تحكي المقالة متى تم اكتشاف عنصر كيميائي مثل اليورانيوم ، وفي أي صناعات تستخدم هذه المادة في عصرنا.
اليورانيوم عنصر كيميائي في الطاقة والصناعة العسكرية
في جميع الأوقات ، حاول الأشخاص العثور على مصادر طاقة عالية الكفاءة ، وبشكل مثالي - إنشاء ما يسمى بآلة الحركة الدائمة. لسوء الحظ ، تم إثبات استحالة وجودها نظريًا وإثباتها في القرن التاسع عشر ، لكن العلماء لم يفقدوا الأمل أبدًا في تحقيق حلم نوع من الأجهزة التي من شأنها أن تكون قادرة على إنتاج كمية كبيرة من الطاقة "النظيفة" لفترة طويلة جدًا. وقت طويل
تحقق هذا جزئيًا مع اكتشاف مادة مثل اليورانيوم. شكل عنصر كيميائي بهذا الاسم الأساس لتطوير المفاعلات النووية ، والتي توفر في عصرنا الطاقة لمدن بأكملها ، والغواصات ، والسفن القطبية ، وما إلى ذلك. صحيح ، لا يمكن وصف طاقتهم بأنها "نظيفة" ، ولكن في السنوات الأخيرة طورت العديد من الشركات "بطاريات ذرية" مدمجة تعتمد على التريتيوم للبيع على نطاق واسع - لا تحتوي على أجزاء متحركة وهي آمنة للصحة.
ومع ذلك ، في هذه المقالة سوف نحلل بالتفصيل تاريخ اكتشاف عنصر كيميائييسمى اليورانيوم ورد فعل انقسام نواته
التعريف
اليورانيوم عنصر كيميائي له العدد الذري 92 في الجدول الدوري لمندليف. كتلته الذرية 238.029 ، ويشار إليها بالرمز U. في ظل الظروف العادية ، يكون معدنًا كثيفًا وثقيلًا فضيًا. إذا تحدثنا عن نشاطه الإشعاعي ، فإن اليورانيوم نفسه عنصر ذو نشاط إشعاعي ضعيف. كما أنه لا يحتوي على نظائر مستقرة تمامًا. والأكثر استقرارًا من بين النظائر الموجودة هو اليورانيوم 338.
اكتشفنا ماهية هذا العنصر ، والآن دعونا نلقي نظرة على تاريخ اكتشافه.
التاريخ
هذه المادة مثل أكسيد اليورانيوم الطبيعي معروفة للناس منذ العصور القديمة ، وقد استخدمها الحرفيون القدماء في صناعة التزجيج ، الذي كان يستخدم لتغطية السيراميك المتنوع لمقاومة الأواني والمنتجات الأخرى للماء ، وكذلك الزينة
كان عام 1789 تاريخًا مهمًا في تاريخ اكتشاف هذا العنصر الكيميائي. في ذلك الوقت ، تمكن الكيميائي والألماني المولد مارتن كلابروث من الحصول على أول يورانيوم معدني. وحصل العنصر الجديد على اسمه تكريما للكوكب الذي اكتشف قبل ثماني سنوات.
لما يقرب من 50 عامًا ، كان اليورانيوم الذي تم الحصول عليه يُعتبر معدنًا نقيًا ، ومع ذلك ، في عام 1840 ، تمكن الكيميائي من فرنسا ، يوجين ملكيور بيليجوت ، من إثبات أن المادة التي حصل عليها كلابروث ، على الرغم من العلامات الخارجية المناسبة ، لم يكن فلزًا على الإطلاق ، بل أكسيد يورانيوم. بعد ذلك بقليل ، تلقى Peligo نفسهاليورانيوم الحقيقي معدن رمادي ثقيل جدا. عندها تم تحديد الوزن الذري لمادة مثل اليورانيوم لأول مرة. وضع ديمتري مندليف العنصر الكيميائي في عام 1874 في جدول العناصر الدوري الشهير ، وضاعف منديليف الوزن الذري للمادة مرتين. وبعد 12 عامًا فقط ، ثبت تجريبيًا أن الكيميائي العظيم لم يكن مخطئًا في حساباته.
