Fakta Om Uran

{h1}

Uran er et naturligt radioaktivt element. Det styrer atomreaktorer og atombomber.

Den 6. august 1945 faldt en 10 meter lang bom (3 meter) fra himlen over den japanske by Hiroshima. Mindre end et minut senere blev alt inden for en kilometer af bombens detonation udslettet. En massiv firestorm ødelagde hurtigt miles mere og dræbte titusinder af mennesker.

Dette var den første nogensinde brug af en atombombe i krigsførelse, og den brugte et berømt element for at ødelægge sin uro: uran. Dette radioaktive metal er unikt, fordi en af ​​dets isotoper, uran-235, er den eneste naturligt forekommende isotop, der er i stand til at opretholde en atomfissionreaktion. (En isotop er en version af elementet med et forskelligt antal neutroner i kernen.)

For at forstå uran er det vigtigt at forstå radioaktivitet. Uran er naturligt radioaktiv: Dens kerne er ustabil, så elementet er i en konstant nedbrydningstilstand, der søger et mere stabilt arrangement. Faktisk var uran det element, der gjorde det muligt at opdage radioaktiviteten. I 1897 forlod den franske fysiker Henri Becquerel nogle uransalte på en fotografisk plade som led i nogle undersøgelser af, hvor let påvirket disse salte. Til sin overraskelse fogede pladen op, hvilket angav en slags udledning fra uransaltene. Becquerel delte en nobelpris med Marie og Pierre Curie i 1903 for opdagelsen.

Bare fakta

Ifølge Jefferson National Linear Accelerator Laboratory er uranernes egenskaber:

uran

uran

Kredit: Andrei Marincas Shutterstock

  • Atomnummer (antal protoner i kernen): 92
  • Atomisk symbol (på elementets periodiske tabel): U
  • Atomvægt (gennemsnitsmasse af atom): 238,02891
  • Tæthed: 18,95 gram pr. Kubikcentimeter
  • Fase ved stuetemperatur: Fast
  • Smeltepunkt: 2,075 grader Fahrenheit (1.135 grader Celsius)
  • Kogepunkt: 7.468 F (4.131 C)
  • Antal isotoper (atomer af samme element med et andet antal neutroner): 16, 3 naturligt forekommende
  • Mest almindelige isotoper: U-234 (0,0054 procent naturlig overflod), U-235 (0,7204 procent naturlig overflod), U-238 (99,2742 procent naturlig overflod)

Uranhistorie

Martin Heinrich Klaproth, en tysk kemiker, opdagede uran i 1789, selv om det havde været kendt siden mindst A.D. 79, hvor uranoxid blev anvendt som farvestof til keramiske glasurer og i glas ifølge Chemicool. Klaproth opdagede elementet i den mineralske pitchblende, som på det tidspunkt blev anset for at være en zink og jernmalm. Mineralet blev opløst i salpetersyre, og derefter blev kaliumchlorid (kaliumsalte) tilsat til det resterende gule bundfald. Klaproth konkluderede, at han havde opdaget et nyt element, da reaktionen mellem kaliumchlorid og bundfald ikke fulgte nogen reaktioner af kendte elementer. Hans opdagelse viste sig at være uranoxid og ikke rent uran som han oprindeligt havde troet.

Ifølge Los Alamos National Laboratory navngav Klaproth det nye element efter den nyligt opdagede planet Uranus, der blev opkaldt til den græske gud af himlen. Eugène-Melchior Péligot, en fransk kemiker, isolerede rent uran i 1841 ved opvarmning af urantetrachlorid med kalium.

Uran blev fundet at være radioaktiv i 1896 af Antoine H. Becquerel, en fransk fysiker. Becquerel havde efterladt en uranprøve på toppen af ​​en ikke-eksponeret fotografisk plade, som blev overskyet. Han konkluderede, at det gav afkald på usynlige stråler, ifølge Royal Society of Chemistry. Dette var første gang, at radioaktiviteten var blevet undersøgt og åbnet et nyt videnskabsområde. Marie Curie, en polsk videnskabsmand, dannede udtrykket radioaktivitet kort efter Becquerels opdagelse, og med fransk forsker Pierre Curie fortsatte forskningen for at opdage andre radioaktive elementer som polonium og radium og deres egenskaber.

Kraft og krig

Universets uran dannede 6,6 milliarder år siden i supernovaer, ifølge World Nuclear Association. Det er over hele verden, og udgør omkring 2 til 4 dele pr. Million af de fleste stenarter. Det er 48th blandt de mest rigelige elementer, der findes i naturlig skorstensrock, ifølge US Department of Energy, og er 40 gange rigere end sølv.

