यूरेनियम तत्व. यूरेनियम के गुण, निष्कर्षण, अनुप्रयोग और कीमत। यूरेनियम, रासायनिक तत्व: खोज का इतिहास और परमाणु विखंडन प्रतिक्रिया

कहानी

प्राचीन काल (पहली शताब्दी ईसा पूर्व) में भी, प्राकृतिक यूरेनियम का उपयोग पीला शीशा बनाने के लिए किया जाता था।

यूरेनियम की खोज 1789 में जर्मन रसायनज्ञ मार्टिन हेनरिक क्लैप्रोथ ने खनिज ("यूरेनियम पिच") का अध्ययन करते समय की थी। इसका नाम 1781 में खोजे गए यूरेनियम के सम्मान में रखा गया था। धात्विक अवस्था में, यूरेनियम 1841 में फ्रांसीसी रसायनज्ञ यूजीन पेलिगोट द्वारा पोटेशियम धातु के साथ यूसीएल 4 की कमी के दौरान प्राप्त किया गया था। यूरेनियम की खोज 1896 में एक फ्रांसीसी ने की थी। प्रारंभ में, यूरेनियम को 116 निर्धारित किया गया था, लेकिन 1871 में वह इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि इसे दोगुना किया जाना चाहिए। 90 से 103 तक परमाणु संख्या वाले तत्वों की खोज के बाद, अमेरिकी रसायनज्ञ जी सीबोर्ग इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि ये तत्व () तत्व संख्या 89 के साथ एक ही कोशिका में आवर्त सारणी में अधिक सही ढंग से रखे गए हैं। यह व्यवस्था इस तथ्य के कारण है कि एक्टिनाइड्स में 5f इलेक्ट्रॉन उपस्तर पूरा हो गया है।

प्रकृति में होना

यूरेनियम ग्रेनाइट परत और पृथ्वी की पपड़ी के तलछटी खोल के लिए एक विशिष्ट तत्व है। पृथ्वी की पपड़ी में सामग्री वजन के हिसाब से 2.5 · 10 -4% है। समुद्री जल में यूरेनियम की सांद्रता 10 -9 ग्राम/लीटर से कम होती है; कुल मिलाकर, समुद्र के पानी में 10 9 से 10 10 टन तक यूरेनियम होता है। पृथ्वी की पपड़ी में यूरेनियम मुक्त रूप में नहीं पाया जाता है। लगभग 100 यूरेनियम खनिज ज्ञात हैं, जिनमें से सबसे महत्वपूर्ण हैं यू 3 ओ 8, यूरेनिनाइट (यू, थ) ओ 2, यूरेनियम राल अयस्क (इसमें परिवर्तनशील संरचना के यूरेनियम ऑक्साइड होते हैं) और ट्युयामुनाइट सीए [(यूओ 2) 2 (वीओ 4) ) 2 ] 8एच 2 ओ.

आइसोटोप

प्राकृतिक यूरेनियम में तीन समस्थानिकों का मिश्रण होता है: 238 यू - 99.2739%, आधा जीवन टी 1/2 = 4.51 Ї 10 9 वर्ष, 235 यू - 0.7024% (टी 1/2 = 7.13 Ї 10 8 वर्ष) और 234 यू - 0.0057% (टी 1/2 = 2.48Ї10 5 वर्ष)।

227 से 240 तक द्रव्यमान संख्या वाले 11 ज्ञात कृत्रिम रेडियोधर्मी आइसोटोप हैं।

सबसे लंबे समय तक जीवित रहने वाला - 233 यू (टी 1/2 = 1.62/10 5 वर्ष) न्यूट्रॉन के साथ थोरियम को विकिरणित करके प्राप्त किया जाता है।

यूरेनियम आइसोटोप 238 यू और 235 यू दो रेडियोधर्मी श्रृंखलाओं के पूर्वज हैं।

रसीद

यूरेनियम उत्पादन का सबसे पहला चरण सांद्रण है। चट्टान को कुचलकर पानी में मिलाया जाता है। भारी निलंबन घटक तेजी से व्यवस्थित होते हैं। यदि चट्टान में प्राथमिक यूरेनियम खनिज हैं, तो वे तेजी से अवक्षेपित होते हैं: ये भारी खनिज हैं। तत्व संख्या 92 के द्वितीयक खनिज हल्के होते हैं, ऐसी स्थिति में भारी गैंग जल्दी सुलझ जाता है। (हालांकि, यह हमेशा वास्तव में खाली नहीं होता है; इसमें यूरेनियम सहित कई उपयोगी तत्व हो सकते हैं)।

