น้ำหนักอะตอมของยูเรเนียม ยูเรเนียม: คุณสมบัติ การใช้งาน การผลิต สารประกอบ การเสริมสมรรถนะ
; เลขอะตอม 92, มวลอะตอม 238.029; โลหะ. ยูเรเนียมธรรมชาติประกอบด้วยส่วนผสมของไอโซโทปสามชนิด: 238 U - 99.2739% โดยมีครึ่งชีวิต T ½ = 4.51 10 9 ปี, 235 U - 0.7024% (T ½ = 7.13 10 8 ปี) และ 234 U - 0.0057% (T ½ = 2.48·10 5 ปี)
จากไอโซโทปกัมมันตรังสีเทียม 11 ชนิดด้วย เลขมวลจาก 227 ถึง 240 มีอายุยืนยาว - 233 U (T ½ = 1.62·10 5 ปี) ได้มาจากการฉายรังสีทอเรียมด้วยนิวตรอน 238 U และ 235 U เป็นบรรพบุรุษของอนุกรมกัมมันตรังสีสองชุด
การอ้างอิงทางประวัติศาสตร์ยูเรเนียมถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2332 โดยนักเคมีชาวเยอรมัน M. G. Klaproth และตั้งชื่อโดยเขาเพื่อเป็นเกียรติแก่ดาวเคราะห์ยูเรนัส ซึ่งค้นพบโดย W. Herschel ในปี พ.ศ. 2324 ในสถานะโลหะ ยูเรเนียมได้รับในปี พ.ศ. 2384 โดยนักเคมีชาวฝรั่งเศส E. Peligo ในระหว่างการลดลง UCl 4 ด้วยโลหะโพแทสเซียม ในขั้นต้นดาวยูเรนัสได้รับมอบหมายให้มีมวลอะตอม 120 และในปี พ.ศ. 2414 D.I. Mendeleev ได้ข้อสรุปว่าค่านี้ควรเพิ่มเป็นสองเท่า
เป็นเวลานานแล้วที่ยูเรเนียมเป็นที่สนใจของนักเคมีในวงแคบเท่านั้น และพบว่ามีการใช้อย่างจำกัดในการผลิตสีและแก้ว ด้วยการค้นพบปรากฏการณ์กัมมันตภาพรังสีในยูเรเนียมในปี พ.ศ. 2439 และเรเดียมในปี พ.ศ. 2441 การแปรรูปทางอุตสาหกรรมแร่ยูเรเนียมเพื่อวัตถุประสงค์ในการสกัดและใช้เรเดียมในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์และการแพทย์ ตั้งแต่ปี 1942 หลังจากการค้นพบการแยกตัวของนิวเคลียร์ในปี 1939 ยูเรเนียมก็กลายเป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์หลัก
การแพร่กระจายของดาวยูเรนัสในธรรมชาติยูเรเนียมเป็นองค์ประกอบที่มีลักษณะเฉพาะสำหรับชั้นหินแกรนิตและเปลือกตะกอนของเปลือกโลก ปริมาณยูเรเนียมเฉลี่ยใน เปลือกโลก(คลาร์ก) 2.5 10 -4% โดยมวล ในหินอัคนีที่เป็นกรด 3.5 10 -4% ในดินเหนียวและหินดินดาน 3.2 10 -4% ในหินพื้นฐาน 5 10 -5% ในหินอัลตราเบสิกของเนื้อโลก 3·10 - 7%. ยูเรเนียมเคลื่อนที่อย่างแรงในน้ำเย็นและร้อน น้ำที่เป็นกลางและเป็นด่างในรูปของไอออนเชิงเดี่ยวและเชิงซ้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในรูปของสารเชิงซ้อนคาร์บอเนต ปฏิกิริยารีดอกซ์มีบทบาทสำคัญในธรณีเคมีของยูเรเนียม เนื่องจากตามกฎแล้วสารประกอบยูเรเนียมละลายได้สูงในน้ำที่มีสภาพแวดล้อมออกซิไดซ์และละลายได้ไม่ดีในน้ำที่มีสภาพแวดล้อมรีดิวซ์ (เช่น ไฮโดรเจนซัลไฟด์)
รู้จักแร่ยูเรเนียมประมาณ 100 ชนิด 12 รายการมีความสำคัญทางอุตสาหกรรม ตลอดประวัติศาสตร์ทางธรณีวิทยา ปริมาณยูเรเนียมในเปลือกโลกลดลงเนื่องจากการสลายกัมมันตภาพรังสี กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการสะสมของอะตอมของ Pb และ He ในเปลือกโลก การสลายกัมมันตภาพรังสีของยูเรเนียมมีบทบาทสำคัญในพลังงานของเปลือกโลก โดยเป็นแหล่งความร้อนลึกที่สำคัญ
คุณสมบัติทางกายภาพของยูเรเนียมยูเรเนียมมีสีคล้ายกับเหล็กและแปรรูปได้ง่าย มีการดัดแปลง allotropic สามแบบ - α, β และ γ โดยมีอุณหภูมิการเปลี่ยนเฟส: α → β 668.8 °C, β → γ 772.2 °C; รูปแบบ α มีโครงตาข่ายรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูน (a = 2.8538Å, b = 5.8662Å, c = 4.9557Å) รูปแบบ β มีโครงตาข่ายรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูน (ที่ 720 °C a = 10.759Å, b = 5.656Å) รูปแบบ γ - ตาข่ายลูกบาศก์ที่มีศูนย์กลางลำตัว (ที่ 850 °C a = 3.538 Å) ความหนาแน่นของยูเรเนียมในรูปแบบ α (25 °C) เท่ากับ 19.05 g/cm3 ; ถึง 1132 °C; จุดเดือด 3818 °C; การนำความร้อน (100-200 °C), 28.05 W/(m K), (200-400 °C) 29.72 W/(m · K); ความจุความร้อนจำเพาะ (25 °C) 27.67 kJ/(kg · K); ความต้านทานไฟฟ้าจำเพาะที่อุณหภูมิห้องประมาณ 3·10 -7 โอห์ม·ซม. ที่ 600 °C 5.5·10 -7 โอห์ม·ซม. มีความเป็นตัวนำยิ่งยวดที่ 0.68 K; พาราแมกเนติกอ่อน, ความไวต่อแม่เหล็กจำเพาะที่อุณหภูมิห้อง 1.72·10 -6
สมบัติทางกลของยูเรเนียมขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์และรูปแบบของการบำบัดทางกลและทางความร้อน ค่าเฉลี่ยของโมดูลัสยืดหยุ่นสำหรับยูเรเนียมหล่อคือ 20.5·10 -2 Mn/m2 ; ความต้านทานแรงดึงที่อุณหภูมิห้อง 372-470 Mn/m2; ความแข็งแรงเพิ่มขึ้นหลังจากการชุบแข็งจากเฟสβ-และγ ความแข็งบริเนลเฉลี่ย 19.6-21.6·10 2 MN/m 2
การฉายรังสีโดยการไหลของนิวตรอน (ซึ่งเกิดขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์) จะเปลี่ยนคุณสมบัติทางกายภาพและทางกลของยูเรเนียม: การคืบคลานพัฒนาและความเปราะบางเพิ่มขึ้น มีการสังเกตการเสียรูปของผลิตภัณฑ์ซึ่งบังคับให้ใช้ยูเรเนียมในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในรูปแบบของยูเรเนียมต่างๆ โลหะผสม
ยูเรเนียมเป็นองค์ประกอบกัมมันตภาพรังสี นิวเคลียส 235 U และ 233 U ฟิชชันตามธรรมชาติ เช่นเดียวกับการจับนิวตรอนทั้งแบบช้า (ความร้อน) และเร็วด้วยหน้าตัดฟิชชันที่มีประสิทธิผล 508 10 -24 ซม. 2 (508 โรงนา) และ 533 10 -24 ซม. 2 (533 โรงนา ) ตามลำดับ 238 U นิวเคลียสฟิชชันเมื่อจับเฉพาะนิวตรอนเร็วที่มีพลังงานอย่างน้อย 1 MeV; เมื่อจับนิวตรอนช้า 238 U จะกลายเป็น 239 Pu ซึ่งคุณสมบัติทางนิวเคลียร์ใกล้เคียงกับ 235 U มวลวิกฤติของยูเรเนียม (93.5% 235 U) ในสารละลายที่เป็นน้ำน้อยกว่า 1 กิโลกรัมสำหรับลูกบอลเปิด - ประมาณ 50 กก. สำหรับลูกบอลที่มีตัวสะท้อนแสง - 15-23 กก. มวลวิกฤต 233 U มีค่าประมาณ 1/3 ของมวลวิกฤติ 235 U
คุณสมบัติทางเคมีของยูเรเนียมโครงสร้างเปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอกของอะตอมยูเรเนียมคือ 7s 2 6d l 5f 3 ยูเรเนียมเป็นโลหะที่เกิดปฏิกิริยา ในสารประกอบจะมีสถานะออกซิเดชันเป็น +3, +4, + 5, +6, บางครั้ง +2; สารประกอบที่เสถียรที่สุดคือ U (IV) และ U (VI) ในอากาศ มันจะออกซิไดซ์อย่างช้าๆ พร้อมกับการก่อตัวของฟิล์มออกไซด์ (IV) บนพื้นผิว ซึ่งไม่ได้ป้องกันโลหะจากการเกิดออกซิเดชันเพิ่มเติม ยูเรเนียมในสถานะผงจะลุกไหม้ได้เองและลุกไหม้ด้วยเปลวไฟสว่าง ด้วยออกซิเจนจะเกิดออกไซด์ (IV) UO 2, ออกไซด์ (VI) UO 3 และออกไซด์กลางจำนวนมากซึ่งสำคัญที่สุดคือ U 3 O 8 ออกไซด์กลางเหล่านี้มีคุณสมบัติคล้ายกับ UO 2 และ UO 3 ที่อุณหภูมิสูง UO 2 มีความเป็นเนื้อเดียวกันที่หลากหลายตั้งแต่ UO 1.60 ถึง UO 2.27 ด้วยฟลูออรีนที่อุณหภูมิ 500-600 ° C จะเกิด UF 4 tetrafluoride (ผลึกรูปเข็มสีเขียวละลายได้เล็กน้อยในน้ำและกรด) และ UF 6 hexafluoride (สารผลึกสีขาวที่ระเหิดโดยไม่ละลายที่ 56.4 ° C); ด้วยกำมะถัน - สารประกอบจำนวนหนึ่งซึ่ง มูลค่าสูงสุดมีสหรัฐฯ (เชื้อเพลิงนิวเคลียร์) เมื่อยูเรเนียมทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนที่อุณหภูมิ 220 °C จะได้ไฮไดรด์ UH 3 ด้วยไนโตรเจนที่อุณหภูมิตั้งแต่ 450 ถึง 700 °C และ ความดันบรรยากาศ- U 4 N 7 ไนไตรด์ มีมากขึ้น ความดันโลหิตสูงไนโตรเจนและอุณหภูมิเท่ากันคุณจะได้ UN, U 2 N 3 และ UN 2; ด้วยคาร์บอนที่ 750-800 °C - โมโนคาร์ไบด์ UC, ไดคาร์ไบด์ UC 2 และ U 2 C 3 ด้วยโลหะจะเกิดเป็นโลหะผสมประเภทต่างๆ ยูเรเนียมทำปฏิกิริยาช้าๆกับน้ำเดือดเพื่อสร้าง UO 2 nH 2 โดยมีไอน้ำในช่วงอุณหภูมิ 150-250 ° C; ละลายได้ในกรดไฮโดรคลอริกและกรดไนตริก ละลายได้เล็กน้อยในกรดไฮโดรฟลูออริกเข้มข้น U(VI) มีลักษณะเฉพาะคือการก่อตัวของยูรานิลไอออน UO 2 2+; เกลือยูรานิลมีสีเหลืองและละลายได้สูงในน้ำและกรดแร่ เกลือ U(IV) มีสีเขียวและละลายได้น้อย ไอออนยูรานิลมีความสามารถอย่างมากในการสร้างที่ซับซ้อนในสารละลายน้ำที่มีทั้งสารอนินทรีย์และอินทรีย์ สิ่งที่สำคัญที่สุดสำหรับเทคโนโลยีคือคาร์บอเนต ซัลเฟต ฟลูออไรด์ ฟอสเฟต และสารเชิงซ้อนอื่นๆ เป็นที่ทราบกันว่ามียูเรเนตจำนวนมาก (เกลือของกรดยูริกที่ไม่ได้แยกออกมาในรูปแบบบริสุทธิ์) องค์ประกอบจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับเงื่อนไขการผลิต ยูเรเนตทั้งหมดมีความสามารถในการละลายน้ำต่ำ
ยูเรเนียมและสารประกอบของยูเรเนียมเป็นรังสีและเป็นพิษทางเคมี ปริมาณรังสีสูงสุดที่อนุญาต (MAD) สำหรับการสัมผัสจากการทำงานคือ 5 rem ต่อปี
รับดาวยูเรนัสยูเรเนียมได้มาจากแร่ยูเรเนียมที่มี U 0.05-0.5% โดยในทางปฏิบัติแล้วแร่ดังกล่าวไม่ได้เสริมสมรรถนะ ยกเว้นวิธีการคัดแยกด้วยรังสีเมตริกซ์ที่จำกัดโดยอิงตามรังสี γ ของเรเดียม ซึ่งจะมาพร้อมกับยูเรเนียมเสมอ โดยพื้นฐานแล้วแร่จะถูกชะล้างด้วยสารละลายของซัลฟิวริกซึ่งบางครั้งกรดไนตริกหรือสารละลายโซดาด้วยการถ่ายโอนยูเรเนียมไปเป็นสารละลายที่เป็นกรดในรูปแบบของ UO 2 SO 4 หรือแอนไอออนเชิงซ้อน 4- และใน สารละลายโซดา- ในรูปแบบ 4- ในการสกัดและทำให้ยูเรเนียมมีความเข้มข้นจากสารละลายและเยื่อกระดาษรวมถึงการทำให้บริสุทธิ์จากสิ่งสกปรกจะใช้การดูดซับเรซินแลกเปลี่ยนไอออนและการสกัดด้วยตัวทำละลายอินทรีย์ (ไตรบิวทิลฟอสเฟต, กรดอัลคิลฟอสฟอริก, เอมีน) จากนั้นแอมโมเนียมหรือโซเดียมยูเรเนตหรือไฮดรอกไซด์ U(OH) 4 จะถูกตกตะกอนจากสารละลายโดยการเติมอัลคาไล เพื่อให้ได้สารประกอบที่มีความบริสุทธิ์สูง ผลิตภัณฑ์ทางเทคนิคจะถูกละลายในกรดไนตริกและผ่านกระบวนการทำให้บริสุทธิ์ ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายคือ UO 3 หรือ U 3 O 8 ออกไซด์เหล่านี้จะลดลงที่ 650-800 °C โดยไฮโดรเจนหรือแอมโมเนียที่แยกตัวออกเป็น UO 2 ตามด้วยการแปลงเป็น UF 4 โดยการบำบัดด้วยก๊าซไฮโดรเจนฟลูออไรด์ที่อุณหภูมิ 500-600 °C ยังสามารถได้รับ UF 4 ได้โดยการตกตะกอนของผลึกไฮเดรต UF 4 nH 2 O ด้วยกรดไฮโดรฟลูออริกจากสารละลาย ตามด้วยการคายน้ำของผลิตภัณฑ์ที่อุณหภูมิ 450 °C ในกระแสไฮโดรเจน ในอุตสาหกรรม วิธีการหลักในการรับยูเรเนียมจาก UF 4 คือการลดความร้อนของแคลเซียมหรือแมกนีเซียมด้วยการปล่อยยูเรเนียมในรูปของแท่งโลหะที่มีน้ำหนักมากถึง 1.5 ตัน แท่งโลหะจะถูกกลั่นในเตาสุญญากาศ
กระบวนการที่สำคัญมากในเทคโนโลยียูเรเนียมคือการเสริมสมรรถนะไอโซโทป 235 U เหนือปริมาณธรรมชาติในแร่ หรือการแยกไอโซโทปนี้ในรูปแบบบริสุทธิ์ เนื่องจาก 235 U เป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์หลัก ทำได้โดยการแพร่กระจายความร้อนของก๊าซ วิธีแรงเหวี่ยง และวิธีการอื่น ๆ โดยพิจารณาจากความแตกต่างของมวล 238 U และ 235 U ในกระบวนการแยก ยูเรเนียมจะถูกใช้ในรูปของสารระเหยเฮกซาฟลูออไรด์ UF 6 เมื่อได้รับยูเรเนียมหรือไอโซโทปเสริมสมรรถนะสูง มวลวิกฤตจะถูกนำมาพิจารณาด้วย วิธีที่สะดวกที่สุดในกรณีนี้คือการลดยูเรเนียมออกไซด์ด้วยแคลเซียม ตะกรัน CaO ที่ได้จะถูกแยกออกจากยูเรเนียมได้ง่ายโดยการละลายในกรด เพื่อให้ได้ยูเรเนียมที่เป็นผง, ออกไซด์ (IV), คาร์ไบด์, ไนไตรด์และสารประกอบทนไฟอื่น ๆ จะใช้วิธีการโลหะผสมผง
การประยุกต์ใช้ดาวยูเรนัสโลหะยูเรเนียมหรือสารประกอบของมันถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เป็นหลัก ส่วนผสมจากธรรมชาติหรือไอโซโทปยูเรเนียมเสริมสมรรถนะต่ำถูกนำมาใช้ในเครื่องปฏิกรณ์แบบอยู่กับที่ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีสมรรถนะสูงในด้านนิวเคลียร์ โรงไฟฟ้าหรือในเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็ว 235 U เป็นแหล่งพลังงานนิวเคลียร์ใน อาวุธนิวเคลียร์. 238 U ทำหน้าที่เป็นแหล่งเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ทุติยภูมิ - พลูโตเนียม
