikke trådte i kraft, på grunn av Russlands tilbaketrekning fra traktaten 14. juni 2002)
• under START-I-traktaten (trådte i kraft 5. desember 1994, utløp 5. desember 2009) fra russisk side 500 tonn,
• under START III (START)-traktaten – avtalen ble signert 8. april 2010 i Praha. Traktaten erstattet START I, som utløp i desember 2009.

Produksjon i Russland

I Sovjetunionen var de viktigste uranmalmregionene Ukraina (Zheltorechenskoye, Pervomaiskoye-forekomster, etc.), Kasakhstan (Nord-Balkashin malmfelt, etc.; Sør-Kyzylsay malmfelt, etc.; Vostochny; alle av dem tilhører overveiende vulkanogen-hydrotermisk type); Transbaikalia (Antey, Streltsovskoe, etc.); Sentral-Asia, hovedsakelig Usbekistan med mineralisering i svarte skifer sentrert i byen Uchkuduk. Det er mange små malmforekomster og forekomster. I Russland er Transbaikalia fortsatt den viktigste uranmalmregionen. Omtrent 93 % av russisk uran utvinnes ved forekomsten i Chita-regionen (nær byen Krasnokamensk). Gruvedrift utføres ved akselmetoden "Priargunsky Production Mining and Chemical Association" (PPMCU), som er en del av OJSC "Atomredmetzoloto" (Uranium Holding).

De resterende 7 % oppnås ved underjordisk utvasking av JSC Dalur (Kurgan-regionen) og JSC Khiagda (Buryatia).

De resulterende malmene og urankonsentratet blir behandlet ved Chepetsk Mechanical Plant.

Når det gjelder årlig uranproduksjon (omtrent 3,3 tusen tonn), rangerer Russland på fjerde plass etter Kasakhstan. Det årlige forbruket av uran i Russland utgjør nå 16 tusen tonn og består av utgifter til egne atomkraftverk i mengden 5,2 tusen tonn, samt for eksport av drivstoffprodukter (5,5 tusen tonn) og lavanriket uran (6 tusen tonn).

Produksjon i Kasakhstan

I 2009 tok Kasakhstan førsteplassen i verden i uranproduksjon (13 500 tonn ble utvunnet).

Produksjon i Ukraina

Pris

Til tross for de rådende legendene om titusenvis av dollar for kilogram eller til og med gram mengder uran, er den virkelige prisen på markedet ikke veldig høy - uanriket uranoksid U 3 O 8 koster mindre enn 100 amerikanske dollar per kilogram.

Utvikling av uranmalm er lønnsomt til en uranpris på rundt $80/kg. For øyeblikket tillater ikke prisen på uran effektiv utvikling av forekomstene, så det er prognoser om at prisen på uran kan stige til $75-90/kg innen 2013-2014.

Innen 2030 vil store og tilgjengelige forekomster med reserver på opptil $80/kg være fullt utviklet, og vanskelig tilgjengelige forekomster med en produksjonskostnad på mer enn $130/kg uran vil begynne å utvikles

Dette skyldes det faktum at for å drive en atomreaktor med ikke-anriket uran, trengs titalls eller til og med hundrevis av tonn drivstoff, og for å produsere atomvåpen må en stor mengde uran anrikes for å oppnå konsentrasjoner som er egnet for å lage en bombe.

se også

Lenker

• I. N. Bekman. "Uranus". Opplæringen. Wien, 2008, Moskva, 2009. (i PDF-format)
• Russland solgte betydelige reserver av våpenkvalitetsuran til USA

Notater

1. Redaksjon: Zefirov N. S. (sjefredaktør) Kjemisk leksikon: i 5 bind - Moskva: Great Russian Encyclopedia, 1999. - T. 5. - S. 41.
2. WebElements periodiske system for grunnstoffene | Uran | krystallstrukturer
3. Uranus i den forklarende ordboken til det russiske språket, red. Ushakova
4. Encyclopedia "Around the World"
5. Uranus. Informasjons- og analysesenter "Mineral"
6. Råvarebase av uran. S. S. Naumov, MINING JOURNAL, N12, 1999
7. G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot og A. H. Wapstra (2003). "NUBASE-evalueringen av kjernefysiske og forfallsegenskaper
8. G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot og A. H. Wapstra (2003). "NUBASE-evalueringen av kjernefysiske og forfallsegenskaper." Kjernefysikk A 729 : 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
9. Uranmalm inneholder spormengder av uran-236, dannet fra uran-235 under nøytronfangst; thoriummalmer inneholder spor av uran-233, som stammer fra thorium-232 etter nøytronfangst og to påfølgende beta-nedfall. Innholdet i disse uranisotopene er imidlertid så lavt at de kun kan påvises i spesielle, svært sensitive målinger.
10. Rosholt J.N., et al. Isotopisk fraksjonering av uran relatert til rolletrekk i Sandstone, Shirley Basin, Wyoming.//Economic Geology, 1964, 59, 4, 570-585
11. Rosholt J.N., et al. Evolusjon av den isotopiske sammensetningen av uran og thorium i jordprofiler.//Bull.Geol.Soc.Am./1966, 77, 9, 987-1004
12. Chalov P.I. Isotopfraksjonering av naturlig uran. - Frunze: Ilim, 1975.
13. Tilton G.R. et al. Isotopisk sammensetning og fordeling av bly, uran og thorium i en prekambrisk granitt.//Bull.Geol.Soc.Am., 1956, 66, 9, 1131-1148
14. Shukolyukov Yu. A. et al. Isotopiske studier av en "naturlig kjernereaktor". // Geochemistry, 1977, 7. S. 976-991.
15. Meshik Alex. Gammel atomreaktor.//I vitenskapens verden. Geofysikk. 2006.2
16. Remi G. Uorganisk kjemi. v.2. M., Mir, 1966. s. 206-223
17. Katz J, Rabinovich E. Kjemi av uran. M., Forlaget for utenlandsk litteratur, 1954.
18. Khmelevskoy V.K. Geofysiske metoder for å studere jordskorpen. International University of Nature, Society and Human "Dubna", 1997.
19. Håndbok i geologi for olje og gass / Red. Eremenko N. A. - M.: Nedra, 1984
20. Technical Encyclopedia 1927", bind 24, spalte. 596...597, artikkel "Uran"
21. http://www.pdhealth.mil/downloads/Characterisation_of_DU_projectiles.pdf
22. Uranutvinning i verden
23. NEA, IAEA. - OECD Publishing, 2006. - ISBN 9789264024250
24. World Nuclear Association. Tilførsel av uran. 2011.
25. Mineralressursbase og uranproduksjon i Øst-Sibir og Fjernøsten. Mashkovtsev G. A., Miguta A. K., Shchetochkin V. N., Russlands mineralressurser. Økonomi og ledelse, 1-2008
26. Uranutvinning i Kasakhstan. Rapport av Mukhtar Dzhakishev
27. Konyrova, K. Kasakhstan kom på topp i uranutvinning i verden (russisk), Nyhetsbyrået TREND(30. desember 2009). Hentet 30. desember 2009.
28. Udo Rethberg; Oversettelse av Alexander Polotsky(russisk). Oversettelse(12.08.2009). Arkivert fra originalen 23. august 2011. Hentet 12. mai 2010.
29. Eksperter på uranpris anslår Russian Atomic Community
30. http://2010.atomexpo.ru/mediafiles/u/files/Present/9.1_A.V.Boytsov.pdf
31. Atomvåpen Se underavsnittet om uranbomben.

Tilkoblinger uran

Ammoniumdiuranat ((NH 4) 2 U 2 O 7) Uranylacetat (UO 2 (CH 3 COO) 2) Uranborhydrid (U(BH 4) 4) Uran(III)bromid (UBr 3) Uran(IV)bromid (UBr 4) Uran(V)bromid (UBr 5) Uran(III)hydrid (UH 3) Uran(III)hydroksid (U(OH) 3) Uranylhydroksid (UO 2 (OH) 2) Diuransyre (H 2 U 2 O 7) Uran(III)jodid (UJ 3) Uran(IV)jodid (UJ 4) Uranylkarbonat (UO 2 CO 3) Uranmonoksid (UO) US UP Natriumdiuranat (Na 2 U 2 O 7) Natriumuranat (Na 2 UO 4) Uranylnitrat (UO 2 (NO 3) 2) Tetrauran-nonoksid (U 4 O 9) Uran(IV)oksid (UO 2) Uran(VI)-diuran(V)oksid (U 3 O 8) Uranperoksid (UO 4) Uran(IV)sulfat (U(SO 4) 2) Uranylsulfat (UO 2 SO 4) Pentauran tridecoxide (U 5 O 13) Urantrioksid (UO 3) Uransyre (H 2 UO 4) Uranylformiat (UO 2 (CHO 2) 2) Uran(III)fosfat (U 2 (PO 4) 3) Uran(III)fluorid (UF 3) Uran(IV)fluorid (UF 4) Uran(V)fluorid (UF 5) Uran(VI)fluorid (UF 6) Uranylfluorid (UO 2 F 2) Uran(III)klorid (UCl 3) Uran(IV)klorid (UCl 4) Uran(V)klorid (UCl 5) Uran(VI)klorid (UCl 6) Uranylklorid (UO 2 Cl 2)

I en melding fra den irakiske ambassadøren til FN Mohammed Ali al-Hakim datert 9. juli sies det at ISIS-ekstremister (Islamske staten Irak og Levanten) står til deres disposisjon. IAEA (International Atomic Energy Agency) skyndte seg å erklære at de kjernefysiske stoffene som tidligere ble brukt av Irak har lave giftige egenskaper, og derfor materialene beslaglagt av islamistene.