अगला चरण तत्व संख्या 92 को घोल में स्थानांतरित करके सांद्रणों की लीचिंग है। अम्ल और क्षारीय निक्षालन का उपयोग किया जाता है। पहला सस्ता है, क्योंकि वे यूरेनियम निकालने के लिए यूरेनियम का उपयोग करते हैं। लेकिन अगर फीडस्टॉक में, जैसे कि यूरेनियम टार, यूरेनियम टेट्रावेलेंट अवस्था में है, तो यह विधि लागू नहीं है: टेट्रावैलेंट यूरेनियम सल्फ्यूरिक एसिड में व्यावहारिक रूप से अघुलनशील है। और या तो आपको क्षारीय लीचिंग का सहारा लेना होगा, या पहले यूरेनियम को हेक्सावलेंट अवस्था में ऑक्सीकरण करना होगा।

एसिड लीचिंग का उपयोग उन मामलों में नहीं किया जाता है जहां यूरेनियम सांद्रण होता है या। इन्हें घोलने में बहुत अधिक एसिड खर्च करना पड़ता है और ऐसे में ( ) का उपयोग करना बेहतर होता है।

ऑक्सीजन से यूरेनियम के निक्षालन की समस्या को ऑक्सीजन पर्ज द्वारा हल किया जाता है। एक धारा को 150 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किए गए यूरेनियम अयस्क और खनिजों के मिश्रण में डाला जाता है। इसी समय, सल्फर खनिज बनते हैं, जो यूरेनियम को धो देते हैं।

अगले चरण में, परिणामी समाधान से यूरेनियम को चुनिंदा रूप से अलग किया जाना चाहिए। आधुनिक तरीके - और - हमें इस समस्या को हल करने की अनुमति देते हैं।

समाधान में न केवल यूरेनियम, बल्कि अन्य भी शामिल हैं। उनमें से कुछ, कुछ शर्तों के तहत, यूरेनियम के समान व्यवहार करते हैं: वे समान सॉल्वैंट्स के साथ निकाले जाते हैं, समान आयन एक्सचेंज रेजिन पर जमा होते हैं, और समान परिस्थितियों में अवक्षेपित होते हैं। इसलिए, यूरेनियम को चुनिंदा रूप से अलग करने के लिए, प्रत्येक चरण में एक या दूसरे अवांछित साथी से छुटकारा पाने के लिए कई रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं का उपयोग करना आवश्यक है। आधुनिक आयन एक्सचेंज रेजिन पर, यूरेनियम बहुत चयनात्मक रूप से जारी किया जाता है।

तरीकों आयन विनिमय और निष्कर्षणवे अच्छे भी हैं क्योंकि वे खराब समाधानों से यूरेनियम को पूरी तरह से निकालना संभव बनाते हैं, जिसमें एक लीटर में तत्व संख्या 92 के एक ग्राम का केवल दसवां हिस्सा होता है।

इन ऑपरेशनों के बाद, यूरेनियम एक ठोस अवस्था में परिवर्तित हो जाता है - ऑक्साइड में से एक में या यूएफ 4 टेट्राफ्लोराइड में। लेकिन इस यूरेनियम को अभी भी एक बड़े थर्मल न्यूट्रॉन कैप्चर क्रॉस सेक्शन - के साथ अशुद्धियों से साफ करने की आवश्यकता है। अंतिम उत्पाद में उनकी सामग्री एक प्रतिशत के सौ हजारवें और दस लाखवें हिस्से से अधिक नहीं होनी चाहिए। इसलिए हमें पहले से ही प्राप्त तकनीकी रूप से शुद्ध उत्पाद को फिर से भंग करना होगा - इस बार। ट्राइब्यूटाइल फॉस्फेट और कुछ अन्य पदार्थों के साथ निष्कर्षण के दौरान यूरेनिल नाइट्रेट यूओ 2 (एनओ 3) 2 को आवश्यक मानकों तक और शुद्ध किया जाता है। फिर इस पदार्थ को क्रिस्टलीकृत किया जाता है (या पेरोक्साइड यूओ 4·2एच 2 ओ को अवक्षेपित किया जाता है) और सावधानीपूर्वक कैलक्लाइंड किया जाता है। इस ऑपरेशन के परिणामस्वरूप, यूरेनियम ट्राइऑक्साइड यूओ 3 बनता है, जो यूओ 2 में कम हो जाता है।