ยูเรเนียมในร่างกายพบในปริมาณจุลภาค (10 -5 -10 -8%) ในเนื้อเยื่อของพืช สัตว์ และมนุษย์ ในเถ้าพืช (ที่มีปริมาณยูเรเนียมประมาณ 10 -4% ในดิน) ความเข้มข้นของมันคือ 1.5·10 -5% ในระดับสูงสุด ยูเรเนียมถูกสะสมโดยเชื้อราและสาหร่ายบางชนิด (อย่างหลังมีส่วนร่วมอย่างแข็งขันในการอพยพทางชีวภาพของยูเรเนียมไปตามห่วงโซ่ น้ำ - พืชน้ำ - ปลา - มนุษย์) ยูเรเนียมเข้าสู่ร่างกายของสัตว์และมนุษย์ผ่านทางอาหารและน้ำในทางเดินอาหาร โดยมีอากาศในทางเดินหายใจ ตลอดจนผ่านทางผิวหนังและเยื่อเมือก สารประกอบยูเรเนียมถูกดูดซึมในระบบทางเดินอาหาร - ประมาณ 1% ของปริมาณสารประกอบที่ละลายน้ำได้เข้ามาและไม่เกิน 0.1% ของสารประกอบที่ละลายได้น้อย 50% และ 20% ถูกดูดซึมเข้าสู่ปอดตามลำดับ ยูเรเนียมกระจายในร่างกายไม่สม่ำเสมอ คลังหลัก (สถานที่สะสมและการสะสม) คือม้าม, ไต, โครงกระดูก, ตับและเมื่อสูดดมสารประกอบที่ละลายน้ำได้ไม่ดี, ปอดและต่อมน้ำเหลืองในหลอดลมและปอด ยูเรเนียม (ในรูปของคาร์บอเนตและเชิงซ้อนที่มีโปรตีน) ไม่ไหลเวียนในเลือดเป็นเวลานาน ปริมาณยูเรเนียมในอวัยวะและเนื้อเยื่อของสัตว์และมนุษย์ไม่เกิน 10 -7 กรัมต่อกรัม ดังนั้น เลือดโคประกอบด้วย 1·10 -8 กรัม/มิลลิลิตร ตับ 8·10 -8 กรัม/กรัม กล้ามเนื้อ 4·10 -11 กรัม/กรัม ม้าม 9·10 8-8 กรัม/กรัม ปริมาณยูเรเนียมในอวัยวะของมนุษย์คือ ในตับ 6·10 -9 กรัม/กรัม ในปอด 6·10 -9 -9·10 -9 กรัม/กรัม ในม้าม 4.7·10 -7 กรัม/กรัม ในเลือด 4-10 -10 กรัม/มิลลิลิตร ในไต 5.3·10 -9 (ชั้นเยื่อหุ้มสมอง) และ 1.3·10 -8 กรัม/กรัม (ชั้นไขกระดูก) ในกระดูก 1·10 -9 กรัม/กรัม ในไขกระดูก 1-10 -8 กรัม/กรัม ในเส้นผม 1.3·10 -7 กรัม/กรัม ยูเรเนียมที่มีอยู่ในเนื้อเยื่อกระดูกทำให้เกิดการฉายรังสีอย่างต่อเนื่อง (ครึ่งชีวิตของยูเรเนียมจากโครงกระดูกคือประมาณ 300 วัน) ยูเรเนียมที่มีความเข้มข้นต่ำที่สุดอยู่ในสมองและหัวใจ (10 -10 กรัมต่อกรัม) ปริมาณยูเรเนียมที่บริโภคพร้อมอาหารและของเหลวในแต่ละวันคือ 1.9·10 -6 กรัม โดยมีอากาศ - 7·10 -9 กรัม การขับยูเรเนียมออกจากร่างกายมนุษย์ในแต่ละวันคือ: ด้วยปัสสาวะ 0.5·10 -7 - 5·10 - 7 กรัม มีอุจจาระ 1.4·10 -6 -1.8·10 -6 กรัม มีขน 2·10 -8 กรัม
ตามที่คณะกรรมการระหว่างประเทศว่าด้วยการป้องกันรังสี ปริมาณยูเรเนียมโดยเฉลี่ยในร่างกายมนุษย์คือ 9·10 -5 กรัม ค่านี้อาจแตกต่างกันไปตามภูมิภาคต่างๆ เชื่อกันว่ายูเรเนียมมีความจำเป็นต่อการทำงานปกติของสัตว์และพืช
พิษของยูเรเนียมนั้นเกิดจากมัน คุณสมบัติทางเคมีและขึ้นอยู่กับความสามารถในการละลาย: ยูรานิลและสารประกอบยูเรเนียมที่ละลายน้ำได้อื่นๆ มีพิษมากกว่า การเป็นพิษจากยูเรเนียมและสารประกอบของยูเรเนียมนั้นเป็นไปได้ในสถานประกอบการในการสกัดและแปรรูปวัตถุดิบยูเรเนียมและโรงงานอุตสาหกรรมอื่น ๆ ที่ใช้ในกระบวนการทางเทคโนโลยี เมื่อเข้าสู่ร่างกาย ยูเรเนียมจะส่งผลกระทบต่ออวัยวะและเนื้อเยื่อทั้งหมด ซึ่งเป็นพิษต่อเซลล์โดยทั่วไป สัญญาณของการเป็นพิษเกิดจากความเสียหายเบื้องต้นต่อไต (การปรากฏตัวของโปรตีนและน้ำตาลในปัสสาวะ, การเกิด oliguria ตามมา); ตับและระบบทางเดินอาหารก็ได้รับผลกระทบเช่นกัน มีพิษเฉียบพลันและเรื้อรัง หลังมีลักษณะการพัฒนาอย่างค่อยเป็นค่อยไปและอาการไม่รุนแรง เมื่อเป็นพิษเรื้อรังอาจเกิดความผิดปกติของเม็ดเลือดระบบประสาท ฯลฯ เชื่อกันว่ากลไกระดับโมเลกุลของการกระทำของยูเรเนียมมีความเกี่ยวข้องกับความสามารถในการระงับการทำงานของเอนไซม์
ยูเรเนียมเป็นโลหะกัมมันตภาพรังสี ในธรรมชาติ ยูเรเนียมประกอบด้วยไอโซโทปสามชนิด ได้แก่ ยูเรเนียม-238 ยูเรเนียม-235 และยูเรเนียม-234 ระดับความเสถียรสูงสุดบันทึกไว้ในยูเรเนียม-238
ลักษณะเฉพาะ | ความหมาย |
---|---|
ข้อมูลทั่วไป | |
ชื่อสัญลักษณ์ | ยูเรเนียม-238, 238U |
ชื่อทางเลือก | ยูเรเนียม 1, UI |
นิวตรอน | 146 |
โปรตอน | 92 |
คุณสมบัติของนิวไคลด์ | |
มวลอะตอม | 238.0507882(20) กิน. |
มวลส่วนเกิน | 47 308.9(19) เควี |
พลังงานยึดเหนี่ยวจำเพาะ (ต่อนิวคลีออน) | 7 570.120(8) เควี |
ความอุดมสมบูรณ์ของไอโซโทป | 99,2745(106) % |
ครึ่งชีวิต | 4.468(3) 109 ปี |
ผลิตภัณฑ์สลายตัว | 234Th, 238Pu |
ไอโซโทปต้นกำเนิด | 238Pa(β−) 242Pu(α) |
การหมุนและความเท่าเทียมกันของนิวเคลียส | 0+ |
ช่องเสื่อม | พลังงานสลายตัว |
α สลายตัว | 4.2697(29) MeV |
เอสเอฟ | |
ββ | 1.1442(12) เมฟ |
การสลายกัมมันตภาพรังสีของยูเรเนียม
การสลายกัมมันตภาพรังสีเป็นกระบวนการของการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบอย่างกะทันหันหรือ โครงสร้างภายใน นิวเคลียสของอะตอมซึ่งมีลักษณะของความไม่มั่นคง ในกรณีนี้ อนุภาคมูลฐาน รังสีแกมมา และ/หรือชิ้นส่วนนิวเคลียร์จะถูกปล่อยออกมา สารกัมมันตภาพรังสีประกอบด้วยนิวเคลียสกัมมันตภาพรังสี นิวเคลียสลูกสาวที่เกิดจากการสลายกัมมันตภาพรังสียังสามารถกลายเป็นกัมมันตภาพรังสีและสลายตัวหลังจากช่วงระยะเวลาหนึ่งได้ กระบวนการนี้จะดำเนินต่อไปจนกระทั่งเกิดนิวเคลียสที่เสถียรซึ่งปราศจากกัมมันตภาพรังสี อี. รัทเทอร์ฟอร์ดทดลองพิสูจน์ในปี พ.ศ. 2442 ว่าเกลือยูเรเนียมปล่อยรังสีสามประเภท:
- α-rays - กระแสของอนุภาคที่มีประจุบวก
- β-rays - กระแสของอนุภาคที่มีประจุลบ
- รังสี γ ไม่สร้างความเบี่ยงเบนในสนามแม่เหล็ก
ประเภทของรังสี | นิวไคลด์ | ครึ่งชีวิต |
---|---|---|
Ο | ยูเรเนียม - 238 คุณ | 4.47 พันล้านปี |
α ↓ | ||
Ο | ทอเรียม - 234 พ | 24.1 วัน |
β ↓ | ||
Ο | โปรแทกติเนียม - 234 Pa | 1.17 นาที |
β ↓ | ||
Ο | ยูเรเนียม - 234 คุณ | 245,000 ปี |
α ↓ | ||
Ο | ทอเรียม - 230 พ | 8000 ปี |
α ↓ | ||
Ο | เรเดียม - 226 รา | 1600 ปี |
α ↓ | ||
Ο | พอโลเนียม - 218 ปอ | 3.05 นาที |
α ↓ | ||
Ο | ตะกั่ว - 214 Pb | 26.8 นาที |
β ↓ | ||
Ο | บิสมัท - 214 บี | 19.7 นาที |
β ↓ | ||
Ο | พอโลเนียม - 214 ปอ | 0.000161 วินาที |
α ↓ | ||
Ο | ตะกั่ว - 210 Pb | 22.3 ปี |
β ↓ | ||
Ο | บิสมัท - 210 บี | 5.01 วัน |
β ↓ | ||
Ο | พอโลเนียม - 210 โป | 138.4 วัน |
α ↓ | ||
Ο | ตะกั่ว - 206 Pb | มั่นคง |
กัมมันตภาพรังสีของยูเรเนียม
กัมมันตภาพรังสีตามธรรมชาติคือสิ่งที่ทำให้ยูเรเนียมกัมมันตภาพรังสีแตกต่างจากธาตุอื่น อะตอมของยูเรเนียมโดยไม่คำนึงถึงปัจจัยและเงื่อนไขใดๆ จะค่อยๆ เปลี่ยนแปลง ในกรณีนี้จะมีการปล่อยรังสีที่มองไม่เห็นออกมา หลังจากการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นกับอะตอมยูเรเนียม จะได้องค์ประกอบกัมมันตภาพรังสีที่แตกต่างกันและทำซ้ำกระบวนการนี้ เขาจะทำซ้ำหลาย ๆ ครั้งตามที่จำเป็นเพื่อให้ได้องค์ประกอบที่ไม่มีกัมมันตภาพรังสี ตัวอย่างเช่น การเปลี่ยนแปลงบางสายมีขั้นตอนมากถึง 14 ขั้นตอน ในกรณีนี้ องค์ประกอบที่อยู่ตรงกลางคือเรเดียม และขั้นตอนสุดท้ายคือการก่อตัวของตะกั่ว โลหะนี้ไม่ใช่องค์ประกอบกัมมันตภาพรังสี ดังนั้นชุดของการเปลี่ยนแปลงจึงถูกขัดจังหวะ อย่างไรก็ตาม ยูเรเนียมต้องใช้เวลาหลายพันล้านปีจึงจะเปลี่ยนเป็นตะกั่วได้อย่างสมบูรณ์
แร่ยูเรเนียมกัมมันตรังสีมักก่อให้เกิดพิษในสถานประกอบการที่เกี่ยวข้องกับการทำเหมืองและการแปรรูปวัตถุดิบยูเรเนียม ในร่างกายมนุษย์ ยูเรเนียมเป็นพิษต่อเซลล์ทั่วไป มีผลกระทบต่อไตเป็นหลัก แต่ยังส่งผลต่อตับและระบบทางเดินอาหารด้วย
ยูเรเนียมไม่มีไอโซโทปเสถียรอย่างสมบูรณ์ ยูเรเนียม-238 มีอายุการใช้งานยาวนานที่สุด การเสื่อมสภาพครึ่งหนึ่งของยูเรเนียม-238 เกิดขึ้นในช่วง 4.4 พันล้านปี น้อยกว่าหนึ่งพันล้านปียูเรเนียม-235 ครึ่งการสลายตัวเกิดขึ้น - 0.7 พันล้านปี ยูเรเนียม-238 ครอบครองมากกว่า 99% ของปริมาตรยูเรเนียมธรรมชาติทั้งหมด เนื่องจากมีค่าครึ่งชีวิตมหาศาลจึงทำให้กัมมันตภาพรังสีของโลหะนี้ไม่สูง ตัวอย่างเช่น อนุภาคอัลฟ่าไม่สามารถทะลุผ่านชั้น corneum ของผิวหนังมนุษย์ได้ หลังจากการศึกษาหลายครั้ง นักวิทยาศาสตร์พบว่าแหล่งกำเนิดรังสีหลักไม่ใช่ยูเรเนียม แต่เป็นก๊าซเรดอนที่ผลิตขึ้น รวมถึงผลิตภัณฑ์ที่สลายตัวซึ่งเข้าสู่ร่างกายมนุษย์ระหว่างการหายใจ
เทคโนโลยีนิวเคลียร์ส่วนใหญ่มีพื้นฐานมาจากการใช้วิธีเคมีกัมมันตภาพรังสี ซึ่งในทางกลับกันก็ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางนิวเคลียร์ทางกายภาพ ฟิสิกส์ เคมี และพิษของธาตุกัมมันตภาพรังสี
ในบทนี้เราจะจำกัดตัวเราเอง คำอธิบายสั้น ๆคุณสมบัติของไอโซโทปฟิสไซล์หลัก - ยูเรเนียมและพลูโทเนียม
ดาวยูเรนัส
ดาวยูเรนัส ( ยูเรเนียม) U - องค์ประกอบของกลุ่มแอกติไนด์, คาบที่ 7-0 ของระบบธาตุ, Z=92, มวลอะตอม 238.029; หนักที่สุดที่พบในธรรมชาติ
มีไอโซโทปของยูเรเนียมที่รู้จักอยู่ 25 ไอโซโทป ซึ่งทั้งหมดเป็นสารกัมมันตภาพรังสี ง่ายที่สุด 217U (Tj/ 2 =26 ms) หนักที่สุด 2 4 2 U (7 TJ / 2 =i6.8 นาที) ไอโซเมอร์นิวเคลียร์มี 6 ไอโซเมอร์ ยูเรเนียมธรรมชาติประกอบด้วยไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีสามชนิด: 2 8 และ (99, 2 739%, Ti/ 2 = 4.47109 l), 2 35 U (0.7205%, G, / 2 = 7.04-109 ปี) และ 2 34 U ( 0.0056%, Ti/ 2=2.48-yuz ล.) กัมมันตภาพรังสีจำเพาะของยูเรเนียมธรรมชาติคือ 2.48104 Bq แบ่งเกือบครึ่งหนึ่งระหว่าง 2 34 U และ 288 U; 2 35U มีส่วนช่วยเล็กน้อย (กิจกรรมเฉพาะของไอโซโทป 2 zi ในยูเรเนียมธรรมชาตินั้นน้อยกว่ากิจกรรมของ 2 3 8 U ถึง 21 เท่า) หน้าตัดของการดักจับนิวตรอนความร้อนคือ 46, 98 และ 2.7 โรงนาสำหรับ 2 zzi, 2 35U และ 2 3 8 U ตามลำดับ หมวด 527 และ 584 โรงนาสำหรับ 2 zzi และ 2 z 8 และตามลำดับ ส่วนผสมจากธรรมชาติของไอโซโทป (0.7% 235U) 4.2 โรงนา
โต๊ะ 1. คุณสมบัติทางกายภาพของนิวเคลียร์ 2 h9 Ri และ 2 35Ts
โต๊ะ 2. การจับนิวตรอน 2 35T และ 2 z 8 ค.
ไอโซโทปของยูเรเนียม 6 ไอโซโทปสามารถแยกตัวได้เอง: 282 U, 2 zzi, 234 U, 235 U, 2 z 6 i และ 2 z 8 i ไอโซโทปธรรมชาติ 2 33 และ 2 35 U ฟิชชันภายใต้อิทธิพลของทั้งนิวตรอนความร้อนและนิวตรอนเร็ว และนิวเคลียส 2 3 8 สามารถเกิดฟิชชันได้ก็ต่อเมื่อพวกมันจับนิวตรอนด้วยพลังงานมากกว่า 1.1 MeV เมื่อจับนิวตรอนด้วยพลังงานต่ำกว่า นิวเคลียส 288 U จะถูกแปลงเป็นนิวเคลียส 2 -i9U ก่อน จากนั้นจะเกิดการสลายตัวของ p และเปลี่ยนเป็น 2 -"*9Np ก่อน จากนั้นจึงเปลี่ยนเป็น 2 39Pu ภาพตัดขวางที่มีประสิทธิผลสำหรับการจับความร้อน นิวตรอนของ 2 34U, 2 นิวเคลียส 35U และ 2 3 8 และมีค่าเท่ากับ 98, 683 และ 2.7 barn ตามลำดับ การแบ่งตัวที่สมบูรณ์ของ 2 35 U นำไปสู่ “พลังงานความร้อนเทียบเท่า” 2-107 kWh / kg. ไอโซโทป 2 35 U และ 2 zzi ถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ซึ่งสามารถรองรับปฏิกิริยาลูกโซ่ฟิชชันได้
เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ผลิตไอโซโทปเทียมของยูเรเนียมที่มีเลขมวล 227-^240 ซึ่งมีอายุยาวนานที่สุดคือ 233U (7 วี 2 =i.62 *io 5 ปี); ได้มาจากการฉายรังสีทอเรียมด้วยนิวตรอน ในฟลักซ์นิวตรอนที่ทรงพลังยิ่งยวดของการระเบิดแสนสาหัส ไอโซโทปยูเรเนียมที่มีมวล 239^257 ถือกำเนิดขึ้น
ยูราน-232- นิวไคลด์เทคโนโลยี, เอ-อิมิตเตอร์, ที x / 2=68.9 ปี ไอโซโทปต้นกำเนิด 2 h 6 Pu(a), 23 2 Np(p*) และ 23 2 Ra(p), นิวไคลด์ลูกสาว 228 Th. ความเข้มของฟิชชันที่เกิดขึ้นเองคือ 0.47 ดิวิชั่น/วินาที กิโลกรัม
ยูเรเนียม-232 เกิดขึ้นจากการสลายตัวดังต่อไปนี้:
P + -การสลายตัวของนิวไคลด์ *3 a Np (Ti/ 2 =14.7 นาที):
ในอุตสาหกรรมนิวเคลียร์ 2 3 2 U ถูกผลิตเป็นผลพลอยได้ในระหว่างการสังเคราะห์นิวไคลด์ 2 zi ที่ฟิชไซล์ (เกรดอาวุธ) ในวัฏจักรเชื้อเพลิงทอเรียม เมื่อ 2 3 2 Th ถูกฉายรังสีด้วยนิวตรอน ปฏิกิริยาหลักจะเกิดขึ้น:
และปฏิกิริยาข้างเคียงสองขั้นตอน:
การผลิต 232 U จากทอเรียมเกิดขึ้นกับนิวตรอนเร็วเท่านั้น (อี„>6 MeV) หากสารตั้งต้นประกอบด้วย 2 3°TH การเกิดของ 2 3 2 U จะเสริมด้วยปฏิกิริยา: 2 3°TH + u-> 2 3'TH ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นโดยใช้นิวตรอนความร้อน การสร้าง 2 3 2 U ไม่เป็นที่พึงปรารถนาด้วยเหตุผลหลายประการ ถูกระงับโดยใช้ทอเรียมที่มีความเข้มข้นขั้นต่ำ 2 3°TH
การสลายของ 2 × 2 เกิดขึ้นในทิศทางต่อไปนี้:
การสลายตัวใน 228 Th (ความน่าจะเป็น 10% พลังงานการสลายตัว 5.414 MeV):
พลังงานของอนุภาคแอลฟาที่ปล่อยออกมาคือ 5.263 MeV (ใน 31.6% ของกรณี) และ 5.320 MeV (ใน 68.2% ของกรณี)
- - ฟิชชันที่เกิดขึ้นเอง (ความน่าจะเป็นน้อยกว่า ~ 12%)
- - คลัสเตอร์สลายตัวด้วยการก่อตัวของนิวไคลด์ 28 Mg (ความน่าจะเป็นที่จะสลายตัวน้อยกว่า 5*10" 12%):
คลัสเตอร์สลายตัวพร้อมกับการก่อตัวของนิวไคลด์ 2
ยูเรเนียม-232 เป็นบรรพบุรุษ โซ่ยาวการสลายตัวซึ่งรวมถึงนิวไคลด์ - ตัวปล่อยของ y-quanta แข็ง:
^U-(3.64 วัน, a,y)-> 220 Rn-> (55.6 s, a)-> 21b Po->(0.155 s, a)-> 212 Pb->(10.64 ชั่วโมง , p, y) - > 212 Bi -> (60.6 m, p, y) -> 212 Po a, y) -> 208x1, 212 Po -> (3 "Yu' 7 s, a) -> 2o8 Pb (แทง), 2o8 T1- >(3.06 ม., p, y-> 2o8 Pb.