En amerikansk regjeringskilde som er kjent med situasjonen sa til Reuters at uranet som ble stjålet av militantene mest sannsynlig ikke var anriket og derfor usannsynlig å bli brukt til å lage atomvåpen. De irakiske myndighetene varslet offisielt FN om denne hendelsen og ba dem «forhindre trusselen om bruken», rapporterer RIA Novosti.

Uranforbindelser er ekstremt farlige. AiF.ru snakker om nøyaktig hva, samt hvem og hvordan som kan produsere kjernebrensel.

Hva er uran?

Uran er et kjemisk grunnstoff med atomnummer 92, et sølvhvitt skinnende metall, betegnet i det periodiske systemet med symbolet U. I sin rene form er det litt mykere enn stål, formbart, fleksibelt, funnet i jordskorpen (litosfæren) ) og i sjøvann, og i sin rene form forekommer det praktisk talt ikke. Kjernebrensel er laget av uranisotoper.

Uran er et tungt, sølvhvitt, skinnende metall. Foto: Commons.wikimedia.org / Den opprinnelige opplasteren var Zxctypo på en.wikipedia.

Radioaktivitet av uran

I 1938 den tyske fysikerne Otto Hahn og Fritz Strassmann bestrålt urankjernen med nøytroner og gjorde en oppdagelse: ved å fange et fritt nøytron deler uran-isotopkjernen seg og frigjør enorm energi på grunn av kinetisk energi til fragmenter og stråling. I 1939-1940 Yuliy Khariton Og Yakov Zeldovich for første gang teoretisk forklart at med en liten anrikning av naturlig uran med uran-235, er det mulig å skape forhold for kontinuerlig fisjon av atomkjerner, det vil si gi prosessen en kjedekarakter.

Hva er anriket uran?

Anriket uran er uran som er produsert ved hjelp av teknologisk prosess for å øke andelen av 235U isotopen i uran. Som et resultat deles naturlig uran inn i anriket uran og utarmet uran. Etter at 235U og 234U er utvunnet fra naturlig uran, kalles det gjenværende materialet (uran-238) "utarmet uran" fordi det er utarmet i 235-isotopen. Ifølge noen estimater lagrer USA rundt 560 000 tonn utarmet uranheksafluorid (UF6). Utarmet uran er halvparten så radioaktivt som naturlig uran, hovedsakelig på grunn av fjerning av 234U fra det. Fordi den primære bruken av uran er energiproduksjon, er utarmet uran et lavbruksprodukt med lav økonomisk verdi.

Innen kjernekraft brukes kun anriket uran. Den mest brukte isotopen av uran er 235U, der en selvopprettholdende kjernefysisk kjedereaksjon er mulig. Derfor brukes denne isotopen som brensel i atomreaktorer og atomvåpen. Isolering av U235-isotopen fra naturlig uran er en kompleks teknologi som ikke mange land kan implementere. Anrikning av uran tillater produksjon av atomvåpen - enfase- eller entrinns eksplosive enheter der hovedenergien kommer fra kjernefysisk reaksjon av tunge kjernefisjon for å danne lettere grunnstoffer.

Uran-233, kunstig produsert i reaktorer fra thorium (thorium-232 fanger et nøytron og blir til thorium-233, som forfaller til protactinium-233 og deretter til uran-233), kan i fremtiden bli et vanlig kjernebrensel for kjernekraft anlegg (allerede nå finnes det reaktorer som bruker denne nukliden som brensel, for eksempel KAMINI i India) og produksjon av atombomber (kritisk masse på ca. 16 kg).

Kjernen i et 30 mm kaliber prosjektil (GAU-8 pistol fra et A-10 fly) med en diameter på ca. 20 mm er laget av utarmet uran. Foto: Commons.wikimedia.org / Den opprinnelige opplasteren var Nrcprm2026 på en.wikipedia

Hvilke land produserer anriket uran?

• Frankrike
• Tyskland
• Holland
• England
• Japan
• Russland
• Kina
• Pakistan
• Brasil

10 land som produserer 94 % av verdens uranproduksjon. Foto: Commons.wikimedia.org / KarteUrangevinnung

Hvorfor er uranforbindelser farlige?

Uran og dets forbindelser er giftige. Aerosoler av uran og dets forbindelser er spesielt farlige. For aerosoler av vannløselige uranforbindelser er den maksimalt tillatte konsentrasjonen (MPC) i luften 0,015 mg/m³, for uløselige former av uran er MAC 0,075 mg/m³. Når uran kommer inn i kroppen, påvirker det alle organer, og er en generell cellulær gift. Uran, som mange andre tungmetaller, binder seg nesten irreversibelt til proteiner, først og fremst til sulfidgrupper av aminosyrer, og forstyrrer deres funksjon. Den molekylære virkningsmekanismen til uran er assosiert med dets evne til å undertrykke enzymaktivitet. Nyrene er først og fremst påvirket (protein og sukker vises i urinen, oliguri). Ved kronisk forgiftning er forstyrrelser av hematopoiesis og nervesystemet mulig.

Bruk av uran til fredelige formål

• Et lite tilskudd av uran gir glasset en vakker gulgrønn farge.
• Natriumuran brukes som gult pigment i maleri.
• Uranforbindelser ble brukt som maling for maling på porselen og til keramiske glasurer og emaljer (malt i farger: gul, brun, grønn og svart, avhengig av graden av oksidasjon).
• På begynnelsen av 1900-tallet ble uranylnitrat mye brukt for å fremheve negativer og farge (nyanse) positive (fotografiske utskrifter) brune.
• Legeringer av jern og utarmet uran (uran-238) brukes som kraftige magnetostriktive materialer.

En isotop er en rekke atomer av et kjemisk grunnstoff som har samme atomtall (ordnenummer), men forskjellige massetall.

Et element i gruppe III i det periodiske system, som tilhører aktinidene; tungt, lett radioaktivt metall. Thorium har en rekke applikasjoner der det noen ganger spiller en uerstattelig rolle. Plasseringen av dette metallet i det periodiske systemet av elementer og strukturen til kjernen bestemte bruken av det innen fredelig bruk av atomenergi.

*** Oliguria (fra gresk oligos - liten og ouron - urin) - en reduksjon i mengden urin som skilles ut av nyrene.

Kjernefysiske teknologier er i stor grad basert på bruk av radiokjemimetoder, som igjen er basert på de kjernefysiske, fysiske, kjemiske og giftige egenskapene til radioaktive grunnstoffer.

I dette kapittelet vil vi begrense oss til en kort beskrivelse av egenskapene til de viktigste spaltbare isotopene - uran og plutonium.

Uranus

Uranus ( uran) U - element av aktinidgruppen, 7-0. periode i det periodiske system, Z=92, atommasse 238.029; den tyngste som finnes i naturen.

Det er 25 kjente isotoper av uran, alle radioaktive. Det letteste 217U (Tj/ 2 =26 ms), den tyngste 2 4 2 U (7 T J / 2 =i6,8 min). Det er 6 nukleære isomerer. Naturlig uran inneholder tre radioaktive isotoper: 2 8 og (99, 2 739 %, Ti/ 2 = 4,47109 l), 2 35 U (0,7205 %, G, / 2 = 7,04-109 år) og 2 34 U ( 0,0056 %, Ti/ 2=2,48-yuz l). Den spesifikke radioaktiviteten til naturlig uran er 2,48104 Bq, delt nesten i to mellom 2 34 U og 288 U; 2 35U gir et lite bidrag (den spesifikke aktiviteten til 2 zi-isotopen i naturlig uran er 21 ganger mindre enn aktiviteten til 2 3 8 U). Termisk nøytronfangst-tverrsnitt er 46, 98 og 2,7 barn for henholdsvis 2 zzi, 2 35U og 2 3 8 U; avdeling seksjon 527 og 584 låve for 2 zzi og 2 z 8 og hhv; naturlig blanding av isotoper (0,7% 235U) 4,2 barn.