Selvom uran er stærkt forbundet med radioaktivitet, er dens forfaldshastighed så lav, at dette element faktisk ikke er en af ​​de mere radioaktive derude. Uran-238 har en halveringstid på en utrolig 4,5 milliarder år. Uran-235 har en halveringstid på godt 700 millioner år. Uran-234 har den korteste halveringstid for dem alle på 245.500 år, men det forekommer kun indirekte fra forfaldet af U-238.

Til sammenligning er det mest radioaktive element polonium. Det har en halveringstid på blot 138 dage.

Stadig har uran et eksplosivt potentiale, takket være dets evne til at opretholde en atomkædereaktion. U-235 er "fissil", hvilket betyder at dets kerner kan opdeles af termiske neutroner - neutroner med samme energi som deres omgivende omgivelser. Sådan fungerer det, ifølge World Nuclear Association: Kernen i et U-235-atom har 143 neutroner. Når en fri neutron støder på atomet, spalter den kernen og smider yderligere neuroner ud, som derefter kan zing ind i kernerne i nærliggende U-235 atomer, hvilket skaber en selvbærende kaskade af nuklear fission. Fissionshændelserne genererer hver varme.I en atomreaktor bruges denne varme til at koge vand, hvilket skaber damp, der gør en turbine til at generere strøm, og reaktionen styres af materialer som cadmium eller bor, som kan absorbere ekstra neutroner for at fjerne dem fra reaktionskæden.

I en fissionsbombe som den, der ødelagde Hiroshima, går reaktionen superkritisk. Hvad dette betyder er, at fission forekommer i en stadigt stigende grad. Disse superkritiske reaktioner frigør massive mængder energi: Blastet, der ødelagde Hiroshima, havde effekten af ​​en anslået 15 kiloton TNT, alle skabt med mindre end et kilo (uran) af uran under fission.

For at gøre uranfission mere effektiv, beriger nukleare ingeniører det. Naturligt uran er kun ca. 0,7 procent U-235, den fissile isotop. Resten er U-238. For at øge andelen af ​​U-235 forbrænder ingeniører enten uranen for at adskille isotoperne eller anvende centrifuger. Ifølge World Nuclear Association består mest berigede uran til atomkraftværker af mellem 3 procent og 5 procent U-235.

På den anden ende af skalaen er forarmet uran, som bruges til tankpansering og til fremstilling af kugler. Udslået uran er, hvad der er tilbage, efter at beriget uran er brugt på et kraftværk. Det er omkring 40 procent mindre radioaktivt end naturligt uran, ifølge U.S. Department of Veterans Affairs. Dette forarmede uran er kun farligt, hvis det inhaleres, indtages eller kommer ind i kroppen i en skyde eller eksplosion.

Der kan man bare se?

  • Kun 1,38 procent af uran i "Little Boy" bomben, der ødelagde Hiroshima, blev underkastet fission, ifølge Atomic Heritage Foundation. Bomben indeholdt ca. 140 pounds (64 kg) uran totalt.
  • "Little Boy" bomben sprængte 1,670 meter over Hiroshima og efterlod kun rammerne for et par armerede betonbygninger, der stod i mile-radiusen omkring Ground Zero, ifølge en rapport fra 1980-kernekraftværket. Firestorms ødelagde alt inden for en radius på 4,4 kilometer (7 kilometer) af blast.
  • Halveringstiden for uran-238 er 4,5 milliarder år. Det falder ned i radium-226, som igen falder ind i radon-222. Radon-222 bliver polonium-210, som endelig falder ned i et stabilt nuklid, bly.
  • Marie Curie, der arbejdede med uran for at opdage flere endnu mere radioaktive elementer (polonium og radium), kunne sandsynligvis undergrave den strålingseksponering, der var involveret i hendes arbejde. Hun døde i 1934 af aplastisk anæmi, en rød blodcellemangel skyldes sandsynligvis strålingsskader på knoglemarven.
  • Ren uran er et sølvfarvet metal, som hurtigt oxiderer i luften.
  • Uran bruges undertiden til at farve glas, der lyser grønt-gult under sort lys - men ikke på grund af radioaktivitet (glasset er kun den mindste bit radioaktive). Ifølge Collectors Weekly er fluorescensen på grund af UV-lyset, der spænder uranylforbindelsen i glasset, hvilket får det til at afgive fotoner, da det sætter sig ned igen.
  • Gulkage er fast uranoxid. Dette er den form, hvor uran almindeligvis sælges, inden det beriges.
  • Uran er udvundet i 20 lande, med over halvdelen kommer fra Canada, Kasakhstan, Australien, Niger, Rusland og Namibia, ifølge World Nuclear Association.
  • Ifølge Lenntech er alle mennesker og dyr naturligt udsat for små mængder uran fra mad, vand, jord og luft. For det meste kan den generelle befolkning sikkert overse de mængder, der indtages, undtagen hvis de bor i nærheden af ​​farlige affaldssteder, miner, eller hvis afgrøder dyrkes i forurenet jord eller vandes med forurenet vand.