การสะสมของ 2 3 2 U เป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในระหว่างการผลิต 2 zi ในวงจรพลังงานทอเรียม รังสีวายเข้มข้นที่เกิดจากการสลายตัวของ 2 3 2 U ขัดขวางการพัฒนาพลังงานทอเรียม สิ่งที่ผิดปกติคือไอโซโทปคู่ 2 3 2 11 มีหน้าตัดฟิชชันสูงภายใต้อิทธิพลของนิวตรอน (75 โรงนาสำหรับนิวตรอนความร้อน) เช่นเดียวกับหน้าตัดการจับนิวตรอนสูง - 73 โรงนา 2 3 2 U ใช้ในวิธีการติดตามกัมมันตภาพรังสีในการวิจัยทางเคมี
2 ชั่วโมง 2 และเป็นผู้ก่อตั้งห่วงโซ่การสลายตัวแบบยาว (ตามโครงการ 2 ชั่วโมง 2 T) ซึ่งรวมถึงตัวปล่อยนิวไคลด์ของฮาร์ด y-ควอนตัม การสะสมของ 2 3 2 U เป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในระหว่างการผลิต 2 zi ในวงจรพลังงานทอเรียม รังสีวายเข้มข้นที่เกิดจากการสลายตัวของ 232 U ขัดขวางการพัฒนาพลังงานทอเรียม สิ่งที่ผิดปกติคือไอโซโทปคู่ 2 3 2 U มีหน้าตัดฟิชชันสูงภายใต้อิทธิพลของนิวตรอน (75 โรงนาสำหรับนิวตรอนความร้อน) เช่นเดียวกับหน้าตัดการจับนิวตรอนสูง - 73 โรงนา 2 3 2 U มักใช้ในวิธีการติดตามกัมมันตภาพรังสีในการวิจัยทางเคมีและกายภาพ
ยูราน-233- นิวไคลด์กัมมันตรังสีที่มนุษย์สร้างขึ้น a-emitter (พลังงาน 4.824 (82.7%) และ 4.783 MeV (14.9%)) ทวี= 1.585105 ปี นิวไคลด์ต้นกำเนิด 2 37Pu(a)-? 2 33Np(p +)-> 2 ззРа(р), ลูกสาว nuclide 22 9Th. 2 zzi ได้มาในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์จากทอเรียม: 2 z 2 Th จับนิวตรอนและเปลี่ยนเป็น 2 zzT ซึ่งสลายตัวเป็น 2 zzRa จากนั้นเป็น 2 zzRa นิวเคลียสของ 2 zi (ไอโซโทปคี่) สามารถเกิดฟิชชันและฟิชชันได้เองภายใต้อิทธิพลของนิวตรอนของพลังงานใด ๆ ซึ่งทำให้เหมาะสำหรับการผลิตทั้งอาวุธปรมาณูและเชื้อเพลิงของเครื่องปฏิกรณ์ ภาพตัดขวางของฟิชชันที่มีประสิทธิผลคือ 533 โรงนา, ภาพตัดขวางของการจับคือ 52 โรงนา, ผลผลิตนิวตรอน: ต่อเหตุการณ์ฟิชชัน - 2.54, ต่อนิวตรอนที่ถูกดูดซึม - 2.31 มวลวิกฤตของ 2 zzi นั้นน้อยกว่ามวลวิกฤติของ 2 35U (-16 กก.) ถึงสามเท่า ความเข้มข้นของฟิชชันที่เกิดขึ้นเองคือ 720 ดิวิชั่น/วินาที กิโลกรัม
ยูเรเนียม-233 เกิดขึ้นจากการสลายตัวดังต่อไปนี้:
- (3 + -การสลายตัวของนิวไคลด์ 2 33Np (7^=36.2 นาที):
ใน ระดับอุตสาหกรรม 2 zzi ได้มาจาก 2 32Th โดยการฉายรังสีด้วยนิวตรอน:
เมื่อนิวตรอนถูกดูดซับ นิวเคลียส 2 zzi มักจะแยกตัว แต่บางครั้งก็จับนิวตรอนจนกลายเป็น 2 34U แม้ว่าโดยปกติ 2 zzi จะแบ่งตัวหลังจากการดูดซับนิวตรอน แต่บางครั้งมันก็ยังคงมีนิวตรอนอยู่ โดยกลายเป็น 2 34U การผลิต 2 zirs ดำเนินการในเครื่องปฏิกรณ์ทั้งแบบเร็วและแบบความร้อน
จากมุมมองของอาวุธ 2 ZZI เทียบได้กับ 2 39Pu: กัมมันตภาพรังสีของมันคือ 1/7 ของกิจกรรมของ 2 39Pu (Ti/ 2 = 159200 ลิตร เทียบกับ 24100 ลิตร สำหรับ Pu) มวลวิกฤตของ 2 zi นั้นสูงกว่ามวลวิกฤตของ ^Pu 60% (16 กก. เทียบกับ 10 กก.) และอัตราการเกิดฟิชชันที่เกิดขึ้นเองจะสูงกว่า 20 เท่า (bth - ' กับ 310 10) ฟลักซ์นิวตรอนจาก 2 zzi นั้นสูงกว่าของ 2 39Pi ถึงสามเท่า การสร้างประจุนิวเคลียร์ตาม 2 zi ต้องใช้ความพยายามมากกว่า ^Pi อุปสรรคหลักคือการมีอยู่ของสิ่งเจือปน 232 U ใน 2ZZY ซึ่งเป็นรังสี y ของโปรเจ็กต์การสลายตัวซึ่งทำให้ทำงานร่วมกับ 2ZZY ได้ยากและทำให้ตรวจจับได้ง่าย อาวุธพร้อม. นอกจากนี้ครึ่งชีวิตสั้นของ 2 3 2 U ทำให้เป็นแหล่งอนุภาคอัลฟ่าที่ทำงานอยู่ 2 zi ที่มี 1% 232 และมีฤทธิ์รุนแรงกว่าพลูโตเนียมเกรดอาวุธถึงสามเท่า และด้วยเหตุนี้จึงมีพิษทางรังสีมากขึ้น กิจกรรมนี้ทำให้เกิดการสร้างนิวตรอนในองค์ประกอบเบาของประจุอาวุธ เพื่อลดปัญหานี้ การมีองค์ประกอบต่างๆ เช่น Be, B, F, Li ควรน้อยที่สุด การมีอยู่ของพื้นหลังนิวตรอนไม่ส่งผลกระทบต่อการทำงานของระบบระเบิด แต่วงจรปืนใหญ่ต้องการความบริสุทธิ์ในระดับสูงสำหรับองค์ประกอบแสง เนื้อหา 23 2 U ในอาวุธเกรด 2 zis ไม่ควรเกิน 5 ส่วนต่อล้าน (0.0005% ) ในเชื้อเพลิงของเครื่องปฏิกรณ์พลังงานความร้อนการมีอยู่ของ 2 3G นั้นไม่เป็นอันตรายและเป็นที่ต้องการเนื่องจากจะช่วยลดความเป็นไปได้ในการใช้ยูเรเนียมเพื่อวัตถุประสงค์ด้านอาวุธหลังจากใช้เชื้อเพลิงแล้วในกระบวนการผลิตใหม่และนำเชื้อเพลิงกลับมาใช้ใหม่เนื้อหา 232U จะสูงถึงประมาณ 1+ 0.2%
การสลายของ 2 zi เกิดขึ้นในทิศทางต่อไปนี้:
การสลายตัวใน 22 9Th (ความน่าจะเป็น 10% พลังงานการสลายตัว 4.909 MeV):
พลังงานของอนุภาค yahr ที่ปล่อยออกมาคือ 4.729 MeV (ใน 1.61% ของกรณี), 4.784 MeV (ใน 13.2% ของกรณี) และ 4.824 MeV (ใน 84.4% ของกรณี)
- - การหารที่เกิดขึ้นเอง (ความน่าจะเป็น
- - คลัสเตอร์สลายตัวด้วยการก่อตัวของนิวไคลด์ 28 Mg (ความน่าจะเป็นในการสลายตัวน้อยกว่า 1.3*10_13%):
คลัสเตอร์สลายตัวด้วยการก่อตัวของนิวไคลด์ 24 Ne (ความน่าจะเป็นในการสลายตัว 7.3-10-“%):
ห่วงโซ่การสลายตัวของ 2 zzi อยู่ในอนุกรมเนปทูเนียม
กัมมันตภาพรังสีจำเพาะของ 2 zi คือ 3.57-8 Bq/g ซึ่งสอดคล้องกับกัมมันตภาพรังสี (และความเป็นพิษต่อรังสี) ที่ -15% ของพลูโทเนียม เพียง 1% 2 3 2 U เพิ่มกัมมันตภาพรังสีเป็น 212 mCi/g
ยูราน-234(ดาวยูเรนัส ครั้งที่สอง UI)ส่วนหนึ่งของยูเรเนียมธรรมชาติ (0.0055%), 2.445105 ปี, a-emitter (พลังงานของอนุภาค a 4.777 (72%) และ
4.723 (28%) MeV), นิวไคลด์กัมมันตรังสีต้นกำเนิด: 2 ชั่วโมง 8 Pu(a), 234 Pa(P), 234 Np(p +),
ไอโซโทปลูกสาวใน 2 z”th
โดยปกติแล้ว 234 U จะอยู่ในสภาวะสมดุลโดยที่ 2 ชั่วโมง 8 u จะสลายตัวและก่อตัวในอัตราที่เท่ากัน ประมาณครึ่งหนึ่งของกัมมันตภาพรังสีของยูเรเนียมธรรมชาติมีส่วนทำให้เกิด 234U โดยทั่วไปแล้ว 234U ได้มาจากโครมาโตกราฟีแบบแลกเปลี่ยนไอออนของการเตรียมเก่าของ Pu บริสุทธิ์ 2 × 8 ในระหว่างการสลายตัว *zRi ให้ผลผลิต 2 34U ดังนั้นการเตรียมเก่าสำหรับ 2 ชั่วโมง 8 Ru จึงเป็นแหล่งที่ดีของ 2 34U yuo g 238Pi มีหลังจากหนึ่งปี 776 mg 2 34U หลังจาก 3 ปี
2.2 ก. 2 34U. ความเข้มข้นของ 2 34U ในยูเรเนียมเสริมสมรรถนะสูงค่อนข้างสูงเนื่องจากการเสริมสมรรถนะพิเศษด้วยไอโซโทปเบา เนื่องจาก 2 34u เป็นตัวปล่อย y แรง จึงมีข้อจำกัดเกี่ยวกับความเข้มข้นของยูเรเนียมที่มีไว้สำหรับแปรรูปเป็นเชื้อเพลิง ระดับที่เพิ่มขึ้น 234 และเป็นที่ยอมรับสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ แต่เชื้อเพลิงใช้แล้วที่นำกลับมาผ่านกระบวนการมีไอโซโทปนี้ในระดับที่ยอมรับไม่ได้อยู่แล้ว
การสลายตัวของ 234i เกิดขึ้นในทิศทางต่อไปนี้:
การสลายตัวแบบ A ที่ 2 3°Т (ความน่าจะเป็น 100% พลังงานการสลายตัว 4.857 MeV):
พลังงานของอนุภาคแอลฟาที่ปล่อยออกมาคือ 4.722 MeV (ใน 28.4% ของกรณี) และ 4.775 MeV (ใน 71.4% ของกรณี)
- - การหารตามธรรมชาติ (ความน่าจะเป็น 1.73-10-9%)
- - การสลายตัวของคลัสเตอร์โดยมีการก่อตัวของนิวไคลด์ 28 Mg (ความน่าจะเป็นของการสลายตัว 1.4-10% ตามข้อมูลอื่น 3.9-10%):
- - คลัสเตอร์สลายตัวด้วยการก่อตัวของนิวไคลด์ 2 4Ne และ 26 Ne (ความน่าจะเป็นในการสลาย 9-10", 2% ตามข้อมูลอื่น 2,3-10_11%):
ไอโซเมอร์ที่ทราบเพียงอย่างเดียวคือ 2 34ti (Tx/ 2 = 33.5 μs)
ภาพตัดขวางการดูดกลืนแสงของนิวตรอนความร้อน 34U 2 ตัวคือ 100 barn และสำหรับอินทิกรัลเรโซแนนซ์ที่มีค่าเฉลี่ยเหนือนิวตรอนขั้นกลางต่างๆ จะเท่ากับ 700 barn ดังนั้นในเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนความร้อนจึงถูกแปลงเป็นฟิสไซล์ 235U ในอัตราที่เร็วกว่าปริมาณที่มากกว่า 238U (ที่มีหน้าตัด 2.7 โรงนา) จะถูกแปลงเป็น 2 39Ru เป็นผลให้เชื้อเพลิงใช้แล้วมีน้อยกว่าเชื้อเพลิงสด 2 34U
ยูราน-235อยู่ในตระกูล 4P+3 ซึ่งสามารถสร้างปฏิกิริยาลูกโซ่ฟิชชันได้ นี่เป็นไอโซโทปแรกที่ค้นพบปฏิกิริยาของการแตกตัวของนิวเคลียร์แบบบังคับภายใต้อิทธิพลของนิวตรอน โดยการดูดซับนิวตรอน 235U จะกลายเป็น 2 zbi ซึ่งแบ่งออกเป็นสองส่วน โดยปล่อยพลังงานและปล่อยนิวตรอนออกมาหลายตัว ไอโซโทป 2 35U เป็นส่วนหนึ่งของยูฟานธรรมชาติ (0.72%) ซึ่งเป็นตัวปล่อยพลังงาน (พลังงาน 4.397 (57%) และ 4.367 (18%) MeV) โดยนิวตรอนของพลังงานใดๆ และสามารถเกิดฟิชชันได้เอง Ti/j=7.038-8 ปี แม่นิวไคลด์ 2 35Pa, 2 35Np และ 2 39Pu ลูกสาว - 23Th. อัตราฟิชชันที่เกิดขึ้นเอง 2 3su 0.16 ฟิชชัน/วินาที กก. เมื่อฟิชชันของนิวเคลียส 2 35U หนึ่งฟิชชัน พลังงาน 200 MeV = 3.210 p J ถูกปล่อยออกมา กล่าวคือ 18 TJ/โมล=77 TJ/กก. ภาพตัดขวางของฟิชชันโดยนิวตรอนความร้อนคือ 545 โรงนา และโดยนิวตรอนเร็ว - 1.22 โรงนา ปริมาณผลผลิตนิวตรอน: ต่อปฏิกิริยาฟิชชัน - 2.5 ต่อนิวตรอนที่ถูกดูดซึม - 2.08
ความคิดเห็น ภาพตัดขวางสำหรับการจับนิวตรอนช้าเพื่อสร้างไอโซโทป 2 sii (oo barn) ดังนั้นภาคตัดขวางการดูดกลืนนิวตรอนช้าทั้งหมดคือ 645 barn
- - ฟิชชันที่เกิดขึ้นเอง (ความน่าจะเป็น 7*10~9%);
- - คลัสเตอร์สลายตัวโดยมีการก่อตัวของนิวไคลด์ 2 °Ne, 2 5Ne และ 28 Mg (ความน่าจะเป็นตามลำดับคือ 8-io_10%, 8-kg 10%, 8*10",0%):
ข้าว. 1.
ไอโซเมอร์ที่ทราบเพียงอย่างเดียวคือ 2 35n»u (7/ 2 = 2b นาที)
กิจกรรมเฉพาะ 2 35C 7.77-4 Bq/g. มวลวิกฤตของยูเรเนียมเกรดอาวุธ (93.5% 2 35U) สำหรับลูกบอลที่มีตัวสะท้อนแสงคือ 15-7-23 กก.
ฟิชชัน 2 » 5U ใช้ในอาวุธปรมาณู เพื่อการผลิตพลังงาน และการสังเคราะห์แอกติไนด์ที่สำคัญ ปฏิกิริยาลูกโซ่จะถูกรักษาไว้โดยนิวตรอนส่วนเกินที่เกิดขึ้นระหว่างฟิชชันที่ 2 35C
ยูราน-236พบตามธรรมชาติบนโลกในปริมาณเล็กน้อย (บนดวงจันทร์ยังมีอีกมาก) a-emitter (?
ข้าว. 2. ตระกูลกัมมันตภาพรังสี 4/7+2 (รวมถึง -з 8 и).
ในเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู 2 sz ดูดซับนิวตรอนความร้อนหลังจากนั้นจะเกิดฟิชชันด้วยความน่าจะเป็น 82% และด้วยความน่าจะเป็น 18% มันจะปล่อยควอนตัม y และเปลี่ยนเป็น 2 sb และ (สำหรับ 100 นิวเคลียสฟิชชัน 2 35U ตรงนั้น คือนิวเคลียสที่ก่อตัวเป็น 22 2 3 6 U) ในปริมาณเล็กน้อยจะเป็นส่วนหนึ่งของเชื้อเพลิงสด จะสะสมเมื่อยูเรเนียมถูกฉายรังสีด้วยนิวตรอนในเครื่องปฏิกรณ์ และดังนั้นจึงใช้เป็น "อุปกรณ์ส่งสัญญาณ" สำหรับเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใช้แล้ว 2 hb และก่อตัวเป็นผลพลอยได้ในระหว่างการแยกไอโซโทปโดยการแพร่กระจายของก๊าซในระหว่างการสร้างเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ใช้แล้วใหม่ 236 U เป็นพิษนิวตรอนที่เกิดขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์พลังงาน การมีอยู่ของมันในเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ได้รับการชดเชยด้วยการเสริมสมรรถนะในระดับสูง 2 35 U
2 z b และใช้เป็นตัวติดตามการผสมน้ำทะเล
ยูเรเนียม-237,ที&= 6.75 วัน ตัวปล่อยเบต้าและแกมมาสามารถหาได้จากปฏิกิริยานิวเคลียร์:
การตรวจจับ 287 และดำเนินการตามแนวด้วย เอ๋= o,ob MeV (36%), 0.114 MeV (0.06%), 0.165 MeV (2.0%), 0.208 MeV (23%)
237U ใช้ในวิธี radiotracer ในการวิจัยทางเคมี การวัดความเข้มข้น (2-4°Am) ที่ตกลงมาจากการทดสอบอาวุธปรมาณูจะให้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์เกี่ยวกับประเภทของประจุและอุปกรณ์ที่ใช้
ยูราน-238- อยู่ในตระกูล 4P+2 เป็นฟิชไซล์โดยนิวตรอนพลังงานสูง (มากกว่า 1.1 MeV) สามารถเกิดฟิชชันได้เอง สร้างพื้นฐานของยูเรเนียมธรรมชาติ (99.27%) ตัวปล่อย a, 7'; /2=4>468-109 ปี สลายตัวโดยตรงเป็น 2 ใน 34 ก่อให้เกิดนิวไคลด์กัมมันตรังสีที่เกี่ยวข้องกับพันธุกรรมจำนวนหนึ่ง และหลังจาก 18 ผลิตภัณฑ์กลายเป็น 206 Рb Pure 2 3 8 U มีกัมมันตภาพรังสีจำเพาะ 1.22-104 Bq. ครึ่งชีวิตนั้นยาวนานมาก - ประมาณ 10 16 ปี ดังนั้นความน่าจะเป็นของฟิชชันที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการหลัก - การปล่อยอนุภาคอัลฟ่า - จึงมีเพียง 10" 7 ยูเรเนียมหนึ่งกิโลกรัมให้ฟิชชันที่เกิดขึ้นเองเพียง 10 ครั้งต่อวินาที และในเวลาเดียวกันอนุภาคแอลฟาจะปล่อยนิวเคลียสออกมา 20 ล้านนิวเคลียส แม่นิวไคลด์: 2 4 2 Pu(a), *38ra(p-) 234Th, ลูกสาว ที/ 2 = 2 :ฉัน 4 ไทย.
