Bài báo kể về thời điểm một nguyên tố hóa học như uranium được phát hiện và chất này được sử dụng trong các ngành công nghiệp nào trong thời đại chúng ta.
Uranium là một nguyên tố hóa học trong ngành năng lượng và quân sự
Mọi lúc, mọi người đều cố gắng tìm ra những nguồn năng lượng hiệu quả cao, và lý tưởng nhất là - để tạo ra cái gọi là cỗ máy chuyển động vĩnh viễn. Thật không may, về mặt lý thuyết, sự tồn tại của nó đã được chứng minh và chứng minh về mặt lý thuyết vào thế kỷ 19, nhưng các nhà khoa học vẫn không bao giờ mất hy vọng hiện thực hóa giấc mơ về một loại thiết bị nào đó có khả năng tạo ra một lượng lớn năng lượng "sạch" cho rất lâu rồi.
Điều này một phần đã được hiện thực hóa khi phát hiện ra một chất như uranium. Một nguyên tố hóa học với tên gọi này đã hình thành cơ sở cho sự phát triển của các lò phản ứng hạt nhân, trong thời đại của chúng ta, chúng cung cấp năng lượng cho toàn bộ thành phố, tàu ngầm, tàu vùng cực, v.v. Đúng là năng lượng của chúng không thể được gọi là “sạch”, nhưng trong những năm gần đây, nhiều công ty đã phát triển “pin nguyên tử” nhỏ gọn dựa trên triti để bán rộng rãi - chúng không có bộ phận chuyển động và an toàn cho sức khỏe.
Tuy nhiên, trong bài viết này chúng tôi sẽ phân tích chi tiết về lịch sử phát hiện ra một nguyên tố hóa họcđược gọi là uranium và phản ứng phân hạch của các hạt nhân của nó.
Định nghĩa
Uranium là một nguyên tố hóa học có số nguyên tử 92 trong bảng tuần hoàn Mendeleev. Khối lượng nguyên tử của nó là 238,029, được ký hiệu bằng ký hiệu U. Trong điều kiện bình thường, nó là một kim loại nặng, có màu trắng bạc. Nếu chúng ta nói về tính phóng xạ của nó, thì bản thân uranium là một nguyên tố có tính phóng xạ yếu. Nó cũng không chứa các đồng vị hoàn toàn ổn định. Và đồng vị ổn định nhất trong số các đồng vị hiện có là uranium-338.
Chúng tôi đã tìm ra nguyên tố này là gì, và bây giờ chúng ta hãy nhìn vào lịch sử phát hiện ra nó.
Lịch sử
Một chất như ôxít uranium tự nhiên đã được mọi người biết đến từ thời cổ đại, và những người thợ thủ công cổ đại đã sử dụng nó để làm men, được sử dụng để phủ lên các đồ gốm sứ khác nhau để chống nước cho tàu thuyền và các sản phẩm khác, cũng như của chúng đồ trang trí.
Năm 1789 là một ngày quan trọng trong lịch sử phát hiện ra nguyên tố hóa học này. Sau đó, nhà hóa học người Đức Martin Klaproth đã có thể thu được uranium kim loại đầu tiên. Và nguyên tố mới được đặt tên để vinh danh hành tinh được phát hiện trước đó 8 năm.
Trong gần 50 năm, uranium thu được khi đó được coi là kim loại nguyên chất, tuy nhiên, vào năm 1840, một nhà hóa học người Pháp, Eugene-Melchior Peligot, đã có thể chứng minh rằng vật liệu thu được của Klaproth, bất chấp các dấu hiệu bên ngoài phù hợp., hoàn toàn không phải là một kim loại, mà là uranium oxit. Một lúc sau, Peligo cũng nhận đượcuranium thực là một kim loại màu xám rất nặng. Sau đó, trọng lượng nguyên tử của một chất như uranium lần đầu tiên được xác định. Nguyên tố hóa học năm 1874 được Dmitri Mendeleev đặt trong bảng tuần hoàn các nguyên tố nổi tiếng của ông, và Mendeleev đã nhân đôi trọng lượng nguyên tử của chất đó lên hai lần. Và chỉ 12 năm sau, thực nghiệm đã chứng minh rằng nhà hóa học vĩ đại đã không sai lầm trong các tính toán của mình.
