Какво е уран 235. Уран: факти и факти. Защо съвременните ядрени технологии са лоши?

()
239 Pu()

Спин и паритет на ядрото 7/2 − Канал за разпадане Енергия на разпад α-разпад 4,6783(7) MeV 20Ne, 25Ne, 28Mg

За разлика от другия, най-разпространен изотоп на урана, 238 U, в 235 U е възможна самоподдържаща се ядрена верижна реакция. Следователно този изотоп се използва като гориво в ядрените реактори, както и в ядрените оръжия.

Образуване и разпадане

Уран-235 се образува в резултат на следните разпадания:

texvcне е намерен; Вижте math/README за помощ при настройка.): \mathrm(^(235)_(91)Pa) \rightarrow \mathrm(^(235)_(92)U) + e^- + \bar(\nu )_e ; Не може да се анализира синтактичен израз (изпълним файл texvcне е намерен; Вижте math/README за помощ за настройка.): \mathrm(^(235)_(93)Np) + e^- \rightarrow \mathrm(^(235)_(92)U) + \bar(\nu )_e ; Не може да се анализира синтактичен израз (изпълним файл texvcне е намерен; Вижте math/README за помощ при настройка.): \mathrm(^(239)_(94)Pu) \rightarrow \mathrm(^(235)_(92)U) + \mathrm(^(4)_( 2) Той).

Разпадането на уран-235 става по следните начини:

Не може да се анализира синтактичен израз (изпълним файл texvcне е намерен; Вижте math/README за помощ за настройка.): \mathrm(^(235)_(92)U) \rightarrow \mathrm(^(231)_(90)Th) + \mathrm(^(4)_( 2) Той); Не може да се анализира синтактичен израз (изпълним файл texvcне е намерен; Вижте math/README за помощ при настройка.): \mathrm(^(235)_(92)U) \rightarrow \mathrm(^(215)_(82)Pb) + \mathrm(^(20)_( 10) Ne); Не може да се анализира синтактичен израз (изпълним файл texvcне е намерен; Вижте math/README за помощ за настройка.): \mathrm(^(235)_(92)U) \rightarrow \mathrm(^(210)_(82)Pb) + \mathrm(^(25)_( 10) Ne); Не може да се анализира синтактичен израз (изпълним файл texvcне е намерен; Вижте math/README за помощ при настройка.): \mathrm(^(235)_(92)U) \rightarrow \mathrm(^(207)_(80)Hg) + \mathrm(^(28)_( 12) Mg).

Принудително разделение

Грешка при създаването на миниатюра: Файлът не е намерен

Крива на добив на продукти на делене на уран-235 за различни енергии на делящи се неутрони.

Около 300 изотопа на различни елементи са открити в продуктите на делене на уран-235: от =30 (цинк) до Z=64 (гадолиний). Кривата на зависимостта на относителния добив на изотопи, образувани при облъчване на уран-235 с бавни неутрони от масовото число, е симетрична и по форма наподобява буквата "М". Двата изразени максимума на тази крива съответстват на масови числа 95 и 134, докато минимумът попада в диапазона на масовите числа от 110 до 125. Така се получава деленето на урана на фрагменти с еднаква маса (с масови числа 115-119) с по-ниска вероятност от асиметричното делене. Такава тенденция се наблюдава при всички делящи се изотопи и не е свързана с нито един отделни имотиядра или частици, но присъщи на самия механизъм на ядреното делене. Въпреки това, асиметрията намалява с увеличаване на енергията на възбуждане на делящото се ядро ​​и при енергия на неутрон над 100 MeV, масовото разпределение на фрагментите на делене има един максимум, съответстващ на симетричното делене на ядрото.

Фрагментите, образувани по време на деленето на урановото ядро, от своя страна са радиоактивни и претърпяват верига от β - разпад, при който постепенно се отделя допълнителна енергия за дълго време. Средната енергия, освободена по време на разпада на едно ядро ​​на уран-235, като се вземе предвид разпадането на фрагменти, е приблизително 202,5 ​​MeV = 3,244 10 -11 J, или 19,54 TJ / mol = 83,14 TJ / kg.

Ядреното делене е само един от многото процеси, които са възможни по време на взаимодействието на неутрони с ядра; именно той е в основата на работата на всеки ядрен реактор.

Ядрено верижна реакция

При разпадането на едно ядро ​​235 U обикновено се излъчват от 1 до 8 (средно - 2,416) свободни неутрона. Всеки неутрон, произведен по време на разпада на ядрото 235 U, подложен на взаимодействие с друго ядро ​​235 U, може да предизвика ново събитие на разпад, това явление се нарича верижна реакция на ядрено делене.

Хипотетично броят на неутроните от второ поколение (след втория етап на ядрен разпад) може да надхвърли 3² = 9. С всеки следващ етап от реакцията на делене броят на произведените неутрони може да расте като лавина. При реални условия свободните неутрони може да не генерират ново събитие на делене, оставяйки пробата преди улавянето на 235 U, или да бъдат уловени както от самия изотоп 235 U с трансформацията му в 236 U, така и от други материали (например 238 U, или от получените фрагменти на ядрено делене, като 149 Sm или 135 Xe).

В реални условия достигането на критичното състояние на урана не е толкова лесно, тъй като редица фактори влияят на хода на реакцията. Например, естественият уран се състои само от 0,72% 235 U, 99,2745% е 238 U, който абсорбира неутроните, получени при деленето на ядра 235 U. Това води до факта, че в естествения уран в момента верижната реакция на делене е много бързо избледнява. Има няколко основни начина за провеждане на незатихваща верижна реакция на делене:

• Увеличете обема на пробата (за уран, извлечен от рудата, е възможно да се постигне критична маса поради увеличаване на обема);
• Извършване на изотопно разделяне чрез увеличаване на концентрацията на 235 U в пробата;
• Намалете загубата на свободни неутрони през повърхността на пробата чрез използване на различни видове рефлектори;
• Използвайте модератор на неутрони, за да увеличите концентрацията на топлинни неутрони.

Изомери

• Излишна маса: 40920.6(1.8) keV
• Енергия на възбуждане: 76.5(4) eV
• Време на полуразпад: 26 минути
• Спин и паритет на ядрото: 1/2 +

Разпадането на изомерното състояние се осъществява чрез изомерен преход към основно състояние.

Приложение

• Уран-235 се използва като гориво за ядрени реактори, в които управляванаядрена верижна реакция на делене;
• Силно обогатен уран се използва за създаване на ядрени оръжия. В този случай се използва за освобождаване на голямо количество енергия (експлозия). неконтролируемаверижна ядрена реакция.

Вижте също

Напишете отзив за статията "Уран-235"

Бележки

1. G.Audi, A.H. Wapstra и C. Thibault (2003). "". Ядрената физика А 729 : 337-676. DOI:. Bibcode :.
2. G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot и A. H. Wapstra (2003). "". Ядрената физика А 729 : 3–128. DOI:. Bibcode :.
3. Хофман К.- 2-ро изд. изтрит - Л.: Химия, 1987. - С. 130. - 232 с. - 50 000 екземпляра.
5. Фиалков Ю. Я.Използването на изотопи в химията и химическата промишленост. – Киев: Техника, 1975. – С. 87. – 240 с. - 2000 екземпляра.
6. . Kaye & Laby онлайн. .
7. Бартоломей Г. Г., Байбаков В. Д., Алхутов М. С., Бат Г. А.Основи на теорията и методи за изчисляване на ядрени енергийни реактори. - М .: Енергоатомиздат, 1982. - С. 512.

По-лесно: уран-234	Уран-235 е уранов изотоп	по-тежък: уран-236
Изотопи на елементи Таблица на нуклидите

Откъс, характеризиращ Уран-235

Кристалът беше материал. И в същото време наистина вълшебно. Издялано е от много красив камък, подобен на удивително прозрачен смарагд. Но Магдалена почувства, че това е нещо много по-сложно от обикновен скъпоценен камък, дори и най-чистият. Беше с форма на диамант и издължена, с размерите на радомирската длан. Всеки разрез на кристала беше изцяло покрит с непознати руни, очевидно дори по-древни от познатите на Магдалена...
– За какво „говори“, радост моя?.. И защо тези руни не са ми познати? Те са малко по-различни от тези, на които ни научиха влъхвите. И откъде го взе?
„Веднъж е донесен на Земята от нашите мъдри Предци, нашите Богове, за да създадат тук Храма на Вечното Познание“, започна Радомир, като замислено гледаше кристала. - За да помогне за придобиването на Светлина и Истина на достойните Деца на Земята. ТОЙ беше този, който роди на земята кастата на влъхвите, ведуните, ведунии, дарин и други просветени. И именно от него те черпиха своите ЗНАНИЯ и РАЗБИРАНЕ и от него някога създадоха Метеора. По-късно, напускайки завинаги, боговете оставиха този Храм на хората, като завещаха да го пазят и пазят, както биха защитили самата Земя. И Ключът към Храма е даден на влъхвите, за да не попадне случайно в „тъмномислещите” и Земята да не умре от злата им ръка. Така че оттогава това чудо се пази векове наред от влъхвите и те го предават от време на време на достоен, за да не изневери един случаен „пазител“ на мандата и вярата, оставени от нашите богове.

— Това наистина ли е Граалът, Север? – без да се сдържа, попитах аз.
Не, Изидора. Граалът никога не е бил това, което е този невероятен Smart Crystal. Просто хората "приписаха" желанието си на Радомир... като всичко друго "чуждо". Радомир през целия си съзнателен живот е пазач на ключа на боговете. Но хората, разбира се, не можеха да знаят това и затова не се успокоиха. Първо, те издирваха Чашата, за която се твърди, че "принадлежеше" на Радомир. А понякога Граалът се наричаше негови деца или самата Магдалена. И всичко това се случи само защото "истинските вярващи" наистина искаха да имат някакво доказателство за истинността на това, в което вярват... Нещо материално, нещо "свято", което може да бъде докоснато... (какво, за съжаление, това се случва дори сега, след много стотици години). Така че „тъмните“ измислиха красива история за тях по това време, за да разпалят с нея чувствителни „вярващи“ сърца... За съжаление, хората винаги са имали нужда от реликви, Изидора, и ако те не са били там, някой просто ги измисли. Радомир, от друга страна, никога не е имал такава чаша, защото дори не е имал самата „Тайна вечеря”... на която уж е пил от нея. Купата на „Тайната вечеря” беше с пророк Иисус Навин, но не и с Радомир.
И Йосиф от Ариматея наистина веднъж събра там няколко капки от кръвта на пророка. Но тази прословута „чаша Граал“ беше наистина най-обикновената глинена чаша, от която всички евреи пиеха по това време и която не беше толкова лесно да се намери след това. Златната или сребърната купа, изцяло обсипана със скъпоценни камъни (както свещениците обичат да я изобразяват) всъщност никога не е съществувала, нито по времето на еврейския пророк Исус Навин, нито още повече по времето на Радомир.
Но това е друга, макар и интересна история.

Нямаш много време, Изидора. И мисля, че искате да знаете нещо съвсем различно, това, което ви е на сърце и което, може би, ще ви помогне да намерите повече сили в себе си, за да издържите. Е, тази плетеница от два чужди един на друг живота (Радомир и Джошуа), твърде тясно заплетени от „тъмни” сили, във всеки случай не може да бъде разплетена толкова скоро. Както казах, просто нямаш време, приятелю. Прости ми...
Просто му кимнах в отговор, опитвайки се да не покажа колко много се интересувам от цялата тази истинска история! И как копнеех да разбера, дори когато умирах, цялото невероятно количество лъжи, които църквата беше повалила върху нашите доверчиви земни глави... Но оставих Севера да реша какво точно иска да ми каже. Неговата свободна воля беше да каже или не да ми каже това или онова. Вече му бях невероятно благодарен за ценното му време и за искреното му желание да разведри тъжните ни оставащи дни.
Отново се озовахме в тъмната нощна градина, "подслушвайки" последните часовеРадомир и Магдалена...
– Къде е този Велик храм, Радомир? — попита изненадано Магдалена.
- В една чудна далечна страна... На самия "върх" на света... (има предвид Северния полюс, някогашната страна на Хиперборея - Даария), - тихо прошепна Радомир, сякаш е отишъл в безкрайно далечното минало . „Там стои свята планина, създадена от човека, която нито природата, нито времето, нито хората могат да унищожат. Защото тази планина е вечна... Това е Храмът на Вечното Познание. Храмът на нашите стари богове, Мария...
Някога, много отдавна, техният Ключ блесна на върха на светата планина – този зелен кристал, който даваше на Земята защита, отваряше душите и поучаваше достойните. Едва сега нашите богове ги няма. И оттогава Земята потъна в тъмнина, която самият човек все още не е успял да унищожи. Все още има твърде много завист и злоба в него. И също мързелив...