ยูเรเนียม-238 เกิดขึ้นจากการสลายตัวดังต่อไปนี้:
2 (V0 4) 2 ] 8H 2 0 ในบรรดาแร่ธาตุทุติยภูมิแคลเซียมยูรานิลฟอสเฟต Ca(U0 2) 2 (P0 4) 2 -8H 2 0 เป็นเรื่องธรรมดา บ่อยครั้งที่ยูเรเนียมในแร่ธาตุจะมาพร้อมกับองค์ประกอบที่มีประโยชน์อื่น ๆ - ไทเทเนียม , แทนทาลัม, ธาตุหายาก ดังนั้นจึงเป็นเรื่องธรรมดาที่จะต้องมุ่งมั่น การประมวลผลที่ซับซ้อนแร่ที่มียูเรเนียม
คุณสมบัติทางกายภาพพื้นฐานของยูเรเนียม: มวลอะตอม 238.0289 amu (กรัม/โมล); รัศมีอะตอม 138 น. (13.00 น. = 12 ม.); พลังงานไอออไนเซชัน (อิเล็กตรอนตัวแรก 7.11 eV; การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ -5f36d'7s 2; สถานะออกซิเดชัน 6, 5, 4, 3; GP l = 113 2, 2 °; ที ที,1=3818°; ความหนาแน่น 19.05; ความร้อนจำเพาะ 0.115 เจดีเคโมล); ความต้านแรงดึง 450 MPa ความร้อนของการหลอมรวม 12.6 กิโลจูล/โมล ความร้อนของการระเหย 417 กิโลจูล/โมล ความร้อนจำเพาะ 0.115 จูล/(โมล-K); ปริมาตรฟันกราม 12.5 cm3/mol; ลักษณะอุณหภูมิ Debye © D = 200K อุณหภูมิของการเปลี่ยนไปสู่สถานะตัวนำยิ่งยวดประมาณ 68K
ยูเรเนียมเป็นโลหะหนักสีขาวเงินและเป็นมันเงา มันนุ่มกว่าเหล็กเล็กน้อย อ่อนตัวได้ ยืดหยุ่น มีคุณสมบัติพาราแมกเนติกเล็กน้อย และลุกติดไฟได้เองในรูปแบบผง ยูเรเนียมมีรูปแบบ allotropic สามรูปแบบ: อัลฟา (orthorhombic, a-U, พารามิเตอร์ขัดแตะ 0=285, ข= 587, c=49b pm, เสถียรสูงถึง 667.7°), เบตา (tetragonal, p-U, เสถียรตั้งแต่ 667.7 ถึง 774.8°), แกมมา (ที่มีโครงตาข่ายที่มีศูนย์กลางลำตัวเป็นลูกบาศก์, y-U, มีตั้งแต่ 774.8° ถึงจุดหลอมเหลว, frm= ii34 0) ซึ่งยูเรเนียมมีความอ่อนตัวและสะดวกในการแปรรูปมากที่สุด
ที่อุณหภูมิห้อง เฟสออร์โธฮอร์ฮอมบิกจะเสถียร โครงสร้างปริซึมประกอบด้วยชั้นอะตอมที่เป็นคลื่นขนานกับระนาบ เอบีซี,ในโครงตาข่ายปริซึมที่ไม่สมมาตรอย่างยิ่ง ภายในชั้นต่างๆ อะตอมจะเชื่อมต่อกันอย่างแน่นหนา ในขณะที่ความแข็งแรงของพันธะระหว่างอะตอมในชั้นที่อยู่ติดกันนั้นอ่อนกว่ามาก (รูปที่ 4) โครงสร้างแอนไอโซทรอปิกนี้ทำให้การผสมยูเรเนียมกับโลหะอื่นทำได้ยาก มีเพียงโมลิบดีนัมและไนโอเบียมเท่านั้นที่สร้างโลหะผสมโซลิดเฟสกับยูเรเนียม อย่างไรก็ตาม โลหะยูเรเนียมสามารถมีปฏิกิริยากับโลหะผสมหลายชนิดทำให้เกิดสารประกอบระหว่างโลหะได้
ในช่วง 668^775° มี (3-ยูเรเนียม โครงตาข่ายชนิดเตตร้าโกนัลมีโครงสร้างเป็นชั้นๆ โดยมีชั้นขนานกับระนาบ เกี่ยวกับในตำแหน่ง 1/4С, 1/2 กับและ 3/4C ของเซลล์หน่วย ที่อุณหภูมิสูงกว่า 775° จะเกิด Y-ยูเรเนียมที่มีโครงตาข่ายลูกบาศก์เป็นศูนย์กลางของร่างกาย การเติมโมลิบดีนัมจะทำให้เฟส y ปรากฏที่อุณหภูมิห้อง โมลิบดีนัมก่อให้เกิดสารละลายของแข็งหลายประเภทด้วยวาย-ยูเรเนียม และทำให้เฟส y คงตัวที่อุณหภูมิห้อง y-ยูเรเนียมมีความนุ่มกว่ามากและยืดหยุ่นได้ดีกว่า a- และ (3 เฟส) ที่เปราะมาก
การฉายรังสีนิวตรอนส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อคุณสมบัติทางกายภาพและทางกลของยูเรเนียม ทำให้ขนาดของตัวอย่างเพิ่มขึ้น การเปลี่ยนแปลงรูปร่าง ตลอดจนคุณสมบัติทางกล (การคืบ การแตกตัว) ของบล็อกยูเรเนียมลดลงอย่างรวดเร็วระหว่างการทำงาน เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์. ปริมาตรที่เพิ่มขึ้นเกิดจากการสะสมของยูเรเนียมระหว่างการแยกตัวของสิ่งเจือปนขององค์ประกอบที่มีความหนาแน่นต่ำกว่า (การแปล 1% ยูเรเนียมเป็นองค์ประกอบที่กระจายตัวจะเพิ่มปริมาตร 3.4%)
ข้าว. 4. โครงสร้างผลึกบางส่วนของยูเรเนียม: a - a-uranium, b - p-uranium
วิธีการทั่วไปในการได้รับยูเรเนียมในสถานะโลหะคือการลดฟลูออไรด์ด้วยโลหะอัลคาไลหรืออัลคาไลน์เอิร์ธ หรือการแยกเกลือด้วยไฟฟ้าด้วยไฟฟ้า ยูเรเนียมสามารถหาได้จากการลดความร้อนของโลหะจากคาร์ไบด์ด้วยทังสเตนหรือแทนทาลัม
ความสามารถในการจ่ายอิเล็กตรอนได้ง่ายจะกำหนดคุณสมบัติการลดของยูเรเนียมและกิจกรรมทางเคมีที่มากขึ้น ยูเรเนียมสามารถโต้ตอบกับองค์ประกอบได้เกือบทั้งหมด ยกเว้นก๊าซมีตระกูล โดยได้รับสถานะออกซิเดชัน +2, +3, +4, +5, +6 ในสารละลาย เวเลนซ์หลักคือ 6+
ยูเรเนียมที่เป็นโลหะออกซิไดซ์อย่างรวดเร็วในอากาศถูกปกคลุมไปด้วยฟิล์มออกไซด์สีรุ้ง ผงยูเรเนียมละเอียดจะติดไฟในอากาศได้เอง (ที่อุณหภูมิ 1,504-175°) ก่อตัวและ;) Ov. ที่ 1,000° ยูเรเนียมจะรวมตัวกับไนโตรเจน เกิดเป็นยูเรเนียมไนไตรด์สีเหลือง น้ำสามารถทำปฏิกิริยากับโลหะได้ช้าๆ ที่อุณหภูมิต่ำ และเร็วที่อุณหภูมิสูง ยูเรเนียมทำปฏิกิริยาอย่างรุนแรงกับน้ำเดือดและไอน้ำเพื่อปล่อยไฮโดรเจนออกมา ซึ่งก่อตัวเป็นไฮไดรด์กับยูเรเนียม
ปฏิกิริยานี้มีพลังมากกว่าการเผาไหม้ของยูเรเนียมในออกซิเจน กิจกรรมทางเคมีของยูเรเนียมทำให้จำเป็นต้องปกป้องยูเรเนียมในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์จากการสัมผัสกับน้ำ
ยูเรเนียมละลายในกรดไฮโดรคลอริก ไนตริก และกรดอื่นๆ ทำให้เกิดเกลือ U(IV) แต่ไม่มีปฏิกิริยากับด่าง ยูเรเนียมแทนที่ไฮโดรเจนจากกรดอนินทรีย์และ สารละลายน้ำเกลือโลหะเช่นปรอท เงิน ทองแดง ดีบุก แพลทินัม และทองคำ เมื่อเขย่าแรงๆ อนุภาคโลหะของยูเรเนียมจะเริ่มเรืองแสง
ลักษณะโครงสร้างของเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอมยูเรเนียม (การมีอยู่ของ ^/-อิเล็กตรอน) และคุณสมบัติทางเคมีกายภาพบางประการทำหน้าที่เป็นพื้นฐานในการจำแนกประเภทยูเรเนียมเป็นสมาชิกของอนุกรมแอกทิไนด์ อย่างไรก็ตาม มีความคล้ายคลึงทางเคมีระหว่างยูเรเนียมกับ Cr, Mo และ W ยูเรเนียมมีปฏิกิริยาสูงและทำปฏิกิริยากับองค์ประกอบทั้งหมดยกเว้นก๊าซมีตระกูล ในสถานะของแข็ง ตัวอย่างของ U(VI) ได้แก่ uranyl trioxide U0 3 และ uranyl chloride U0 2 C1 2 ยูเรเนียมเตตระคลอไรด์ UC1 4 และยูเรเนียมไดออกไซด์ U0 2
ตัวอย่างของ U(IV) สารที่มี U(IV) มักจะไม่เสถียรและจะกลายเป็นสารเฮกซะวาเลนต์เมื่อใด พักระยะยาวออกอากาศ.
มีการติดตั้งออกไซด์หกตัวในระบบยูเรเนียม-ออกซิเจน: UO, U0 2, U 4 0 9 และ 3 Ov, U0 3 มีลักษณะเป็นเนื้อเดียวกันที่หลากหลาย U0 2 เป็นออกไซด์พื้นฐาน ในขณะที่ U0 3 เป็นแอมโฟเทอริก U0 3 - ทำปฏิกิริยากับน้ำเพื่อสร้างไฮเดรตจำนวนหนึ่งซึ่งสำคัญที่สุดคือกรดไดยูรานิก H 2 U 2 0 7 และกรดยูริก H 2 1U 4 ด้วยด่าง U0 3 จะสร้างเกลือของกรดเหล่านี้ - ยูเรเนต เมื่อ U0 3 ถูกละลายในกรด จะเกิดเกลือของยูรานิลไอออนบวก U0 2 a+ ที่มีประจุสองเท่า
ยูเรเนียมไดออกไซด์ U0 2 มีองค์ประกอบปริมาณสัมพันธ์ สีน้ำตาล. เมื่อปริมาณออกซิเจนในออกไซด์เพิ่มขึ้น สีจะเปลี่ยนจากสีน้ำตาลเข้มเป็นสีดำ โครงสร้างผลึกชนิด CaF 2 ก = 0.547 นาโนเมตร; ความหนาแน่น 10.96 g/cm"* (ความหนาแน่นสูงสุดในบรรดายูเรเนียมออกไซด์) T , กรุณา =2875 0 , ทีเค ` = 3450°, D#°298 = -1084.5 กิโลจูล/โมล ยูเรเนียมไดออกไซด์เป็นสารกึ่งตัวนำที่มีรูนำไฟฟ้าและมีพาราแมกเนติกสูง MPC = o.015 มก./ลบ.ม. ไม่ละลายในน้ำ ที่อุณหภูมิ -200° ออกซิเจนจะเติมเข้าไปจนได้องค์ประกอบ U0 2>25
ยูเรเนียม (IV) ออกไซด์สามารถเตรียมได้จากปฏิกิริยาต่อไปนี้:
ยูเรเนียมไดออกไซด์แสดงเฉพาะคุณสมบัติพื้นฐาน โดยสอดคล้องกับไฮดรอกไซด์ U(OH) 4 พื้นฐาน ซึ่งจะถูกแปลงเป็นไฮดรอกไซด์ไฮดรอกไซด์ U0 2 H 2 0 ยูเรเนียมไดออกไซด์จะค่อยๆ ละลายในกรดที่ไม่ออกซิไดซ์อย่างแรงในกรณีที่ไม่มีออกซิเจนในบรรยากาศโดยมี การก่อตัวของไอออน III +:
U0 2 + 2H 2 S0 4 ->U(S0 4) 2 + 2H 2 0. (38)
สามารถละลายได้ในกรดเข้มข้น และอัตราการละลายสามารถเพิ่มขึ้นได้อย่างมากโดยการเติมฟลูออรีนไอออน
เมื่อละลายในกรดไนตริกจะเกิดการก่อตัวของยูรานิลไอออน 1O 2 2+:
Triuran octaoxide U 3 0s (ยูเรเนียมออกไซด์) เป็นผงที่มีสีแตกต่างจากสีดำเป็นสีเขียวเข้ม เมื่อบดละเอียดจะกลายเป็นสีเขียวมะกอก คริสตัลสีดำขนาดใหญ่ทิ้งเส้นสีเขียวไว้บนเครื่องลายคราม รู้จักการดัดแปลงคริสตัลสามรายการของ U 3 0 h: a-U 3 C>8 - โครงสร้างผลึกขนมเปียกปูน (กลุ่มอวกาศ C222; 0 = 0.671 nm; 6 = 1.197 nm; c = o.83 nm; ง =0.839 นาโนเมตร); p-U 3 0e - โครงสร้างผลึกขนมเปียกปูน (กลุ่มอวกาศ เซนต์; 0=0.705 นาโนเมตร; 6=1.172 นาโนเมตร; 0=0.829 นาโนเมตร จุดเริ่มต้นของการสลายตัวคือ oooo° (เปลี่ยนเป็น 100 2), MPC = 0.075 mg/m3
U 3 C>8 สามารถหาได้จากปฏิกิริยา:
โดยการเผา U0 2, U0 2 (N0 3) 2, U0 2 C 2 0 4 3H 2 0, U0 4 -2H 2 0 หรือ (NH 4) 2 U 2 0 7 ที่ 750 0 ในอากาศหรือในบรรยากาศออกซิเจน ( p = 150+750 mmHg) จะได้ U 3 08 บริสุทธิ์เชิงปริมาณสัมพันธ์
เมื่อเผา U 3 0s ที่ T>oooo° มันจะลดลงเหลือ 10 2 แต่เมื่อเย็นลงในอากาศ มันจะกลับไปเป็น U 3 0s U 3 0e ละลายในกรดแก่เข้มข้นเท่านั้น ในกรดไฮโดรคลอริกและซัลฟิวริกจะเกิดส่วนผสมของ U(IV) และ U(VI) และในกรดไนตริก - uranyl ไนเตรต เจือจางกรดซัลฟิวริกและกรดไฮโดรคลอริกทำปฏิกิริยาอ่อนมากกับ U 3 Os แม้ในขณะที่ถูกความร้อน การเติมสารออกซิไดซ์ (กรดไนตริก, ไพโรลูไซต์) จะเพิ่มอัตราการละลายอย่างรวดเร็ว Concentrated H 2 S0 4 ละลาย U 3 Os ให้กลายเป็น U(S0 4) 2 และ U0 2 S0 4 กรดไนตริกละลาย U 3 Oe ให้เกิดเป็นยูรานิลไนเตรต
ยูเรเนียมไตรออกไซด์ U0 3 - สารผลึกหรืออสัณฐานที่มีสีเหลืองสดใส ทำปฏิกิริยากับน้ำ. MPC = 0.075 มก./ลบ.ม.
ได้จากการเผาแอมโมเนียมโพลียูเรเนต ยูเรเนียมเปอร์ออกไซด์ ยูรานิลออกซาเลตที่อุณหภูมิ 300-500° และยูรานิลไนเตรตเฮกซาไฮเดรต สิ่งนี้ทำให้เกิดผงสีส้มที่มีโครงสร้างอสัณฐานที่มีความหนาแน่น
6.8 ก./ซม. รูปแบบผลึกของ IU 3 สามารถหาได้จากปฏิกิริยาออกซิเดชันของ U 3 0 8 ที่อุณหภูมิ 450°h-750° ในการไหลของออกซิเจน U0 3 มีการปรับเปลี่ยนผลึกอยู่หกแบบ (a, (3, y> §> ?, n) - U0 3 ดูดความชื้นและในอากาศชื้นจะเปลี่ยนเป็น uranyl ไฮดรอกไซด์ การให้ความร้อนที่ 520°-^6oo° ให้สารประกอบที่มีองค์ประกอบ 1U 2>9 การให้ความร้อนเพิ่มเติมถึง 6oo° จะทำให้ได้ U 3 Os
โลหะไฮโดรเจน แอมโมเนีย คาร์บอน อัลคาไล และอัลคาไลน์เอิร์ธ ลด U0 3 เหลือ U0 2 เมื่อผ่านส่วนผสมของก๊าซ HF และ NH 3 จะเกิด UF 4 ขึ้น ยูเรเนียมจะมีคุณสมบัติเป็นแอมโฟเทอริกที่วาเลนซ์สูงกว่า เมื่อสัมผัสกับกรด U0 3 หรือไฮเดรตของมันจะเกิดเกลือยูรานิล (U0 2 2+) โดยมีสีเหลืองเขียว:
เกลือยูรานิลส่วนใหญ่ละลายได้ดีในน้ำ
เมื่อผสมกับด่าง U0 3 จะเกิดเกลือของกรดยูริก - MDKH urates:
ด้วยสารละลายอัลคาไลน์ ยูเรเนียมไตรออกไซด์จะสร้างเกลือของกรดโพลียูรานิก - โพลียูเรเนต DHM 2 0y1U 3 พีเอช^โอ
เกลือของกรดยูเรนิคแทบไม่ละลายในน้ำ
คุณสมบัติที่เป็นกรดของ U(VI) นั้นเด่นชัดน้อยกว่าคุณสมบัติพื้นฐาน
ยูเรเนียมทำปฏิกิริยากับฟลูออรีนที่อุณหภูมิห้อง ความคงตัวของเฮไลด์ที่สูงขึ้นจะลดลงจากฟลูออไรด์ไปเป็นไอโอไดด์ ฟลูออไรด์ UF 3, U4F17, U2F9 และ UF 4 นั้นไม่ระเหย และ UFe มีความผันผวน ฟลูออไรด์ที่สำคัญที่สุดคือ UF 4 และ UFe
ฟตฺปปิปปิยานีร โอกิลยา ตญาณฺยา ปปตฺรกาต ตามข้อปฏิบัติ:
ปฏิกิริยาในฟลูอิไดซ์เบดจะดำเนินการตามสมการ:
คุณสามารถใช้สารฟลูออรีนได้: BrF 3, CC1 3 F (Freon-11) หรือ CC1 2 F 2 (Freon-12):
ยูเรเนียมฟลูออไรด์ (1U) UF 4 (“เกลือสีเขียว”) เป็นผงสีฟ้าแกมเขียวถึงมรกต G 11L = yuz6°; Гк,«,.=-1730°. DN° 29 8= 1856 กิโลจูล/โมล โครงสร้างผลึกเป็นแบบโมโนคลินิก (sp. gp. C2/s; 0=1.273 nm; 5=1.075 nm; 0=0.843 nm; ง= 6.7 นาโนเมตร; p=12b°20"; ความหนาแน่น 6.72 g/cm3 UF 4 เป็นสารประกอบที่เสถียร ไม่ใช้งาน และไม่ระเหย ละลายได้ไม่ดีในน้ำ ตัวทำละลายที่ดีที่สุดสำหรับ UF 4 คือกรดเปอร์คลอริกที่เป็นควัน HC10 4 ละลายในกรดออกซิไดซ์จนเกิดเป็น เกลือยูรานิล ละลายอย่างรวดเร็วในสารละลายร้อนของ Al(N0 3) 3 หรือ AlCl 3 เช่นเดียวกับในสารละลายของกรดบอริกที่เป็นกรดด้วย H 2 S0 4, HC10 4 หรือ HC1 สารเชิงซ้อนที่จับไอออนฟลูออไรด์สำหรับ ตัวอย่างเช่น Fe3 +, Al3 + หรือกรดบอริกก็มีส่วนช่วยในการละลาย UF 4 เช่นกัน ด้วยฟลูออไรด์ของโลหะอื่น ๆ จะทำให้เกิดเกลือคู่ที่ละลายน้ำได้ไม่ดีจำนวนหนึ่ง (MeUFe, Me 2 UF6, Me 3 UF 7 เป็นต้น) NH 4 UF 5 มีความสำคัญทางอุตสาหกรรม
U(IV) ฟลูออไรด์เป็นผลิตภัณฑ์ขั้นกลางในการเตรียมการ
ทั้ง UF6 และโลหะยูเรเนียม
สามารถรับ UF 4 ได้จากปฏิกิริยา:
หรือโดยการลดอิเล็กโทรไลต์ของยูรานิลฟลูออไรด์
ยูเรเนียมเฮกซาฟลูออไรด์ UFe - ที่อุณหภูมิห้อง ผลึกสีงาช้างที่มีดัชนีการหักเหของแสงสูง ความหนาแน่น
5.09 g/cmz ความหนาแน่นของของเหลว UFe - 3.63 g/cmz สารประกอบระเหย Tvoag = 5^>5°> Gil=b4.5° (ภายใต้ความกดดัน) ความดันไออิ่มตัวไปถึงชั้นบรรยากาศที่ 560° เอนทาลปีของการก่อตัว AH° 29 8 = -211b kJ/mol โครงสร้างผลึกเป็นแบบออร์โธฮอมบิก (กลุ่มอวกาศ รายงาน; 0=0.999 นาโนเมตร; เฟ= 0.8962 นาโนเมตร; c=o.5207 นาโนเมตร; ง 5.060 นาโนเมตร (25 0) คณะกรรมการนโยบายการเงิน - 0.015 มก./ลบ.ม. จากสถานะของแข็ง UF6 สามารถระเหิด (ระเหิด) ให้เป็นก๊าซ โดยผ่านสถานะของเหลวผ่านแรงดันที่หลากหลาย ความร้อนของการระเหิดที่ 50 0 50 kJ/mg. โมเลกุลไม่มีโมเมนต์ไดโพล ดังนั้น UF6 จึงไม่เชื่อมโยงกัน ไอ UFr เป็นก๊าซในอุดมคติ
ได้มาจากการกระทำของฟลูออรีนกับสารประกอบ U:
นอกจากปฏิกิริยาเฟสก๊าซแล้ว ยังมีปฏิกิริยาเฟสของเหลวอีกด้วย
เช่น การสร้าง UF6 โดยใช้ฮาโลฟลูออไรด์ เป็นต้น
มีวิธีรับ UF6 โดยไม่ใช้ฟลูออรีน - โดยออกซิเดชันของ UF 4:
UFe ไม่ทำปฏิกิริยากับอากาศแห้ง ออกซิเจน ไนโตรเจน และ C0 2 แต่เมื่อสัมผัสกับน้ำ แม้จะมีร่องรอยเล็กน้อย ก็เกิดการไฮโดรไลซิส:
มันทำปฏิกิริยากับโลหะส่วนใหญ่ทำให้เกิดฟลูออไรด์ ซึ่งทำให้วิธีเก็บรักษามีความซับซ้อน วัสดุภาชนะที่เหมาะสมสำหรับการทำงานกับ UF6 ได้แก่: เมื่อถูกความร้อน, Ni, Monel และ Pt ในความเย็น - รวมถึงเทฟลอน, ควอตซ์และแก้วแห้งสนิท, ทองแดงและอะลูมิเนียม ที่อุณหภูมิ 25-0°C จะเกิดสารประกอบเชิงซ้อนโดยมีฟลูออไรด์ของโลหะอัลคาไลและเงินประเภท 3NaFUFr>, 3KF2UF6