Bord 1. Kjernefysiske egenskaper 2 h9 Ri og 2 35Ts.

Bord 2. Nøytronfangst 2 35Ts og 2 z 8 C.

Seks isotoper av uran er i stand til spontan fisjon: 282 U, 2 zzi, 234 U, 235 U, 2 z 6 i og 2 z 8 i. De naturlige isotopene 2 33 og 2 35 U fisjon under påvirkning av både termiske og raske nøytroner, og 2 3 8 kjerner er kun i stand til fisjon når de fanger opp nøytroner med en energi på mer enn 1,1 MeV. Når nøytroner fanges med lavere energi, transformeres 288 U-kjernene først til 2 -i9U-kjerner, som deretter gjennomgår p-forfall og transformeres først til 2 -"*9Np, og deretter til 2 39Pu. De effektive tverrsnittene for fangst av termisk nøytroner på 2 34U, 2 kjerner 35U og 2 3 8 og er lik henholdsvis 98, 683 og 2,7 barn. Fullstendig fisjon av 2 35 U fører til en "termisk energiekvivalent" på 2-107 kWh/kg. Isotopene 2 35 U og 2 zzi brukes som kjernebrensel, i stand til å støtte fisjonskjedereaksjon.

Atomreaktorer produserer n kunstige isotoper av uran med massetall 227-^240, hvorav den lengstlevende er 233U (7 V2 = i.62 *io 5 år); det oppnås ved nøytronbestråling av thorium. I de superkraftige nøytronstrømmene til en termonukleær eksplosjon, blir uranisotoper med massetall på 239^257 født.

Uran-232- teknogen nuklid, a-emitter, T x / 2=68,9 år, foreldreisotoper 2 h 6 Pu(a), 23 2 Np(p*) og 23 2 Ra(p), datternuklid 228 Th. Intensiteten av spontan fisjon er 0,47 divisjoner/s kg.

Uran-232 dannes som et resultat av følgende forfall:

P + -nedbrytning av nuklid *3 a Np (Ti/ 2 = 14,7 min):

I kjernefysisk industri produseres 2 3 2 U som et biprodukt under syntesen av den fissile (våpenkvalitet) nukliden 2 zi i thoriumbrenselsyklusen. Når 2 3 2 Th blir bestrålt med nøytroner, skjer hovedreaksjonen:

og en to-trinns sidereaksjon:

Produksjonen av 232 U fra thorium skjer kun med raske nøytroner (E>6 MeV). Hvis utgangsstoffet inneholder 2 3°TH, så kompletteres dannelsen av 2 3 2 U av reaksjonen: 2 3°TH + u-> 2 3'TH. Denne reaksjonen skjer ved bruk av termiske nøytroner. Generering av 2 3 2 U er uønsket av en rekke årsaker. Det undertrykkes ved å bruke thorium med en minimumskonsentrasjon på 2 3°TH.

Forfallet på 2 × 2 skjer i følgende retninger:

Et forfall i 228 Th (sannsynlighet 10 %, forfallsenergi 5,414 MeV):

energien til utsendte alfapartikler er 5,263 MeV (i 31,6 % av tilfellene) og 5,320 MeV (i 68,2 % av tilfellene).

• - spontan fisjon (sannsynlighet mindre enn ~ 12%);
• - klyngeforfall med dannelse av nuklid 28 Mg (sannsynlighet for forfall mindre enn 5*10" 12%):

Klyngeforfall med dannelse av nuklid 2

Uranium-232 er grunnleggeren av en lang forfallskjede, som inkluderer nuklider - emittere av harde y-kvanter:

^U-(3,64 dager, a,y)-> 220 Rn-> (55,6 s, a)-> 21b Po->(0,155 s, a)-> 212 Pb->(10,64 timer , p, y) - > 212 Bi -> (60,6 m, p, y) -> 212 Po a, y) -> 208x1, 212 Po -> (3 "Yu' 7 s, a) -> 2o8 Pb (stikk), 2o8 T1- >(3,06 m, p, y-> 2o8 Pb.

Akkumuleringen av 2 3 2 U er uunngåelig under produksjonen av 2 zi i thoriumenergisyklusen. Intens y-stråling som oppstår fra nedbrytning av 2 3 2 U hindrer utviklingen av thoriumenergi. Det som er uvanlig er at den jevne isotopen 2 3 2 11 har et høyt fisjonstverrsnitt under påvirkning av nøytroner (75 fjøs for termiske nøytroner), samt et høyt nøytronfangstverrsnitt - 73 fjøs. 2 3 2 U brukes i den radioaktive sporstoffmetoden i kjemisk forskning.

2 h 2 og er grunnleggeren av en lang forfallskjede (i henhold til 2 h 2 T-skjemaet), som inkluderer nuklidemittere av harde y-kvanter. Akkumuleringen av 2 3 2 U er uunngåelig under produksjonen av 2 zi i thoriumenergisyklusen. Intens y-stråling som oppstår fra nedbrytningen av 232 U hindrer utviklingen av thoriumenergi. Det som er uvanlig er at den jevne isotopen 2 3 2 U har et høyt fisjonstverrsnitt under påvirkning av nøytroner (75 fjøs for termiske nøytroner), samt et høyt nøytronfangstverrsnitt - 73 fjøs. 2 3 2 U brukes ofte i den radioaktive sporstoffmetoden i kjemisk og fysisk forskning.

Uran-233- menneskeskapt radionuklid, a-emitter (energi 4.824 (82.7%) og 4.783 MeV (14.9%)), Tvi= 1,585105 år, modernuklider 2 37Pu(a)-? 2 33Np(p +)-> 2 ззРа(р), datter nuklid 22 9Th. 2 zzi oppnås i atomreaktorer fra thorium: 2 z 2 Th fanger et nøytron og blir til 2 zzT, som henfaller til 2 zzRa, og deretter til 2 zzi. Kjernene til 2 zi (odde isotop) er i stand til både spontan fisjon og fisjon under påvirkning av nøytroner av enhver energi, noe som gjør den egnet for produksjon av både atomvåpen og reaktorbrensel. Effektivt fisjonstverrsnitt er 533 barn, fangstverrsnitt er 52 barn, nøytronutbytte: per fisjonshendelse - 2,54, per absorbert nøytron - 2,31. Den kritiske massen på 2 zzi er tre ganger mindre enn den kritiske massen på 2 35U (-16 kg). Intensiteten av spontan fisjon er 720 divisjoner/s kg.

Uran-233 dannes som et resultat av følgende forfall:

- (3 + -nedbrytning av nuklid 2 33Np (7^=36,2 min):

I industriell skala oppnås 2 zi fra 2 32Th ved bestråling med nøytroner:

Når et nøytron absorberes, deler 2 zzi-kjernen seg vanligvis, men fanger av og til et nøytron og blir til 2 34U. Selv om 2 zzi vanligvis deler seg etter å ha absorbert et nøytron, beholder det noen ganger et nøytron, og blir til 2 34U. Produksjonen av 2 zirer utføres i både hurtige og termiske reaktorer.

Fra et våpensynspunkt er 2 ZZI sammenlignbar med 2 39Pu: radioaktiviteten er 1/7 av aktiviteten til 2 39Pu (Ti/ 2 = 159200 liter mot 24100 liter for Pu), den kritiske massen på 2 zi er 60 % høyere enn den for ^Pu (16 kg mot 10 kg), og hastigheten for spontan fisjon er 20 ganger høyere (bth - ' kontra 310 10). Nøytronfluksen fra 2 zzi er tre ganger høyere enn for 2 39Pi. Å lage en atomladning basert på 2 zi krever mer innsats enn på ^Pi. Hovedhindringen er tilstedeværelsen av 232 U-urenheter i 2ZZI, hvis y-stråling av forfallsprosjekter gjør det vanskelig å jobbe med 2ZZI og gjør det enkelt å oppdage ferdige våpen. I tillegg gjør den korte halveringstiden på 2 3 2 U den til en aktiv kilde til alfapartikler. 2 zi med 1 % 232 og har tre ganger sterkere a-aktivitet enn plutonium av våpenkvalitet og følgelig større radiotoksisitet. Denne a-aktiviteten forårsaker dannelsen av nøytroner i de lette elementene i våpenladningen. For å minimere dette problemet, bør tilstedeværelsen av elementer som Be, B, F, Li være minimal. Tilstedeværelsen av en nøytronbakgrunn påvirker ikke driften av implosjonssystemer, men kanonkretser krever et høyt nivå av renhet for lette elementer. Innholdet av 23 2 U i zis av våpengrad 2 bør ikke overstige 5 deler per million (0,0005 % ) I brenselet til termiske kraftreaktorer er tilstedeværelsen av 2 3G ikke skadelig, og til og med ønskelig, fordi det reduserer muligheten for å bruke uran til våpenformål. Etter reprosessering av brukt brensel og gjenbruk av brensel når 232U-innholdet ca 0,2 %.