यह पदार्थ अयस्क से धातु तक के रास्ते में अंतिम है। 430 से 600 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर यह शुष्क हाइड्रोजन फ्लोराइड के साथ प्रतिक्रिया करता है और यूएफ 4 टेट्राफ्लोराइड में बदल जाता है। इसी यौगिक से सामान्यतः यूरेनियम धातु प्राप्त होती है। सहायता से या सामान्य रूप से प्राप्त किया गया।

भौतिक गुण

यूरेनियम एक बहुत भारी, चांदी-सफेद, चमकदार धातु है। अपने शुद्ध रूप में, यह स्टील की तुलना में थोड़ा नरम, लचीला, लचीला होता है और इसमें थोड़ा पैरामैग्नेटिक गुण होते हैं। यूरेनियम के तीन एलोट्रोपिक रूप हैं: अल्फा (प्रिज्मीय, 667.7 डिग्री सेल्सियस तक स्थिर), बीटा (टेट्रागोनल, 667.7 से 774.8 डिग्री सेल्सियस तक स्थिर), गामा (एक शरीर-केंद्रित घन संरचना के साथ, 774.8 डिग्री सेल्सियस से पिघलने बिंदु तक विद्यमान) ).

रासायनिक गुण

यूरेनियम धातु की रासायनिक सक्रियता अधिक होती है। हवा में यह एक इंद्रधनुषी फिल्म से ढक जाता है। पाउडर यूरेनियम, यह 150-175 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर स्वचालित रूप से प्रज्वलित होता है। यूरेनियम के दहन और हवा में इसके कई यौगिकों के थर्मल अपघटन के दौरान, यूरेनियम ऑक्साइड यू 3 ओ 8 बनता है। यदि इस ऑक्साइड को 500°C से ऊपर के वातावरण में गर्म किया जाए तो UO2 बनता है। जब यूरेनियम ऑक्साइड अन्य धातुओं के ऑक्साइड के साथ संलयन करते हैं, तो यूरेनेट बनते हैं: K 2 UO 4 (पोटेशियम यूरेनेट), CaUO 4 (कैल्शियम यूरेनेट), Na 2 U 2 O 7 (सोडियम ड्यूरेनेट)।

आवेदन

परमाणु ईंधन

सबसे बड़ा उपयोग यूरेनियम 235 यू का है, जिसमें आत्मनिर्भरता संभव है। इसलिए, इस आइसोटोप का उपयोग ईंधन के रूप में किया जाता है, साथ ही (महत्वपूर्ण द्रव्यमान लगभग 48 किलोग्राम) में भी किया जाता है। प्राकृतिक यूरेनियम से यू 235 आइसोटोप का अलगाव एक जटिल तकनीकी समस्या है (देखें)। यू 238 आइसोटोप उच्च-ऊर्जा न्यूट्रॉन के साथ बमबारी के प्रभाव में विखंडन करने में सक्षम है; इस सुविधा का उपयोग शक्ति बढ़ाने के लिए किया जाता है (थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया द्वारा उत्पन्न न्यूट्रॉन का उपयोग किया जाता है)। न्यूट्रॉन कैप्चर के बाद β-क्षय के परिणामस्वरूप, 238 यू को 239 में परिवर्तित किया जा सकता है, जिसे बाद में परमाणु ईंधन के रूप में उपयोग किया जाता है।

यूरेनियम-233, रिएक्टरों में कृत्रिम रूप से उत्पादित (न्यूट्रॉन के साथ विकिरण द्वारा और फिर यूरेनियम-233 में बदलकर) परमाणु ऊर्जा संयंत्रों और परमाणु बमों (लगभग 16 किलो का महत्वपूर्ण द्रव्यमान) के उत्पादन के लिए एक परमाणु ईंधन है। गैस-चरण परमाणु रॉकेट इंजन के लिए यूरेनियम-233 भी सबसे आशाजनक ईंधन है।

अन्य अनुप्रयोगों

• यूरेनियम का एक छोटा सा मिश्रण कांच को एक सुंदर हरा-पीला रंग देता है।
• नाइओबियम कार्बाइड और ज़िरकोनियम कार्बाइड के साथ मिश्रित यूरेनियम-235 कार्बाइड का उपयोग परमाणु जेट इंजन (कार्यशील द्रव - हाइड्रोजन + हेक्सेन) के लिए ईंधन के रूप में किया जाता है।
• लौह और घटे हुए यूरेनियम (यूरेनियम-238) की मिश्रधातुओं का उपयोग शक्तिशाली मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव सामग्री के रूप में किया जाता है।
• बीसवीं सदी की शुरुआत में यूरेनिल नाइट्रेटरंगा हुआ फोटोग्राफिक प्रिंट तैयार करने के लिए एक पौरुष एजेंट के रूप में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता था।