نشاط إشعاعي
لكن الاهتمام الواسع حقًا بهذا العنصر في المجتمع العلمي بدأ في عام 1896 ، عندما اكتشف بيكريل حقيقة أن اليورانيوم يصدر أشعة سميت على اسم الباحث - أشعة بيكريل. في وقت لاحق ، أطلق أحد أشهر العلماء في هذا المجال ، ماري كوري ، على هذه الظاهرة النشاط الإشعاعي.
يعتبر التاريخ المهم التالي في دراسة اليورانيوم هو 1899: في ذلك الوقت اكتشف رذرفورد أن إشعاع اليورانيوم غير متجانس وينقسم إلى نوعين - أشعة ألفا وبيتا. وبعد عام ، اكتشف بول فيلار (فيلارد) النوع الثالث ، وهو النوع الأخير من الإشعاع المشع المعروف لنا اليوم - ما يسمى بأشعة جاما.
بعد سبع سنوات ، في عام 1906 ، أجرى رذرفورد ، على أساس نظريته في النشاط الإشعاعي ، التجارب الأولى ، والتي كان الغرض منها تحديد عمر المعادن المختلفة. أرست هذه الدراسات الأساس ، من بين أمور أخرى ، لتشكيل نظرية وممارسة تحليل الكربون المشع.
انشطار نوى اليورانيوم
لكن ربما كان أهم اكتشاف بفضلهيعد تعدين وتخصيب اليورانيوم على نطاق واسع للأغراض السلمية والعسكرية على حد سواء عملية انشطار نوى اليورانيوم. حدث ذلك في عام 1938 ، وتم الاكتشاف بواسطة الفيزيائيين الألمان أوتو هان وفريتز ستراسمان. في وقت لاحق ، تلقت هذه النظرية تأكيدًا علميًا في أعمال العديد من الفيزيائيين الألمان.
كان جوهر الآلية التي اكتشفوها على النحو التالي: إذا قمت بتشعيع نواة نظير اليورانيوم 235 بنيوترون ، فعند التقاط نيوترون حر ، يبدأ في الانقسام. وكما نعلم جميعًا الآن ، فإن هذه العملية مصحوبة بإطلاق كمية هائلة من الطاقة. يحدث هذا بشكل أساسي بسبب الطاقة الحركية للإشعاع نفسه وشظايا النواة. الآن نحن نعرف كيف يحدث انشطار اليورانيوم
اكتشاف هذه الآلية ونتائجها هو نقطة الانطلاق لاستخدام اليورانيوم للأغراض السلمية والعسكرية.
إذا تحدثنا عن استخدامه للأغراض العسكرية ، فلأول مرة النظرية القائلة بأنه من الممكن تهيئة الظروف لمثل هذه العملية مثل تفاعل الانشطار المستمر لنواة اليورانيوم (نظرًا لأن الطاقة الهائلة مطلوبة للانفجار قنبلة نووية) من قبل الفيزيائيين السوفييت زيلدوفيتش وخاريتون. ولكن من أجل إحداث مثل هذا التفاعل ، يجب تخصيب اليورانيوم ، لأنه في حالته الطبيعية لا يمتلك الخصائص الضرورية.
تعرفنا على تاريخ هذا العنصر ، والآن سنكتشف مكان استخدامه.
يستخدم وأنواع نظائر اليورانيوم
بعد اكتشاف عملية مثل تفاعل الانشطار المتسلسل لليورانيوم ، واجه الفيزيائيون سؤالًا عن مكان استخدامه؟
حاليًا ، هناك مجالان رئيسيان يتم استخدام نظائر اليورانيوم فيهما. هذه صناعة سلمية (أو طاقة) وعسكرية. يستخدم كل من الأول والثاني تفاعل الانشطار النووي لنظير اليورانيوم 235 ، وتختلف طاقة الخرج فقط. ببساطة ، في المفاعل النووي ، ليست هناك حاجة لإنشاء هذه العملية والحفاظ عليها بنفس القوة اللازمة لتنفيذ انفجار قنبلة نووية.