ละลายได้ดีในของเหลวอินทรีย์ต่างๆ ได้แก่ กรดอนินทรีย์และในฮาโลฟลูออไรด์ทั้งหมด เฉื่อยให้แห้ง 0 2, N 2, C0 2, C1 2, Br 2. UFr มีลักษณะเฉพาะคือปฏิกิริยารีดักชันกับโลหะบริสุทธิ์ส่วนใหญ่ UF6 ทำปฏิกิริยาอย่างแรงกับไฮโดรคาร์บอนและสารอินทรีย์อื่นๆ ดังนั้นภาชนะปิดที่มี UFe จึงสามารถระเบิดได้ UF6 ในช่วง 25 -r100° ก่อให้เกิดเกลือเชิงซ้อนพร้อมกับฟลูออไรด์ของอัลคาไลและโลหะอื่นๆ คุณสมบัตินี้ใช้ในเทคโนโลยีสำหรับการสกัด UF แบบเลือกสรร
ยูเรเนียมไฮไดรด์ UH 2 และ UH 3 ครองตำแหน่งตรงกลางระหว่างไฮไดรด์ที่มีลักษณะคล้ายเกลือและไฮไดรด์ของสารละลายของแข็งของไฮโดรเจนในโลหะ
เมื่อยูเรเนียมทำปฏิกิริยากับไนโตรเจน จะเกิดไนไตรด์ขึ้น ใน ระบบยูเอ็นรู้จักสี่ขั้นตอน: UN (ยูเรเนียมไนไตรด์), a-U 2 N 3 (เซสควิไนไตรด์), p- U 2 N 3 และ UN If90 ไม่สามารถบรรลุองค์ประกอบ UN 2 (ไดไนไตรด์) ได้ การสังเคราะห์ยูเรเนียมโมโนไนไตรด์ UN มีความน่าเชื่อถือและได้รับการควบคุมอย่างดี ซึ่งดำเนินการได้ดีที่สุดจากองค์ประกอบโดยตรง ยูเรเนียมไนไตรด์เป็นสารที่เป็นผงซึ่งมีสีตั้งแต่สีเทาเข้มไปจนถึงสีเทา ดูเหมือนโลหะ UN มีโครงสร้างผลึกที่มีหน้าเป็นลูกบาศก์ เช่น NaCl (0 = 4.8892 A) (/=14.324, 7^=2855° เสถียรในสุญญากาศสูงถึง 1700 0 เตรียมโดยทำปฏิกิริยา U หรือ U ไฮไดรด์กับ N 2 หรือ NH 3 การสลายตัวของ U ไนไตรด์ที่สูงขึ้นที่ 1300° หรือการรีดักชันด้วยโลหะยูเรเนียม U 2 N 3 เป็นที่รู้จักในการดัดแปลงแบบโพลีมอร์ฟิกสองแบบ: ลูกบาศก์ a และ p หกเหลี่ยม (0 = 0.3688 nm, 6 = 0.5839 nm) ปล่อย N 2 ในสุญญากาศที่สูงกว่า 8oo° ได้มาจากการลด UN 2 ด้วยไฮโดรเจน UN2 ไดไนไตรด์ถูกสังเคราะห์โดยทำปฏิกิริยา U กับ N2 ภายใต้ความดัน N2 สูง ยูเรเนียมไนไตรด์ละลายได้ง่ายในกรดและสารละลายอัลคาไล แต่จะถูกสลายตัวด้วยด่างหลอมเหลว
ยูเรเนียมไนไตรด์ได้มาจากการลดคาร์บอเทอร์มิกของยูเรเนียมออกไซด์สองขั้นตอน:
ให้ความร้อนในอาร์กอนที่ 7M450 0 เป็นเวลา 10*20 ชั่วโมง
ยูเรเนียมไนไตรด์ที่มีองค์ประกอบใกล้เคียงกับไดไนไตรด์ UN 2 สามารถรับได้โดยการบำบัด UF 4 ด้วยแอมโมเนียที่ อุณหภูมิสูงและแรงกดดัน
ยูเรเนียมไดไนไตรด์สลายตัวเมื่อถูกความร้อน:
ยูเรเนียมไนไตรด์ที่ได้รับการเสริมสมรรถนะที่ 2 35 U มีความหนาแน่นของฟิชชัน ค่าการนำความร้อน และจุดหลอมเหลวที่สูงกว่ายูเรเนียมออกไซด์ ซึ่งเป็นเชื้อเพลิงแบบดั้งเดิมของเครื่องปฏิกรณ์พลังงานสมัยใหม่ นอกจากนี้ยังมีคุณสมบัติทางกลที่ดีและมีความเสถียรที่เหนือกว่าเชื้อเพลิงแบบดั้งเดิม ดังนั้นสารประกอบนี้จึงถือเป็นพื้นฐานที่น่าหวังสำหรับเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็ว (เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์รุ่นที่ 4)
ความคิดเห็น การเพิ่มคุณค่าให้กับสหประชาชาติด้วย '5N มีประโยชน์มากเพราะว่า .4 N มีแนวโน้มที่จะจับนิวตรอน ทำให้เกิดไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี 14 C ผ่านปฏิกิริยา (n,p)
ยูเรเนียมคาร์ไบด์ UC 2 (?-เฟส) เป็นสารผลึกสีเทาอ่อนที่มีความแวววาวของโลหะ ในระบบ UC (ยูเรเนียมคาร์ไบด์) มี UC 2 (?-เฟส), UC 2 (b 2 เฟส), U 2 C 3 (e-phase), UC (b 2 เฟส) - ยูเรเนียมคาร์ไบด์ ยูเรเนียมไดคาร์ไบด์ UC 2 สามารถหาได้จากปฏิกิริยา:
ยู + 2ซี^ยูซี 2 (54v)
ยูเรเนียมคาร์ไบด์ใช้เป็นเชื้อเพลิง เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์มีแนวโน้มว่าจะเป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์จรวดอวกาศ
Uranyl nitrate, uranyl nitrate, U0 2 (N0 3) 2 -6H 2 0 บทบาทของโลหะในเกลือนี้เล่นโดยไอออนบวกของ uranyl 2+ ผลึกสีเหลืองมีโทนสีเขียว ละลายได้ง่ายในน้ำ สารละลายในน้ำมีสภาพเป็นกรด ละลายได้ในเอทานอล อะซิโตน และอีเทอร์ ไม่ละลายในเบนซีน โทลูอีน และคลอโรฟอร์ม เมื่อถูกความร้อน ผลึกจะละลายและปล่อย HN0 3 และ H 2 0 ผลึกไฮเดรตสามารถระเหยไปในอากาศได้ง่าย ปฏิกิริยาลักษณะเฉพาะคือภายใต้การกระทำของ NH 3 จะเกิดการตกตะกอนสีเหลืองของแอมโมเนียมยูเรเนียม
ยูเรเนียมสามารถขึ้นรูปโลหะได้ สารประกอบอินทรีย์. ตัวอย่างคืออนุพันธ์ของไซโคลเพนทาไดอีนิลขององค์ประกอบ U(C 5 H 5) 4 และ u(C 5 H 5) 3 G หรือ u(C 5 H 5) 2 G 2 ที่ทดแทนฮาโลเจน
ในสารละลายที่เป็นน้ำ ยูเรเนียมจะเสถียรที่สุดในสถานะออกซิเดชันของ U(VI) ในรูปของยูเรนิลไอออน U0 2 2+ ในระดับที่น้อยกว่านั้น จะมีลักษณะเป็นสถานะ U(IV) แต่ยังสามารถเกิดขึ้นได้ในรูปแบบ U(III) อีกด้วย สถานะออกซิเดชันของ U(V) สามารถดำรงอยู่ได้ในรูปของไอออน IO2+ แต่สถานะนี้ไม่ค่อยสังเกตพบเนื่องจากมีแนวโน้มที่จะไม่สมส่วนและไฮโดรไลซิส
ในสารละลายที่เป็นกลางและเป็นกรด U(VI) มีอยู่ในรูปของ U0 2 2+ ซึ่งเป็นไอออนยูรานิลสีเหลือง เกลือยูรานิลที่ละลายได้ดี ได้แก่ ไนเตรต U0 2 (N0 3) 2, ซัลเฟต U0 2 S0 4, คลอไรด์ U0 2 C1 2, ฟลูออไรด์ U0 2 F 2, อะซิเตต U0 2 (CH 3 C00) 2 เกลือเหล่านี้ถูกปล่อยออกมาจากสารละลายในรูปของผลึกไฮเดรตที่มีโมเลกุลของน้ำต่างกัน เกลือยูรานิลที่ละลายได้เล็กน้อย ได้แก่ ออกซาเลต U0 2 C 2 0 4, ฟอสเฟต U0 2 HP0. และ UO2P2O4, แอมโมเนียม uranyl ฟอสเฟต UO2NH4PO4, โซเดียมยูรานิลวานาเดต NaU0 2 V0 4, เฟอร์โรไซยาไนด์ (U0 2) 2 ไอออนยูรานิลมีลักษณะเฉพาะโดยมีแนวโน้มที่จะก่อตัวเป็นสารประกอบเชิงซ้อน ดังนั้นจึงรู้จักสารประกอบเชิงซ้อนที่มีฟลูออรีนไอออนประเภท -, 4- ไนเตรตคอมเพล็กซ์ ‘ และ 2 *; กรดซัลฟูริกเชิงซ้อน 2 "และ 4-; คาร์บอเนตเชิงซ้อน 4" และ 2 "เป็นต้น เมื่ออัลคาไลทำปฏิกิริยากับสารละลายของเกลือยูรานิลจะปล่อยตะกอนไดยูเรเนตประเภท Me 2 U 2 0 7 ที่ละลายได้น้อย (monouranates Me 2 U0 4 ไม่ได้แยกออกจากสารละลาย แต่ได้มาจากฟิวชันยูเรเนียมออกไซด์กับด่าง)รู้จักโพลียูเรเนต Me 2 U n 0 3 n+i (เช่น Na 2 U60i 9)
U(VI) จะถูกรีดิวซ์ในสารละลายที่เป็นกรดเป็น U(IV) ด้วยเหล็ก สังกะสี อลูมิเนียม โซเดียมไฮโดรซัลไฟต์ และโซเดียมอะมัลกัม สารละลายจะมีสีเขียว อัลคาลิสตกตะกอนไฮดรอกไซด์ U0 2 (0H) 2 จากนั้น กรดไฮโดรฟลูออริก- ฟลูออไรด์ UF 4 -2.5H 2 0, กรดออกซาลิก - ออกซาเลต U(C 2 0 4) 2 -6H 2 0 แนวโน้มที่จะก่อตัวที่ซับซ้อนของไอออน U 4+ นั้นน้อยกว่าไอออนของยูรานิล
ยูเรเนียม (IV) ในสารละลายอยู่ในรูปของไอออน U 4+ ซึ่งมีไฮโดรไลซ์และให้ความชุ่มชื้นสูง:
ในสารละลายที่เป็นกรด การไฮโดรไลซิสจะถูกระงับ
ยูเรเนียม (VI) ในสารละลายก่อให้เกิด uranyl oxocation - U0 2 2+ รู้จักสารประกอบ uranyl จำนวนมากตัวอย่าง ได้แก่ 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, ฯลฯ.
เมื่อไฮโดรไลซิสของยูรานิลไอออน จะเกิดสารประกอบเชิงซ้อนหลายนิวเคลียร์จำนวนหนึ่ง:
ด้วยการไฮโดรไลซิสเพิ่มเติม U 3 0s(0H) 2 จากนั้น U 3 0 8 (0H) 4 2 - จะปรากฏขึ้น
สำหรับการตรวจจับยูเรเนียมเชิงคุณภาพ จะใช้วิธีการวิเคราะห์ทางเคมี การเรืองแสง รังสีเมตริก และสเปกตรัม วิธีการทางเคมีส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการก่อตัวของสารประกอบที่มีสี (เช่น สีน้ำตาลแดงของสารประกอบที่มีเฟอร์โรไซยาไนด์ สีเหลืองที่มีไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ สีน้ำเงินที่มีรีเอเจนต์อาร์เซนาโซ) วิธีการเรืองแสงนั้นขึ้นอยู่กับความสามารถของสารประกอบยูเรเนียมหลายชนิดในการสร้างแสงสีเหลืองแกมเขียวเมื่อสัมผัสกับรังสียูวี
การหาปริมาณยูเรเนียมเชิงปริมาณทำได้หลายวิธี วิธีที่สำคัญที่สุดคือ: วิธีปริมาตรซึ่งประกอบด้วยการลด U(VI) เป็น U(IV) ตามด้วยการไทเทรตด้วยสารละลายของตัวออกซิไดซ์ วิธีการกราวิเมตริก - การตกตะกอนของยูเรเนต, เปอร์ออกไซด์, คัพเฟอร์ราเนต U(IV), ไฮดรอกซีควิโนเลต, ออกซาเลต ฯลฯ ตามด้วยการเผาที่ 00° และชั่งน้ำหนัก U 3 0s วิธีการโพลาโรกราฟีในสารละลายไนเตรตทำให้สามารถระบุยูเรเนียมได้ 10*7-g10-9 กรัม วิธีการวัดสีหลายวิธี (เช่น ด้วย H 2 0 2 ในตัวกลางที่เป็นด่าง โดยมีสารอาร์เซนาโซต่อหน้า EDTA ด้วยไดเบนโซอิลมีเทน ในรูปแบบของสารเชิงซ้อนไทโอไซยาเนต เป็นต้น) วิธีเรืองแสงซึ่งทำให้สามารถระบุได้ว่าเมื่อใดที่จะหลอมรวมกับ NaF ยู 11กรัมยูเรเนียม
235U อยู่ในกลุ่มอันตรายจากรังสี A กิจกรรมสำคัญขั้นต่ำคือ MZA = 3.7-10 4 Bq, 2 3 8 และ - ถึงกลุ่ม D, MZA = 3.7-6 Bq (300 กรัม)
เนื้อหาของบทความ
ดาวยูเรนัส U (ยูเรเนียม) องค์ประกอบทางเคมีของโลหะในตระกูลแอกทิไนด์ ซึ่งรวมถึงองค์ประกอบ Ac, Th, Pa, U และทรานยูเรเนียม (Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr) ยูเรเนียมมีความโดดเด่นเนื่องจากใช้ในอาวุธนิวเคลียร์และพลังงานนิวเคลียร์ ยูเรเนียมออกไซด์ยังใช้ในการทำสีแก้วและเซรามิกอีกด้วย
อยู่ในธรรมชาติ
ปริมาณยูเรเนียมในเปลือกโลกคือ 0.003% พบได้ในชั้นผิวโลกในรูปของตะกอนสี่ประเภท ประการแรก สิ่งเหล่านี้คือเส้นเลือดของยูเรเนียม หรือยูเรเนียมพิทช์ (ยูเรเนียมไดออกไซด์ UO 2) ซึ่งมียูเรเนียมอยู่มาก แต่หายาก พวกมันมาพร้อมกับการสะสมของเรเดียมเนื่องจากเรเดียมเป็นผลโดยตรงจากการสลายตัวของไอโซโทปของยูเรเนียม หลอดเลือดดำดังกล่าวพบได้ในซาอีร์ แคนาดา (ทะเลสาบเกรทแบร์) สาธารณรัฐเช็ก และฝรั่งเศส แหล่งที่สองของยูเรเนียมคือกลุ่มทอเรียมและ แร่ยูเรเนียมพร้อมด้วยแร่แร่ธาตุสำคัญอื่นๆ กลุ่มบริษัทมักจะมีทองคำและเงินเพียงพอสำหรับการกู้คืน โดยมียูเรเนียมและทอเรียมเป็นองค์ประกอบที่เกี่ยวข้อง แหล่งแร่เหล่านี้จำนวนมากตั้งอยู่ในแคนาดา แอฟริกาใต้ รัสเซีย และออสเตรเลีย แหล่งที่สามของยูเรเนียมคือหินตะกอนและหินทรายที่อุดมไปด้วยแร่คาร์โนไทต์ (โพแทสเซียม uranyl vanadate) ซึ่งประกอบด้วยวานาเดียมและองค์ประกอบอื่น ๆ จำนวนมากนอกเหนือจากยูเรเนียม แร่ดังกล่าวพบได้ในรัฐทางตะวันตกของสหรัฐอเมริกา หินเหล็ก-ยูเรเนียมและแร่ฟอสเฟตเป็นแหล่งตะกอนอันดับที่สี่ แหล่งสะสมมากมายพบได้ในหินดินดานของสวีเดน แร่ฟอสเฟตบางชนิดในโมร็อกโกและสหรัฐอเมริกามียูเรเนียมในปริมาณมาก และฟอสเฟตที่สะสมในแองโกลาและสาธารณรัฐอัฟริกากลางก็มียูเรเนียมในปริมาณมากด้วยซ้ำ ลิกไนต์ส่วนใหญ่และถ่านหินบางชนิดมักจะมียูเรเนียมเจือปน พบแหล่งลิกไนต์ที่อุดมด้วยยูเรเนียมในนอร์ทดาโกตาและเซาท์ดาโกตา (สหรัฐอเมริกา) และถ่านหินบิทูมินัสในสเปนและสาธารณรัฐเช็ก
กำลังเปิด
ดาวยูเรนัสถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2332 โดยนักเคมีชาวเยอรมัน M. Klaproth ซึ่งตั้งชื่อองค์ประกอบนี้เพื่อเป็นเกียรติแก่การค้นพบดาวเคราะห์ยูเรนัสเมื่อ 8 ปีก่อน (คลาพรอธเป็นนักเคมีชั้นนำในสมัยของเขา นอกจากนี้ เขายังค้นพบธาตุอื่นๆ รวมถึง Ce, Ti และ Zr) อันที่จริง สารคลาพรอธที่ได้รับไม่ใช่ธาตุยูเรเนียม แต่เป็นรูปแบบออกซิไดซ์ของมัน และธาตุยูเรเนียมได้มาจากครั้งแรกโดย นักเคมีชาวฝรั่งเศส E. .Peligo ในปี 1841 ตั้งแต่วินาทีแห่งการค้นพบจนถึงศตวรรษที่ 20 ยูเรเนียมไม่ได้มีความสำคัญอย่างที่เป็นอยู่ทุกวันนี้ แม้ว่าจะมีการพิจารณาคุณสมบัติทางกายภาพหลายประการ ตลอดจนมวลอะตอมและความหนาแน่นของมันก็ตาม ในปี พ.ศ. 2439 A. Becquerel พบว่าเกลือยูเรเนียมมีรังสีที่ส่องแผ่นถ่ายภาพในที่มืด การค้นพบนี้กระตุ้นให้นักเคมีทำการวิจัยในสาขากัมมันตภาพรังสี และในปี พ.ศ. 2441 นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสแต่งงานกับ P. Curie และ M. Sklodowska-Curie แยกเกลือของธาตุกัมมันตภาพรังสีพอโลเนียมและเรเดียม และ E. Rutherford, F. Soddy, K. Fayans และนักวิทยาศาสตร์คนอื่น ๆ ได้พัฒนาทฤษฎีการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีซึ่งวางรากฐานของเคมีนิวเคลียร์สมัยใหม่และ พลังงานนิวเคลียร์.
การใช้ยูเรเนียมครั้งแรก
แม้ว่าจะทราบถึงกัมมันตภาพรังสีของเกลือยูเรเนียม แต่แร่ของมันในช่วงสามแรกของศตวรรษนี้ถูกนำมาใช้เพื่อให้ได้เรเดียมมาด้วยเท่านั้น และยูเรเนียมถือเป็นผลพลอยได้ที่ไม่พึงประสงค์ การใช้งานเน้นไปที่เทคโนโลยีเซรามิกและโลหะวิทยาเป็นหลัก ยูเรเนียมออกไซด์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการทำกระจกสีตั้งแต่สีเหลืองอ่อนไปจนถึงสีเขียวเข้ม ซึ่งมีส่วนช่วยในการพัฒนาการผลิตแก้วที่มีราคาไม่แพง ปัจจุบัน ผลิตภัณฑ์จากอุตสาหกรรมเหล่านี้ถูกระบุว่าเป็นสารเรืองแสงภายใต้รังสีอัลตราไวโอเลต ในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 1 และหลังจากนั้นไม่นาน ยูเรเนียมในรูปของคาร์ไบด์ถูกนำมาใช้ในการผลิตเหล็กกล้าเครื่องมือ คล้ายกับ Mo และ W; ยูเรเนียม 4–8% เข้ามาแทนที่ทังสเตน ซึ่งการผลิตมีจำกัดในขณะนั้น เพื่อให้ได้เหล็กกล้าเครื่องมือในปี พ.ศ. 2457-2469 จึงมีการผลิตเฟอร์โรเรเนียมหลายตันที่มี U มากถึง 30% (มวล) ทุกปี อย่างไรก็ตาม การใช้ยูเรเนียมนี้ทำได้ไม่นาน
การใช้ยูเรเนียมในปัจจุบัน
อุตสาหกรรมยูเรเนียมเริ่มเป็นรูปเป็นร่างในปี พ.ศ. 2482 เมื่อมีการฟิชชันของไอโซโทปยูเรเนียม 235 U ซึ่งนำไปสู่การดำเนินการทางเทคนิคของปฏิกิริยาลูกโซ่ควบคุมของฟิชชันยูเรเนียมในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2485 นี่คือการกำเนิดของอายุของอะตอม เมื่อยูเรเนียมเติบโตจากองค์ประกอบที่ไม่มีนัยสำคัญไปสู่องค์ประกอบที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งในสังคมชีวิต ความสำคัญทางการทหารของยูเรเนียมสำหรับการผลิตระเบิดปรมาณูและการใช้เป็นเชื้อเพลิงในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ส่งผลให้ความต้องการยูเรเนียมเพิ่มขึ้นอย่างมากในเชิงดาราศาสตร์ ลำดับเหตุการณ์ของการเติบโตของความต้องการยูเรเนียมโดยพิจารณาจากประวัติของตะกอนใน Great Bear Lake (แคนาดา) เป็นเรื่องที่น่าสนใจ ในปี 1930 มีการค้นพบเรซินผสมซึ่งเป็นส่วนผสมของยูเรเนียมออกไซด์ในทะเลสาบแห่งนี้ และในปี 1932 ได้มีการก่อตั้งเทคโนโลยีการทำให้บริสุทธิ์ด้วยเรเดียมในบริเวณนี้ จากแร่แต่ละตัน (เรซินผสม) ได้รับเรเดียม 1 กรัมและผลพลอยได้ยูเรเนียมเข้มข้นประมาณครึ่งตัน อย่างไรก็ตาม มีเรเดียมเพียงเล็กน้อยและการขุดก็หยุดลง ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2483 ถึง พ.ศ. 2485 การพัฒนาก็กลับมาดำเนินต่อไป และเริ่มส่งแร่ยูเรเนียมไปยังสหรัฐอเมริกา ในปี พ.ศ. 2492 มีการใช้การทำให้ยูเรเนียมบริสุทธิ์ในลักษณะเดียวกัน โดยมีการปรับปรุงบางอย่างเพื่อผลิต UO 2 บริสุทธิ์ การผลิตนี้ได้เติบโตขึ้นและปัจจุบันเป็นหนึ่งในโรงงานผลิตยูเรเนียมที่ใหญ่ที่สุด
คุณสมบัติ.