समाप्त यूरेनियम

प्राकृतिक यूरेनियम से U-235 निकाले जाने के बाद, शेष सामग्री को "अक्षय यूरेनियम" कहा जाता है क्योंकि इसमें 235 आइसोटोप समाप्त हो जाता है। कुछ अनुमानों के अनुसार, संयुक्त राज्य अमेरिका में लगभग 560,000 टन घटे हुए यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड (यूएफ 6) संग्रहीत हैं। नष्ट हुआ यूरेनियम प्राकृतिक यूरेनियम की तुलना में आधा रेडियोधर्मी है, इसका मुख्य कारण इसमें से U-234 का निष्कासन है। चूँकि यूरेनियम का प्राथमिक उपयोग ऊर्जा उत्पादन है, क्षीण यूरेनियम कम आर्थिक मूल्य वाला एक बेकार उत्पाद है।

इसका मुख्य उपयोग यूरेनियम के उच्च घनत्व और इसकी अपेक्षाकृत कम लागत के कारण है: इसका उपयोग विकिरण सुरक्षा (अजीब बात है) और विमान की नियंत्रण सतहों जैसे एयरोस्पेस अनुप्रयोगों में गिट्टी के रूप में किया जाता है। प्रत्येक विमान में इन उद्देश्यों के लिए 1,500 किलोग्राम क्षीण यूरेनियम होता है। इस सामग्री का उपयोग उच्च गति वाले जाइरोस्कोप रोटर्स, बड़े फ्लाईव्हील, अंतरिक्ष लैंडर्स और रेसिंग नौकाओं में गिट्टी के रूप में और तेल के कुओं की ड्रिलिंग करते समय भी किया जाता है।

कवच-भेदी प्रक्षेप्य कोर

यूरेनियम का सबसे प्रसिद्ध उपयोग अमेरिकी के लिए कोर के रूप में है। जब 2% या 0.75% के साथ मिश्रित किया जाता है और गर्मी उपचार किया जाता है (पानी या तेल में 850 डिग्री सेल्सियस तक गर्म धातु की त्वरित शमन, 5 घंटे के लिए 450 डिग्री सेल्सियस पर रखा जाता है), तो यूरेनियम धातु कठोर और मजबूत हो जाती है (तन्यता ताकत 1600 से अधिक है) एमपीए, जबकि, शुद्ध यूरेनियम के लिए यह 450 एमपीए के बराबर है)। इसके उच्च घनत्व के साथ मिलकर, यह कठोर यूरेनियम पिंड को एक अत्यंत प्रभावी कवच ​​भेदन उपकरण बनाता है, जो प्रभावशीलता में अधिक महंगे के समान है। कवच को नष्ट करने की प्रक्रिया के साथ यूरेनियम सुअर को धूल में पीसना और कवच के दूसरी तरफ हवा में उसका प्रज्वलित होना शामिल है। ऑपरेशन डेजर्ट स्टॉर्म के दौरान युद्ध के मैदान में लगभग 300 टन नष्ट हुआ यूरेनियम रह गया (ज्यादातर A-10 हमले वाले विमान की 30 मिमी GAU-8 तोप से गोले के अवशेष, प्रत्येक गोले में 272 ग्राम यूरेनियम मिश्र धातु थी)।

ऐसे गोले का इस्तेमाल नाटो सैनिकों द्वारा यूगोस्लाविया के क्षेत्र में युद्ध अभियानों में किया गया था। उनके आवेदन के बाद, देश के क्षेत्र के विकिरण प्रदूषण की पर्यावरणीय समस्या पर चर्चा की गई।

घटे हुए यूरेनियम का उपयोग टैंक जैसे आधुनिक टैंक कवच में किया जाता है।

शारीरिक क्रिया

यह पौधों, जानवरों और मनुष्यों के ऊतकों में सूक्ष्म मात्रा (10 -5 -10 -8%) में पाया जाता है। यह कुछ कवक और शैवाल द्वारा सबसे अधिक मात्रा में जमा होता है। यूरेनियम यौगिक जठरांत्र संबंधी मार्ग (लगभग 1%) में, फेफड़ों में - 50% अवशोषित होते हैं। शरीर में मुख्य डिपो: प्लीहा, और ब्रोंकोपुलमोनरी। मनुष्यों और जानवरों के अंगों और ऊतकों में सामग्री 10 -7 ग्राम से अधिक नहीं होती है।