لذلك ، تم إدراج الصناعات الرئيسية التي يستخدم فيها تفاعل انشطار اليورانيوم.
لكن الحصول على نظير اليورانيوم 235 هو مهمة تكنولوجية معقدة للغاية ومكلفة ، ولا تستطيع كل دولة بناء مصانع التخصيب. على سبيل المثال ، للحصول على عشرين طناً من وقود اليورانيوم ، يكون فيها محتوى نظير اليورانيوم 235 من 3-5٪ ، سيكون من الضروري تخصيب أكثر من 153 طناً من اليورانيوم الطبيعي "الخام".
يستخدم نظير اليورانيوم 238 بشكل أساسي في تصميم الأسلحة النووية لزيادة قوتها. أيضًا ، عندما يلتقط نيوترونًا ، متبوعًا بعملية اضمحلال بيتا ، يمكن لهذا النظير أن يتحول في النهاية إلى بلوتونيوم 239 - وقود شائع لمعظم المفاعلات النووية الحديثة.
على الرغم من كل أوجه القصور في مثل هذه المفاعلات (التكلفة العالية ، تعقيد الصيانة ، خطر وقوع حادث) ، فإن تشغيلها يؤتي ثماره بسرعة كبيرة ، كما أنه ينتج طاقة لا تضاهى أكثر من محطات الطاقة الحرارية أو الكهرومائية التقليدية.
أيضًا ، أتاح تفاعل انشطار نواة اليورانيوم صنع أسلحة نووية للدمار الشامل. تتميز بقوتها الهائلة النسبيةالاكتناز وحقيقة أنه قادر على جعل مساحات كبيرة من الأرض غير مناسبة لسكن الإنسان. صحيح أن الأسلحة الذرية الحديثة تستخدم البلوتونيوم وليس اليورانيوم.
اليورانيوم المستنفد
هناك أيضًا مجموعة متنوعة من اليورانيوم المستنفد. يحتوي على مستوى منخفض جدًا من النشاط الإشعاعي ، مما يعني أنه ليس خطيرًا على البشر. يتم استخدامه مرة أخرى في المجال العسكري ، على سبيل المثال ، يتم إضافته إلى درع دبابة أبرامز الأمريكية لمنحها قوة إضافية. بالإضافة إلى ذلك ، في جميع الجيوش عالية التقنية تقريبًا ، يمكنك العثور على قذائف مختلفة من اليورانيوم المنضب. بالإضافة إلى كتلتها العالية ، فإن لها خاصية أخرى مثيرة للاهتمام - بعد تدمير القذيفة ، تشتعل شظاياها وغبارها المعدني تلقائيًا. وبالمناسبة ، تم استخدام مثل هذا القذيفة لأول مرة خلال الحرب العالمية الثانية. كما نرى اليورانيوم عنصر تم استخدامه في مختلف مجالات النشاط البشري
الخلاصة
وفقًا لتوقعات العلماء ، حوالي عام 2030 ، سيتم استنفاد جميع رواسب اليورانيوم الكبيرة تمامًا ، وبعد ذلك سيبدأ تطوير طبقاته التي يصعب الوصول إليها وسيرتفع السعر. بالمناسبة ، خام اليورانيوم نفسه غير مؤذٍ تمامًا للناس - يعمل بعض عمال المناجم على استخراجه لأجيال. الآن اكتشفنا تاريخ اكتشاف هذا العنصر الكيميائي وكيفية استخدام تفاعل الانشطار لنواته.
بالمناسبة ، حقيقة مثيرة للاهتمام معروفة - مركبات اليورانيوم تستخدم منذ فترة طويلة كدهان للبورسلين والزجاج (ما يسمى بزجاج اليورانيوم) حتى الخمسينيات.