Forfallet av 2 zi skjer i følgende retninger:

Et forfall i 22 9Th (sannsynlighet 10 %, forfallsenergi 4,909 MeV):

energien til utsendte yahr-partikler er 4,729 MeV (i 1,61 % av tilfellene), 4,784 MeV (i 13,2 % av tilfellene) og 4,824 MeV (i 84,4 % av tilfellene).

• - spontan deling (sannsynlighet
• - klyngeforfall med dannelse av nuklid 28 Mg (nedbrytningssannsynlighet mindre enn 1,3*10_13%):

Klyngeforfall med dannelsen av nuklidet 24 Ne (forfallssannsynlighet 7,3-10-“%):

Forfallskjeden på 2 zzi tilhører neptunium-serien.

Den spesifikke radioaktiviteten til 2 zi er 3,57-8 Bq/g, som tilsvarer a-aktivitet (og radiotoksisitet) på -15 % av plutonium. Bare 1 % 2 3 2 U øker radioaktiviteten til 212 mCi/g.

Uran-234(Uranus II, UII) del av naturlig uran (0,0055%), 2,445105 år, a-emitter (energi av a-partikler 4,777 (72%) og

4,723 (28%) MeV), moderradionuklider: 2 timer 8 Pu(a), 234 Pa(P), 234 Np(p+),

datter isotop i 2 z”th.

Typisk er 234 U i likevekt med 2 t 8 u, forfaller og dannes med samme hastighet. Omtrent halvparten av radioaktiviteten til naturlig uran kommer fra 234U. Vanligvis oppnås 234U ved ionebyttekromatografi av gamle preparater av rene 2 × 8 Pu. Under a-forfall gir *zRi 2 34U, så gamle preparater på 2 h 8 Ru er gode kilder til 2 34U. yuo g 238Pi inneholder etter et år 776 mg 2 34U, etter 3 år

2,2 g 2 34U. Konsentrasjonen av 2 34U i høyt anriket uran er ganske høy på grunn av preferanseanrikning med lette isotoper. Siden 2 34u er en sterk y-emitter, er det restriksjoner på konsentrasjonen i uran beregnet på prosessering til drivstoff. Økte nivåer av 234i er akseptable for reaktorer, men reprosessert brukt brensel inneholder allerede uakseptable nivåer av denne isotopen.

Forfall av 234i skjer i følgende retninger:

A-forfall ved 2 3°Т (sannsynlighet 100 %, forfallsenergi 4,857 MeV):

energien til utsendte alfapartikler er 4,722 MeV (i 28,4 % av tilfellene) og 4,775 MeV (i 71,4 % av tilfellene).

• - spontan deling (sannsynlighet 1,73-10-9%).
• - klyngeforfall med dannelse av nuklid 28 Mg (sannsynlighet for forfall 1,4-10%, ifølge andre data 3,9-10%):

• - klyngeforfall med dannelse av nuklider 2 4Ne og 26 Ne (forfallssannsynlighet 9-10", 2%, ifølge andre data 2,3-10_11%):

Den eneste kjente isomeren er 2 34ti (Tx/ 2 = 33,5 μs).

Absorpsjonstverrsnittet av 2 34U termiske nøytroner er 100 barn, og for resonansintegralen gjennomsnittlig over ulike mellomliggende nøytroner er det 700 barn. Derfor blir det i termiske nøytronreaktorer omdannet til spaltbart 235U med en raskere hastighet enn den mye større mengden 238U (med et tverrsnitt på 2,7 barn) omdannes til 2 39Ru. Som et resultat inneholder brukt brensel mindre 2 34U enn ferskt brensel.

Uran-235 tilhører 4P+3-familien, i stand til å produsere en fisjonskjedereaksjon. Dette er den første isotopen der reaksjonen av tvungen kjernefysisk fisjon under påvirkning av nøytroner ble oppdaget. Ved å absorbere et nøytron blir 235U 2 zbi, som er delt i to deler, frigjør energi og sender ut flere nøytroner. Spaltbar av nøytroner av enhver energi og i stand til spontan fisjon, er isotopen 2 35U en del av naturlig ufan (0,72%), en a-emitter (energier 4,397 (57%) og 4,367 (18%) MeV), Ti/j=7,038-8 år, modernuklider 2 35Pa, 2 35Np og 2 39Pu, datter - 23Th. Spontan fisjonshastighet 2 3su 0,16 fisjon/s kg. Når én 2 35U kjernefisjonering frigjøres 200 MeV energi = 3.210 p J, dvs. 18 TJ/mol=77 TJ/kg. Tverrsnittet av fisjon av termiske nøytroner er 545 fjøs, og ved raske nøytroner - 1,22 fjøs, nøytronutbytte: per fisjonshandling - 2,5, per absorbert nøytron - 2,08.

Kommentar. Tverrsnittet for langsom nøytronfangst for å produsere isotopen 2 sii (oo barn), slik at det totale tverrsnittet for sakte nøytronabsorpsjon er 645 barn.

• - spontan fisjon (sannsynlighet 7*10~9%);
• - klyngeforfall med dannelse av nuklider 2 °Ne, 2 5Ne og 28 Mg (sannsynlighetene er henholdsvis 8-io_10%, 8-kg 10%, 8*10",0%):

Ris. 1.

Den eneste kjente isomeren er 2 35n»u (7/ 2 = 2b min).

Spesifikk aktivitet 2 35C 7,77-4 Bq/g. Den kritiske massen av våpenkvalitetsuran (93,5% 2 35U) for en ball med reflektor er 15-7-23 kg.

Fission 2 » 5U brukes i atomvåpen, til energiproduksjon og til syntese av viktige aktinider. Kjedereaksjonen opprettholdes av overskuddet av nøytroner som produseres under fisjon av 2 35C.

Uran-236 finnes naturlig på jorden i spormengder (det er mer av det på månen), a-emitter (?

Ris. 2. Radioaktiv familie 4/7+2 (inkludert -з 8 и).

I en atomreaktor absorberer 2 sz et termisk nøytron, hvoretter det spalter med en sannsynlighet på 82 %, og med en sannsynlighet på 18 % avgir det et y-kvante og blir til 2 sb og (for 100 spaltede kjerner 2 35U der er 22 dannede kjerner 2 3 6 U) . I små mengder er det en del av ferskt drivstoff; akkumuleres når uran bestråles med nøytroner i en reaktor, og brukes derfor som "signalanordning" for brukt kjernebrensel. 2 hb og dannes som et biprodukt under separasjon av isotoper ved gassdiffusjon under regenerering av brukt kjernebrensel. 236 U er en nøytrongift dannet i en kraftreaktor; dens tilstedeværelse i kjernebrensel kompenseres for av et høyt anrikningsnivå 2 35 U.

2 z b og brukes som sporstoff for blanding av havvann.

Uran-237,T&= 6,75 dager, beta- og gamma-emitter, kan oppnås fra kjernefysiske reaksjoner:

Deteksjon 287 og utført i tråd med Ey= o,ob MeV (36%), 0,114 MeV (0,06%), 0,165 MeV (2,0%), 0,208 MeV (23%)

237U brukes i radiotracer-metoden i kjemisk forskning. Måling av konsentrasjonen (2-4°Am) i nedfall fra atomvåpenprøver gir verdifull informasjon om typen ladning og utstyret som brukes.

Uran-238- tilhører 4P+2-familien, er spaltbar av høyenerginøytroner (mer enn 1,1 MeV), i stand til spontan fisjon, danner grunnlaget for naturlig uran (99,27%), a-emitter, 7’; /2=4>468-109 år, henfaller direkte til 2 34Th, danner en rekke genetisk beslektede radionuklider, og blir etter 18 produkter til 206 Рb. Pure 2 3 8 U har en spesifikk radioaktivitet på 1,22-104 Bq. Halveringstiden er veldig lang - ca 10 16 år, så sannsynligheten for fisjon i forhold til hovedprosessen - utslippet av en alfapartikkel - er bare 10" 7. Ett kilo uran gir kun 10 spontane fisjoninger i sekundet, og i løpet av samme tid sender alfapartikler ut 20 millioner kjerner.Modernuklider: 2 4 2 Pu(a), *38ra(p-) 234Th, datter T,/ 2 = 2 :Jeg 4 Th.