„Хората трябва да виждат ясно, Мария. - След кратка пауза каза Радомир. И ВИЕ сте тези, които ще им помогнете! – И сякаш не забеляза протестиращия й жест, той спокойно продължи. – ВИЕ ще ги научите на ЗНАНИЕ и РАЗБИРАНЕ. И им дайте истинска ВЯРА. Ти ще бъдеш тяхната пътеводна звезда, каквото и да се случи с мен. Обещай ми!.. Няма на кого друг да поверя това, което трябваше да направя сам. Обещай ми, моя светлина.
Радомир внимателно взе лицето й в ръцете си, внимателно надникна в сияещите сини очи и... неочаквано се усмихна... Колко безкрайна любов грееше в тези чудни, познати очи!.. И колко дълбока болка имаше в тях... Знаеше колко уплашена и сама е тя. Знаеше колко много иска да го спаси! И въпреки всичко това Радомир не можеше да не се усмихне - дори в толкова ужасен момент за нея, Магдалена някак си остана също толкова удивително ярка и още по-красива! .. Като чист извор с животворна бистра вода...
Разтърсвайки се, той продължи възможно най-спокойно.
– Виж, ще ти покажа как да отвориш този древен Ключ...
Върху отворената длан на Радомир пламна смарагдов пламък... Всяка най-малка руна започна да се отваря в цял пласт непознати пространства, разширявайки се и отваряйки в милиони образи, плавно преливащи една през друга. Чудната прозрачна „структура“ растеше и се въртеше, отваряйки все повече и повече етажи на Знанието, никога невиждани от днешния човек. Беше зашеметяващо и безгранично!.. И Магдалена, неспособна да откъсне очи от цялата тази магия, се гмурна с глава в дълбините на неизвестното, изпитвайки изгаряща, цвъртяща жажда с всяка фибра на душата си!.. Тя погълна мъдростта на векове, усещайки се като мощна вълна, изпълваща всяка нейна клетка, през нея тече непозната Древна магия! Знанието на предците наводни, беше наистина огромно - от живота на най-малкото насекомо то беше пренесено в живота на вселените, премина милиони години в живота на извънземните планети и отново, с мощна лавина, се върна в Земята...
Отвори широко очи, Магдалена слушаше чудното Познание древен свят... Нейното светло тяло, освободено от земни "окови", плуваше като песъчинка в океана от далечни звезди, наслаждавайки се на величието и тишината на всеобщия мир...
Изведнъж точно пред нея се разгъна приказен Star Bridge. Разтягайки се, изглежда, до самата безкрайност, тя блестеше и блестеше с безкрайни купове големи и малки звезди, разстилащи се в краката й в сребърен път. В далечината, по средата на същия път, целият обвит в златисто сияние, Мъж чакаше Магдалена... Той беше много висок и изглеждаше много силен. Приближавайки се, Магдалена видя, че не всичко в това безпрецедентно създание е толкова "човешко" ... Най-вече очите му бяха поразителни - огромни и искрящи, сякаш издълбани от скъпоценен камък, те блестяха със студени ръбове, като истински диамант. Но точно като диамант, те бяха безчувствени и отчуждени... Мъжките черти на лицето на непознатия изненадаха с острота и неподвижност, сякаш статуя стои пред Магдалена... Много дълга, буйна коса блестеше и блестеше със сребро, сякаш някой случайно е разпръснал звезди по тях... "Мъжът" наистина беше много необичаен... Но дори и с цялата си "ледена" студенина, Магдалена ясно усети колко чудесен мир и топла, искрена доброта идват от странен непознат, обгръщащ душата. Само по някаква причина тя знаеше със сигурност - не винаги и не към всички тази доброта беше еднаква.
„Мъжът“ вдигна протегнатата към нея ръка за поздрав и каза нежно:
- Спри, Starlight... Твоят път още не е свършил. Не можете да се приберете вкъщи. Върни се в Мидгард, Мария... И се погрижи за ключа на боговете. Нека вечността ви пази.
И тогава мощната фигура на непознатия изведнъж започна бавно да се трепти, ставайки напълно прозрачна, сякаш ще изчезне.

До март 1939 г. групи учени, работещи във Франция и Америка, доказаха, че за самоподдържаща се верижна реакция средно два до четири свободни неутрона са достатъчни за всяко делене на урановото ядро. Нарастващите страхове за възможността за създаване на атомна бомба обаче бързо се разпръснаха.

Бор реши да не губи време. Физиката на деленето, както всяко друго ново направление в науката, несъмнено предостави неизчерпаемо поле за дейност. И тъй като беше възможно да се работи в Принстън с не по-малък успех, отколкото в Копенхаген, Бор се обърна към Уилър с предложение за сътрудничество. Те започнаха да развиват допълнително теорията за ядреното делене, базирана на нови експериментални данни. Те проведоха експерименти с апарат, сглобен набързо точно там, в Принстън, на тавана на лабораторията на Палмър. Получените резултати първоначално бяха доста озадачаващи.

Апаратът, споменат по-горе, беше необходим за изследване на промените в интензитета на делене на урановото ядро ​​под въздействието на неутрони, всеки от които носи различни количества енергия. Установено е, че колкото по-голяма е тази енергия, толкова по-интензивно протича деленето и с намаляването му интензивността на деленето, съответно, също намалява. Такива данни бяха съвсем очаквани. Скоро обаче стана ясно, че при достатъчно намаляване на неутронната енергия интензивността на ядреното делене отново нараства.

Плачек, който преди това е принудил Фриш, работещ в Копенхаген, да търси надеждно потвърждение за ядрено делене, съвсем неочаквано се озовава в Принстън. „Какво, по дяволите, е това: защо реакцията е една и съща както за бърза, така и за бавна експозиция?!” - възмути се той, седнал на закуска с Розенфелд и Бор.

Връщайки се скоро в офиса си, Нилс Бор вече знаеше отговора на този въпрос. Очевидно причината за високата интензивност на ядреното делене при ниска енергия на действащите неутрони е редкият изотоп уран-235 (U 235), който съставлява пренебрежимо малък процент от общото количество на този елемент, открит в природата. Бор и Уилър сега са започнали подробното развитие на тази хипотеза. И в новата теория бяха установени два фундаментални фактора.

В изотопа U 235 балансът между силата на отблъскване на протоните в атомното ядро ​​и силата на повърхностно напрежение, която предпазва ядрото от разпад е много по-крехка, отколкото в изотопа U 238. Три допълнителни уран-238 неутрона стабилизират ядрото и увеличават енергийната бариера, която трябва да бъде преодоляна, за да започне реакцията на разпад. Следователно, за да се раздели такова ядро, са необходими по-бързи неутрони с по-висока енергия.

Вторият от споменатите фактори е пряко сложният състав на ядрото. по-благоприятно за него. равен бройпротони и неутрони, което се обяснява с квантовата природа на техните субатомни съставки. След като получи допълнителен неутрон, U 235 се превръща в U 236, в чието ядро ​​има 92 протона и 144 неутрона, тоест четен брой и двата нуклона. Когато U 238 получи допълнителен неутрон, се образува изотоп на U 239 с нечетен брой неутрони в ядрото. Уран-235 "асимилира" допълнителен неутрон и реагира с него много по-лесно от уран-238.

Комбинацията от двата фактора, описани по-горе, обяснява в достатъчна степен значителната разлика в поведението на двата изотопа на урана. Разделянето на стабилното ядро ​​​​U 238 изисква бързи неутрони, докато много по-малко стабилното ядро ​​​​U 235 може да бъде разделено от бавни неутрони. По този начин, ако направите бомба, състояща се от смес от U 235 и U 238, чието действие ще се основава на деленето на уран-235 под въздействието на бавни неутрони, тогава верижната реакция в нея ще протича бавно. Тогава тя ще умре и бомбата няма да избухне.

Сега шансовете за изграждане на бомба в близко бъдеще, макар и да не са изчезнали напълно, са значително намалени. Разбира се, не бива да се забравят думите на Бор, които той многократно повтаря по време на дискусии с колеги през април 1939 г.: тогава той заяви, че трябва да направи бомба могапри условие, че е направен на базата на чист уран-235. Въпреки това, U 235 е рядък изотоп и неговият дял спрямо естествения уран е 1:140, тоест незначителните 0,7%. Освен това U 235 и U 238 химични свойстваса идентични и следователно не могат да бъдат разделени чрез химическа реакция. Това е възможно само с използването на специални физически методи, което ви позволява да отделяте изотопи един от друг, като използвате почти незабележима разлика в тяхната маса. В същото време подобна работа в мащабите, необходими за създаването на атомна бомба, изискваше неоправдано големи усилия - на тогавашното ниво на развитие изискваше няколко тона уран-235.

Ядреното гориво е материалът, използван в ядрените реактори за осъществяване на контролирана верижна реакция. Той е изключително енергоемък и опасен за хората, което налага редица ограничения при използването му. Днес ще разберем какво е горивото за ядрен реактор, как се класифицира и произвежда, къде се използва.

Ходът на верижната реакция

По време на ядрена верижна реакция ядрото се разделя на две части, които се наричат ​​фрагменти на делене. В същото време се отделят няколко (2-3) неутрона, които впоследствие предизвикват деленето на следващите ядра. Процесът се случва, когато неутрон навлезе в ядрото на първоначалното вещество. Фрагментите на делене имат висока кинетична енергия. Тяхното забавяне в материята е придружено от отделяне на огромно количество топлина.

Фрагментите на делене, заедно с техните продукти на разпад, се наричат ​​продукти на делене. Ядрата, които се делят с неутрони с всякаква енергия, се наричат ​​ядрено гориво. Като правило те са вещества с нечетен брой атоми. Някои ядра се делят само от неутрони, чиято енергия е над определен праг. Това са предимно елементи с четен брой атоми. Такива ядра се наричат ​​суровини, тъй като в момента на улавяне на неутрони от праговото ядро ​​се образуват горивни ядра. Комбинацията от гориво и суровина по този начин се нарича ядрено гориво.

Класификация

Ядреното гориво е разделено на два класа:

1. естествен уран. Той съдържа делящи се ядра на уран-235 и суров материал уран-238, който е способен да образува плутоний-239 при улавяне на неутрони.
2. Вторичното гориво не се среща в природата. Освен всичко друго, той включва плутоний-239, който се получава от горивото от първия тип, както и уран-233, който се образува при улавянето на неутрони от ядрата на торий-232.

По химичен състав има такива видове ядрено гориво:

1. Метал (включително сплави);
2. Оксид (например UO 2);
3. Карбид (например PuC 1-x);
4. смесен;
5. нитрид.

TVEL и TVS

Горивото за ядрени реактори се използва под формата на малки пелети. Те са поставени в херметически затворени горивни елементи (TVEL), които от своя страна са комбинирани в няколкостотин горивни касети (FAs). Ядреното гориво е обект на високи изисквания за съвместимост с обвивката на горивния прът. Той трябва да има достатъчна температура на топене и изпаряване, добра топлопроводимост и да не се увеличава значително по обем при неутронно облъчване. Взема се предвид и технологичността на производството.

Приложение

Атомните електроцентрали и други ядрени инсталации получават гориво под формата на горивни касети. Те могат да се зареждат в реактора както по време на неговата работа (на мястото на изгорели горивни касети), така и по време на ремонтната кампания. В последния случай горивните касети се сменят на големи групи. В този случай само една трета от горивото се заменя напълно. Най-изгорелите възли се разтоварват от централната част на реактора, а на тяхно място се поставят частично изгорели възли, които преди това са били разположени в по-малко активни зони. Следователно на мястото на последните се монтират нови горивни касети. Тази проста схема за пренареждане се счита за традиционна и има редица предимства, основното от които е да осигури равномерно освобождаване на енергия. Разбира се, това е условна схема, която дава само общи идеи за процеса.

Откъс

След отстраняване на отработеното ядрено гориво от активната зона на реактора, то се изпраща в басейна за отработено гориво, който по правило се намира наблизо. Факт е, че касите на отработено гориво съдържат огромно количество фрагменти на делене на уран. След разтоварване от реактора всеки горивен елемент съдържа около 300 хиляди кюри радиоактивни вещества, отделящи 100 kWh енергия. Благодарение на него горивото се самозагрява и става силно радиоактивно.