ดาวยูเรนัสเป็นหนึ่งในมากที่สุด องค์ประกอบหนักที่พบในธรรมชาติ โลหะบริสุทธิ์มีความหนาแน่นมาก เหนียว มีประจุบวกทางไฟฟ้า โดยมีค่าการนำไฟฟ้าต่ำ และมีปฏิกิริยาสูง
ยูเรเนียมมีการดัดแปลงแบบ allotropic สามแบบ: ก-ยูเรเนียม (ผลึกออร์โธฮอมบิก) อยู่ในช่วงตั้งแต่อุณหภูมิห้องถึง 668 ° C; ข- ยูเรเนียม (โครงผลึกเชิงซ้อนชนิดเตตราโกนัล) มีความเสถียรในช่วง 668–774° C; ก-ยูเรเนียม (โครงตาข่ายลูกบาศก์คริสตัลที่มีศูนย์กลางตัวถัง) มีความเสถียรตั้งแต่ 774°C จนถึงจุดหลอมเหลว (1132°C) เนื่องจากไอโซโทปของยูเรเนียมทั้งหมดไม่เสถียร สารประกอบทั้งหมดจึงแสดงกัมมันตภาพรังสี
ไอโซโทปของยูเรเนียม
238 U, 235 U, 234 U เกิดขึ้นในธรรมชาติในอัตราส่วน 99.3:0.7:0.0058 และ 236 U เกิดขึ้นในปริมาณเล็กน้อย ไอโซโทปอื่น ๆ ของยูเรเนียมตั้งแต่ 226 U ถึง 242 U นั้นได้มาจากการประดิษฐ์ ไอโซโทป 235 U มีคุณสมบัติพิเศษ สำคัญ. ภายใต้อิทธิพลของนิวตรอนที่ช้า (ความร้อน) มันจะแบ่งตัวด้วยการปลดปล่อย พลังงานมหาศาล. การแบ่งเซลล์ที่สมบูรณ์ของ 235 U ส่งผลให้มีการปล่อย "พลังงานความร้อนเทียบเท่า" ออกมาเป็น 2H 10 7 kWh · h/kg ฟิชชันของ 235 U ไม่เพียงแต่สามารถนำมาใช้เพื่อผลิตพลังงานจำนวนมากเท่านั้น แต่ยังใช้ในการสังเคราะห์ธาตุแอกติไนด์ที่สำคัญอื่นๆ อีกด้วย ไอโซโทปยูเรเนียมธรรมชาติสามารถใช้ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เพื่อผลิตนิวตรอนที่เกิดจากฟิชชันขนาด 235 U ในขณะที่นิวตรอนส่วนเกินที่ไม่ต้องการโดยปฏิกิริยาลูกโซ่สามารถจับได้ด้วยไอโซโทปธรรมชาติอีกไอโซโทป ส่งผลให้เกิดการผลิตพลูโทเนียม:
เมื่อ 238 U ถูกโจมตีด้วยนิวตรอนเร็ว จะเกิดปฏิกิริยาต่อไปนี้:
ตามรูปแบบนี้ ไอโซโทปที่พบมากที่สุด 238 U สามารถแปลงเป็นพลูโทเนียม-239 ได้ ซึ่งเหมือนกับ 235 U ที่สามารถเกิดฟิชชันได้ภายใต้อิทธิพลของนิวตรอนช้า
ปัจจุบันได้รับไอโซโทปยูเรเนียมเทียมจำนวนมาก ในหมู่พวกเขา 233 U มีความโดดเด่นเป็นพิเศษเพราะมันยังเกิดฟิชชันเมื่อมีปฏิกิริยากับนิวตรอนช้าอีกด้วย
ไอโซโทปเทียมอื่นๆ ของยูเรเนียมมักใช้เป็นตัวติดตามกัมมันตภาพรังสีในการวิจัยทางเคมีและกายภาพ นี่เป็นสิ่งแรกเลย ข- ตัวส่ง 237 U และ ก- ตัวส่ง 232 U.
การเชื่อมต่อ
ยูเรเนียมซึ่งเป็นโลหะที่เกิดปฏิกิริยาสูง มีสถานะออกซิเดชันตั้งแต่ +3 ถึง +6 อยู่ใกล้กับเบริลเลียมในชุดกิจกรรม ทำปฏิกิริยากับอโลหะทั้งหมดและสร้างสารประกอบระหว่างโลหะกับ Al, Be, Bi, Co, Cu, Fe, Hg , Mg, Ni, Pb, Sn และ Zn ยูเรเนียมที่บดละเอียดจะมีปฏิกิริยาเป็นพิเศษและที่อุณหภูมิสูงกว่า 500 ° C มักจะเข้าสู่ปฏิกิริยาลักษณะของยูเรเนียมไฮไดรด์ ยูเรเนียมที่เป็นก้อนหรือขี้กบจะเผาไหม้อย่างสดใสที่อุณหภูมิ 700–1,000° C และไอของยูเรเนียมจะเผาไหม้อยู่แล้วที่อุณหภูมิ 150–250° C ยูเรเนียมทำปฏิกิริยากับ HF ที่อุณหภูมิ 200–400° C ทำให้เกิด UF 4 และ H 2 ยูเรเนียมละลายช้าๆในความเข้มข้น HF หรือ H 2 SO 4 และ 85% H 3 PO 4 แม้ที่ 90 ° C แต่ทำปฏิกิริยากับความเข้มข้นได้ง่าย HCl และออกฤทธิ์น้อยลงด้วย HBr หรือ HI ปฏิกิริยาที่กระฉับกระเฉงและรวดเร็วที่สุดของยูเรเนียมกับ HNO 3 เจือจางและเข้มข้นเกิดขึ้นกับการก่อตัวของยูเรนิลไนเตรต ( ดูด้านล่าง). เมื่อมี HCl ยูเรเนียมจะละลายอย่างรวดเร็วในกรดอินทรีย์ เกิดเป็นเกลืออินทรีย์ U4+ ยูเรเนียมก่อตัวเป็นเกลือหลายประเภทขึ้นอยู่กับระดับของการเกิดออกซิเดชัน (เกลือที่สำคัญที่สุดคือ U 4+ หนึ่งในนั้นคือ UCl 4 เป็นเกลือสีเขียวที่ถูกออกซิไดซ์ได้ง่าย) เกลือยูรานิล (หัวรุนแรง UO 2 2+) ประเภท UO 2 (NO 3) 2 มีสีเหลืองและมีสีเขียวเรืองแสง เกลือ Uranyl เกิดขึ้นจากการละลาย amphoteric ออกไซด์ UO 3 (สีเหลือง) ในตัวกลางที่เป็นกรด ในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง UO 3 จะก่อตัวเป็นยูเรเนต เช่น Na 2 UO 4 หรือ Na 2 U 2 O 7 สารประกอบหลัง (“ยูรานิลสีเหลือง”) ใช้สำหรับการผลิตเครื่องเคลือบพอร์ซเลนและในการผลิตแก้วฟลูออเรสเซนต์
ยูเรเนียมเฮไลด์ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางในปี พ.ศ. 2483-2493 เนื่องจากถูกนำมาใช้ในการพัฒนาวิธีการแยกไอโซโทปยูเรเนียมสำหรับระเบิดปรมาณูหรือเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ได้ยูเรเนียมไตรฟลูออไรด์ UF 3 โดยรีดักชั่น UF 4 ด้วยไฮโดรเจน และได้ยูเรเนียมเตตราฟลูออไรด์ UF 4 วิธีทางที่แตกต่างโดยปฏิกิริยาของ HF กับออกไซด์เช่น UO 3 หรือ U 3 O 8 หรือโดยการลดอิเล็กโทรไลต์ของสารประกอบยูรานิล ยูเรเนียมเฮกซาฟลูออไรด์ UF 6 ได้มาจากฟลูออริเนชันของ U หรือ UF 4 ด้วยธาตุฟลูออรีน หรือโดยการกระทำของออกซิเจนบน UF 4 เฮกซาฟลูออไรด์ก่อตัวเป็นผลึกโปร่งใสโดยมีดัชนีการหักเหของแสงสูงที่ 64 ° C (1137 มม. ปรอท) สารประกอบมีความผันผวน (ภายใต้เงื่อนไข ความดันปกติสูงสุดที่อุณหภูมิ 56.54° C) ยูเรเนียมออกโซฮาไลด์ เช่น ออกโซฟลูออไรด์ มีองค์ประกอบ UO 2 F 2 (ยูรานิลฟลูออไรด์), UOF 2 (ยูเรเนียมออกไซด์ไดฟลูออไรด์)
ยูเรเนียมมาจากไหน?เป็นไปได้มากว่ามันจะปรากฏขึ้นระหว่างการระเบิดซูเปอร์โนวา ความจริงก็คือสำหรับการสังเคราะห์นิวเคลียสขององค์ประกอบที่หนักกว่าเหล็กนั้นจะต้องมีการไหลของนิวตรอนที่ทรงพลังซึ่งเกิดขึ้นอย่างแม่นยำระหว่างการระเบิดของซูเปอร์โนวา ดูเหมือนว่าต่อมาในช่วงที่ควบแน่นจากเมฆใหม่ ระบบดาวยูเรเนียมที่รวมตัวกันอยู่ในเมฆก่อกำเนิดดาวเคราะห์และมีน้ำหนักมากจะต้องจมลงสู่ส่วนลึกของดาวเคราะห์ แต่นั่นไม่เป็นความจริง ยูเรเนียมเป็นธาตุกัมมันตภาพรังสี และเมื่อมันสลายตัวจะปล่อยความร้อนออกมา การคำนวณแสดงให้เห็นว่าหากยูเรเนียมกระจายเท่าๆ กันทั่วทั้งความหนาของโลก อย่างน้อยก็มีความเข้มข้นเท่ากันกับบนพื้นผิว ยูเรเนียมจะปล่อยความร้อนออกมามากเกินไป ยิ่งไปกว่านั้น การไหลของมันควรจะลดลงเมื่อมีการบริโภคยูเรเนียม เนื่องจากไม่มีการสังเกตพบเห็นลักษณะนี้ นักธรณีวิทยาจึงเชื่อว่าอย่างน้อยหนึ่งในสามของยูเรเนียม และอาจทั้งหมดนั้นกระจุกตัวอยู่ในเปลือกโลก ซึ่งมีปริมาณอยู่ที่ 2.5∙10 –4% เหตุใดจึงไม่ได้กล่าวถึงเรื่องนี้
ยูเรเนียมขุดที่ไหน?บนโลกมียูเรเนียมไม่มากนัก - อยู่ในอันดับที่ 38 ในแง่ของความอุดมสมบูรณ์ และองค์ประกอบนี้ส่วนใหญ่พบได้ในหินตะกอน - หินคาร์บอนและฟอสฟอไรต์: มากถึง 8 ∙10 –3 และ 2.5 ∙10 –2% ตามลำดับ โดยรวมแล้วเปลือกโลกมียูเรเนียม 10,14 ตัน แต่ปัญหาหลักคือมันกระจัดกระจายมากและไม่ก่อให้เกิดการสะสมที่ทรงพลัง แร่ยูเรเนียมประมาณ 15 ชนิดมีความสำคัญทางอุตสาหกรรม นี่คือยูเรเนียมทาร์ - พื้นฐานของมันคือยูเรเนียมออกไซด์เตตระวาเลนต์, ยูเรเนียมไมกา - ซิลิเกตต่างๆ, ฟอสเฟตและสารประกอบที่ซับซ้อนมากขึ้นด้วยวานาเดียมหรือไทเทเนียมที่มีพื้นฐานจากยูเรเนียมเฮกซะวาเลนต์
รังสีเบคเคอเรลคืออะไร?หลังจากการค้นพบรังสีเอกซ์โดยโวล์ฟกัง เรินต์เกน นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Antoine-Henri Becquerel เริ่มสนใจการเรืองแสงของเกลือยูเรเนียมซึ่งปรากฏภายใต้อิทธิพลของ แสงแดด. เขาต้องการทราบว่ามีรังสีเอกซ์ที่นี่ด้วยหรือไม่ จริงๆ แล้วพวกมันอยู่ที่นั่น - เกลือส่องแผ่นถ่ายภาพผ่านกระดาษสีดำ อย่างไรก็ตาม ในการทดลองครั้งหนึ่ง เกลือไม่ได้ส่องสว่าง แต่แผ่นถ่ายภาพยังคงมืดลง เมื่อวางวัตถุโลหะไว้ระหว่างเกลือกับแผ่นถ่ายภาพ ความมืดด้านล่างจะน้อยลง ดังนั้นรังสีใหม่จึงไม่เกิดขึ้นเนื่องจากการกระตุ้นของยูเรเนียมด้วยแสงและไม่ผ่านโลหะบางส่วน ในตอนแรกพวกมันถูกเรียกว่า “รังสีเบคเคอเรล” ต่อมาถูกค้นพบว่ารังสีเหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นรังสีอัลฟาโดยมีรังสีบีตาเติมเข้าไปเล็กน้อย ความจริงก็คือไอโซโทปหลักของยูเรเนียมปล่อยอนุภาคอัลฟ่าในระหว่างการสลาย และผลิตภัณฑ์รุ่นลูกก็ประสบกับการสลายตัวของบีตาเช่นกัน
ยูเรเนียมมีกัมมันตรังสีแค่ไหน?ยูเรเนียมไม่มีไอโซโทปเสถียร แต่มีกัมมันตภาพรังสีทั้งหมด ยูเรเนียม-238 ที่มีอายุยืนที่สุดมีอายุครึ่งชีวิต 4.4 พันล้านปี ถัดมาเป็นยูเรเนียม-235 - 0.7 พันล้านปี ทั้งสองได้รับการสลายตัวของอัลฟาและกลายเป็นไอโซโทปของทอเรียมที่สอดคล้องกัน ยูเรเนียม-238 มีส่วนประกอบมากกว่า 99% ของยูเรเนียมธรรมชาติทั้งหมด เนื่องจากมีค่าครึ่งชีวิตมาก กัมมันตภาพรังสีขององค์ประกอบนี้จึงต่ำ และนอกจากนี้ อนุภาคอัลฟ่าก็ไม่สามารถทะลุผ่านชั้น corneum บนพื้นผิวของร่างกายมนุษย์ได้ พวกเขาบอกว่าหลังจากทำงานกับยูเรเนียมแล้ว I.V. Kurchatov ก็เช็ดมือด้วยผ้าเช็ดหน้าและไม่ทรมานจากโรคใด ๆ ที่เกี่ยวข้องกับกัมมันตภาพรังสี
นักวิจัยได้หันไปดูสถิติโรคของคนงานในเหมืองยูเรเนียมและโรงงานแปรรูปหลายครั้ง ตัวอย่างเช่น นี่คือบทความล่าสุดโดยผู้เชี่ยวชาญชาวแคนาดาและอเมริกันที่วิเคราะห์ข้อมูลสุขภาพของคนงานมากกว่า 17,000 คนที่เหมือง Eldorado ในจังหวัดซัสแคตเชวันของแคนาดาในช่วงปี 1950–1999 ( การวิจัยด้านสิ่งแวดล้อม, 2014, 130, 43–50, DOI:10.1016/j.envres.2014.01.002) สาเหตุมาจากการที่รังสีมีผลมากที่สุดต่อเซลล์เม็ดเลือดที่ขยายตัวอย่างรวดเร็ว ซึ่งนำไปสู่มะเร็งชนิดที่เกี่ยวข้องกัน สถิติแสดงให้เห็นว่าคนงานเหมืองมีอุบัติการณ์ของโรคมะเร็งเลือดประเภทต่างๆ ต่ำกว่าประชากรแคนาดาโดยเฉลี่ย ในกรณีนี้ แหล่งกำเนิดรังสีหลักไม่ถือว่าเป็นยูเรเนียม แต่เป็นก๊าซเรดอนที่สร้างขึ้นและผลิตภัณฑ์ที่สลายตัวซึ่งสามารถเข้าสู่ร่างกายผ่านทางปอดได้
ทำไมยูเรเนียมถึงเป็นอันตราย?? เช่นเดียวกับโลหะหนักอื่นๆ มีความเป็นพิษสูงและอาจทำให้ไตและตับวายได้ ในทางกลับกัน ยูเรเนียมซึ่งเป็นองค์ประกอบที่กระจายตัวอยู่ในน้ำ ดินอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ และเข้าสู่ร่างกายมนุษย์โดยมุ่งไปที่ห่วงโซ่อาหาร มีเหตุผลที่จะสรุปได้ว่าในกระบวนการวิวัฒนาการ สิ่งมีชีวิตได้เรียนรู้ที่จะทำให้ยูเรเนียมเป็นกลางในความเข้มข้นตามธรรมชาติ ยูเรเนียมเป็นอันตรายที่สุดในน้ำ ดังนั้น WHO จึงกำหนดขีดจำกัดไว้ โดยเริ่มแรกอยู่ที่ 15 µg/l แต่ในปี 2554 มาตรฐานได้เพิ่มเป็น 30 µg/g ตามกฎแล้ว ปริมาณยูเรเนียมในน้ำจะน้อยกว่ามาก: ในสหรัฐอเมริกาโดยเฉลี่ย 6.7 ไมโครกรัม/ลิตร ในจีนและฝรั่งเศส - 2.2 ไมโครกรัม/ลิตร แต่ก็มีการเบี่ยงเบนที่รุนแรงเช่นกัน ดังนั้นในบางพื้นที่ของแคลิฟอร์เนีย ค่าดังกล่าวจึงสูงกว่ามาตรฐานถึงร้อยเท่า - 2.5 มก./ลิตร และในฟินแลนด์ตอนใต้มีค่าถึง 7.8 มก./ลิตร นักวิจัยกำลังพยายามทำความเข้าใจว่ามาตรฐานของ WHO นั้นเข้มงวดเกินไปหรือไม่โดยการศึกษาผลกระทบของยูเรเนียมต่อสัตว์ นี่คืองานทั่วไป ( ไบโอเมด รีเสิร์ช อินเตอร์เนชั่นแนล, 2014, รหัส 181989; ดอย:10.1155/2014/181989). นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสให้สารเติมแต่งยูเรเนียมหมดลงในน้ำแก่หนูเป็นเวลาเก้าเดือน และมีความเข้มข้นค่อนข้างสูงตั้งแต่ 0.2 ถึง 120 มก./ลิตร ค่าที่ต่ำกว่า- นี่คือน้ำใกล้เหมือง ชั้นบนไม่พบที่ไหนเลย - ความเข้มข้นสูงสุดของยูเรเนียมที่วัดในประเทศฟินแลนด์คือ 20 มก./ล. สร้างความประหลาดใจให้กับผู้เขียน - บทความนี้มีชื่อว่า: "การไม่มีผลกระทบที่สังเกตได้ของยูเรเนียมต่อระบบทางสรีรวิทยาโดยไม่คาดคิด ... " - ยูเรเนียมแทบไม่มีผลกระทบต่อสุขภาพของหนูเลย สัตว์กินดี เพิ่มน้ำหนักอย่างเหมาะสม ไม่บ่นว่าป่วย และไม่ตายด้วยโรคมะเร็ง ตามที่ควรจะเป็น ยูเรเนียมสะสมอยู่ในไตและกระดูกเป็นหลักและในปริมาณที่น้อยกว่าร้อยเท่าในตับ และการสะสมของมันขึ้นอยู่กับปริมาณในน้ำ อย่างไรก็ตามเช่นกัน ภาวะไตวายหรือแม้แต่ลักษณะที่สังเกตได้ชัดเจนของเครื่องหมายระดับโมเลกุลของการอักเสบ ผู้เขียนแนะนำว่าควรเริ่มการทบทวนแนวทางปฏิบัติที่เข้มงวดของ WHO อย่างไรก็ตาม มีข้อแม้ประการหนึ่ง นั่นคือ ผลกระทบต่อสมอง ในสมองของหนูมียูเรเนียมน้อยกว่าในตับ แต่ปริมาณยูเรเนียมไม่ได้ขึ้นอยู่กับปริมาณในน้ำ แต่ยูเรเนียมส่งผลต่อการทำงานของระบบต้านอนุมูลอิสระของสมอง: กิจกรรมของคาตาเลสเพิ่มขึ้น 20%, กลูตาไธโอนเปอร์ออกซิเดส 68–90% และกิจกรรมของซูเปอร์ออกไซด์ดิสมิวเทสลดลง 50% โดยไม่คำนึงถึงปริมาณ ซึ่งหมายความว่ายูเรเนียมทำให้เกิดความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชั่นในสมองอย่างชัดเจนและร่างกายตอบสนองต่อมัน ผลกระทบนี้ - ผลกระทบที่รุนแรงของยูเรเนียมต่อสมองในกรณีที่ไม่มีการสะสมอยู่ในนั้นและในอวัยวะเพศ - เคยสังเกตมาก่อน นอกจากนี้น้ำที่มียูเรเนียมความเข้มข้น 75–150 มก./ลิตร ซึ่งนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเนแบรสกาเลี้ยงหนูเป็นเวลา 6 เดือน ( พิษวิทยาประสาทและ Teratology, 2005, 27, 1, 135–144; DOI:10.1016/j.ntt.2004.09.001) ส่งผลต่อพฤติกรรมของสัตว์ซึ่งส่วนใหญ่เป็นตัวผู้ที่ถูกปล่อยลงสนาม พวกมันข้ามเส้น ยืนบนขาหลัง และจับขนให้แตกต่างไปจากตัวควบคุม มีหลักฐานว่ายูเรเนียมยังทำให้ความจำเสื่อมในสัตว์ด้วย การเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมมีความสัมพันธ์กับระดับออกซิเดชันของไขมันในสมอง ปรากฎว่าน้ำยูเรเนียมทำให้หนูแข็งแรง แต่ก็ค่อนข้างโง่ ข้อมูลเหล่านี้จะเป็นประโยชน์สำหรับเราในการวิเคราะห์สิ่งที่เรียกว่ากลุ่มอาการสงครามอ่าว