Uran-238 dannes som et resultat av følgende forfall:

2 (V0 4) 2 ] 8H 2 0. Blant sekundærmineralene er hydratisert kalsiumuranylfosfat Ca(U0 2) 2 (P0 4) 2 -8H 2 0. Ofte er uran i mineraler ledsaget av andre nyttige elementer - titan. , tantal, sjeldne jordarter. Derfor er det naturlig å tilstrebe kompleks bearbeiding av uranholdige malmer.

Grunnleggende fysiske egenskaper av uran: atommasse 238,0289 amu. (g/mol); atomradius 138 pm (1 pm = 12 m); ioniseringsenergi (første elektron 7,11 eV; elektronisk konfigurasjon -5f36d‘7s 2; oksidasjonstilstander 6, 5, 4, 3; GP l = 113 2, 2 °; T t 1=3818°; tetthet 19,05; spesifikk varmekapasitet 0,115 JDKmol); strekkfasthet 450 MPa, smeltevarme 12,6 kJ/mol, fordampningsvarme 417 kJ/mol, spesifikk varme 0,115 J/(mol-K); molvolum 12,5 cm3/mol; karakteristikk Debye temperatur © D =200K, temperatur for overgang til superledende tilstand ca.68K.

Uran er et tungt, sølvhvitt, skinnende metall. Den er litt mykere enn stål, formbar, fleksibel, har små paramagnetiske egenskaper og er pyrofor i pulverform. Uran har tre allotropiske former: alfa (ortorombisk, a-U, gitterparametere 0=285, b= 587, c=49b pm, stabil opp til 667,7°), beta (tetragonal, p-U, stabil fra 667,7 til 774,8°), gamma (med et kubisk kroppssentrert gitter, y-U, eksisterende fra 774,8° til smeltepunkter, frm= ii34 0), hvor uran er mest formbart og praktisk for prosessering.

Ved romtemperatur er den ortorhombiske a-fasen stabil; den prismatiske strukturen består av bølgete atomlag parallelt med planet ABC, i et ekstremt asymmetrisk prismatisk gitter. Innenfor lag er atomer tett forbundet, mens styrken på bindinger mellom atomer i tilstøtende lag er mye svakere (Figur 4). Denne anisotrope strukturen gjør det vanskelig å legere uran med andre metaller. Bare molybden og niob lager fastfaselegeringer med uran. Imidlertid kan uranmetall samhandle med mange legeringer og danne intermetalliske forbindelser.

I området 668^775° er det (3-uran. Den tetragonale typen gitter har en lagdelt struktur med lag parallelt med planet ab i posisjonene 1/4С, 1/2 Med og 3/4C av enhetscellen. Ved temperaturer over 775° dannes y-uran med et kroppssentrert kubisk gitter. Tilsetningen av molybden gjør at y-fasen kan være tilstede ved romtemperatur. Molybden danner et bredt spekter av faste løsninger med y-uran og stabiliserer y-fasen ved romtemperatur. y-uran er mye mykere og mer formbart enn de sprø a- og (3-fasene.

Nøytronbestråling har en betydelig innvirkning på de fysiske og mekaniske egenskapene til uran, noe som forårsaker en økning i størrelsen på prøven, en endring i form, samt en kraftig forringelse av de mekaniske egenskapene (krypning, sprøhet) til uranblokker under drift av en atomreaktor. Økningen i volum skyldes akkumulering i uran under fisjon av urenheter av grunnstoffer med lavere tetthet (oversettelse 1% uran til fragmenteringselementer øker volumet med 3,4 %).

Ris. 4. Noen krystallstrukturer av uran: a - a-uran, b - p-uran.

De vanligste metodene for å oppnå uran i metallisk tilstand er reduksjon av deres fluorider med alkali- eller jordalkalimetaller eller elektrolyse av smeltede salter. Uran kan også oppnås ved metallotermisk reduksjon fra karbider med wolfram eller tantal.

Evnen til lett å gi fra seg elektroner bestemmer de reduserende egenskapene til uran og dets større kjemiske aktivitet. Uran kan samhandle med nesten alle grunnstoffer bortsett fra edelgasser, og får oksidasjonstilstander +2, +3, +4, +5, +6. I løsning er hovedvalensen 6+.

Metallisk uran oksiderer raskt i luft og er dekket med en iriserende film av oksid. Fint uranpulver antennes spontant i luft (ved temperaturer på 1504-175°), danner og;) Ov. Ved 1000° kombineres uran med nitrogen og danner gult urannitrid. Vann kan reagere med metall, sakte ved lave temperaturer og raskt ved høye temperaturer. Uran reagerer voldsomt med kokende vann og damp for å frigjøre hydrogen, som danner et hydrid med uran

Denne reaksjonen er mer energisk enn forbrenning av uran i oksygen. Denne kjemiske aktiviteten til uran gjør det nødvendig å beskytte uran i atomreaktorer fra kontakt med vann.

Uran løses opp i saltsyre, salpetersyre og andre syrer og danner U(IV)-salter, men interagerer ikke med alkalier. Uran fortrenger hydrogen fra uorganiske syrer og saltløsninger av metaller som kvikksølv, sølv, kobber, tinn, platina og gull. Når de ristes kraftig, begynner metallpartiklene av uran å gløde.

De strukturelle egenskapene til elektronskallene til uranatomet (tilstedeværelsen av ^/-elektroner) og noen av dets fysisk-kjemiske egenskaper tjener som grunnlag for å klassifisere uran som et medlem av aktinidserien. Det er imidlertid en kjemisk analogi mellom uran og Cr, Mo og W. Uran er svært reaktivt og reagerer med alle grunnstoffer unntatt edelgasser. I fast fase er eksempler på U(VI) uranyltrioksid U0 3 og uranylklorid U0 2 C1 2. Urantetraklorid UC1 4 og urandioksyd U0 2

Eksempler på U(IV). Stoffer som inneholder U(IV) er vanligvis ustabile og blir seksverdige når de utsettes for luft i lang tid.

Seks oksider er installert i uran-oksygensystemet: UO, U0 2, U 4 0 9 og 3 Ov, U0 3. De er preget av et bredt spekter av homogenitet. U0 2 er et basisk oksid, mens U0 3 er amfotert. U0 3 - interagerer med vann og danner en rekke hydrater, hvorav de viktigste er diuransyre H 2 U 2 0 7 og uransyre H 2 1U 4. Med alkalier danner U0 3 salter av disse syrene - uranater. Når U0 3 er oppløst i syrer, dannes det salter av det dobbeltladede uranylkation U0 2 a+.

Urandioksyd, U0 2, med støkiometrisk sammensetning er brunt. Når oksygeninnholdet i oksidet øker, endres fargen fra mørkebrun til svart. Krystallstruktur av CaF 2-typen, EN = 0,547 nm; tetthet 10,96 g/cm"* (den høyeste tettheten blant uranoksider). T , pl =2875 0, Tk „ = 3450°, D#°298 = -1084,5 kJ/mol. Urandioksid er en halvleder med hullledningsevne og en sterk paramagnetisk. MPC = o,015 mg/m3. Uløselig i vann. Ved en temperatur på -200° tilfører den oksygen, og når sammensetningen U02>25.

Uran (IV) oksid kan fremstilles ved følgende reaksjoner:

Urandioksyd viser bare basiske egenskaper, det tilsvarer det basiske hydroksydet U(OH) 4, som deretter omdannes til hydratisert hydroksyd U0 2 H 2 0. Urandioksyd oppløses sakte i sterke ikke-oksiderende syrer i fravær av atmosfærisk oksygen med dannelse av III + ioner:

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

Det er løselig i konsentrerte syrer, og oppløsningshastigheten kan økes betydelig ved å tilsette fluorion.

Når det er oppløst i salpetersyre, oppstår dannelsen av uranylion 1O 2 2+:

Triuran oktaoksid U 3 0s (uran oksid) er et pulver hvis farge varierer fra svart til mørkegrønn; når den er sterkt knust, blir den olivengrønn i fargen. Store svarte krystaller etterlater grønne striper på porselenet. Tre krystallmodifikasjoner av U30 er kjent h: a-U3C>8 - rombisk krystallstruktur (romgruppe C222; 0 = 0,671 nm; 6 = 1,197 nm; c = 0,83 nm; d = 0,839 nm); p-U 3 0e - rombisk krystallstruktur (romgruppe Stst; 0=0,705 nm; 6=1,172 nm; 0=0,829 nm. Begynnelsen av dekomponering er oooo° (overganger til 100 2), MPC = 0,075 mg/m3.