Температурата на наскоро разтовареното гориво може да достигне 300°C. Поради това се държи 3-4 години под слой вода, чиято температура се поддържа в установения диапазон. Тъй като горивото се съхранява под вода, радиоактивността на горивото и мощността на остатъчните му емисии намаляват. Приблизително три години по-късно самозагряването на горивните касети вече достига 50–60°C. След това горивото се отстранява от басейните и се изпраща за преработка или обезвреждане.

Метален уран

Металният уран се използва сравнително рядко като гориво за ядрени реактори. Когато веществото достигне температура от 660°C, настъпва фазов преход, придружен от промяна в неговата структура. Просто казано, уранът увеличава обема си, което може да доведе до разрушаване на горивния елемент. В случай на продължително облъчване при температура 200-500°C, веществото претърпява радиационен растеж. Същността на това явление е удължаването на облъчения уранов прът 2-3 пъти.

Използването на метален уран при температури над 500°C е трудно поради неговото набъбване. След деленето на ядрото се образуват два фрагмента, чийто общ обем надвишава обема на същото ядро. Част от фрагментите на делене са представени от газови атоми (ксенон, криптон и др.). Газът се натрупва в порите на урана и образува вътрешно налягане, което се увеличава с повишаване на температурата. Поради увеличаването на обема на атомите и увеличаването на налягането на газа, ядреното гориво започва да набъбва. По този начин това се отнася до относителната промяна в обема, свързана с ядреното делене.

Силата на набъбване зависи от температурата на горивните пръти и изгарянето. С увеличаване на изгарянето броят на фрагментите на делене се увеличава, а с повишаване на температурата и изгарянето се увеличава вътрешното налягане на газовете. Ако горивото има по-високи механични свойства, то е по-малко податливо на набъбване. Металният уран не е един от тези материали. Следователно използването му като гориво за ядрени реактори ограничава дълбочината на изгаряне, което е една от основните характеристики на такова гориво.

Механичните свойства на урана и неговата радиационна устойчивост се подобряват чрез легиране на материала. Този процес включва добавяне на алуминий, молибден и други метали към него. Благодарение на добавките, броят на неутроните на делене, необходими за улавяне, е намален. Следователно за тези цели се използват материали, които слабо абсорбират неутрони.

Огнеупорни съединения

Някои огнеупорни съединения на урана се считат за добро ядрено гориво: карбиди, оксиди и интерметални съединения. Най-често срещаният от тях е уранов диоксид (керамика). Точката му на топене е 2800°C, а плътността му е 10,2 g/cm 3 .

Тъй като този материал няма фазови преходи, той е по-малко податлив на набъбване от урановите сплави. Благодарение на тази функция температурата на изгаряне може да се увеличи с няколко процента. При високи температури керамиката не взаимодейства с ниобий, цирконий, неръждаема стомана и други материали. Основният му недостатък е ниската топлопроводимост - 4,5 kJ (m*K), което ограничава специфичната мощност на реактора. Освен това горещата керамика е склонна към напукване.

плутоний

Плутоният се счита за нискотопим метал. Топи се при 640°C. Поради лоши пластични свойства, той практически не се поддава на механична обработка. Токсичността на веществото усложнява технологията за производство на горивния прът. В ядрената индустрия многократно са правени опити за използване на плутоний и неговите съединения, но те не са били успешни. Не е препоръчително да се използва гориво за атомни електроцентрали, съдържащи плутоний, поради приблизително 2-кратно намаляване на периода на ускорение, който не е предназначен за стандартни системиуправление на реактора.

За производството на ядрено гориво, като правило, се използва плутониев диоксид, плутониеви сплави с минерали и смес от плутониеви карбиди с уранови карбиди. Високо механични свойстваи топлопроводимостта са диспергирани горива, в които частици от съединения на уран и плутоний са поставени в метална матрица от молибден, алуминий, неръждаема стомана и други метали. Устойчивостта на излъчване и топлопроводимостта на дисперсионното гориво зависят от материала на матрицата. Например, в първата атомна електроцентрала дисперсионното гориво се състоеше от частици от уранова сплав с 9% молибден, които бяха пълни с молибден.

Що се отнася до ториевото гориво, то в момента не се използва поради трудности при производството и обработката на горивни пръти.

Минен

Значителни обеми от основната суровина за ядрено гориво - уран - са съсредоточени в няколко страни: Русия, САЩ, Франция, Канада и Южна Африка. Неговите находища обикновено се намират близо до злато и мед, така че всички тези материали се добиват едновременно.

Здравето на хората, работещи в добив, е изложено на голям риск. Факт е, че уранът е токсичен материал и газовете, отделяни по време на добива му, могат да причинят рак. И това въпреки факта, че рудата съдържа не повече от 1% от това вещество.

Касова бележка

Производството на ядрено гориво от уранова руда включва такива етапи като:

1. Хидрометалургична обработка. Включва излугване, раздробяване и екстракция или сорбционна екстракция. Резултатът от хидрометалургичната обработка е пречистена суспензия от оксиуранов оксид, натриев диуранат или амониев диуранат.
2. Превръщане на вещество от оксид в тетрафлуорид или хексафлуорид, използвано за обогатяване на уран-235.
3. Обогатяване на вещество чрез центрофугиране или газообразна термична дифузия.
4. Превръщане на обогатения материал в диоксид, от който се произвеждат "хапчетата" на горивните пръти.

Регенерация

По време на работа на ядрен реактор горивото не може да изгори напълно, така че свободните изотопи се възпроизвеждат. В тази връзка отработените горивни пръти подлежат на регенерация с цел повторна употреба.

Днес този проблем се решава чрез процеса Purex, който се състои от следните стъпки:

1. Разрязване на горивни пръти на две части и разтварянето им в азотна киселина;
2. Пречистване на разтвора от продукти на делене и части от черупката;
3. Изолиране на чисти съединения на уран и плутоний.

След това полученият плутониев диоксид се използва за производството на нови ядра, а уранът се използва за обогатяване или също за производството на ядра. Преработката на ядрено гориво е сложен и скъп процес. Неговата цена оказва значително влияние върху икономическата целесъобразност от използването на атомни електроцентрали. Същото може да се каже и за изхвърлянето на отпадъци от ядрено гориво, които не са подходящи за регенерация.

Откъде дойде уранът?Най-вероятно се появява по време на експлозии на свръхнова. Факт е, че за нуклеосинтеза на елементи, по-тежки от желязото, трябва да има мощен неутронен поток, който възниква точно по време на експлозия на свръхнова. Изглежда, че по-късно, когато се кондензира от облака от нови звездни системи, образувани от него, уранът, събрал се в протопланетен облак и е много тежък, трябва да потъне в дълбините на планетите. Но не е така. Уранът е радиоактивен елемент и отделя топлина, когато се разпада. Изчислението показва, че ако уранът беше равномерно разпределен в цялата дебелина на планетата, поне със същата концентрация като на повърхността, тогава той би отделил твърде много топлина. Освен това потокът му трябва да намалява с консумацията на уран. Тъй като нищо подобно не се наблюдава, геолозите смятат, че най-малко една трета от урана, а може би и целият, е концентриран в земната кора, където съдържанието му е 2,5∙10 -4%. Защо това се случи, не се обсъжда.

Къде се добива уран?Уранът на Земята не е толкова малък - по разпространение той е на 38-о място. И най-вече този елемент е в седиментните скали - въглеродни шисти и фосфорити: съответно до 8∙10 -3 и 2,5∙10 -2%. Общо земната кора съдържа 10 14 тона уран, но основният проблем е, че той е много разпръснат и не образува мощни отлагания. Около 15 уранови минерала са от промишлено значение. Това е уранова смола - основата й е четиривалентен уранов оксид, уранова слюда - различни силикати, фосфати и др. сложни връзкис ванадий или титан на базата на шествалентен уран.

Какво представляват лъчите на Бекерел?След откриването на рентгеновите лъчи от Волфганг Рентген, френският физик Антоан-Анри Бекерел се интересува от блясъка на урановите соли, който възниква под действието на слънчевата светлина. Искаше да разбере дали и тук има рентгенови лъчи. Те наистина присъстваха - солта осветяваше фотографската плоча през черната хартия. При един от експериментите обаче солта не беше осветена, а фотографската плоча все още потъмняваше. Когато между солта и фотографската плоча слагат метален предмет, тогава под него потъмняването беше по-малко. Следователно новите лъчи изобщо не са се появили поради възбуждането на урана от светлина и не са преминали частично през метала. Първоначално те са били наречени "бекерелови лъчи". Впоследствие беше установено, че това са главно алфа лъчи с малко добавяне на бета лъчи: факт е, че основните изотопи на урана излъчват алфа частица по време на разпадането, а дъщерните продукти също изпитват бета разпад.

Колко висока е радиоактивността на урана?Уранът няма стабилни изотопи, всички те са радиоактивни. Най-дълго живеещият е уран-238 с период на полуразпад от 4,4 милиарда години. Следващият е уран-235 – 0,7 милиарда години. И двете претърпяват алфа разпад и се превръщат в съответните изотопи на тория. Уран-238 съставлява над 99% от целия природен уран. Поради дългия си полуживот, радиоактивността на този елемент е малка, а освен това алфа-частиците не са в състояние да преодолеят роговия слой на повърхността на човешкото тяло. Казват, че И. В. Курчатов, след като е работил с уран, просто е избърсвал ръцете си с носна кърпа и не е страдал от никакви заболявания, свързани с радиоактивност.

Изследователите многократно са се обръщали към статистиката на заболяванията на работниците в уранови мини и преработвателни предприятия. Например, ето една скорошна статия на канадски и американски експерти, които анализираха здравните данни на повече от 17 000 работници в мината Eldorado в канадската провинция Саскачеван за годините 1950-1999 ( екологични изследвания, 2014, 130, 43–50, DOI:10.1016/j.envres.2014.01.002). Те изхождат от факта, че радиацията има най-силен ефект върху бързо размножаващите се кръвни клетки, което води до съответните видове рак. Статистиката също така показа, че работниците в мините имат по-ниска честота на различни видове рак на кръвта от средния канадец. В същото време за основен източник на радиация се счита не самият уран, а генерираният от него газообразен радон и продуктите от разпада, които могат да попаднат в тялото през белите дробове.

Защо уранът е вреден?? Той, подобно на други тежки метали, е силно токсичен и може да причини бъбречна и чернодробна недостатъчност. От друга страна, уранът, като диспергиран елемент, неизбежно присъства във водата, почвата и, концентрирайки се в хранителната верига, навлиза в човешкото тяло. Разумно е да се предположи, че в процеса на еволюция живите същества са се научили да неутрализират урана в естествени концентрации. Най-опасният уран е във водата, така че СЗО постави ограничение: първоначално беше 15 µg/l, но през 2011 г. стандартът беше увеличен до 30 µg/g. По правило във водата има много по-малко уран: в САЩ средно 6,7 μg / l, в Китай и Франция - 2,2 μg / l. Но има и силни отклонения. Така в някои райони на Калифорния е сто пъти повече от стандарта - 2,5 mg / l, а в Южна Финландия достига 7,8 mg / l. Изследователите се опитват да разберат дали стандартът на СЗО е твърде строг, като изучават ефекта на урана върху животните. Ето една типична работа BioMed Research International, 2014, ID 181989; DOI:10.1155/2014/181989). Френски учени хранят плъхове в продължение на девет месеца с вода, допълнена с обеднен уран, и то в относително висока концентрация - от 0,2 до 120 mg / l. Долната стойност е вода в близост до мината, докато горната не се намира никъде - максималната концентрация на уран, измерена в същата Финландия, е 20 mg / l. За изненада на авторите статията се казва: „Неочакваното отсъствие на забележим ефект на урана върху физиологични системи...”, - уранът практически не оказва влияние върху здравето на плъховете. Животните се хранят добре, наддават правилно, не се оплакват от болести и не са умрели от рак. Уранът, както би трябвало да бъде, се отлагаше предимно в бъбреците и костите, а в стократно по-малко количество – в черния дроб, а натрупването му, както се очакваше, зависи от съдържанието във водата. Това обаче не доведе до бъбречна недостатъчност или дори до забележима поява на каквито и да било молекулярни маркери на възпаление. Авторите предложиха да започне преглед на строгите насоки на СЗО. Има обаче едно предупреждение: ефектът върху мозъка. В мозъците на плъхове има по-малко уран, отколкото в черния дроб, но съдържанието му не зависи от количеството във водата. Но уранът повлия на работата на антиоксидантната система на мозъка: активността на каталазата се увеличава с 20%, глутатион пероксидазата се увеличава с 68–90%, докато активността на супероксид дисмутазата намалява с 50% независимо от дозата. Това означава, че уранът очевидно е причинил оксидативен стрес в мозъка и тялото е реагирало на него. Такъв ефект - силен ефект на урана върху мозъка при липса на натрупване в него, между другото, както и в гениталните органи - беше забелязан по-рано. Освен това вода с уран в концентрация 75–150 mg/l, която изследователи от Университета на Небраска хранят на плъхове в продължение на шест месеца ( Невротоксикология и тератология, 2005, 27, 1, 135–144; DOI:10.1016/j.ntt.2004.09.001) повлияха на поведението на животните, предимно мъжки, пуснати на полето: те пресичаха линиите, изправяха се на задни крака и разресваха козината си, за разлика от контролните. Има доказателства, че уранът също води до увреждане на паметта при животните. Промяната в поведението корелира с нивото на окисление на липидите в мозъка. Оказва се, че плъховете от уранова вода са станали здрави, но глупави. Тези данни все още ще ни бъдат полезни при анализа на така наречения синдром на Персийския залив (синдром на войната в Персийския залив).