Phóng xạ
Nhưng sự quan tâm thực sự rộng rãi đến nguyên tố này trong cộng đồng khoa học bắt đầu từ năm 1896, khi Becquerel phát hiện ra sự thật rằng uranium phát ra các tia được đặt theo tên của nhà nghiên cứu - tia Becquerel. Sau đó, một trong những nhà khoa học nổi tiếng nhất trong lĩnh vực này, Marie Curie, đã gọi hiện tượng này là phóng xạ.
Ngày quan trọng tiếp theo trong nghiên cứu về uranium được coi là năm 1899: đó là khi Rutherford phát hiện ra rằng bức xạ của uranium là không đồng nhất và được chia thành hai loại - tia alpha và beta. Và một năm sau, Paul Villar (Villard) đã phát hiện ra bức xạ thứ ba, loại bức xạ phóng xạ cuối cùng mà chúng ta biết đến ngày nay - cái gọi là tia gamma.
Bảy năm sau, vào năm 1906, Rutherford, trên cơ sở lý thuyết về sự phóng xạ của mình, đã tiến hành các thí nghiệm đầu tiên, mục đích là xác định tuổi của các khoáng chất khác nhau. Những nghiên cứu này đã đặt nền móng cho việc hình thành lý thuyết và thực hành phân tích cacbon phóng xạ.
Sự phân hạch của hạt nhân uranium
Nhưng, có lẽ, khám phá quan trọng nhất, nhờ đókhai thác rộng rãi và làm giàu uranium cho cả mục đích hòa bình và quân sự là quá trình phân hạch hạt nhân uranium. Nó xảy ra vào năm 1938, khám phá được thực hiện bởi các nhà vật lý người Đức Otto Hahn và Fritz Strassmann. Sau đó, lý thuyết này đã nhận được sự xác nhận khoa học trong các công trình nghiên cứu của một số nhà vật lý người Đức khác.
Bản chất của cơ chế mà họ phát hiện là như sau: nếu bạn chiếu xạ hạt nhân của đồng vị uranium-235 với một neutron, thì khi bắt một neutron tự do, nó bắt đầu phân chia. Và, như tất cả chúng ta hiện nay đều biết, quá trình này đi kèm với việc giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ. Điều này xảy ra chủ yếu do động năng của bản thân bức xạ và các mảnh vỡ của hạt nhân. Vì vậy, bây giờ chúng ta đã biết quá trình phân hạch uranium xảy ra như thế nào.
Việc phát hiện ra cơ chế này và kết quả của nó là điểm khởi đầu cho việc sử dụng uranium cho cả mục đích hòa bình và quân sự.
Nếu chúng ta nói về việc sử dụng nó cho mục đích quân sự, thì lần đầu tiên giả thuyết cho rằng có thể tạo ra các điều kiện cho một quá trình như một phản ứng phân hạch liên tục của hạt nhân uranium (vì cần năng lượng rất lớn để kích nổ một quả bom hạt nhân) đã được chứng minh bởi các nhà vật lý Liên Xô Zeldovich và Khariton. Nhưng để tạo ra phản ứng như vậy, uranium phải được làm giàu, vì ở trạng thái bình thường nó không có các đặc tính cần thiết.
Chúng tôi đã làm quen với lịch sử của nguyên tố này, bây giờ chúng tôi sẽ tìm ra nơi nó được sử dụng.
Công dụng và loại đồng vị uranium
Sau khi phát hiện ra một quá trình như phản ứng phân hạch chuỗi uranium, các nhà vật lý đã phải đối mặt với câu hỏi sử dụng nó ở đâu?