U3C>8 kan oppnås ved reaksjonen:

Ved kalsinering U0 2, U0 2 (N0 3) 2, U0 2 C 2 0 4 3H 2 0, U0 4 -2H 2 0 eller (NH 4) 2 U 2 0 7 ved 750 0 i luft eller i oksygenatmosfære ( p = 150+750 mmHg) oppnå støkiometrisk ren U 3 08.

Når U 3 0s kalsineres ved T>oooo° reduseres den til 10 2 , men ved avkjøling i luft går den tilbake til U 3 0s. U 3 0e løses kun i konsentrerte sterke syrer. I saltsyre og svovelsyre dannes en blanding av U(IV) og U(VI), og i salpetersyre - uranylnitrat. Fortynnede svovelsyrer og saltsyrer reagerer svært svakt med U 3 Os selv ved oppvarming; tilsetning av oksidasjonsmidler (salpetersyre, pyrolusitt) øker oppløsningshastigheten kraftig. Konsentrert H2S04 løser U3Os for å danne U(S04)2 og U02S04. Salpetersyre løser opp U 3 Oe og danner uranylnitrat.

Urantrioksid, U0 3 - en krystallinsk eller amorf substans med lys gul farge. Reagerer med vann. MPC = 0,075 mg/m3.

Det oppnås ved å kalsinere ammoniumpolyuranater, uraniumperoksid, uranyloksalat ved 300-500° og uranylnitratheksahydrat. Dette produserer et oransje pulver med en amorf struktur med en tetthet

6,8 g/cmz. Den krystallinske formen av IU 3 kan oppnås ved oksidasjon av U 3 0 8 ved temperaturer på 450°h-750°C i en strøm av oksygen. Det er seks krystallinske modifikasjoner av U0 3 (a, (3, y> §> ?, n) - U0 3 er hygroskopisk og blir i fuktig luft til uranylhydroksid. Dens oppvarming ved 520°-^6oo° gir en sammensetningsforbindelse 1U 2>9, videre oppvarming til 6oo° gjør at man kan oppnå U 3 Os.

Hydrogen, ammoniakk, karbon, alkali og jordalkalimetaller reduserer U0 3 til U0 2. Ved passering av en blanding av gasser HF og NH 3 dannes UF 4. Ved høyere valens viser uran amfotere egenskaper. Ved eksponering for syrer U0 3 eller dets hydrater, dannes uranylsalter (U0 2 2+), farget gulgrønt:

De fleste uranylsalter er svært løselige i vann.

Når smeltet sammen med alkalier, danner U0 3 uransyresalter - MDKH-uranater:

Med alkaliske løsninger danner urantrioksid salter av polyuransyrer - polyuranater DHM 2 0y1U 3 pH^O.

Uransyresalter er praktisk talt uløselige i vann.

De sure egenskapene til U(VI) er mindre uttalte enn de basiske.

Uran reagerer med fluor ved romtemperatur. Stabiliteten til høyere halogenider avtar fra fluorider til jodider. Fluoridene UF 3, U4F17, U2F9 og UF 4 er ikke-flyktige, og UFe er flyktige. De viktigste fluorstoffene er UF 4 og UFe.

Ftppippiyanir okgilya t"yanya ppptrkart i henhold til praksis:

Reaksjonen i et fluidisert sjikt utføres i henhold til ligningen:

Det er mulig å bruke fluoreringsmidler: BrF 3, CC1 3 F (Freon-11) eller CC1 2 F 2 (Freon-12):

Uranfluorid (1U) UF 4 ("grønt salt") er et blågrønnaktig til smaragdfarget pulver. G 11L = yuz6°; Гк,«,.=-1730°. DN° 29 8 = 1856 kJ/mol. Krystallstrukturen er monoklin (sp. gp. C2/s; 0=1,273 nm; 5=1,075 nm; 0=0,843 nm; d= 6,7 nm; p=12b°20"; tetthet 6,72 g/cm3. UF 4 er en stabil, inaktiv, ikke-flyktig forbindelse, lite løselig i vann. Det beste løsningsmidlet for UF 4 er rykende perklorsyre HC10 4. Løses opp i oksiderende syrer for å danne et uranylsalt; løses raskt i en varm løsning av Al(N0 3) 3 eller AlCl 3, samt i en løsning av borsyre surgjort med H 2 S0 4, HC10 4 eller HC1. Kompleksdannende midler som binder fluorioner, f. for eksempel Fe3 +, Al3 + eller borsyre, bidrar også til oppløsningen av UF 4. Med fluorider av andre metaller danner det en rekke dårlig løselige dobbeltsalter (MeUFe, Me 2 UF6, Me 3 UF 7, etc.). NH 4 UF 5 er av industriell betydning.

U(IV)fluorid er et mellomprodukt i preparatet

både UF6 og uranmetall.

UF 4 kan oppnås ved reaksjoner:

eller ved elektrolytisk reduksjon av uranylfluorid.

Uranheksafluorid UFe - ved romtemperatur, elfenbensfargede krystaller med høy brytningsindeks. Tetthet

5,09 g/cmz, tetthet av flytende UFe - 3,63 g/cmz. Flyktig forbindelse. Tvoag = 5^>5°> Gil=b4,5° (under trykk). Det mettede damptrykket når atmosfæren ved 560°. Entalpi av formasjonen AH° 29 8 = -211b kJ/mol. Krystallstrukturen er ortorombisk (romgruppe. Rpt; 0=0,999 nm; fe= 0,8962 nm; c=o,5207 nm; d 5.060 nm (25 0). MPC - 0,015 mg/m3. Fra fast tilstand kan UF6 sublimere (sublimere) til en gass ved å omgå væskefasen over et bredt trykkområde. Sublimasjonsvarme ved 50 0 50 kJ/mg. Molekylet har ikke noe dipolmoment, så UF6 assosieres ikke. UFr-damp er en ideell gass.

Det oppnås ved virkningen av fluor på U-forbindelsen:

I tillegg til gassfasereaksjoner er det også væskefasereaksjoner

produsere UF6 ved å bruke halofluorider, for eksempel

Det er en måte å oppnå UF6 uten bruk av fluor - ved oksidasjon av UF 4:

UFe reagerer ikke med tørr luft, oksygen, nitrogen og C0 2, men ved kontakt med vann, selv spor av det, gjennomgår det hydrolyse:

Det samhandler med de fleste metaller og danner deres fluorider, noe som kompliserer metodene for lagring. Egnede karmaterialer for arbeid med UF6 er: ved oppvarming, Ni, Monel og Pt, i kulde - også Teflon, absolutt tørr kvarts og glass, kobber og aluminium. Ved temperaturer på 25-0°C danner det komplekse forbindelser med fluorider av alkalimetaller og sølv av typen 3NaFUFr>, 3KF2UF6.

Det løser seg godt i ulike organiske væsker, uorganiske syrer og alle halofluorider. Inert til tørk 0 2, N 2, C0 2, C1 2, Br 2. UFr er preget av reduksjonsreaksjoner med de fleste rene metaller. UF6 reagerer kraftig med hydrokarboner og andre organiske stoffer, slik at lukkede beholdere med UFe kan eksplodere. UF6 i området 25 -r100° danner komplekse salter med fluorider av alkalier og andre metaller. Denne egenskapen brukes i teknologi for selektiv utvinning av UF

Uranhydrider UH 2 og UH 3 inntar en mellomposisjon mellom saltlignende hydrider og hydrider av typen faste løsninger av hydrogen i metallet.

Når uran reagerer med nitrogen, dannes nitrider. Det er fire kjente faser i U-N-systemet: UN (urannitrid), a-U 2 N 3 (seskvinitrid), p- U 2 N 3 og FN If90. Det er ikke mulig å oppnå sammensetningen UN 2 (dinitrid). Synteser av uranmononitride FN er pålitelige og godt kontrollerte, som best utføres direkte fra elementene. Urannitrider er pulveraktige stoffer, hvis farge varierer fra mørkegrå til grå; ser ut som metall. UN har en kubisk ansiktssentrert krystallstruktur, som NaCl (0 = 4,8892 A); (/=14.324, 7^=2855°, stabil i vakuum opp til 1700 0. Den fremstilles ved å reagere U- eller U-hydrid med N 2 eller NH 3 , dekomponering av høyere U-nitrider ved 1300° eller deres reduksjon med uranmetall. U 2 N 3 er kjent i to polymorfe modifikasjoner: kubisk a og heksagonal p (0 = 0,3688 nm, 6 = 0,5839 nm), frigjør N 2 i et vakuum over 8oo°. Det oppnås ved å redusere UN 2 med hydrogen. UN2-dinitrid syntetiseres ved å reagere U med N2 under høyt N2-trykk. Urannitrider er lett løselige i syrer og alkaliløsninger, men dekomponeres av smeltede alkalier.