Уранът замърсява ли местата за добив на шистов газ?Зависи колко уран има в съдържащите газ скали и как е свързан с тях. Например, доцент Трейси Банк от университета в Бъфало е проучила шистите Марселус, които се простират от западния щат Ню Йорк през Пенсилвания и Охайо до Западна Вирджиния. Оказа се, че уранът е химически свързан точно с източника на въглеводороди (припомнете си, че свързаните въглеродни шисти имат най-високо съдържание на уран). Експериментите показват, че разтворът, използван за разбиване на шева, перфектно разтваря урана. „Когато уранът в тези води е на повърхността, това може да причини замърсяване на околността. Той не носи радиационен риск, но уранът е отровен елемент “, отбелязва Трейси Банк в прессъобщение на университета от 25 октомври 2010 г. Все още не са изготвени подробни статии за риска от замърсяване на околната среда с уран или торий при добива на шистов газ.

Защо е необходим уранът?Преди това се използва като пигмент за производството на керамика и цветно стъкло. Сега уранът е в основата на ядрената енергия и ядрените оръжия. В този случай се използва уникалното му свойство - способността на ядрото да се дели.

Какво е ядрено делене? Разпадането на ядрото на две неравномерни големи парчета. Именно поради това свойство по време на нуклеосинтеза поради неутронно облъчване се образуват много трудно ядра, по-тежки от урана. Същността на явлението е следната. Ако съотношението на броя на неутроните и протоните в ядрото не е оптимално, то става нестабилно. Обикновено такова ядро ​​изхвърля или алфа-частица - два протона и два неутрона, или бета-частица - позитрон, което е придружено от превръщането на един от неутроните в протон. В първия случай се получава елемент от периодичната таблица, разположен на две клетки назад, във втория - една клетка напред. Въпреки това, ядрото на урана, освен да излъчва алфа и бета частици, е способно да се раздели - да се разпадне в ядрата на два елемента в средата на периодичната таблица, например барий и криптон, което прави, след като е получил нов неутрон. Това явление беше открито малко след откриването на радиоактивността, когато физиците изложиха всичко, което имаха, на новооткритата радиация. Ето как пише за това Ото Фриш, участник в събитията (Успехи физических наук, 1968, 96, 4). След откриването на берилиеви лъчи - неутрони - Енрико Ферми ги облъчва, по-специално уран, за да предизвика бета разпад - той се надяваше да получи следващия, 93-ти елемент, сега наречен нептуний, за негова сметка. Именно той открива нов вид радиоактивност в облъчения уран, който свързва с появата на трансуранови елементи. В този случай забавянето на неутроните, за което източникът на берилий е покрит със слой парафин, увеличава тази индуцирана радиоактивност. Американският радиохимик Аристид фон Гросе предполага, че един от тези елементи е протактиний, но той греши. Но Ото Хан, който тогава работеше във Виенския университет и смяташе протактиния, открит през 1917 г., за негово дете, решава, че е длъжен да разбере какви елементи са получени в този случай. Заедно с Лиз Майтнер, в началото на 1938 г., Хан предполага, въз основа на резултатите от експериментите, че се образуват цели вериги от радиоактивни елементи, произтичащи от множество бета разпада на ядрата на уран-238, които поглъщат неутрон и неговите дъщерни елементи. Скоро Лизе Майтнер е принудена да избяга в Швеция, страхувайки се от възможни репресии от нацистите след аншлуса на Австрия. Хан, продължавайки експериментите си с Фриц Щрасман, открива, че сред продуктите има и барий, елемент с номер 56, който не би могъл да бъде получен от уран по никакъв начин: всички вериги от алфа разпад на уран завършват с много по-тежко олово. Изследователите бяха толкова изненадани от резултата, че не го публикуваха, а само написаха писма до приятели, по-специално Лизе Майтнер в Гьотеборг. Там, на Коледа 1938 г., нейният племенник Ото Фриш я посещава и, разхождайки се в околностите на зимния град - той е на ски, леля му е пеша - те обсъждат възможността за появата на барий при облъчване с уран поради ядрено делене (за повече информация за Lise Meitner вижте „Химия и живот“, 2013, № 4). Връщайки се в Копенхаген, Фриш, буквално на прохода на параход, заминаващ за САЩ, хвана Нилс Бор и го информира за идеята за разделяне. Бор, плесна се по челото, каза: „Ах, какви глупаци бяхме! Трябваше да забележим това по-рано." През януари 1939 г. Фриш и Майтнер публикуват статия за деленето на уранови ядра под действието на неутрони. По това време Ото Фриш вече е организирал контролен експеримент, както и много американски групи, които са получили съобщение от Бор. Те казват, че физиците започнали да се разпръскват по лабораториите си точно по време на доклада му на 26 януари 1939 г. във Вашингтон на годишната конференция за теоретична физикакогато разберете същината на идеята. След откриването на деленето, Хан и Щрасман преразгледаха експериментите си и установиха, точно както техните колеги, че радиоактивността на облъчения уран не е свързана с трансурани, а с разпадането на радиоактивните елементи, образувани по време на деленето от средата на периодичната таблица.

Как протича верижната реакция в урана?Малко след като възможността за делене на ядра на уран и торий беше експериментално доказана (и няма други делящи се елементи на Земята в значително количество), Нилс Бор и Джон Уилър, които работеха в Принстън, както и независимо съветският физик-теоретик Я. И. Френкел и германците Зигфрид Флюге и Готфрид фон Дросте създават теорията за ядреното делене. От него следваха два механизма. Единият е свързан с прага на абсорбция на бързите неутрони. Според него, за да започне делене, неутронът трябва да има доста висока енергия, повече от 1 MeV за ядрата на основните изотопи - уран-238 и торий-232. При по-ниски енергии поглъщането на неутрон от уран-238 има резонансен характер. По този начин неутрон с енергия от 25 eV има напречно сечение на улавяне, което е хиляди пъти по-голямо, отколкото при други енергии. В този случай няма да има делене: уран-238 ще се превърне в уран-239, който с период на полуразпад от 23,54 минути ще се превърне в нептуний-239, този с период на полуразпад от 2,33 дни ще се превърне в дълъг живял плутоний-239. Торий-232 ще се превърне в уран-233.

Вторият механизъм е безпраговата абсорбция на неутрон, последвана от третия повече или по-малко разпространен делящ се изотоп - уран-235 (както и плутоний-239 и уран-233, които липсват в природата): чрез поглъщане на всеки неутрон , дори бавно, т. нар. термично, с енергия от за молекули, участващи в топлинното движение - 0,025 eV, такова ядро ​​ще бъде разделено. И това е много добре: за топлинните неутрони площта на напречното сечение на улавяне е четири пъти по-висока, отколкото за бързите, мегаелектронволтови. Това е значението на уран-235 за цялата последваща история на ядрената енергетика: именно той осигурява размножаването на неутроните в естествения уран. След като удари неутрон, ядрото на уран-235 става нестабилно и бързо се разделя на две неравни части. По пътя излитат няколко (средно 2,75) нови неутрона. Ако попаднат в ядрата на същия уран, те ще причинят размножаване на неутрони геометрична прогресия- ще започне верижна реакция, която ще доведе до експлозия поради бързото отделяне на огромно количество топлина. Нито уран-238, нито торий-232 могат да работят по този начин: в края на краищата по време на делене се излъчват неутрони със средна енергия от 1-3 MeV, тоест, ако има енергиен праг от 1 MeV, значителна част от неутроните със сигурност няма да могат да предизвикат реакция и няма да има възпроизвеждане. Това означава, че тези изотопи трябва да бъдат забравени и неутроните ще трябва да се забавят до топлинна енергия, така че да взаимодействат с ядрата на уран-235 възможно най-ефективно. В същото време не може да се допусне тяхното резонансно поглъщане от уран-238: в края на краищата в естествения уран този изотоп е малко по-малко от 99,3%, а неутроните по-често се сблъскват с него, а не с целевия уран-235. И действайки като модератор, е възможно да се поддържа размножаването на неутрони на постоянно ниво и да се предотврати експлозия - да се контролира верижна реакция.

Изчислението, извършено от Я. Б. Зелдович и Ю. Б. Харитон през същата съдбоносна 1939 г., показа, че за това е необходимо да се използва забавител на неутрони под формата на тежка вода или графит и да се обогатява естествен уран с уран-235 чрез поне 1,83 пъти. Тогава тази идея им се стори чиста фантазия: „Трябва да се отбележи, че приблизително двойно обогатяването на тези доста значителни количества уран, които са необходими за извършване на верижна експлозия,<...>е изключително тромава задача, близка до практическа невъзможност." Сега този проблем е решен и ядрената индустрия масово произвежда уран, обогатен с уран-235 до 3,5% за електроцентрали.

Какво е спонтанно ядрено делене?През 1940 г. Г. Н. Флеров и К. А. Петржак откриват, че деленето на уран може да се случи спонтанно, без никакво външно влияние, въпреки че периодът на полуразпад е много по-дълъг, отколкото при обикновен алфа разпад. Тъй като такова делене също произвежда неутрони, ако не им бъде позволено да отлетят от реакционната зона, те ще служат като инициатори на верижната реакция. Именно това явление се използва при създаването на ядрени реактори.

Защо е необходима ядрена енергия?Зельдович и Харитон са сред първите, които изчисляват икономическия ефект от ядрената енергия (Успехи физических наук, 1940, 23, 4). „...V понастоящемвсе още не е възможно да се направят окончателни заключения за възможността или невъзможността за провеждане на реакция на ядрено делене в уран с безкрайно разклонени вериги. Ако такава реакция е осъществима, скоростта на реакцията се регулира автоматично, за да се гарантира, че протича гладко, въпреки огромното количество енергия, с която разполага експериментаторът. Това обстоятелство е изключително благоприятно за енергийното оползотворяване на реакцията. Ето защо, въпреки че това е деление на кожата на неубита мечка, ние представяме някои числа, които характеризират възможностите за енергийно използване на урана. Ако процесът на делене протича върху бързи неутрони, следователно реакцията улавя основния изотоп на урана (U238), тогава<исходя из соотношения теплотворных способностей и цен на уголь и уран>цената на калория от основния изотоп на урана се оказва около 4000 пъти по-евтина, отколкото от въглища (освен ако, разбира се, процесите на "изгаряне" и отстраняване на топлината се окажат много по-скъпи в случая на урана, отколкото в случай на въглища). В случай на бавни неутрони, цената на "уранова" калория (въз основа на горните цифри) ще, като се вземе предвид, че изотопът на изотоп U235 е 0,007, вече е само 30 пъти по-евтин от калория "въглища", при равни други условия.

Първата контролирана верижна реакция е проведена през 1942 г. от Енрико Ферми от Чикагския университет и реакторът е ръчно контролиран чрез избутване и издърпване на графитни пръти при промяна на неутронния поток. Първата електроцентрала е построена в Обнинск през 1954 г. В допълнение към генерирането на енергия, първите реактори са работили и за производството на плутоний за оръжие.

Как работи атомната електроцентрала?Повечето реактори сега работят на бавни неутрони. Обогатеният уран под формата на метал, сплав, например с алуминий, или под формата на оксид се поставя в дълги цилиндри - горивни елементи. Те се монтират по определен начин в реактора, а между тях се вкарват пръти от модератора, които контролират верижната реакция. С течение на времето в горивния елемент се натрупват реакторни отрови - продукти на делене на уран, също способни да абсорбират неутрони. Когато концентрацията на уран-235 падне под критичното ниво, елементът се извежда от експлоатация. Той обаче съдържа много фрагменти на делене със силна радиоактивност, която намалява с годините, поради което елементите отделят значително количество топлина за дълго време. Те се държат в охладителни басейни, а след това или се заравят, или се опитват да ги преработят – за извличане на неизгорял уран-235, натрупан плутоний (от него се правят атомни бомби) и други изотопи, които могат да се използват. Неизползваната част се изпраща в гробището.