ยูเรเนียมก่อให้เกิดมลพิษในเหมืองหรือไม่? ก๊าซจากชั้นหิน? ขึ้นอยู่กับปริมาณยูเรเนียมที่อยู่ในหินที่มีก๊าซและเกี่ยวข้องกับพวกมันอย่างไร ตัวอย่างเช่น รองศาสตราจารย์ Tracy Bank แห่งมหาวิทยาลัยบัฟฟาโลศึกษา Marcellus Shale ซึ่งทอดยาวจากนิวยอร์กตะวันตกผ่านเพนซิลเวเนียและโอไฮโอไปจนถึงเวสต์เวอร์จิเนีย ปรากฎว่ายูเรเนียมมีความสัมพันธ์ทางเคมีกับแหล่งที่มาของไฮโดรคาร์บอนอย่างแม่นยำ (โปรดจำไว้ว่าหินคาร์บอนที่เกี่ยวข้องมีปริมาณยูเรเนียมสูงที่สุด) การทดลองแสดงให้เห็นว่าสารละลายที่ใช้ระหว่างการแตกหักสามารถละลายยูเรเนียมได้อย่างสมบูรณ์ “เมื่อยูเรเนียมในน้ำเหล่านี้ขึ้นสู่ผิวน้ำ อาจทำให้เกิดการปนเปื้อนในพื้นที่โดยรอบได้ สิ่งนี้ไม่ก่อให้เกิดความเสี่ยงจากการแผ่รังสี แต่ยูเรเนียมเป็นองค์ประกอบที่เป็นพิษ” เทรซี แบงก์ กล่าวในแถลงข่าวของมหาวิทยาลัยลงวันที่ 25 ตุลาคม 2553 ยังไม่มีการจัดทำบทความโดยละเอียดเกี่ยวกับความเสี่ยงของการปนเปื้อนต่อสิ่งแวดล้อมด้วยยูเรเนียมหรือทอเรียมในระหว่างการผลิตก๊าซจากชั้นหิน
ทำไมยูเรเนียมจึงจำเป็น?ก่อนหน้านี้เคยใช้เป็นเม็ดสีสำหรับทำเซรามิกและแก้วสี ปัจจุบันยูเรเนียมเป็นพื้นฐานของพลังงานนิวเคลียร์และอาวุธปรมาณู ในกรณีนี้มีการใช้คุณสมบัติเฉพาะของมัน - ความสามารถของนิวเคลียสในการแบ่งตัว
นิวเคลียร์ฟิชชันคืออะไร?การสลายนิวเคลียสออกเป็นสองนิวเคลียสที่ไม่เท่ากัน ชิ้นใหญ่. เป็นเพราะคุณสมบัตินี้ว่าในระหว่างการสังเคราะห์นิวเคลียสเนื่องจากการฉายรังสีนิวตรอน นิวเคลียสที่หนักกว่ายูเรเนียมจึงเกิดขึ้นอย่างยากลำบาก สาระสำคัญของปรากฏการณ์มีดังนี้ หากอัตราส่วนของจำนวนนิวตรอนและโปรตอนในนิวเคลียสไม่เหมาะสม ก็จะเกิดความไม่เสถียร โดยทั่วไปแล้วนิวเคลียสดังกล่าวจะปล่อยอนุภาคอัลฟ่า - โปรตอนสองตัวและนิวตรอนสองตัวหรืออนุภาคบีตา - โพซิตรอนซึ่งมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงของนิวตรอนตัวใดตัวหนึ่งให้เป็นโปรตอน ในกรณีแรกจะได้รับองค์ประกอบของตารางธาตุโดยเว้นระยะห่างสองเซลล์ไว้ด้านหลังในเซลล์ที่สอง - หนึ่งเซลล์ไปข้างหน้า อย่างไรก็ตาม นอกเหนือจากการปล่อยอนุภาคอัลฟ่าและบีตาแล้ว นิวเคลียสของยูเรเนียมยังมีความสามารถในการแบ่งตัวของนิวเคลียส โดยสลายตัวเป็นนิวเคลียสของธาตุทั้งสองที่อยู่ตรงกลางตารางธาตุ เช่น แบเรียมและคริปทอน ซึ่งสลายตัวได้เมื่อได้รับนิวตรอนใหม่ ปรากฏการณ์นี้ถูกค้นพบไม่นานหลังจากการค้นพบกัมมันตภาพรังสี เมื่อนักฟิสิกส์เปิดเผยรังสีที่เพิ่งค้นพบกับทุกสิ่งที่พวกเขาทำได้ นี่คือวิธีที่ออตโต ฟริช ผู้เข้าร่วมกิจกรรมเขียนเกี่ยวกับเรื่องนี้ (“Advances in Physical Sciences,” 1968, 96, 4) หลังจากการค้นพบรังสีเบริลเลียม - นิวตรอน - เอนริโก เฟอร์มี ได้ฉายรังสียูเรเนียมด้วยโดยเฉพาะเพื่อทำให้บีตาสลายตัว - เขาหวังว่าจะใช้มันเพื่อให้ได้ธาตุลำดับที่ 93 ถัดไป ซึ่งปัจจุบันเรียกว่าเนปทูเนียม เขาเป็นผู้ค้นพบกัมมันตภาพรังสีชนิดใหม่ในยูเรเนียมฉายรังสีซึ่งเขาเกี่ยวข้องกับการปรากฏตัวของธาตุทรานยูเรเนียม ในเวลาเดียวกัน การชะลอความเร็วของนิวตรอนซึ่งมีชั้นพาราฟินปกคลุมแหล่งกำเนิดเบริลเลียม ทำให้กัมมันตภาพรังสีที่เหนี่ยวนำเพิ่มขึ้น นักรังสีเคมีชาวอเมริกัน อริสติด ฟอน กรอสส์ เสนอว่าหนึ่งในองค์ประกอบเหล่านี้คือโปรแทกติเนียม แต่เขาคิดผิด แต่ Otto Hahn ซึ่งตอนนั้นทำงานที่มหาวิทยาลัยเวียนนาและถือว่า protactinium ที่ค้นพบในปี 1917 เป็นผลิตผลของเขา ตัดสินใจว่าเขาจำเป็นต้องค้นหาองค์ประกอบที่ได้รับ ฮาห์นร่วมกับลิซ ไมต์เนอร์ เสนอแนะเมื่อต้นปี พ.ศ. 2481 จากผลการทดลองว่าสายโซ่ของธาตุกัมมันตภาพรังสีทั้งหมดก่อตัวขึ้นเนื่องจากการสลายเบตาหลายครั้งของนิวเคลียสที่ดูดซับนิวตรอนของยูเรเนียม-238 และธาตุลูกของมัน ในไม่ช้า Lise Meitner ก็ถูกบังคับให้หนีไปสวีเดน เนื่องจากกลัวว่าจะถูกตอบโต้จากพวกนาซีหลังจาก Anschluss แห่งออสเตรีย ฮาห์นทำการทดลองกับฟริตซ์ สตราสมันน์ต่อไป พบว่าในบรรดาผลิตภัณฑ์นั้นยังมีแบเรียม ธาตุหมายเลข 56 ซึ่งไม่สามารถหาได้จากยูเรเนียม โซ่อัลฟาทั้งหมดสลายตัวของยูเรเนียมจบลงมากกว่านั้นมาก ตะกั่วหนัก. นักวิจัยรู้สึกประหลาดใจมากกับผลลัพธ์ที่ไม่ได้เผยแพร่ โดยเขียนจดหมายถึงเพื่อนเท่านั้น โดยเฉพาะถึง Lise Meitner ในโกเธนเบิร์ก ที่นั่นในวันคริสต์มาสปี 1938 ออตโต Frisch หลานชายของเธอมาเยี่ยมเธอและเดินอยู่ในบริเวณใกล้เคียงของเมืองฤดูหนาว - เขาเล่นสกีป้าเดินเท้า - พวกเขาหารือเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของการปรากฏตัวของแบเรียมในระหว่างการฉายรังสียูเรเนียมในขณะที่ อันเป็นผลมาจากการแยกตัวของนิวเคลียร์ (สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ Lise Meitner ดู "เคมีและชีวิต ", 2013, หมายเลข 4) เมื่อกลับมาถึงโคเปนเฮเกน Frisch จับ Niels Bohr บนทางเดินของเรือที่ออกเดินทางไปยังสหรัฐอเมริกาและเล่าให้เขาฟังเกี่ยวกับแนวคิดเรื่องฟิชชัน บอร์ตบหน้าผากตัวเองแล้วพูดว่า: "โอ้พวกเราช่างโง่เขลาจริงๆ! เราควรสังเกตสิ่งนี้ก่อนหน้านี้” ในเดือนมกราคม พ.ศ. 2482 Frisch และ Meitner ตีพิมพ์บทความเกี่ยวกับฟิชชันของนิวเคลียสยูเรเนียมภายใต้อิทธิพลของนิวตรอน เมื่อถึงเวลานั้น ออตโต ฟริชได้ทำการทดลองควบคุมแล้ว เช่นเดียวกับกลุ่มชาวอเมริกันหลายกลุ่มที่ได้รับข้อความจากบอร์ พวกเขากล่าวว่านักฟิสิกส์เริ่มแยกย้ายไปยังห้องทดลองของตนในระหว่างการรายงานของเขาเมื่อวันที่ 26 มกราคม พ.ศ. 2482 ในวอชิงตันในการประชุมประจำปีเกี่ยวกับฟิสิกส์เชิงทฤษฎี เมื่อพวกเขาเข้าใจแก่นแท้ของแนวคิดนี้ หลังจากการค้นพบฟิชชัน ฮาห์นและสตราสมันน์ได้แก้ไขการทดลองของพวกเขา และพบว่า เช่นเดียวกับเพื่อนร่วมงานของพวกเขา ว่ากัมมันตภาพรังสีของยูเรเนียมที่ผ่านการฉายรังสีไม่เกี่ยวข้องกับทรานยูเรเนียม แต่เกี่ยวข้องกับการสลายตัวของธาตุกัมมันตภาพรังสีที่เกิดขึ้นระหว่างฟิชชันจากตรงกลางตารางธาตุ
ปฏิกิริยาลูกโซ่เกิดขึ้นในยูเรเนียมได้อย่างไร?ไม่นานหลังจากการทดลองพิสูจน์ความเป็นไปได้ที่จะเกิดฟิชชันของยูเรเนียมและนิวเคลียสทอเรียม (และไม่มีธาตุฟิสไซล์อื่น ๆ บนโลกในปริมาณที่มีนัยสำคัญใดๆ) นีลส์ โบห์รและจอห์น วีลเลอร์ ซึ่งทำงานที่พรินซ์ตัน รวมทั้งแยกจากกันด้วย นักฟิสิกส์ทฤษฎีโซเวียต Ya. I. Frenkel และชาวเยอรมัน Siegfried Flügge และ Gottfried von Droste ได้สร้างทฤษฎีการแยกตัวของนิวเคลียร์ มีกลไกสองประการตามมา ประการหนึ่งเกี่ยวข้องกับการดูดกลืนธรณีประตูของนิวตรอนเร็ว ตามที่เขาพูดไว้ เพื่อเริ่มต้นฟิชชัน นิวตรอนต้องมีเพียงพอ พลังงานอันยิ่งใหญ่มากกว่า 1 MeV สำหรับนิวเคลียสของไอโซโทปหลัก - ยูเรเนียม-238 และทอเรียม-232 ที่พลังงานต่ำ การดูดกลืนนิวตรอนโดยยูเรเนียม-238 จะมีลักษณะเป็นจังหวะ ดังนั้นนิวตรอนที่มีพลังงาน 25 eV จึงมีหลายพันครั้ง พื้นที่ขนาดใหญ่ดักจับภาพตัดขวางมากกว่าพลังงานอื่นๆ ในกรณีนี้ จะไม่มีฟิชชัน: ยูเรเนียม-238 จะกลายเป็นยูเรเนียม-239 ซึ่งมีครึ่งชีวิต 23.54 นาทีจะกลายเป็นเนปทูเนียม-239 ซึ่งมีครึ่งชีวิต 2.33 วันจะกลายเป็นสิ่งมีชีวิตที่ยืนยาว พลูโตเนียม-239 ทอเรียม-232 จะกลายเป็นยูเรเนียม-233
กลไกที่สองคือการดูดกลืนนิวตรอนแบบไม่มีค่าเกณฑ์ ตามด้วยไอโซโทปฟิสไซล์ทั่วไปตัวที่สามไม่มากก็น้อย - ยูเรเนียม-235 (เช่นเดียวกับพลูโทเนียม-239 และยูเรเนียม-233 ซึ่งไม่พบในธรรมชาติ): โดย ดูดซับนิวตรอนใด ๆ แม้จะช้าหรือที่เรียกว่าความร้อนด้วยพลังงานสำหรับโมเลกุลที่มีส่วนร่วมในการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน - 0.025 eV นิวเคลียสดังกล่าวจะแตกตัว และนี่เป็นสิ่งที่ดีมาก: นิวตรอนความร้อนมีพื้นที่หน้าตัดในการจับยึดสูงกว่านิวตรอนเมกะอิเล็กตรอนโวลต์ที่มีความเร็วถึงสี่เท่า นี่คือความสำคัญของยูเรเนียม-235 สำหรับประวัติศาสตร์พลังงานนิวเคลียร์ที่ตามมาทั้งหมด: เป็นสิ่งที่รับประกันการเพิ่มจำนวนนิวตรอนในยูเรเนียมธรรมชาติ หลังจากที่โดนนิวตรอน นิวเคลียสของยูเรเนียม-235 จะไม่เสถียรและถูกแยกออกเป็นสองส่วนที่ไม่เท่ากันอย่างรวดเร็ว ระหว่างทางจะมีการปล่อยนิวตรอนใหม่หลายตัว (โดยเฉลี่ย 2.75) หากพวกมันตกลงไปในนิวเคลียสของยูเรเนียมเดียวกัน พวกมันจะทำให้เกิดการคูณนิวตรอนเข้าไป ความก้าวหน้าทางเรขาคณิต- ปฏิกิริยาลูกโซ่จะเกิดขึ้นซึ่งจะนำไปสู่การระเบิดเนื่องจากการปล่อยความร้อนจำนวนมหาศาลอย่างรวดเร็ว ทั้งยูเรเนียม-238 และทอเรียม-232 ไม่สามารถทำงานเช่นนั้นได้ เพราะท้ายที่สุดแล้ว ในระหว่างฟิชชัน นิวตรอนจะถูกปล่อยออกมาด้วยพลังงานเฉลี่ย 1–3 MeV กล่าวคือ หากมีขีดจำกัดพลังงานที่ 1 MeV ซึ่งเป็นส่วนสำคัญของ นิวตรอนจะไม่สามารถทำให้เกิดปฏิกิริยาได้อย่างแน่นอน และจะไม่มีการแพร่พันธุ์อีก ซึ่งหมายความว่าไอโซโทปเหล่านี้ควรถูกลืมไป และนิวตรอนจะต้องถูกทำให้ช้าลงเป็นพลังงานความร้อน เพื่อให้พวกมันมีปฏิกิริยากับนิวเคลียสของยูเรเนียม-235 ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ในเวลาเดียวกันไม่อนุญาตให้ดูดซับเรโซแนนซ์ด้วยยูเรเนียม-238 เพราะในยูเรเนียมธรรมชาติไอโซโทปนี้จะน้อยกว่า 99.3% เล็กน้อยและนิวตรอนมักจะชนกับมันมากกว่าและไม่ใช่กับเป้าหมายยูเรเนียม-235 และด้วยการทำหน้าที่เป็นตัวหน่วง ทำให้สามารถรักษาจำนวนนิวตรอนให้คงที่และป้องกันการระเบิด - ควบคุมปฏิกิริยาลูกโซ่
การคำนวณที่ดำเนินการโดย Ya. B. Zeldovich และ Yu. B. Khariton ในปีเดียวกันของปี 1939 แสดงให้เห็นว่าจำเป็นต้องใช้ตัวหน่วงนิวตรอนในรูปแบบของน้ำหนักหรือกราไฟต์และเสริมสมรรถนะยูเรเนียมธรรมชาติด้วยยูเรเนียม- 235 อย่างน้อย 1.83 เท่า จากนั้นแนวคิดนี้ดูเหมือนจินตนาการอันบริสุทธิ์สำหรับพวกเขา:“ ควรสังเกตว่าการเสริมสมรรถนะยูเรเนียมในปริมาณที่ค่อนข้างมีนัยสำคัญประมาณสองเท่าซึ่งจำเป็นต่อการระเบิดแบบลูกโซ่<...>เป็นงานที่ยุ่งยากมาก เกือบจะเป็นไปไม่ได้ในทางปฏิบัติ” ตอนนี้ปัญหานี้ได้รับการแก้ไขแล้ว และอุตสาหกรรมนิวเคลียร์กำลังผลิตยูเรเนียมจำนวนมากที่เสริมสมรรถนะด้วยยูเรเนียม-235 เป็น 3.5% สำหรับโรงไฟฟ้า
การแยกตัวของนิวเคลียร์ที่เกิดขึ้นเองคืออะไร?ในปี 1940 G. N. Flerov และ K. A. Petrzhak ค้นพบว่าฟิชชันของยูเรเนียมสามารถเกิดขึ้นได้เองตามธรรมชาติโดยไม่มีอิทธิพลจากภายนอก แม้ว่าครึ่งชีวิตจะยาวนานกว่าการสลายตัวของอัลฟาธรรมดามากก็ตาม เนื่องจากฟิชชันดังกล่าวยังผลิตนิวตรอนด้วย หากพวกมันไม่ได้รับอนุญาตให้หลุดออกจากเขตปฏิกิริยา พวกมันจะทำหน้าที่เป็นตัวริเริ่มของปฏิกิริยาลูกโซ่ เป็นปรากฏการณ์นี้ที่ใช้ในการสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
เหตุใดจึงต้องใช้พลังงานนิวเคลียร์?เซลโดวิชและคาริตันเป็นหนึ่งในคนกลุ่มแรกๆ ที่คำนวณผลกระทบทางเศรษฐกิจของพลังงานนิวเคลียร์ (Uspekhi Fizicheskikh Nauk, 1940, 23, 4) “...ในขณะนี้ ยังเป็นไปไม่ได้ที่จะสรุปขั้นสุดท้ายเกี่ยวกับความเป็นไปได้หรือความเป็นไปไม่ได้ที่จะทำปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันกับสายโซ่ที่แตกแขนงอย่างไม่สิ้นสุดในยูเรเนียม หากปฏิกิริยาดังกล่าวเป็นไปได้ อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะถูกปรับโดยอัตโนมัติเพื่อให้แน่ใจว่าปฏิกิริยาจะดำเนินไปอย่างราบรื่น แม้ว่าผู้ทดลองจะต้องใช้พลังงานจำนวนมหาศาลก็ตาม สถานการณ์นี้เอื้ออำนวยอย่างยิ่งต่อการใช้พลังงานของปฏิกิริยา ดังนั้นให้เรานำเสนอ - แม้ว่านี่จะเป็นการแบ่งส่วนของผิวหนังของหมีที่ไม่มีทักษะ แต่ตัวเลขบางตัวก็แสดงถึงความเป็นไปได้ของการใช้พลังงานของยูเรเนียม ถ้ากระบวนการฟิชชันดำเนินต่อไปด้วยนิวตรอนเร็ว ดังนั้น ปฏิกิริยาจะจับไอโซโทปหลักของยูเรเนียม (U238) จากนั้น<исходя из соотношения теплотворных способностей и цен на уголь и уран>ราคาแคลอรี่จากไอโซโทปหลักของยูเรเนียมจะมีราคาถูกกว่าถ่านหินประมาณ 4,000 เท่า (เว้นแต่แน่นอนว่ากระบวนการ "การเผาไหม้" และการกำจัดความร้อนจะมีราคาแพงกว่าในกรณีของยูเรเนียมมากกว่ามาก ในกรณีถ่านหิน) ในกรณีของนิวตรอนช้าค่าใช้จ่ายของแคลอรี่ "ยูเรเนียม" (ตามตัวเลขข้างต้น) จะเป็นอย่างไรโดยคำนึงถึงความอุดมสมบูรณ์ของไอโซโทป U235 อยู่ที่ 0.007 ซึ่งถูกกว่าแคลอรี่ "ถ่านหิน" เพียง 30 เท่าเท่านั้น สิ่งอื่นๆ ทั้งหมดเท่าเทียมกัน”
ปฏิกิริยาลูกโซ่ควบคุมครั้งแรกดำเนินการในปี พ.ศ. 2485 โดยเอนริโก เฟอร์มี จากมหาวิทยาลัยชิคาโก และเครื่องปฏิกรณ์ได้รับการควบคุมด้วยตนเอง โดยดันแท่งกราไฟท์เข้าและออกเมื่อฟลักซ์นิวตรอนเปลี่ยนไป โรงไฟฟ้าแห่งแรกถูกสร้างขึ้นในเมือง Obninsk ในปี 1954 นอกเหนือจากการสร้างพลังงานแล้ว เครื่องปฏิกรณ์เครื่องแรกยังทำงานเพื่อผลิตพลูโตเนียมเกรดอาวุธอีกด้วย