Urannitrid oppnås ved to-trinns karbotermisk reduksjon av uranoksid:

Oppvarming i argon ved 7M450 0 i 10*20 timer

Urannitrid med en sammensetning nær dinitrid, UN 2, kan oppnås ved å eksponere UF 4 for ammoniakk ved høy temperatur og trykk.

Uran dinitrid brytes ned ved oppvarming:

Urannitrid, anriket med 2 35 U, har høyere fisjonstetthet, varmeledningsevne og smeltepunkt enn uranoksider – det tradisjonelle drivstoffet til moderne kraftreaktorer. Den har også gode mekaniske egenskaper og stabilitet overlegen tradisjonelle drivstoff. Derfor anses denne forbindelsen som et lovende grunnlag for kjernebrensel i raske nøytronreaktorer (generasjon IV kjernefysiske reaktorer).

Kommentar. Det er veldig nyttig å berike FN med '5N, fordi .4 N har en tendens til å fange nøytroner, og genererer den radioaktive isotopen 14 C gjennom (n,p)-reaksjonen.

Urankarbid UC 2 (?-fase) er en lysegrå krystallinsk substans med metallisk glans. I U-C-systemet (urankarbider) er det UC 2 (?-fase), UC 2 (b 2-fase), U 2 C 3 (e-fase), UC (b 2-fase) - urankarbider. Urandikarbid UC 2 kan oppnås ved reaksjonene:

U + 2C^UC 2 (54v)

Urankarbider brukes som drivstoff for atomreaktorer; de er lovende som drivstoff for romrakettmotorer.

Uranylnitrat, uranylnitrat, U0 2 (N0 3) 2 -6H 2 0. Rollen til metallet i dette saltet spilles av uranyl 2+ kation. Gule krystaller med en grønnaktig fargetone, lett løselig i vann. En vandig løsning er sur. Løselig i etanol, aceton og eter, uløselig i benzen, toluen og kloroform. Ved oppvarming smelter krystallene og frigjør HN0 3 og H 2 0. Krystallinsk hydrat fordampes lett i luft. En karakteristisk reaksjon er at det under påvirkning av NH 3 dannes et gult bunnfall av ammoniumuran.

Uran er i stand til å danne metallorganiske forbindelser. Eksempler er cyklopentadienylderivater med sammensetningen U(C 5H 5) 4 og deres halogensubstituerte u(C 5 H 5) 3 G eller u(C 5 H 5) 2 G 2.

I vandige løsninger er uran mest stabil i oksidasjonstilstanden U(VI) i form av uranylionet U0 2 2+. I mindre grad er det preget av U(IV)-tilstanden, men det kan til og med forekomme i U(III)-form. Oksydasjonstilstanden til U(V) kan eksistere som IO2+-ionet, men denne tilstanden observeres sjelden på grunn av dens tendens til disproporsjonering og hydrolyse.

I nøytrale og sure løsninger finnes U(VI) i form av U0 2 2+ - et gult uranylion. Godt løselige uranylsalter inkluderer nitrat U0 2 (N0 3) 2, sulfat U0 2 S0 4, klorid U0 2 C1 2, fluorid U0 2 F 2, acetat U0 2 (CH 3 C00) 2. Disse saltene frigjøres fra løsninger i form av krystallinske hydrater med forskjellig antall vannmolekyler. Lite løselige uranylsalter er: oksalat U0 2 C 2 0 4, fosfater U0 2 HP0., og UO2P2O4, ammoniumuranylfosfat UO2NH4PO4, natriumuranylvanadat NaU0 2 V0 4, ferrocyanid. Uranylionet er preget av en tendens til å danne komplekse forbindelser. Således er komplekser med fluorioner av -, 4- typen kjent; nitratkomplekser og 2 *; svovelsyrekomplekser 2 " og 4-; karbonatkomplekser 4 " og 2 " osv. Når alkalier virker på løsninger av uranylsalter, frigjøres tungtløselige utfellinger av diuranater av typen Me 2 U 2 0 7 (monouranater Me 2 U0 4). er ikke isolert fra løsninger, er de oppnådd ved fusjon av uranoksider med alkalier).Me 2 U n 0 3 n+i polyuranater er kjent (for eksempel Na 2 U60i 9).

U(VI) reduseres i sure løsninger til U(IV) av jern, sink, aluminium, natriumhydrosulfitt og natriumamalgam. Løsningene er farget grønne. Alkalier utfeller fra dem hydroksyd U0 2 (0H) 2, flussyre - fluorid UF 4 -2,5H 2 0, oksalsyre - oksalat U(C 2 0 4) 2 -6H 2 0. U 4+-ionet har en tendens til å danner komplekser mindre enn uranylioner.

Uran (IV) i løsning er i form av U 4+ ioner, som er sterkt hydrolysert og hydrert:

I sure løsninger undertrykkes hydrolyse.

Uran (VI) i løsning danner uranyloksokasjonen - U0 2 2+ Det er kjent mange uranylforbindelser, eksempler på disse er: U0 3, U0 2 (C 2 H 3 0 2) 2, U0 2 C0 3 -2(NH 4 ) 2 C0 3 U0 2 C0 3, U0 2 C1 2, U0 2 (0H) 2, U0 2 (N0 3) 2, UO0SO4, ZnU0 2 (CH 3 C00) 4, etc.

Ved hydrolyse av uranylion dannes en rekke multinukleære komplekser:

Ved ytterligere hydrolyse oppstår U 3 0s(OH) 2 og deretter U 3 0 8 (0H) 4 2 -.

For kvalitativ påvisning av uran brukes metoder for kjemiske, luminescerende, radiometriske og spektrale analyser. Kjemiske metoder er hovedsakelig basert på dannelsen av fargede forbindelser (for eksempel rød-brun farge på en forbindelse med ferrocyanid, gul med hydrogenperoksid, blå med arsenazo-reagens). Den selvlysende metoden er basert på evnen til mange uranforbindelser til å produsere en gulaktig-grønnaktig glød når de utsettes for UV-stråler.

Kvantitativ bestemmelse av uran utføres ved ulike metoder. De viktigste av dem er: volumetriske metoder, bestående av reduksjon av U(VI) til U(IV) etterfulgt av titrering med løsninger av oksidasjonsmidler; gravimetriske metoder - utfelling av uranater, peroksid, U(IV) cupferranater, hydroksykinolat, oksalat, etc. etterfulgt av deres kalsinering ved oooo° og veiing U 3 0s; polarografiske metoder i nitratløsning gjør det mulig å bestemme 10*7-g10-9 g uran; tallrike kolorimetriske metoder (for eksempel med H 2 0 2 i et alkalisk medium, med arsenazo-reagenset i nærvær av EDTA, med dibenzoylmetan, i form av et tiocyanatkompleks, etc.); selvlysende metode, som gjør det mulig å bestemme når smeltet med NaF til Yu 11 g uran.

235U tilhører strålingsfaregruppe A, minimum signifikant aktivitet er MZA = 3,7-10 4 Bq, 2 3 8 og - til gruppe D, MZA = 3,7-6 Bq (300 g).

Da de radioaktive elementene i det periodiske systemet ble oppdaget, fant mennesket til slutt en bruk for dem. Dette skjedde med uran. Den ble brukt til både militære og fredelige formål. Uranmalm ble behandlet, det resulterende elementet ble brukt i maling- og lakk- og glassindustrien. Etter at radioaktiviteten ble oppdaget, begynte den å bli brukt i Hvor rent og miljøvennlig er dette drivstoffet? Dette diskuteres fortsatt.

Naturlig uran

Uran finnes ikke i naturen i sin rene form - det er en komponent av malm og mineraler. De viktigste uranmalmene er karnotitt og bekblende. Det ble også funnet betydelige forekomster av dette strategiske mineralet i sjeldne jord- og torvmineraler - ortitt, titanitt, zirkon, monazitt, xenotime. Uranforekomster kan finnes i bergarter med surt miljø og høye konsentrasjoner av silisium. Dens følgesvenner er kalsitt, galena, molybdenitt, etc.

Verdens innskudd og reserver

Til dags dato har mange forekomster blitt utforsket i et 20 kilometer langt lag av jordoverflaten. Alle inneholder et stort antall tonn uran. Denne mengden kan gi menneskeheten energi i mange hundre år fremover. De ledende landene der uranmalm finnes i de største volumene er Australia, Kasakhstan, Russland, Canada, Sør-Afrika, Ukraina, Usbekistan, USA, Brasil, Namibia.