यूरेनियम और उसके यौगिक विषाक्त. यूरेनियम और उसके यौगिकों के एरोसोल विशेष रूप से खतरनाक हैं। पानी में घुलनशील यूरेनियम यौगिकों के एरोसोल के लिए, हवा में एमपीसी 0.015 mg/m 3 है, यूरेनियम के अघुलनशील रूपों के लिए 0.075 mg/m 3 है। जब यूरेनियम शरीर में प्रवेश करता है, तो यह एक सामान्य सेलुलर जहर होने के कारण सभी अंगों को प्रभावित करता है। यूरेनियम की क्रिया का आणविक तंत्र इसकी गतिविधि को दबाने की क्षमता से संबंधित है। सबसे पहले, वे प्रभावित होते हैं (मूत्र में प्रोटीन और चीनी दिखाई देते हैं)। पुराने मामलों में, हेमटोपोइजिस और तंत्रिका तंत्र के विकार संभव हैं।

विश्व में यूरेनियम खनन

2005 में जारी "रेड बुक ऑन यूरेनियम" के अनुसार, 41,250 टन यूरेनियम का खनन किया गया था (2003 में - 35,492 टन)। ओईसीडी के आंकड़ों के अनुसार, दुनिया में 440 वाणिज्यिक उद्यम संचालित हैं, जो प्रति वर्ष 67 हजार टन यूरेनियम की खपत करते हैं। इसका मतलब यह है कि इसका उत्पादन इसकी खपत का केवल 60% प्रदान करता है (बाकी पुराने परमाणु हथियारों से बरामद किया जाता है)।

2005-2006 के लिए यू सामग्री द्वारा टन में देश द्वारा उत्पादन।

रूस में उत्पादन

शेष 7% जेएससी दलूर () और जेएससी खियागडा () द्वारा भूमिगत लीचिंग द्वारा प्राप्त किया जाता है।

परिणामी अयस्कों और यूरेनियम सांद्रण को चेपेत्स्क मैकेनिकल प्लांट में संसाधित किया जाता है।

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लेख इस बारे में बात करता है कि रासायनिक तत्व यूरेनियम की खोज कब हुई थी और हमारे समय में इस पदार्थ का उपयोग किन उद्योगों में किया जाता है।

यूरेनियम ऊर्जा और सैन्य उद्योगों का एक रासायनिक तत्व है

हर समय, लोगों ने अत्यधिक कुशल ऊर्जा स्रोतों को खोजने की कोशिश की है, और आदर्श रूप से, तथाकथित बनाने के लिए। दुर्भाग्य से, इसके अस्तित्व की असंभवता 19 वीं शताब्दी में सैद्धांतिक रूप से सिद्ध और उचित थी, लेकिन वैज्ञानिकों ने अभी भी इसे साकार करने की उम्मीद नहीं खोई है किसी ऐसे उपकरण का सपना जो बहुत लंबे समय तक बड़ी मात्रा में "स्वच्छ" ऊर्जा प्रदान करने में सक्षम हो।

यह यूरेनियम जैसे पदार्थ की खोज के साथ आंशिक रूप से महसूस किया गया था। इस नाम के रासायनिक तत्व ने परमाणु रिएक्टरों के विकास का आधार बनाया, जो हमारे समय में पूरे शहरों, पनडुब्बियों, ध्रुवीय जहाजों आदि को ऊर्जा प्रदान करते हैं। सच है, उनकी ऊर्जा को "स्वच्छ" नहीं कहा जा सकता है, लेकिन हाल के वर्षों में कई कंपनियां व्यापक बिक्री के लिए ट्रिटियम पर आधारित कॉम्पैक्ट "परमाणु बैटरी" विकसित कर रही हैं - उनके पास चलने वाले हिस्से नहीं हैं और वे स्वास्थ्य के लिए सुरक्षित हैं।

हालाँकि, इस लेख में हम यूरेनियम नामक रासायनिक तत्व की खोज के इतिहास और उसके नाभिक की विखंडन प्रतिक्रिया की विस्तार से जाँच करेंगे।