В така наречените реактори на бързи неутрони или реактори-размножители около елементите са монтирани отражатели от уран-238 или торий-232. Те забавят и изпращат твърде бързи неутрони обратно в зоната на реакция. Забавени до резонансни скорости, неутроните абсорбират тези изотопи, превръщайки се съответно в плутоний-239 или уран-233, които могат да служат като гориво за ядрена електроцентрала. Тъй като бързите неутрони не реагират добре с уран-235, е необходимо значително да се увеличи концентрацията му, но това се отплаща с по-силен неутронен поток. Въпреки факта, че реакторите за размножаване се считат за бъдещето на ядрената енергия, тъй като те осигуряват повече ядрено гориво, отколкото консумират, експериментите показват, че те са трудни за управление. Сега в света е останал само един такъв реактор - на четвъртия енергоблок на Белоярската АЕЦ.

Как се критикува ядрената енергетика?Ако не говорим за аварии, основната точка в аргументите на противниците на ядрената енергетика днес беше предложението към изчисляването на нейната ефективност да се добавят разходите за опазване на околната среда след извеждане от експлоатация на централата и при работа с гориво. И в двата случая възниква задачата за надеждно погребване на радиоактивни отпадъци, а това са разходите, които поема държавата. Има мнение, че ако те се изместят към цената на енергията, тогава икономическата й привлекателност ще изчезне.

Има и опозиция сред привържениците на ядрената енергетика. Неговите представители посочват уникалността на уран-235, който няма заместител, тъй като алтернативни изотопи, делящи се от термични неутрони - плутоний-239 и уран-233, отсъстват в природата поради период на полуразпад от хиляди години. И те се получават точно в резултат на деленето на уран-235. Ако приключи, отличен естествен източник на неутрони за ядрена верижна реакция ще изчезне. В резултат на подобна екстравагантност човечеството ще загуби възможността в бъдеще да включи торий-232 в енергийния цикъл, чиито запаси са няколко пъти по-големи от тези на урана.

Теоретично ускорителите на частици могат да се използват за получаване на поток от бързи неутрони с мегаелектронволтни енергии. Ако обаче говорим например за междупланетни полети на атомен двигател, тогава ще бъде много трудно да се приложи схема с обемист ускорител. Изчерпването на уран-235 слага край на подобни проекти.

Какво е оръжеен уран?Това е силно обогатен уран-235. Неговата критична маса – тя съответства на размера на парче материя, в което спонтанно протича верижна реакция – е достатъчно малка, за да направи боеприпас. Такъв уран може да се използва за направата на атомна бомба, както и предпазител за термоядрена бомба.

Какви бедствия са свързани с употребата на уран?Енергията, съхранявана в ядрата на делящите се елементи, е огромна. След като е избягала от контрол поради пропуск или поради умисъл, тази енергия може да причини много проблеми. Двете най-тежки ядрени катастрофи се случиха на 6 и 8 август 1945 г., когато американските военновъздушни сили паднаха атомни бомбиХирошима и Нагасаки, което доведе до смъртта и нараняването на стотици хиляди цивилни. Бедствията с по-малък мащаб са свързани с аварии на атомни електроцентралии предприятия от ядрения цикъл. Първата голяма авария се случи през 1949 г. в СССР в завод "Маяк" близо до Челябинск, където се произвежда плутоний; течните радиоактивни отпадъци са попаднали в река Теча. През септември 1957 г. върху него става експлозия с изпускане на голямо количество радиоактивен материал. Единадесет дни по-късно британският плутониев реактор в Уиндскейл изгоря, облак от експлозивни продукти се разпръсна над Западна Европа. През 1979 г. изгоря реакторът на атомната електроцентрала на остров Тримейл в Пенсилвания. Аварии при АЕЦ Чернобил(1986) и атомната електроцентрала във Фукушима (2011), когато милиони хора бяха изложени на радиация. Първите осеяха обширни земи, изхвърляйки 8 тона ураново гориво с продукти на разпад в резултат на експлозията, която се разпространи в цяла Европа. Вторият замърсява и три години след аварията продължава да замърсява Тихия океан в районите на рибарството. Отстраняването на последствията от тези аварии беше много скъпо и ако тези разходи се разложат на цената на електроенергията, тя щеше да се увеличи значително.

Отделен въпрос са последствията за човешкото здраве. Според официалната статистика много хора, преживели бомбардировките или живеещи в замърсени райони, са се възползвали от експозицията – първите имат по-висока продължителност на живота, вторите имат по-малко ракови заболявания, а експертите приписват известно увеличение на смъртността на социалния стрес. Броят на хората, загинали именно от последствията от аварии или в резултат на тяхната ликвидация, се оценява на стотици хора. Противниците на атомните електроцентрали посочват, че авариите са довели до няколко милиона преждевременни смъртни случаи в европейски континент, те са просто невидими на статистическия фон.

Изтеглянето на земи от човешка употреба в аварийни зони води до интересен резултат: те се превръщат в вид резервати, където биологичното разнообразие расте. Вярно е, че някои животни страдат от заболявания, свързани с радиация. Въпросът колко бързо ще се адаптират към увеличения фон остава открит. Съществува и мнение, че следствието от хроничната експозиция е „подбор за глупак” (вж. „Химия и живот”, 2010, № 5): дори на етапа на ембриона оцеляват по-примитивните организми. По-специално, по отношение на хората, това трябва да доведе до намаляване умствени способностив поколението, родено в замърсените райони малко след инцидента.

Какво е обеднен уран?Това е уран-238, останал от добива на уран-235. Обемите на отпадъци от производството на оръжеен уран и горивни елементи са големи - само в САЩ са натрупани 600 хиляди тона такъв уранов хексафлуорид (за проблеми с него вижте Химия и живот, 2008, № 5) . Съдържанието на уран-235 в него е 0,2%. Тези отпадъци трябва или да се съхраняват до по-добри времена, когато ще бъдат създадени реактори на бързи неутрони и ще може да се преработи уран-238 в плутоний, или по някакъв начин да се използват.

Намериха му приложение. Уранът, подобно на други преходни елементи, се използва като катализатор. Например авторите на статия в ACS Nanoот 30 юни 2014 г. те пишат, че уранов или ториев катализатор с графен за редукция на кислород и водороден пероксид „има голям потенциал за енергийни приложения“. Поради високата си плътност, уранът служи като баласт за кораби и противотежести за самолети. Този метал е подходящ и за радиационна защита в медицински изделия с източници на радиация.

Какви оръжия могат да бъдат направени от обеднен уран?Куршуми и ядра за бронебойни снаряди. Ето изчислението. Колкото по-тежък е снарядът, толкова по-висока е неговата кинетична енергия. Но колкото по-голям е снарядът, толкова по-малко концентрирано е неговото въздействие. Това означава, че са необходими тежки метали с висока плътност. Куршумите са направени от олово (уралските ловци по едно време са използвали самородна платина, докато не разберат, че това е благороден метал), докато сърцевината на черупките е от волфрамова сплав. Природозащитниците посочват, че оловото замърсява почвата на места на война или лов и би било по-добре да го замените с нещо по-малко вредно, например със същия волфрам. Но волфрамът не е евтин, а уранът, подобен по плътност с него, е вреден отпадък. В същото време допустимото замърсяване на почвата и водата с уран е приблизително два пъти по-високо от това за олово. Това се случва, защото слабата радиоактивност на обеднен уран (а тя също е с 40% по-малка от тази на естествения уран) се пренебрегва и се взема предвид един наистина опасен химически фактор: уранът, както си спомняме, е отровен. В същото време плътността му е 1,7 пъти по-голяма от тази на оловото, което означава, че размерът на урановите куршуми може да бъде намален наполовина; уранът е много по-огнеупорен и по-твърд от оловото – при изстрел той се изпарява по-малко, а когато се удари в цел, произвежда по-малко микрочастици. Като цяло урановият куршум замърсява околната среда по-малко от оловния, но тази употреба на уран не е известна със сигурност.

Но е известно, че плочите с обеднен уран се използват за укрепване на бронята на американските танкове (това се улеснява от неговата висока плътност и точка на топене), а също и вместо волфрамова сплав в сърцевини за бронебойни снаряди. Урановата сърцевина също е добра, защото уранът е пирофорен: неговите горещи малки частици, образувани, когато ударят бронята, избухват и запалват всичко наоколо. И двете приложения се считат за радиационно безопасни. И така, изчислението показа, че дори след като прекара една година без да се качи в танк с уранова броня, натоварен с уранови боеприпаси, екипажът ще получи само една четвърт от допустимата доза. И за да се получи годишна допустима доза, такива боеприпаси трябва да се завинтват към повърхността на кожата за 250 часа.

Снаряди с уранови ядра - за 30-мм самолетни оръдия или артилерийски подкалибри - са били използвани от американците в последните войни, като се започне от кампанията в Ирак през 1991 г. През същата година те изляха 300 тона обеднен уран върху иракските бронирани части в Кувейт и по време на отстъплението им 250 тона, или 780 000 патрона, паднаха върху самолетни оръдия. В Босна и Херцеговина при бомбардировките на армията на непризнатата Република Сръбска са използвани 2,75 тона уран, а при обстрела на югославската армия в провинция Косово и Метохия - 8,5 тона, или 31 000 патрона. Тъй като по това време СЗО се е погрижила за последствията от употребата на уран, е извършен мониторинг. Той показа, че един залп се състои от приблизително 300 патрона, от които 80% съдържат обеднен уран. 10% са поразили целите, а 82% са паднали в рамките на 100 метра от тях. Останалите се разпръснаха в рамките на 1,85 км. Снарядът, който попадна в танка, изгоря и се превърна в аерозол, леки цели като бронетранспортьори бяха пробити от уранов снаряд. Така в Ирак най-много един и половина тона снаряди могат да се превърнат в уранов прах. Според оценките на специалисти от американския център за стратегически изследвания RAND Corporation, повече от 10 до 35% от използвания уран се превръща в аерозол. Хърватският боец ​​с уранови боеприпаси Асаф Дуракович, който е работил в различни организации от болницата King Faisal в Рияд до Вашингтонския медицински изследователски център за уран, смята, че само в Южен Ирак през 1991 г. са се образували 3-6 тона субмикронни уранови частици, които са разпръснати на широка територия, тоест замърсяването с уран там е сравнимо с Чернобил.

Уранът, елемент 92, е най-тежкият елемент, открит в природата. Използван е в началото на нашата ера, фрагменти от керамика с жълта глазура (съдържаща повече от 1% уранов оксид) са открити сред руините на Помпей и Херкулан.

Уранът е открит през 1789 г. в уранова смола от немския химик Мартон Хайнрих Клапрот, който го нарече на планетата уран, открита през 1781 г. Френският химик Юджийн Пелигот за първи път получава метален уран през 1841 г. чрез редуциране на безводен уранов тетрахлорид с калий През 1896 г. Антоан-Анри Бекерел открива феномена на уранова радиоактивност чрез случайно излагане на фотографски плочи с йонизиращо лъчение от парче уранова сол, което е наблизо.

Физични и химични свойства

Уранът е много тежък, сребристо-бял, лъскав метал. В чиста форма той е малко по-мек от стоманата, ковък, гъвкав и има леки парамагнитни свойства. Уранът има три алотропни форми: алфа (призматична, стабилна до 667,7 °C), бета (четириъгълна, стабилна от 667,7 до 774,8 °C), гама (с центрирана върху тялото кубична структура, съществуваща от 774,8 °C до точката на топене ), в който уранът е най-ковък и лесен за обработка. Алфа фазата е много забележителен тип призматична структура, състояща се от вълнообразни слоеве от атоми в изключително асиметрична призматична решетка. Тази анизотропна структура затруднява легирането на урана с други метали. Само молибден и ниобий могат да образуват твърдотелни сплави с уран. Вярно е, че металният уран може да взаимодейства с много сплави, образувайки интерметални съединения.

Основни физични свойства на урана:
точка на топене 1132,2 °С (+/- 0,8);
точка на кипене 3818 °C;
плътност 18,95 (в алфа фаза);
специфична топлина 6,65 cal/mol/°C (25 C);
якост на опън 450 MPa.