Hiện nay, có hai lĩnh vực chính mà đồng vị uranium được sử dụng. Đây là một ngành công nghiệp (hoặc năng lượng) hòa bình và quân sự. Cả chiếc thứ nhất và chiếc thứ hai đều sử dụng phản ứng phân hạch hạt nhân của đồng vị uranium-235, chỉ khác nhau về công suất đầu ra. Nói một cách đơn giản, trong một lò phản ứng hạt nhân, không cần tạo và duy trì quá trình này với cùng một công suất cần thiết để thực hiện vụ nổ bom hạt nhân.
Vì vậy, các ngành công nghiệp chính sử dụng phản ứng phân hạch uranium đã được liệt kê.
Nhưng thu được đồng vị uranium-235 là một nhiệm vụ công nghệ cực kỳ phức tạp và tốn kém, và không phải bang nào cũng có đủ khả năng để xây dựng các nhà máy làm giàu. Ví dụ, để thu được 20 tấn nhiên liệu uranium, trong đó hàm lượng của đồng vị uranium 235 từ 3-5%, cần phải làm giàu hơn 153 tấn uranium "thô" tự nhiên.
Đồng vị uranium-238 chủ yếu được sử dụng trong thiết kế vũ khí hạt nhân để tăng sức mạnh của chúng. Ngoài ra, khi nó bắt giữ một neutron, sau đó là quá trình phân rã beta, đồng vị này cuối cùng có thể biến thành plutonium-239 - một loại nhiên liệu phổ biến cho hầu hết các lò phản ứng hạt nhân hiện đại.
Bất chấp tất cả những thiếu sót của các lò phản ứng như vậy (chi phí cao, bảo trì phức tạp, nguy cơ xảy ra tai nạn), hoạt động của chúng mang lại hiệu quả rất nhanh và chúng tạo ra nhiều năng lượng hơn so với các nhà máy nhiệt điện hoặc thủy điện cổ điển.
Ngoài ra, phản ứng phân hạch của hạt nhân uranium có thể tạo ra vũ khí hạt nhân hủy diệt hàng loạt. Nó được phân biệt bởi sức mạnh to lớn của nó, tương đốiđộ chặt và thực tế là nó có khả năng làm cho những vùng đất rộng lớn không thích hợp cho con người sinh sống. Vũ khí nguyên tử thực sự hiện đại sử dụng plutonium, không phải uranium.
Uranium cạn kiệt
Cũng có nhiều loại uranium bị cạn kiệt. Nó có mức độ phóng xạ rất thấp, có nghĩa là nó không gây nguy hiểm cho con người. Nó được sử dụng một lần nữa trong lĩnh vực quân sự, chẳng hạn, nó được thêm vào áo giáp của xe tăng Abrams của Mỹ để tăng thêm sức mạnh cho nó. Ngoài ra, trong hầu hết các đội quân công nghệ cao, bạn có thể tìm thấy nhiều loại vỏ khác nhau với uranium đã cạn kiệt. Ngoài khối lượng lớn, chúng còn có một đặc tính rất thú vị khác - sau khi quả đạn bị phá hủy, các mảnh vỡ và bụi kim loại của nó tự bốc cháy. Và nhân tiện, lần đầu tiên một loại đạn như vậy được sử dụng trong Chiến tranh thế giới thứ hai. Như chúng ta có thể thấy, uranium là một nguyên tố đã được sử dụng trong nhiều lĩnh vực hoạt động của con người.
Kết
Theo dự báo của các nhà khoa học, vào khoảng năm 2030, tất cả các mỏ uranium lớn sẽ hoàn toàn cạn kiệt, sau đó quá trình phát triển các lớp khó tiếp cận của nó sẽ bắt đầu và giá sẽ tăng lên. Nhân tiện, bản thân quặng uranium hoàn toàn vô hại đối với con người - một số thợ mỏ đã làm việc trong việc khai thác nó trong nhiều thế hệ. Bây giờ chúng ta đã tìm hiểu lịch sử phát hiện ra nguyên tố hóa học này và cách phản ứng phân hạch của các hạt nhân của nó được sử dụng.
Nhân tiện, một sự thật thú vị được biết đến - các hợp chất uranium từ lâu đã được sử dụng làm sơn cho đồ sứ vàthủy tinh (được gọi là thủy tinh uranium) cho đến những năm 1950.