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทำงานอย่างไร?ปัจจุบัน เครื่องปฏิกรณ์ส่วนใหญ่ทำงานโดยใช้นิวตรอนที่ช้า ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะในรูปของโลหะ โลหะผสม เช่น อลูมิเนียม หรือออกไซด์จะถูกใส่ไว้ในกระบอกสูบยาวที่เรียกว่าองค์ประกอบเชื้อเพลิง พวกมันถูกติดตั้งในลักษณะใดลักษณะหนึ่งในเครื่องปฏิกรณ์ และแท่งตัวหน่วงจะถูกสอดเข้าไประหว่างพวกมัน เพื่อควบคุมปฏิกิริยาลูกโซ่ เมื่อเวลาผ่านไป สารพิษจากเครื่องปฏิกรณ์จะสะสมในองค์ประกอบเชื้อเพลิง - ผลิตภัณฑ์ฟิชชันของยูเรเนียม ซึ่งสามารถดูดซับนิวตรอนได้เช่นกัน เมื่อความเข้มข้นของยูเรเนียม-235 ลดลงต่ำกว่าระดับวิกฤต ธาตุดังกล่าวจะเลิกใช้งาน อย่างไรก็ตาม มันมีชิ้นส่วนฟิชชันจำนวนมากที่มีกัมมันตภาพรังสีเข้มข้น ซึ่งลดลงเมื่อเวลาผ่านไป ทำให้ธาตุต่างๆ ปล่อยความร้อนปริมาณมากเป็นเวลานาน พวกเขาจะถูกเก็บไว้ในสระน้ำเย็นแล้วฝังหรือพยายามแปรรูปเพื่อสกัดยูเรเนียม-235 ที่ยังไม่เผาไหม้ ผลิตพลูโทเนียม (ใช้ทำระเบิดปรมาณู) และไอโซโทปอื่น ๆ ที่สามารถใช้ได้ ส่วนที่ไม่ได้ใช้จะถูกส่งไปยังสถานที่ฝังศพ
ในเครื่องปฏิกรณ์แบบเร็วหรือเครื่องปฏิกรณ์แบบผสมพันธุ์ จะมีการติดตั้งตัวสะท้อนแสงที่ทำจากยูเรเนียม-238 หรือทอเรียม-232 ไว้รอบๆ ส่วนประกอบต่างๆ พวกมันช้าลงและส่งกลับเข้าไปในนิวตรอนโซนปฏิกิริยาที่เร็วเกินไป นิวตรอนช้าลงจนมีความเร็วเรโซแนนซ์ดูดซับไอโซโทปเหล่านี้ และกลายเป็นพลูโทเนียม-239 หรือยูเรเนียม-233 ตามลำดับ ซึ่งสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ได้ เนื่องจากนิวตรอนเร็วทำปฏิกิริยากับยูเรเนียม-235 ได้ไม่ดี ความเข้มข้นของมันจึงต้องเพิ่มขึ้นอย่างมาก แต่จะได้ผลเมื่อมีฟลักซ์นิวตรอนที่แรงกว่า แม้ว่าเครื่องปฏิกรณ์แบบผสมพันธุ์จะถือเป็นอนาคตของพลังงานนิวเคลียร์ เนื่องจากเครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้ผลิตเชื้อเพลิงนิวเคลียร์มากกว่าที่ใช้ การทดลองแสดงให้เห็นว่าเป็นเรื่องยากที่จะจัดการ ขณะนี้เหลือเครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าวเพียงเครื่องเดียวในโลก - ที่หน่วยพลังงานที่สี่ของ Beloyarsk NPP
พลังงานนิวเคลียร์ถูกวิพากษ์วิจารณ์อย่างไร?หากเราไม่พูดถึงอุบัติเหตุประเด็นหลักในการโต้แย้งของฝ่ายตรงข้ามของพลังงานนิวเคลียร์ในปัจจุบันคือข้อเสนอที่จะเพิ่มค่าใช้จ่ายในการปกป้องสิ่งแวดล้อมหลังจากการรื้อถอนสถานีและเมื่อทำงานกับเชื้อเพลิงในการคำนวณประสิทธิภาพ ในทั้งสองกรณี ความท้าทายในการกำจัดกากกัมมันตภาพรังสีที่เชื่อถือได้เกิดขึ้น และค่าใช้จ่ายเหล่านี้เป็นภาระของรัฐ มีความเห็นว่าหากคุณโอนให้เป็นต้นทุนพลังงานความน่าดึงดูดทางเศรษฐกิจก็จะหายไป
นอกจากนี้ยังมีการต่อต้านในหมู่ผู้สนับสนุนพลังงานนิวเคลียร์ ตัวแทนชี้ให้เห็นถึงความเป็นเอกลักษณ์ของยูเรเนียม-235 ซึ่งไม่มีทางทดแทนได้ เนื่องจากไอโซโทปทางเลือกที่ฟิชไซล์โดยนิวตรอนความร้อน - พลูโทเนียม-239 และยูเรเนียม-233 - เนื่องจากมีครึ่งชีวิตนับพันปี ไม่พบในธรรมชาติ และได้มาอย่างแม่นยำอันเป็นผลมาจากการแยกตัวของยูเรเนียม-235 หากหมดแหล่งนิวตรอนตามธรรมชาติที่ยอดเยี่ยมสำหรับปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์จะหายไป ผลจากความสิ้นเปลืองดังกล่าว มนุษยชาติจะสูญเสียโอกาสในอนาคตที่จะนำทอเรียม-232 ซึ่งมีปริมาณสำรองซึ่งมีมากกว่ายูเรเนียมหลายเท่าเข้าสู่วัฏจักรพลังงาน
ตามทฤษฎีแล้ว เครื่องเร่งอนุภาคสามารถใช้สร้างฟลักซ์ของนิวตรอนเร็วที่มีพลังงานเมกะอิเล็กตรอนโวลต์ได้ อย่างไรก็ตามหาก เรากำลังพูดถึงเช่น เกี่ยวกับเที่ยวบินระหว่างดาวเคราะห์บน เครื่องยนต์นิวเคลียร์จากนั้นการนำวงจรไปใช้งานด้วยคันเร่งขนาดใหญ่จะเป็นเรื่องยากมาก การลดลงของยูเรเนียม-235 ทำให้โครงการดังกล่าวยุติลง
ยูเรเนียมเกรดอาวุธคืออะไร?นี่คือยูเรเนียม-235 ที่ได้รับการเสริมสมรรถนะสูง มวลวิกฤติซึ่งสอดคล้องกับขนาดของชิ้นส่วนของสารซึ่งปฏิกิริยาลูกโซ่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ ซึ่งมีขนาดเล็กพอที่จะผลิตกระสุนได้ ยูเรเนียมดังกล่าวสามารถใช้ทำระเบิดปรมาณูได้และยังเป็นฟิวส์สำหรับระเบิดแสนสาหัสอีกด้วย
ภัยพิบัติใดบ้างที่เกี่ยวข้องกับการใช้ยูเรเนียม?พลังงานที่เก็บไว้ในนิวเคลียสของธาตุฟิสไซล์นั้นมีมหาศาล หากควบคุมไม่ได้เนื่องจากการกำกับดูแลหรือโดยเจตนา พลังงานนี้อาจทำให้เกิดปัญหาได้มากมาย สองคนที่ร้ายกาจที่สุด ภัยพิบัติทางนิวเคลียร์เกิดขึ้นเมื่อวันที่ 6 และ 8 สิงหาคม พ.ศ. 2488 เมื่อกองทัพอากาศสหรัฐทิ้งระเบิด ระเบิดปรมาณูบนฮิโรชิมาและนางาซากิส่งผลให้พลเรือนเสียชีวิตและบาดเจ็บหลายแสนคน ภัยพิบัติที่มีขนาดเล็กกว่านั้นสัมพันธ์กับอุบัติเหตุในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์และสถานประกอบการด้านวัฏจักรนิวเคลียร์ อุบัติเหตุใหญ่ครั้งแรกเกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2492 ในสหภาพโซเวียตที่โรงงานมายัคใกล้กับเชเลียบินสค์ ซึ่งเป็นแหล่งผลิตพลูโทเนียม กากกัมมันตภาพรังสีเหลวไปจบลงที่แม่น้ำเตชะ ในเดือนกันยายน พ.ศ. 2500 เกิดการระเบิดพร้อมกับการปล่อยตัว ปริมาณมากสารกัมมันตภาพรังสี สิบเอ็ดวันต่อมา เครื่องปฏิกรณ์ที่ผลิตพลูโตเนียมของอังกฤษที่ Windscale ถูกไฟไหม้ และกลุ่มเมฆที่มีผลิตภัณฑ์จากการระเบิดก็สลายไป ยุโรปตะวันตก. ในปี 1979 เครื่องปฏิกรณ์แห่งหนึ่งที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ Three Mail Island ในรัฐเพนซิลวาเนียถูกไฟไหม้ ผลที่ตามมาอย่างกว้างขวางที่สุดมีสาเหตุมาจากอุบัติเหตุที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชอร์โนบิล (พ.ศ. 2529) และโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟุกุชิมะ (พ.ศ. 2554) ซึ่งเป็นช่วงที่ผู้คนหลายล้านคนได้รับรังสี พื้นที่กว้างใหญ่แห่งแรกทิ้งขยะ ปล่อยเชื้อเพลิงยูเรเนียม 8 ตันและผลิตภัณฑ์สลายตัวอันเป็นผลมาจากการระเบิดซึ่งแพร่กระจายไปทั่วยุโรป ครั้งที่สองมีมลพิษและสามปีหลังจากเกิดอุบัติเหตุ ยังคงสร้างมลพิษให้กับพื้นที่น้ำ มหาสมุทรแปซิฟิกในพื้นที่ประมง การขจัดผลที่ตามมาจากอุบัติเหตุเหล่านี้มีค่าใช้จ่ายสูงมาก และหากแบ่งค่าใช้จ่ายเหล่านี้ออกเป็นค่าไฟฟ้า ก็จะเพิ่มขึ้นอย่างมาก
อีกประเด็นหนึ่งคือผลที่ตามมาต่อสุขภาพของมนุษย์ ตามสถิติของทางการ ผู้คนจำนวนมากที่รอดชีวิตจากเหตุระเบิดหรืออาศัยอยู่ในพื้นที่ปนเปื้อนจะได้รับประโยชน์จากการสัมผัสกับรังสี โดยแบบแรกมีอายุขัยที่สูงกว่า ส่วนแบบหลังมีอายุขัยที่สั้นกว่า โรคมะเร็งและผู้เชี่ยวชาญมองว่าอัตราการเสียชีวิตที่เพิ่มขึ้นเป็นผลมาจากความเครียดทางสังคม จำนวนผู้เสียชีวิตอย่างแม่นยำจากผลที่ตามมาของอุบัติเหตุหรือเนื่องจากการชำระบัญชีมีจำนวนหลายร้อยคน ผู้คัดค้านโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ชี้ให้เห็นว่าอุบัติเหตุส่งผลให้มีผู้เสียชีวิตก่อนวัยอันควรหลายล้านคนต่อปี ทวีปยุโรปพวกมันมองไม่เห็นเลยเมื่อเทียบกับพื้นหลังทางสถิติ
การนำที่ดินออกจากการใช้โดยมนุษย์ในเขตอุบัติเหตุทำให้เกิดผลลัพธ์ที่น่าสนใจ: ที่ดินเหล่านี้กลายเป็นเขตอนุรักษ์ธรรมชาติที่ความหลากหลายทางชีวภาพเติบโตขึ้น จริงอยู่ สัตว์บางชนิดป่วยด้วยโรคที่เกี่ยวข้องกับรังสี. คำถามที่ว่าพวกเขาจะปรับให้เข้ากับพื้นหลังที่เพิ่มขึ้นได้เร็วแค่ไหนยังคงเปิดอยู่ มีความเห็นว่าผลที่ตามมาจากการฉายรังสีเรื้อรังคือ "การเลือกคนโง่" (ดู "เคมีและชีวิต", 2010, หมายเลข 5): แม้ในระยะตัวอ่อน สิ่งมีชีวิตดึกดำบรรพ์ยังมีชีวิตรอดได้มากกว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งในส่วนที่เกี่ยวข้องกับผู้คน สิ่งนี้น่าจะส่งผลให้ความสามารถทางจิตลดลงในรุ่นที่เกิดในพื้นที่ปนเปื้อนหลังจากเกิดอุบัติเหตุไม่นาน
ยูเรเนียมหมดสภาพคืออะไร?นี่คือยูเรเนียม-238 ซึ่งเหลืออยู่หลังจากแยกยูเรเนียม-235 ออกจากมัน ปริมาณของเสียจากการผลิตยูเรเนียมเกรดอาวุธและองค์ประกอบเชื้อเพลิงมีขนาดใหญ่ - ในสหรัฐอเมริกาเพียงแห่งเดียวมีการสะสมยูเรเนียมเฮกซาฟลูออไรด์ดังกล่าวถึง 600,000 ตัน (สำหรับปัญหาโปรดดูเคมีและชีวิตปี 2551 หมายเลข 5) . เนื้อหาของยูเรเนียม-235 อยู่ในนั้นคือ 0.2% ของเสียนี้จะต้องถูกเก็บไว้จนกว่าจะถึงเวลาที่ดีขึ้น เมื่อเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็วจะถูกสร้างขึ้น และจะสามารถแปรรูปยูเรเนียม-238 ให้เป็นพลูโทเนียม หรือนำไปใช้ในทางใดทางหนึ่งได้
พวกเขาพบว่ามันมีประโยชน์ ยูเรเนียมก็เหมือนกับองค์ประกอบการเปลี่ยนผ่านอื่นๆ ที่ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ตัวอย่างเช่น ผู้เขียนบทความใน เอซีเอส นาโนพวกเขาเขียนลงวันที่ 30 มิถุนายน 2014 ว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่ทำจากยูเรเนียมหรือทอเรียมกับกราฟีนสำหรับการลดออกซิเจนและไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ “มีศักยภาพมหาศาลสำหรับใช้ในภาคพลังงาน” เนื่องจากยูเรเนียมมีความหนาแน่นสูง จึงทำหน้าที่เป็นบัลลาสต์สำหรับเรือและเป็นน้ำหนักถ่วงสำหรับเครื่องบิน โลหะชนิดนี้ก็เหมาะสำหรับ การป้องกันรังสีในอุปกรณ์การแพทย์ที่มีแหล่งกำเนิดรังสี
อาวุธอะไรที่สามารถผลิตได้จากยูเรเนียมหมดสภาพ?กระสุนและแกนสำหรับกระสุนเจาะเกราะ การคำนวณที่นี่มีดังนี้ ยิ่งกระสุนปืนหนักมากเท่าไร พลังงานจลน์ก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น แต่อะไร ขนาดใหญ่ขึ้นกระสุนปืนยิ่งผลกระทบมีความเข้มข้นน้อยลง ดังนั้นเราจึงต้องการ โลหะหนักมีความหนาแน่นสูง กระสุนทำจากตะกั่ว (ครั้งหนึ่งนักล่าอูราลยังใช้แพลตตินัมพื้นเมืองด้วยจนกระทั่งพวกเขารู้ว่ามันเป็นโลหะมีค่า) ในขณะที่แกนกระสุนทำจากโลหะผสมทังสเตน นักสิ่งแวดล้อมชี้ให้เห็นว่าตะกั่วปนเปื้อนดินในสถานที่ปฏิบัติการทางทหารหรือการล่าสัตว์ และควรแทนที่ด้วยสารที่เป็นอันตรายน้อยกว่า เช่น ทังสเตน แต่ทังสเตนมีราคาไม่ถูก และยูเรเนียมซึ่งมีความหนาแน่นใกล้เคียงกันก็เป็นของเสียที่เป็นอันตราย ในเวลาเดียวกัน การปนเปื้อนของยูเรเนียมในดินและน้ำที่อนุญาตจะสูงกว่าตะกั่วประมาณสองเท่า สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากกัมมันตภาพรังสีที่อ่อนแอของยูเรเนียมหมดสภาพ (และยังน้อยกว่ายูเรเนียมธรรมชาติถึง 40% ด้วย) ถูกละเลยและเป็นอันตรายอย่างแท้จริง ปัจจัยทางเคมี: อย่างที่เราจำได้ว่ายูเรเนียมเป็นพิษ ในขณะเดียวกัน ความหนาแน่นของมันก็มากกว่าตะกั่วถึง 1.7 เท่า ซึ่งหมายความว่าขนาดของกระสุนยูเรเนียมจะลดลงครึ่งหนึ่ง ยูเรเนียมเป็นวัสดุทนไฟและแข็งกว่าตะกั่วมาก โดยจะระเหยน้อยกว่าเมื่อถูกยิง และเมื่อกระทบถึงเป้าหมาย จะก่อให้เกิดอนุภาคขนาดเล็กน้อยลง โดยทั่วไปแล้ว กระสุนยูเรเนียมจะก่อให้เกิดมลพิษน้อยกว่า สิ่งแวดล้อมอย่างไรก็ตาม การใช้ยูเรเนียมดังกล่าวไม่เป็นที่ทราบแน่ชัดมากกว่าตะกั่ว
แต่เป็นที่ทราบกันดีว่าแผ่นที่ทำจากยูเรเนียมหมดนั้นถูกนำมาใช้เพื่อเสริมเกราะของรถถังอเมริกา (ซึ่งมีความหนาแน่นและจุดหลอมเหลวสูงช่วยอำนวยความสะดวก) และแทนที่จะใช้โลหะผสมทังสเตนในแกนสำหรับกระสุนเจาะเกราะ แกนยูเรเนียมก็ดีเช่นกันเพราะยูเรเนียมเป็นแบบลุกติดไฟได้: อนุภาคร้อนขนาดเล็กที่ก่อตัวขึ้นเมื่อกระแทกกับเกราะจะลุกเป็นไฟและจุดไฟเผาทุกสิ่งรอบตัว การใช้งานทั้งสองถือว่าปลอดภัยจากรังสี ดังนั้นการคำนวณแสดงให้เห็นว่าแม้จะนั่งอยู่ในถังที่มีเกราะยูเรเนียมซึ่งเต็มไปด้วยกระสุนยูเรเนียมเป็นเวลาหนึ่งปี ลูกเรือก็จะได้รับเพียงหนึ่งในสี่ของปริมาณที่อนุญาต และเพื่อให้ได้ปริมาณที่อนุญาตต่อปีคุณจะต้องขันกระสุนดังกล่าวกับพื้นผิวเป็นเวลา 250 ชั่วโมง
กระสุนที่มีแกนยูเรเนียม - สำหรับปืนใหญ่อากาศขนาด 30 มม. หรือปืนใหญ่ลำกล้องย่อย - ถูกใช้โดยชาวอเมริกันในสงครามเมื่อเร็วๆ นี้ โดยเริ่มจากการทัพอิรักในปี 1991 ในปีนั้นพวกเขาถล่มหน่วยหุ้มเกราะของอิรักในคูเวต และในระหว่างการล่าถอย ยูเรเนียมที่หมดสภาพ 300 ตัน ซึ่งในจำนวนนี้ 250 ตันหรือ 780,000 นัดถูกยิงใส่ปืนเครื่องบิน ในบอสเนียและเฮอร์เซโกวีนาในระหว่างการทิ้งระเบิดกองทัพของ Republika Srpska ที่ไม่รู้จักนั้นมีการใช้ยูเรเนียม 2.75 ตันและในระหว่างการปลอกกระสุนของกองทัพยูโกสลาเวียในภูมิภาคโคโซโวและ Metohija - 8.5 ตันหรือ 31,000 รอบ เนื่องจากในเวลานั้น WHO มีความกังวลเกี่ยวกับผลที่ตามมาจากการใช้ยูเรเนียม จึงได้มีการติดตามติดตาม เขาแสดงให้เห็นว่าการระดมยิงหนึ่งครั้งประกอบด้วยประมาณ 300 รอบ โดย 80% มียูเรเนียมหมดสภาพ โจมตีเป้าหมาย 10% และ 82% ตกลงไปในระยะ 100 เมตร ที่เหลือกระจายไปในรัศมี 1.85 กม. กระสุนที่โดนรถถังถูกเผาไหม้และกลายเป็นละอองลอย เปลือกยูเรเนียมเจาะทะลุเป้าหมายที่เบา เช่น เรือบรรทุกบุคลากรที่หุ้มเกราะ ดังนั้นกระสุนมากถึงหนึ่งตันครึ่งจึงสามารถกลายเป็นฝุ่นยูเรเนียมในอิรักได้ ตามที่ผู้เชี่ยวชาญจากศูนย์วิจัยเชิงกลยุทธ์ของอเมริกา RAND Corporation กล่าวว่ายูเรเนียมที่ใช้แล้วมากกว่า 10 ถึง 35% กลายเป็นละอองลอย นักเคลื่อนไหวด้านอาวุธต่อต้านยูเรเนียมชาวโครเอเชีย Asaf Durakovic ซึ่งทำงานในองค์กรต่างๆ ตั้งแต่โรงพยาบาล King Faisal ในกรุงริยาดไปจนถึงศูนย์วิจัยทางการแพทย์ยูเรเนียมวอชิงตัน ประมาณการว่าในอิรักตอนใต้เพียงแห่งเดียวในปี 1991 มีอนุภาคยูเรเนียมต่ำกว่าไมครอน 3-6 ตันเกิดขึ้น ซึ่งกระจัดกระจายเป็นบริเวณกว้าง กล่าวคือ มีการปนเปื้อนของยูเรเนียมเทียบได้กับเชอร์โนบิล