Химически уранът е много активен метал. Бързо се окислява във въздуха, той е покрит с ирисцентен оксиден филм. Фин уранов прах спонтанно се възпламенява във въздуха, той се запалва при температура 150-175 °C, образувайки U 3 О 8 . При 1000 °C уранът се комбинира с азот, за да образува жълт уранов нитрид. Водата може да корозира метала бавно при ниски температури и бързо при високи температури. Уранът се разтваря в солна, азотна и други киселини, образувайки четиривалентни соли, но не взаимодейства с основи. Уранът измества водорода от неорганични киселинии физиологични разтвори на метали като живак, сребро, мед, калай, платина и злато. При силно разклащане металните частици на урана започват да светят.
Уранът има четири степени на окисление - III-VI. Шествалентните съединения включват уранил триоксид UO 3 и уранов хлорид UO 2 кл 2 . Уранов тетрахлорид UCl 4 и уранов диоксид UO 2 са примери за четиривалентен уран. Веществата, съдържащи четиривалентен уран, обикновено са нестабилни и се превръщат в шествалентен, когато са изложени на въздух за дълго време. Уранилните соли като уранил хлорид се разлагат в присъствието на ярка светлина или органични вещества.

Уранът няма стабилни изотопи, но са известни 33 радиоактивни изотопа. Естественият уран се състои от три радиоактивни изотопа: 238 U (99,2739%, T=4,47⋅10 9 години, α-емитер, предшественик на радиоактивната серия (4n + 2)), 235 U (0,7205%, T=7,04⋅10 9 години, основателят на радиоактивната серия (4n + 3)) и 234 U (0,0056%, T=2,48⋅10 5 години, α-емитер). Последният изотоп не е първичен, а радиогенен, той е част от радиоактивната серия 238 U. Атомната маса на естествения уран е 238,0289+0,0001.

Радиоактивността на естествения уран се дължи главно на изотопи 238 U и 234 U, в равновесие техните специфични дейности са равни. Специфичната радиоактивност на естествения уран е 0,67 микрокюри/g, разделена почти наполовина между 234 U и 238 U; 235 U има малък принос (специфичната активност на изотопа 235 U в естествения уран е 21 пъти по-малко активен 238 U). Естественият уран е достатъчно радиоактивен, за да освети фотографска плоча за около час. Напречно сечение на улавяне на топлинни неутрони 233 U 4,6 10 -27 m2, 235 U 9,8 10 -27 m2, 238 U 2,7 10 -28 m2; напречно сечение на делене 233 U 5,27 10 -26 m2, 235 U 5,84 10 -26 m2, естествена смес от изотопи 4,2 10-28 м2.

Изотопите на урана по правило са α-емитери. Средна енергия на α-лъчение 230 U, 231 U, 232 U, 233 U, 234 U, 235 U, 236 U, 238 U е равно на 5,97, съответно; 3.05⋅10 -4 ; 5,414; 4,909; 4,859; 4,679; 4,572; 4,270 MeV. В същото време изотопи като напр 233U, 238U и 239 U в допълнение към алфа-изживяването друг вид разпад - спонтанно делене, въпреки че вероятността от делене е много по-малка от вероятността за α-разпад.

От гледна точка на практическите приложения е важно естествените изотопи 233 U и 235 U делене под действието на термични и бързи неутрони ( 235 U е способен на спонтанно делене) и ядра 238 U са способни на делене само когато улавят неутрони с енергия над 1 MeV. При улавяне на неутрони с по-ниска ядрена енергия 238 Първо се превръщате в ядра 239 U, които след това изпитват β-разпад и влизат първи 239 Np, а след това - в 239 Pu, чиито ядрени свойства са близки до 235 U. Ефективни напречни сечения за улавяне на топлинни неутрони от ядра 234 U, 235 U и 238 U са 98⋅10 -28 , 683⋅10 -28 и 2.7⋅10 -28 m2 съответно. Пълно разделение 235 U води до разпределяне на "еквивалент на топлинна енергия" 2⋅10 7 kWh/kg.

Създадени от човека изотопи на урана

В съвременните ядрени реактори се произвеждат 11 изкуствени радиоактивни изотопа с масови числа от 227 до 240, от които най-дълго живеещият е 233 U (T = 1,62 10 5 години); получава се чрез неутронно облъчване на торий. Урановите изотопи с масово число по-голямо от 240 нямат време да се образуват в реакторите. Животът на уран-240 е твърде кратък и той се разпада, преди да успее да улови неутрон. Въпреки това, в свръхмощните неутронни потоци на термоядрена експлозия, урановото ядро ​​успява да улови до 19 неутрона за една милионна част от секундата. В този случай се раждат уранови изотопи с масови числа от 239 до 257. За тяхното съществуване се научи от появата в продуктите на термоядрена експлозия на далечни трансуранови елементи - потомци на тежки изотопи на урана. Самите „основатели на рода“ са твърде нестабилни срещу β-разпад и преминават във висши елементи много преди извличането на продуктите на ядрената реакция от скалата, смесена от експлозията.

Изотопите се използват като ядрено гориво в енергийните реактори с термични неутрони. 235 U и 233 U и в реактори с бързи неутрони 238 U, т.е. изотопи, способни да поддържат верижна реакция на делене.

U-232

232 U – техногенен нуклид, не се среща в природата, α-емитер, Т=68,9 години, родителски изотопи 236 Pu(α), 232 Np(β+) и 232 Pa(β-), дъщерен нуклид 228 Th. Способен за спонтанно разделяне. 232 U има скорост на спонтанно делене от 0,47 деления/s⋅kg. В ядрената индустрия 232 U се произвежда като страничен продукт при синтеза на делящия се (оръжейен) нуклид 233U в горивния цикъл на тория. При облъчване 232 Основната реакция протича:

232 Th + n → 233 Th → (22,2 минути, β-разпад) → 233 Pa → (27,0 дни, β--разпад) → 233 U

и странична двуетапна реакция:

232 Th + n → 231 Th + 2n, 231 Th → (25,5 h, β) → 231 Pa + n → 232 Pa → (1,31 дни, β) → 232U.

Време на работа 232 U в хода на двустепенна реакция зависи от наличието на бързи неутрони (необходими са неутрони с енергия най-малко 6 MeV), тъй като напречното сечение на първата реакция е малко за топлинни скорости. Малък брой неутрони на делене имат енергия над 6 MeV и ако зоната на размножаване на торий се намира в част от реактора, където се облъчва с умерено бързи неутрони (~ 500 keV), тогава тази реакция може да бъде практически изключена. Ако оригиналното вещество съдържа 230 След това образование 232 U се допълва от реакцията: 230 Th + n → 231 Th и така нататък както по-горе. Тази реакция протича отлично и с термични неутрони. Следователно потискането на образованието 232 U (и това е необходимо поради причините по-долу) изисква зареждане на торий с минимална концентрация 230-ти

Изотопът, образуван в енергийния реактор 232 U представлява проблем за охраната на труда, тъй като се разпада на 212 Bi и 208 Te, които излъчват високоенергийни γ-кванти. Поради това препарати, съдържащи голямо количество от този изотоп, трябва да се обработват в гореща камера. Наличност 232 U в облъчения уран също е опасно от гледна точка на боравене с атомно оръжие.

Натрупване 232 u неизбежен в производството 233 U в енергийния цикъл на тория, което пречи на въвеждането му в енергетиката. Необичайно е, че е равномерен изотоп 232 U има високо напречно сечение на делене на неутрони (75 barn за термични неутрони, резонансен интеграл 380), както и високо напречно сечение на улавяне на неутрони, 73 barn (резонансен интеграл 280).

Има и полза от 232 U: Често се използва в метода на радиоактивните маркери при химически и физични изследвания.

U-233

233 U е открит от Сиборг, Хофман и Стоутън. Уран-233 - α-емитер, Т=1,585⋅105 години, изходни нуклиди 237 Pu(α) 233 Np(β+) 233 Pa(β-), дъщерен нуклид 229 ти Уран-233 се получава в ядрени реактори от торий: 232Th улавя неутрон и се превръща в 233 Th, който се разпада на 233 Ra, а след това до 233 U. Ядра 233 U (нечетен изотоп) е способен както на спонтанно делене, така и на делене под действието на неутрони с всякаква енергия, което го прави подходящ за производството както на ядрени оръжия, така и на реакторно гориво (възможно е разширено възпроизвеждане на ядрено гориво). Уран-233 е и най-обещаващото гориво за газофазни ядрени ракетни двигатели. Ефективното напречно сечение за делене от бързи неутрони е 533 барна, периодът на полуразпад е 1585 000 години, не се среща в природата. Критична маса 233 U е три пъти по-малко критична маса 235 U (около 16 кг). 233 U има скорост на спонтанно делене от 720 деления/s⋅kg. 235U може да се получи от 232Th чрез неутронно облъчване:

232 Th + n → 233 Th → (22,2 минути, β-разпад) → 233 Pa → (27,0 дни, β-разпад) → 233U

При поглъщане на неутрон, ядрото 233 U обикновено се разделя, но понякога улавя неутрон, влизайки в 234 U, въпреки че частта от процесите без делене е по-малка, отколкото в други делящи се горива ( 235U, 239Pu, 241 Pu) той остава малък при всички неутронни енергии. Имайте предвид, че има дизайн за реактор с разтопена сол, в който протактиний е физически изолиран, преди да има време да абсорбира неутрон. все пак 233 U, след като е погълнал неутрон, обикновено се деля, но понякога спестява неутрон, превръщайки се в 234 U (този процес е много по-малко вероятен от деленето).

Време на работа 233 U от суровини за ториевата индустрия - дългосрочна стратегия за развитие на ядрената индустрия в Индия, която разполага със значителни запаси от торий. Размножаването може да се извършва в бързи или термични реактори. Извън Индия интересът към горивен цикъл на основата на торий не е твърде голям, въпреки че световните запаси от торий са три пъти по-големи от тези на уран. Освен горивото в ядрените реактори е възможно да се използва 233 U в оръжейна атака. Въпреки че това рядко се прави сега. През 1955 г. САЩ проверяват качествата на оръжието 233 U, взривяване на бомба, базирана на него в операция Teapot (чайник). От гледна точка на оръжията 233 U, сравнимо с 239 Pu: радиоактивността му е 1/7 (T=159200 години срещу 24100 години за плутоний), неговата критична маса е 60% по-висока (16 kg срещу 10 kg), а скоростта на спонтанно делене е 20 пъти по-висока (6⋅10-9 срещу 3⋅10 -10 ). Въпреки това, но тъй като неговата специфична радиоактивност е по-ниска, неутронната плътност 233 U е три пъти по-високо от U 239 Pu. Създаване на ядрен заряд въз основа на 233 U изисква повече усилия, отколкото за плутоний, но технологичното усилие е приблизително същото.

Основната разлика е присъствието в 233 U примеси 232 U, което затруднява работата с 233 U и улеснява откриването на готови оръжия.

Съдържание 232 U в оръжейна 233 U не трябва да надвишава 5 ppm (0,0005%). В търговския ядрено-горивен цикъл присъствието 232 U не е основен недостатък, дори желателен, тъй като намалява потенциала за разпространение на уран за оръжейни цели. За пестене на гориво, след неговата обработка и повторна употреба, нивото 232 U достига 0,1-0,2%. В специално проектирани системи този изотоп се натрупва в концентрации от 0,5-1%.

През първите две години след производството 233 U, съдържащ 232 U, 228 Th остава на постоянно ниво, като е в равновесие със собствения си разпад. В този период се установява и стабилизира фоновата стойност на γ-лъчението. Следователно през първите няколко години се произвежда масово 233 U излъчва значително γ-лъчение. десеткилограмова сфера 233 U-клас за оръжие (5 ppm 232U) създава фон от 11 милирема/час на 1 m 1 месец след производството, 110

милирема/ч след една година, 200 милирема/ч след 2 години. Годишната граница на дозата от 5 rem се надвишава само след 25 часа работа с такъв материал. Дори пресни 233 U (1 месец от датата на производство) ограничава времето за сглобяване до десет часа на седмица. При напълно сглобено оръжие нивото на радиация се намалява от поглъщането на заряда от тялото. При съвременните леки устройства намалението не надвишава 10 пъти, създавайки проблеми със сигурността. При по-тежки заряди поглъщането е по-силно - 100 - 1000 пъти. Берилиевият рефлектор повишава нивото на неутронния фон: 9Be + γ-квант → 8Be + n. γ лъчи 232 U образуват характерен подпис, те могат да бъдат открити и проследени за движение и наличие на атомен заряд. Произведен от цикъла на тория, специално денатуриран 233 U (0,5 - 1,0% 232 U) представлява още по-голяма опасност. 10-килограмова сфера от такъв материал на разстояние 1 м след 1 месец създава фон от 11 рем/час, 110 рем/час след година и 200 рем/час след 2 години. Контактът с такава атомна бомба, дори ако радиацията е намалена с коефициент 1000, е ограничен до 25 часа годишно. Със значителен дял 232 U в делящ се материал го прави изключително неудобен за военна употреба.