Typer uran

Radioaktivitet bestemmer egenskapene til et kjemisk grunnstoff. Naturlig uran består av tre isotoper. To av dem er grunnleggerne av den radioaktive serien. Naturlige isotoper av uran brukes til å lage drivstoff for kjernefysiske reaksjoner og våpen. Uran-238 fungerer også som et råmateriale for produksjon av plutonium-239.

Uran isotoper U234 er datternuklider av U238. De er anerkjent som de mest aktive og gir sterk stråling. U235-isotopen er 21 ganger svakere, selv om den er vellykket brukt til de ovennevnte formålene - den har evnen til å støtte uten ekstra katalysatorer.

I tillegg til naturlige, finnes det også kunstige isotoper av uran. I dag er det 23 kjente av dem, den viktigste av dem er U233. Det utmerker seg ved sin evne til å bli aktivert under påvirkning av langsomme nøytroner, mens resten krever raske partikler.

Malmklassifisering

Selv om uran finnes nesten overalt - selv i levende organismer - kan lagene det finnes i variere i type. Ekstraksjonsmetodene avhenger også av dette. Uranmalm er klassifisert i henhold til følgende parametere:

1. Dannelsesforhold - endogene, eksogene og metamorfogene malmer.
2. Naturen til uranmineralisering er primære, oksiderte og blandede uranmalmer.
3. Aggregat og kornstørrelse av mineraler - grovkornet, middels kornet, finkornet, finkornet og dispergert malmfraksjon.
4. Nytten av urenheter - molybden, vanadium, etc.
5. Sammensetningen av urenheter er karbonat, silikat, sulfid, jernoksid, caustobiolitt.

Avhengig av hvordan uranmalmen er klassifisert, finnes det en metode for å utvinne det kjemiske elementet fra den. Silikat behandles med forskjellige syrer, karbonat - sodaløsninger, caustobiolitt anrikes ved forbrenning, og jernoksid smeltes i en masovn.

Hvordan utvinnes uranmalm?

Som i enhver gruvevirksomhet er det en viss teknologi og metoder for å utvinne uran fra stein. Alt avhenger også av hvilken isotop som ligger i litosfærelaget. Uranmalm utvinnes på tre måter. Det er økonomisk mulig å isolere et grunnstoff fra stein når innholdet er 0,05-0,5 %. Det er gruve-, steinbrudds- og utvaskingsmetoder for utvinning. Bruken av hver av dem avhenger av sammensetningen av isotopene og dybden av bergarten. Steinbruddsutvinning av uranmalm er mulig i grunne forekomster. Risikoen for strålingseksponering er minimal. Det er ingen problemer med utstyr - bulldosere, lastere og dumpere er mye brukt.

Gruvedrift er mer komplekst. Denne metoden brukes når elementet forekommer på en dybde på opptil 2 kilometer og er økonomisk lønnsomt. Bergarten må inneholde høy konsentrasjon av uran for at den skal være verdt å utvinne. Aditten gir maksimal sikkerhet, dette skyldes måten uranmalm utvinnes under jorden. Arbeiderne er utstyrt med spesielle klær og arbeidstiden er strengt begrenset. Gruvene er utstyrt med heiser og forbedret ventilasjon.

Utvasking – den tredje metoden – er den reneste fra et miljøsynspunkt og sikkerheten til ansatte i gruveselskapet. En spesiell kjemisk løsning pumpes gjennom et system av borede brønner. Det løses opp i formasjonen og er mettet med uranforbindelser. Løsningen pumpes deretter ut og sendes til prosessanlegg. Denne metoden er mer progressiv; den tillater å redusere økonomiske kostnader, selv om det er en rekke restriksjoner på bruken.

Innskudd i Ukraina

Landet viste seg å være den heldige eieren av forekomster av grunnstoffet det er produsert fra. Ifølge prognoser inneholder uranmalm i Ukraina opptil 235 tonn råvarer. Foreløpig er kun forekomster som inneholder ca. 65 tonn bekreftet. En viss mengde er allerede utviklet. Noe av uranet ble brukt innenlands, og noe ble eksportert.

Hovedforekomsten anses å være Kirovograds uranmalmdistrikt. Uraninnholdet er lavt - fra 0,05 til 0,1% per tonn stein, så kostnadene for materialet er høye. Som et resultat blir de resulterende råvarene byttet ut i Russland for ferdige brenselsstaver for kraftverk.

Den andre store forekomsten er Novokonstantinovskoye. Uraninnholdet i fjellet gjorde det mulig å redusere kostnadene med nesten 2 ganger sammenlignet med Kirovograd. Siden 90-tallet har imidlertid ingen utbygging blitt utført, alle gruvene har blitt oversvømmet. På grunn av det forverrede politiske forholdet til Russland kan Ukraina stå uten drivstoff for

russisk uranmalm

Når det gjelder uranproduksjon, er Russland på femteplass blant andre land i verden. De mest kjente og mektigste er Khiagdinskoye, Kolichkanskoye, Istochnoye, Koretkondinskoye, Namarusskoye, Dobrynskoye (Republikken Buryatia), Argunskoye, Zherlovoye. I Chita-regionen utvinnes 93 % av alt utvunnet russisk uran (hovedsakelig ved bruk av steinbrudd og gruvemetoder).

Situasjonen er litt annerledes med forekomstene i Buryatia og Kurgan. Uranmalm i Russland i disse regionene er avsatt på en slik måte at det tillater utvinning av råvarer ved utlekking.

Totalt er det spådd forekomster av 830 tonn uran i Russland; det er rundt 615 tonn bekreftede reserver. Dette er også forekomster i Yakutia, Karelia og andre regioner. Siden uran er et strategisk globalt råstoff, kan tallene være unøyaktige, siden mye av dataene er klassifisert og bare en viss kategori mennesker har tilgang til dem.

Uran er et radioaktivt metall. I naturen består uran av tre isotoper: uran-238, uran-235 og uran-234. Det høyeste stabilitetsnivået er registrert i uran-238.

Radioaktivt nedbrytning av uran

Radioaktivt forfall er prosessen med plutselig endring i sammensetningen eller den indre strukturen til atomkjerner, som er preget av ustabilitet. I dette tilfellet sendes det ut elementære partikler, gammastråler og/eller kjernefysiske fragmenter. Radioaktive stoffer inneholder en radioaktiv kjerne. Datterkjernen som følge av radioaktivt forfall kan også bli radioaktivt og etter en viss tid gjennomgå forfall. Denne prosessen fortsetter til det dannes en stabil kjerne uten radioaktivitet. E. Rutherford beviste eksperimentelt i 1899 at uransalter avgir tre typer stråler:

• α-stråler - en strøm av positivt ladede partikler
• β-stråler - en strøm av negativt ladede partikler
• γ-stråler skaper ikke avvik i magnetfeltet.

Radioaktivitet av uran

Naturlig radioaktivitet er det som skiller radioaktivt uran fra andre grunnstoffer. Uranatomer, uavhengig av eventuelle faktorer og forhold, endres gradvis. I dette tilfellet sendes usynlige stråler ut. Etter transformasjonene som skjer med uranatomer, oppnås et annet radioaktivt grunnstoff og prosessen gjentas. Han vil gjenta så mange ganger som nødvendig for å få et ikke-radioaktivt grunnstoff. For eksempel har noen transformasjonskjeder opptil 14 stadier. I dette tilfellet er det mellomliggende elementet radium, og det siste trinnet er dannelsen av bly. Dette metallet er ikke et radioaktivt grunnstoff, så serien av transformasjoner blir avbrutt. Det tar imidlertid flere milliarder år før uran blir fullstendig omdannet til bly.
Radioaktiv uranmalm forårsaker ofte forgiftning hos virksomheter som er involvert i gruvedrift og prosessering av uranråvarer. I menneskekroppen er uran en generell cellulær gift. Det påvirker først og fremst nyrene, men påvirker også leveren og mage-tarmkanalen.
Uran har ikke helt stabile isotoper. Den lengste levetiden er observert for uran-238. Halvforfallet av uran-238 skjer over 4,4 milliarder år. Litt mindre enn én milliard år finner det halve forfallet av uran-235 sted - 0,7 milliarder år. Uran-238 opptar over 99% av det totale volumet av naturlig uran. På grunn av dens kolossale halveringstid er radioaktiviteten til dette metallet ikke høy; for eksempel kan alfapartikler ikke trenge inn i stratum corneum av menneskelig hud. Etter en rekke studier fant forskerne at hovedkilden til stråling ikke er uran i seg selv, men radongassen den produserer, så vel som dens nedbrytningsprodukter som kommer inn i menneskekroppen under pusting.