Nuværende forskning

På grund af dets betydning i nukleart brændsel er forskerne meget interesserede i, hvordan uran fungerer - især under en nedbrydning. Meltdowns forekommer, når kølesystemerne omkring en reaktor fejler, og den varme, som frembringes af fissionsreaktionerne i reaktorkernen smelter brændstoffet. Dette skete under atomkatastrofen ved kernekraftværket i Tjernobyl, hvilket resulterede i en radioaktiv blob kaldet "Elephants Foot."

Forståelse for, hvordan nukleare brændstoffer virker, når de smelter, er afgørende for atomkraftværker, der bygger containerskibe, siger John Parise, en kemiker og mineralog på Stony Brook University og Brookhaven National Laboratory.

I november 2014 offentliggjorde Parise og kolleger fra Argonne National Lab og andre institutioner et papir i tidsskriftet Science, der for første gang illustrerede de indre virkninger af smeltet urantioxid, en vigtig bestanddel af nukleart brændsel. Uraniedioxid smelter ikke, før temperaturer er på over 5.432 F (3.000 C), så det er svært at måle, hvad der sker, når materialet bliver flydende. Parise fortalte WordsSideKick.com - der er bare ingen container tilstrækkelig nok.

"Løsningen på det er, at vi opvarmer en kugle af urantioxid fra toppen med en kuldioxidlaser, og denne bold er leviteret på en gasstrøm," siger Parise. "Du har denne kugle af materiale levitating på gasstrømmen, så du behøver ikke en container."

Forskerne stråler derefter røntgenbilleder gennem urandioxidboblen og måler spredningen af ​​disse røntgenbilleder med en detektor. Spredningsvinklen afslører opbygningen af ​​atomerne inde i urandioxid.

Forskerne fandt, at i fast urantioxid er atomerne arrangeret som en række kuber, der veksler med tomt rum i et gridagtigt mønster, med otte atomer oxygen, der omgiver hvert uranatom. Når materialet nærmer sig dets smeltepunkt, går oxygene "skøre", argonne National Laboratory Researcher Lawrie Skinner sagde i en video om resultaterne. Oxygenatomerne begynder at bevæge sig rundt, fylder tomt rum og bopper fra et uranatom til et andet.

Endelig ligner strukturen, når materialet smelter, et Salvador Dali-maleri, da kuberne bliver til uordenede polyeder. På dette tidspunkt sagde Parise, at antallet af iltatomer omkring hvert uranatom - kendt som koordinationsnummeret - falder fra otte til cirka syv (nogle uranatomer har seks oxygener omkring dem, og nogle har syv, hvilket giver et gennemsnit på 6,7 oxygener pr. uran).

At kende dette tal gør det muligt at modellere, hvordan urondioxid vil virke ved disse høje temperaturer, siger parise. Det næste skridt er at tilføje mere kompleksitet. Kerne kerner er ikke kun urandioxid, sagde han. De omfatter også materialer som zirconium og hvad der er brugt til at beskytte reaktorens inderside. Forskergruppen planlægger nu at tilføje disse materialer for at se, hvordan materialets reaktion ændres.

"Du skal vide, hvordan den rene urantioxidvæske opfører sig, så når du begynder at se på effekterne af små tilsætningsstoffer, kan du se, hvad er forskellene?" Parise sagde

Det store flertal af uran bruges til strøm, normalt i kontrollerede nukleare reaktioner. Det resterende affald, udtømt uran, kan genbruges for at udnytte andre former for strøm, som solenergiens kraft. Et 2017 patent af Igor Usov og Milan Sykora, forskere ved Los Alamos National Laboratory, drøfter brugen af ​​det udarmede uran fra nukleare reaktioner for at skabe solceller. Forfatterne skrev, at forarmet uranoxid var rigeligt og billigt som rester af atombrændstofberigelsesprocessen og kunne optimeres til brug som solceller ved at kontrollere tykkelsen, uran / iltforholdet, krystalliniteten og doping.

Uraniedioxid er en glimrende halvleder ifølge et dokument fra Thomas Meek på Oak Ridge National Laboratory i 2000 og kan potentielt være en forbedring for visse anvendelser i forhold til traditionelle anvendelser af silicium-, germanium- eller galliumarsenid. Ved stuetemperatur ville uranoxid give den højest mulige solcelleffektivitet sammenlignet med de traditionelle elementer og forbindelser til samme anvendelse.

Yderligere rapportering af Rachel Ross, WordsSideKick.com Bidragyder

Yderligere ressourcer

  • US Department of Energy: Uran Quick Facts
  • World Nuclear Association: Hvad er uran? Hvordan virker det?
  • Billeder af elementer: 92 U Uran


Video Supplement: What is Uranium?.




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com