Естествени изотопи на урана

U-234

Уран-234 (уран II) е част от естествения уран (0,0055%), Т=2,445⋅10 5 години, α-емитер, родителски радионуклиди: 238 Pu(α), 234 Pa(β-), 234 Np(β+), дъщерен изотоп в 230-ти Съдържание 234 U е много незначителен в рудата поради сравнително краткия му период на полуразпад. 234 U се образува от реакциите:

238 U → (4,51 милиарда години, алфа разпад) → 234th

234 Th → (24,1 дни, бета разпад) → 234Pa

234 Pa → (6,75 часа, бета разпад) → 234 U

Обикновено 234 U е в равновесие с 238 U, разпадащо се и образуващо се със същата скорост. Въпреки това, разпадащи се атоми 238 U съществува известно време под формата на торий и протактиний, така че те могат да бъдат химически или физически отделени от рудата (излужени от подземните води). Дотолкова доколкото 234 U има сравнително кратък период на полуразпад, целият този изотоп, открит в рудата, се е образувал през последните няколко милиона години. Приблизително половината от радиоактивността на естествения уран е приносът 234U.

Концентрация 234 U в силно обогатения уран е доста висок поради преференциалното обогатяване с леки изотопи. Дотолкова доколкото 234 U е силен γ-емитер и има ограничения за концентрацията му в урана, предназначен за преработка в гориво. По принцип по-високи нива 234 U е приемливо за съвременните реактори, но преработеното отработено гориво съдържа неприемливи нива на този изотоп.

Напречно сечение на абсорбция 234 U на топлинните неутрони е 100 barn, а за резонансния интеграл, осреднен за различни междинни неутрони, 700 barn. Следователно в реакторите

термични неутрони, той се превръща в делящ се 235 U с по-голяма скорост от много повече 238 U (с напречно сечение 2,7 хамбар) се преобразува в 239 Pu. В резултат на това отработеното ядрено гориво съдържа по-малко 234 U отколкото прясно.

U-235

Уран-235 (актиноуран) е изотоп, способен да предизвика бързо развиваща се верижна реакция на делене. Открит от Демпстър (Артър Джефри Демпстър) през 1935 г.

Това е първият изотоп, върху който е открита реакцията на принудително делене на ядра под действието на неутрони. поглъщане на неутрон 235 U отива на 236 U, който се разделя на две части, освобождавайки енергия и излъчвайки няколко неутрона. Разделящ се от неутрони с всякаква енергия, способен на спонтанно делене, изотоп 235 U е част от естествен уран (0,72%), α-емитер (енергия 4,679 MeV), Т=7,038⋅10 8 години, майчините нуклиди 235 Pa, 235 Np и 239 Pu, дъщеря - 231 ти Интензитет на спонтанно делене 235 U 0,16 деления/s⋅kg. Когато едно ядро ​​се раздели 235 U освободи 200 MeV енергия = 3,2⋅10 -11 J, т.е. 18 TJ/mol=77 TJ/kg. Въпреки това, 5% от тази енергия се отвежда от практически неоткриваеми неутрони. Ядреното напречно сечение за топлинните неутрони е около 1000 barn, а за бързите неутрони е около 1 barn.

Нето тегло 60 кг 235 U произвежда само 9,6 деления/сек, което прави достатъчно лесно да се направи атомна бомба в стил оръдие. 238 U създава 35 пъти повече неутрони на килограм, така че дори малък процент от този изотоп повишава тази цифра няколко пъти. 234 U създава 22 пъти повече неутрони и има подобен 238 U нежелано действие. Специфична дейност 235 U само 2,1 микрокюри/g; замърсяването му е 0,8% 234 Увеличете го до 51 микрокюри/g. Критична маса на оръжейния уран. (93,5% 235 U) в водни разтворие по-малко от 1 кг, за отворена топка - около 50 кг, за топка с рефлектор - 15 - 23 кг.

В естествения уран само един, сравнително рядък, изотоп е подходящ за направата на ядрото на атомна бомба или за поддържане на реакция в силовия реактор. Степен на обогатяване съгл 235 U в ядреното гориво за атомни електроцентрали варира от 2-4,5%, за използване на оръжие - най-малко 80%, а по-добре 90%. В САЩ 235 Класът на оръжието U е обогатен до 93,5% (индустрията е в състояние да произвежда 97,65%). Такъв уран се използва в реактори за флота.

Коментирайте. съдържание на уран 235 U повече от 85% се нарича оръжеен уран, със съдържание над 20% и по-малко от 85% - уран, подходящ за използване на оръжия, тъй като може да се използва за направата на "лоша" (неефективна бомба). Но можете да направите и „добра“ бомба от нея, ако използвате имплозия, неутронни рефлектори и някои допълнителни трикове. За щастие само 2-3 държави в света могат да приложат подобни трикове на практика. Сега явно никъде не се произвеждат уранови бомби (плутоният е изместил урана от ядрени оръжия), но перспективите на уран-235 остават поради простотата на конструкцията на оръдието за уранова бомба и възможността за разширено производство на такива бомби, когато неочаквано възникне необходимост.

Да бъдеш по-лек 234 U е пропорционално обогатена дори повече от 235 U във всички процеси на разделяне на естествени изотопи на урана въз основа на разликата в масите, което представлява определен проблем при производството на заряди на атомни бомби. силно обогатен 235 U обикновено съдържа 1,5-2,0% 234U.

Раздел 235 U се използва в атомните оръжия, за производство на енергия и за синтеза на важни актиниди. Естественият уран се използва в ядрените реактори за производство на неутрони. Верижната реакция се поддържа от излишък от неутрони, произведени при делене. 235 U, в същото време, излишните неутрони, непотърсени от верижната реакция, се улавят от друг естествен изотоп, 238 U, което води до производството на плутоний, който също е способен да се раздели под въздействието на неутрони.

U-236

Среща се в природата в количества примеси, α-емитер, Т=2,3415⋅10 7 години, разделени на 232 ти Образува се при бомбардиране с неутрони 235 След това U се разделя на изотоп на бария и изотоп на криптон, освобождавайки два неутрона, гама лъчи и освобождавайки енергия.

В малки количества е част от прясното гориво; се натрупва, когато уранът се облъчва с неутрони в реактора и следователно се използва като „сигнално устройство“ за отработено ядрено гориво с уран. 236 U се образува като страничен продукт от разделяне на изотопи чрез газообразна дифузия в случай на регенерация на използвано ядрено гориво. Този изотоп е от известно значение като целеви материал в ядрените реактори. Когато се използва рециклиран (обработен) уран в ядрен реактор, възниква важна разлика в сравнение с използването на естествен уран. Уранът, отделен от отработеното ядрено гориво, съдържа изотопа 236 U (0,5%), който, когато се използва в прясно гориво, стимулира производството на изотопи 238 Pu. Това води до влошаване на качеството на енергийния плутоний, но може да бъде положителен фактор в контекста на проблема с ядреното неразпространение.

Образува се в силовия реактор 236 U - неутронна отрова, присъствието му в ядреното гориво трябва да се компенсира с повече високо нивообогатяване 235U.

U-238

Уран-238 (уран I) - делящ се с високоенергийни неутрони (повече от 1 MeV), способен на спонтанно делене, формира основата на естествения уран (99,27%), α-емитер, Т=4,468⋅10 9 години, директно се разделя на 234 Th, образува редица генетично свързани радионуклиди и чрез 18 продукта се превръща в 206 Pb постоянна скоростРазпадът на серията дава възможност да се използва съотношението на концентрациите на основния нуклид към детския нуклид при радиометрично датиране. Времето на полуразпад на уран-238 според спонтанното делене не е точно установено, но е много голямо - около 10 16 години, така че вероятността от делене по отношение на основния процес - излъчването на алфа частица - е само 10 -7 . Един килограм уран дава само 10 спонтанни деления в секунда, като за същото време α-частиците излъчват 20 милиона ядра. Родителски нуклиди: 242 Pu(α), 238 Pa(β-) 234 Th, дъщеря - 234 Th.

Въпреки че уран-238 не може да се използва като първичен делящ се материал, поради висока енергиянеутрони, необходими за неговото делене, той заема важно място в ядрената индустрия. Имат висока плътност и атомно тегло, 238 U е подходящ за направата на зарядни/рефлекторни черупки от него в атомни и водородни бомби. Фактът, че се разделя от бързи неутрони, увеличава енергийния добив на заряда: индиректно, чрез умножаване на отразени неутрони или директно чрез делене на ядрата на зарядната обвивка от бързи неутрони (по време на синтез). Приблизително 40% от неутроните, произведени от деленето и всички неутрони на синтез, имат достатъчно за делене 238 U енергии. 238 U има скорост на спонтанно делене 35 пъти по-висока от 235 U, 5,51 дивизии/s⋅kg. Това прави невъзможно използването му като заряд/рефлекторна снаряда в оръдни бомби, тъй като подходящата му маса (200-300 кг) ще създаде твърде висок неутронен фон. Чисти 238 U има специфична радиоактивност от 0,333 микрокюри/g. Важна област на приложение на този уранов изотоп е производството 239 Pu. Плутоният се образува в няколко реакции, започващи след улавяне от атом. 238 U неутрон. Всяко реакторно гориво, съдържащо естествен или частично обогатен уран в 235-ия изотоп, съдържа определена част от плутоний след края на горивния цикъл.

обеднен уран

След екстракция 235 U от естествен уран, останалият материал се нарича "обеднен уран", т.к. тя е изчерпана с изотопи 235 U и 234 U. Намалено съдържание 234 U (около 0,001%) намалява радиоактивността почти наполовина в сравнение с естествения уран, като същевременно намалява съдържанието 235 U практически няма ефект върху радиоактивността на обеднен уран.

Почти целият обеднен уран в света се съхранява като уранов хексафлуорид. Съединените щати разполагат с 560 000 тона обеднен уран хексафлуорид (UF6) в три съоръжения за газодифузионно обогатяване, докато Русия има стотици хиляди тона. Обедненият уран е наполовина по-радиоактивен от естествения уран, главно поради отстраняването на 234 U. Поради факта, че основното използване на урана е производството на енергия, в ядрени реактори с термични неутрони обеднен уран е безполезен продукт с ниска икономическа стойност.

От гледна точка на безопасността е обичайно да се преобразува газообразният обеднен уран хексафлуорид в уранов оксид, който е твърдо. Урановият оксид или се изхвърля като вид радиоактивен отпадък, или може да се използва в реактори на бързи неутрони за производство на плутоний.

Решението как да се изхвърля уранов оксид зависи от това как дадена страна гледа на обеднен уран: като радиоактивен отпадък, който трябва да се изхвърля, или като материал, подходящ за по-нататъшна употреба. Например в САЩ доскоро обеднен уран се смяташе за суровина за по-нататъшно използване. Но от 2005 г. тази гледна точка започна да се променя и сега в Съединените щати е възможно изхвърлянето на обеднен уранов оксид. Във Франция обеднен уран не се счита за радиоактивен отпадък, но се очаква да се съхранява под формата на уранов оксид. В Русия лидерство федерална агенция for Atomic Energy счита отпадъчния уран хексафлуорид за ценен материал, който не подлежи на обезвреждане. Започна работа по създаването на индустриален завод за превръщане на отпадъчния уран хексафлуорид в уранов оксид. Предполага се, че получените уранови оксиди се съхраняват дълго време за по-нататъшното им използване в реактори на бързи неутрони или за по-нататъшното им обогатяване. 235 U последвано от изгаряне в термични реактори.

Намирането на начини за използване на обеднен уран е голямо предизвикателство за компаниите за обогатяване. По принцип използването му е свързано с високата плътност на урана и относително ниската му цена. Двете най-важни употреби на обеднен уран са като радиационна защита и като баласт в аерокосмическите приложения като повърхности за управление на самолети. Всеки Боинг 747 съдържа 1500 кг обеднен уран за тази цел. Обедненият уран се използва до голяма степен при пробиване на нефтени кладенци под формата на ударни пръти (пробиване с тел), като теглото му потапя инструмента в кладенци, пълни с кал. Този материал се използва във високоскоростни ротори за жироскопи, големи маховици, като баласт в спускащи се в космоса превозни средства и състезателни яхти.

Но най-известното използване на урана е като ядра за бронебойни снаряди. При определена сплав с други метали и термична обработка (легиране с 2% Mo или 0,75% Ti, бързо закаляване на метала, нагрят до 850° във вода или масло, допълнително задържане при 450° за 5 часа), металният уран става по-твърд и по-здрава от стоманата (якост на процеп > 1600 MPa). В комбинация с високата му плътност, това прави втвърдения уран изключително ефективен при проникване в броня, подобна по ефективност на значително по-скъпия монокристален волфрам. Процесът на разрушаване на бронята е придружен от смилане на основната част от урана в прах, проникване на прах в защитения обект и неговото запалване там. 300 тона обеднен уран останаха на бойното поле по време на Пустинната буря (предимно останки от 30 мм оръдия GAU-8 от щурмови самолети A-10, всеки снаряд съдържа 272 g уранова сплав). Обедреният уран се използва в танковата броня, например танкът M-1 Abrams (САЩ). -4 % от масата (2-4 ppm в зависимост от региона), в кисели магмени скали 3,5 10 -4 %, в глини и шисти 3,2 10 -4 %, в основни скали 5 10 -5 %, в ултраосновните скали на мантията 3 10 -7 %. Количеството уран в слой от литосферата с дебелина 20 км се оценява на 1,3⋅10 14 м. Той е част от всички скали, които изграждат земната кора, а също така присъства в естествените води и живите организми. Не образува мощни отлагания. Основната част от урана се намира в кисели скали с високо съдържание на силиций. Най-ниската концентрация на уран се намира в ултраосновните скали, а максималната - в седиментните скали (фосфорити и въглеродни шисти). Океаните съдържат 10 10 тона уран. Концентрацията на уран в почвите варира в диапазона 0,7 - 11 ppm (15 ppm в земеделски почви, наторени с фосфатни торове), в морска вода 0,003 ppm.

Уранът не се среща в свободна форма в земята. Известни са 100 уранови минерала със съдържание на U над 1%. В около една трета от тези минерали уранът е четиривалентен, в останалите е шествалентен. От тези уранови минерали 15 са прости оксиди или хидроксилни групи, 20 са сложни титанати и ниобати, 14 са силикати, 17 са фосфати, 10 са карбонати, 6 са сулфати, 8 са ванадати и 8 са арсенати. неопределени формиуранови съединения се намират в някои въглеродни шисти от морски произход, лигнит и въглища, както и в междугрануларни филми в магмени скали. 15 уранови минерала са от промишлено значение.

Основните уранови минерали в големите рудни находища са оксиди (уранова смола, уранинит, кофинит), ванадати (карнотит и тюямунит) и сложни титанати (бранерит и давидит). Титанатите също са от индустриално значение, например бранерит UTi 2O6 , силикати - кофинит U 1-х (ОН) 4х , танталониобати и хидратирани уранилфосфати и арсенати - уранова слюда. Уранът не се среща естествено като естествен елемент. Поради факта, че уранът може да бъде в няколко етапа на окисление, той се среща в много разнообразна геоложка среда.

Приложение на уран

В развитите страни производството на уран е насочено главно към генериране на делящи се нуклиди ( 235 U и 233 U, 239 Pu) - гориво за промишлени реактори, предназначени да произвеждат както оръжейни нуклиди, така и компоненти на ядрените оръжия (атомни бомби и стратегически и тактически снаряди, неутронни бомби, задействания на водородни бомби и др.). В атомна бомба концентрацията 235 U надвишава 75%. В останалата част от света металният уран или неговите съединения се използват като ядрено гориво в енергийните и изследователските ядрени реактори. Естествена или нискообогатена смес от уранови изотопи се използва в стационарни реактори на атомни електроцентрали, силно обогатен продукт се използва в атомни електроцентрали (източници на топлинни, електрически и механична енергия, радиация или светлина) или в реактори на бързи неутрони. Реакторите често използват метален уран, легиран и нелегиран. Въпреки това, някои видове реактори използват гориво под формата на твърди съединения (например UO 2 ), както и водни съединения на уран или течна сплав на уран с друг метал.

Основната употреба на урана е производството на ядрено гориво за атомни електроцентрали. Воден реактор под налягане с инсталирана мощност от 1400 MW изисква 225 тона естествен уран годишно за производството на 50 нови горивни елемента, които се заменят със съответен брой използвани горивни пръти. За зареждането на този реактор са необходими около 130 тона SWU (сепарираща работна единица) и ниво на разходите от 40 милиона долара годишно. Концентрацията на уран-235 в горивото за ядрен реактор е 2-5%.

Както и преди, урановите руди представляват известен интерес от гледна точка на извличането на радий от тях (чието съдържание е приблизително 1 g на 3 тона руда) и някои други естествени радионуклиди. Урановите съединения се използват в стъкларската индустрия, за оцветяване на стъкло в червено или зелен цвят, или им придава красив зеленикаво-жълт оттенък. Използват се и при производството на флуоресцентни очила: малка добавка на уран придава красива жълто-зелена флуоресценция на стъклото.

До 80-те години на миналия век естественият уран се използва широко от зъболекарите, включвайки го в керамиката, за да постигне естествен цвят и да предизвика оригинална флуоресценция в протези и коронки. (Урановата челюст прави усмивката ви по-ярка!) Оригиналният патент от 1942 г. препоръчва съдържание на уран от 0,1%. Впоследствие естественият уран беше заменен с обеднен уран. Това даде две предимства - по-евтино и по-малко радиоактивно. Уранът също се използва в нишките за лампи и в кожарската и дървообработващата промишленост като багрило. Урановите соли се използват в разтвори за мариноване и оцветяване на вълна и кожа. Уранил ацетатът и уранилформиатът се използват като поглъщащи електрони декориращи агенти в трансмисионната електронна микроскопия, за подобряване на контраста на тънки участъци от биологични обекти и за оцветяване на вируси, клетки и макромолекули.

Uranates тип Na 2 U 2 O 7 ("жълт уранил") са намерили приложение като пигменти за керамични глазури и емайли (оцветени в цветове жълто, зелено и черно, в зависимост от степента на окисление). на 2U2O7 използва се и като жълта боя в боядисването. Някои уранови съединения са фоточувствителни. В началото на 20-ти век уранил нитратът е широко използван като вирусен агент за подобряване на негативите и получаване на цветни фотографски отпечатъци (оцветяване на позитивите в кафяво или кафяво). Уранил ацетат UO 2 (H3COOH) 2 използва се в аналитичната химия - образува неразтворима сол с натрия. Фосфорните торове съдържат доста големи количества уран. Метален уран се използва като мишена в рентгенова тръба, предназначена да генерира високоенергийни рентгенови лъчи.

Някои соли на урана се използват като катализатори в химична реакциякато окисление на ароматни въглеводороди, дехидратация на растителни масла и др. Карбид 235 U в сплав с ниобиев карбид и циркониев карбид се използва като гориво за ядрени реактивни двигатели (работната течност е водород + хексан). Сплави от желязо и обеднен уран ( 238 U) се използват като мощни магнитострикционни материали.

В националната икономика обеднен уран се използва при производството на противотежести на самолети и антирадиационни екрани за медицинско оборудване за лъчетерапия. Обедненият уран се използва за производство на транспортни контейнери за транспортиране на радиоактивни товари и ядрени отпадъци, както и продукти с надеждна биологична защита (например защитни екрани). От гледна точка на поглъщането на γ-лъчение, уранът е пет пъти по-ефективен от оловото, което прави възможно значително намаляване на дебелината на защитните екрани и намаляване на обема на контейнерите, предназначени за транспортиране на радионуклиди. Бетон на базата на обеднен уранов оксид се използва вместо чакъл за създаване на сухи хранилища за радиоактивни отпадъци.

Обедненият уран е наполовина по-радиоактивен от естествения уран, главно поради отстраняването на 234 U. Използва се за легиране на бронирана стомана, по-специално за подобряване на бронебойните характеристики на снарядите. Когато е легиран с 2% Mo или 0,75% Ti и термично обработен (бързо закаляване на метала, нагрят до 850°C във вода или масло, след което се държи при 450°C в продължение на 5 часа), металният уран става по-твърд и по-здрав от стоманата (на опън силата е повече от 1600 MPa, въпреки факта, че за чист уран е 450 MPa). В съчетание с висока плътност, това прави закаления уранов слитък изключително ефективен инструментза бронепробиваемост, подобна по ефективност на по-скъпия волфрам. Тежкият уранов накрайник също променя разпределението на масата в снаряда, подобрявайки неговата аеродинамична стабилност. При удряне на бронята такъв снаряд (например сплав от уран с титан) не се счупва, а се самозаточва, като така се постига по-голямо проникване. Процесът на унищожаване на бронята е придружен от смилане на урановата заготовка на прах и нейното запалване във въздуха вътре в резервоара. Обедреният уран се използва в съвременната танкова броня.

Добавянето на малки количества уран към стоманата увеличава нейната твърдост, без да я прави крехка и повишава нейната киселинна устойчивост. Особено киселинно устойчива, дори по отношение на царската аква, е сплав от уран и никел (66% уран и 33% никел) с точка на топене 1200О . Обедненият уран също се използва като баласт в аерокосмическите приложения като контролни повърхности на самолети. Този материал се използва във високоскоростни ротори за жироскопи, големи маховикове, като баласт в спускащи се в космоса превозни средства и състезателни яхти, както и при сондиране на нефт.

Както вече споменахме, в наше време не се произвеждат уранови атомни бомби. Въпреки това, в съвременните плутониеви бомби 238 U (включително обеднен уран) все още се използва. Той образува обвивката на заряда, отразявайки неутроните и добавяйки инерция към компресията на плутониевия заряд в схема на имплозивна детонация. Това значително увеличава ефективността на оръжието и намалява критичната маса (т.е. намалява количеството плутоний, необходимо за създаване на верижна реакция на делене). Обедненият уран се използва и във водородни бомби, като с него се опакова термоядрен заряд, насочвайки най-силния поток от свръхбързи неутрони към ядрено делене и по този начин увеличавайки енергийния добив на оръжието. Такава бомба се нарича оръжие за делене-сливане-деляне, след трите етапа на експлозията. По-голямата част от енергията, произведена от експлозията на такова оръжие, пада само върху деленето 238 U, който произвежда значително количество радиоактивни продукти. Например, 77% от енергията при експлозията на водородна бомба в теста на Айви Майк (1952) с добив от 10,4 мегатона идва от процеси на делене в урановата обвивка. Тъй като обеднен уран няма критична маса, той може да бъде добавен към бомба в неограничени количества. В съветския водородна бомба(Цар Бомба - майката на Кузкина), взривена на Нова Земля през 1961 г. с мощност "само" 50 мегатона 90% от продукцията падна върху реакцията термоядрен синтез, тъй като черупката на 238 U в последния етап на експлозията беше заменен с олово. Ако черупката е направена (както са били сглобени в началото) от 238 U, тогава мощността на експлозията надхвърли 100 мегатона, а осадките възлизат на 1/3 от сумата на всички световни изпитания на ядрено оръжие.

Естествените изотопи на уран са използвани в геохронологията за измерване на абсолютната възраст на скалите и минералите. Още през 1904 г. Ърнест Ръдърфорд обръща внимание на факта, че възрастта на Земята и най-древните минерали е от същия порядък като периода на полуразпад на урана. В същото време той предложи да се определи възрастта му по количеството хелий и уран, съдържащи се в плътната скала. Но недостатъкът на метода скоро беше разкрит: изключително подвижните атоми на хелий дифундират лесно дори в плътни скали. Те проникват в околните минерали и в близост до изходните уранови ядра остава много по-малко хелий, отколкото следва от законите на радиоактивния разпад. Следователно, възрастта на скалите се изчислява от съотношението на урана и радиогенното олово, крайният продукт от разпада на урановите ядра. Възрастта на някои обекти, като слюдите, е още по-лесна за определяне: възрастта на материала е пропорционална на броя на разложените в него уранови атоми, което се определя от броя на следите – следи, оставени от фрагменти в веществото. От съотношението на концентрацията на уран към концентрацията на проследяване може да се изчисли възрастта на всяко древно съкровище (вази, бижута и др.). В геологията дори е измислен специален термин "уранов часовник". Урановият часовник е много универсален инструмент. Урановите изотопи се намират в много скали. Концентрацията на уран в земната кора е средно три части на милион. Това е достатъчно, за да се измери съотношението на уран и олово и след това, използвайки формулите за радиоактивен разпад, да се изчисли времето, изминало от кристализацията на минерала. Използвайки метода на уран-олово, беше възможно да се измери възрастта на най-древните минерали, а датата на раждане на планетата Земя беше определена от възрастта на метеоритите. Известна е и възрастта на лунната почва. Най-младите парчета лунна почва са по-стари от най-старите земни минерали.