परिभाषा

यूरेनियम एक रासायनिक तत्व है जिसकी आवर्त सारणी में परमाणु संख्या 92 है। इसका परमाणु द्रव्यमान 238.029 है। इसे प्रतीक यू द्वारा दर्शाया गया है। सामान्य परिस्थितियों में, यह चांदी जैसे रंग वाली एक घनी, भारी धातु है। अगर हम इसकी रेडियोधर्मिता की बात करें तो यूरेनियम स्वयं कमजोर रेडियोधर्मिता वाला तत्व है। इसमें पूरी तरह से स्थिर आइसोटोप भी नहीं होते हैं। और मौजूदा आइसोटोप में सबसे स्थिर यूरेनियम-338 माना जाता है।

हमने पता लगा लिया है कि यह तत्व क्या है और अब हम इसकी खोज के इतिहास पर नजर डालेंगे।

कहानी

प्राकृतिक यूरेनियम ऑक्साइड जैसे पदार्थ को लोग प्राचीन काल से जानते हैं, और प्राचीन कारीगर इसका उपयोग ग्लेज़ बनाने के लिए करते थे, जिसका उपयोग विभिन्न सिरेमिक से लेकर जलरोधी जहाजों और अन्य उत्पादों को कवर करने के साथ-साथ उनकी सजावट के लिए भी किया जाता था।

इस रासायनिक तत्व की खोज के इतिहास में एक महत्वपूर्ण तारीख 1789 थी। यह तब था जब रसायनज्ञ और जन्म से जर्मन मार्टिन क्लैप्रोथ पहला धात्विक यूरेनियम प्राप्त करने में सक्षम थे। और नए तत्व को इसका नाम आठ साल पहले खोजे गए ग्रह के सम्मान में मिला।

लगभग 50 वर्षों तक, उस समय प्राप्त यूरेनियम को शुद्ध धातु माना जाता था, हालाँकि, 1840 में, फ्रांसीसी रसायनज्ञ यूजीन-मेल्चियोर पेलिगो यह साबित करने में सक्षम थे कि क्लैप्रोथ द्वारा प्राप्त सामग्री, उपयुक्त बाहरी संकेतों के बावजूद, धातु नहीं थी। यूरेनियम ऑक्साइड को छोड़कर सभी। थोड़ी देर बाद, उसी पेलिगो को असली यूरेनियम प्राप्त हुआ - एक बहुत भारी ग्रे धातु। यह तब था जब यूरेनियम जैसे पदार्थ का परमाणु भार पहली बार निर्धारित किया गया था। रासायनिक तत्व को 1874 में दिमित्री मेंडेलीव ने अपने प्रसिद्ध तत्वों की आवर्त सारणी में रखा था, जिसमें मेंडेलीव ने पदार्थ के परमाणु भार को दोगुना कर दिया था। और केवल 12 साल बाद यह प्रयोगात्मक रूप से सिद्ध हो गया कि उनकी गणना में गलती नहीं थी।

रेडियोधर्मिता

लेकिन वैज्ञानिक हलकों में इस तत्व में वास्तव में व्यापक रुचि 1896 में शुरू हुई, जब बेकरेल ने इस तथ्य की खोज की कि यूरेनियम किरणें उत्सर्जित करता है, जिन्हें शोधकर्ता के नाम पर रखा गया था - बेकरेल की किरणें। बाद में, इस क्षेत्र के सबसे प्रसिद्ध वैज्ञानिकों में से एक, मैरी क्यूरी ने इस घटना को रेडियोधर्मिता कहा।

यूरेनियम के अध्ययन में अगली महत्वपूर्ण तिथि 1899 मानी जाती है: तब रदरफोर्ड ने पाया कि यूरेनियम का विकिरण अमानवीय है और दो प्रकारों में विभाजित है - अल्फा और बीटा किरणें। एक साल बाद, पॉल विलार (विलार्ड) ने आज हमें ज्ञात तीसरे और आखिरी प्रकार के रेडियोधर्मी विकिरण की खोज की - तथाकथित गामा किरणें।

सात साल बाद, 1906 में, रदरफोर्ड ने रेडियोधर्मिता के अपने सिद्धांत के आधार पर पहला प्रयोग किया, जिसका उद्देश्य विभिन्न खनिजों की आयु निर्धारित करना था। इन अध्ययनों ने, अन्य बातों के अलावा, सिद्धांत और व्यवहार के निर्माण की नींव रखी

यूरेनियम परमाणु विखंडन

लेकिन, शायद, सबसे महत्वपूर्ण खोज, जिसकी बदौलत शांतिपूर्ण और सैन्य दोनों उद्देश्यों के लिए यूरेनियम का व्यापक खनन और संवर्धन शुरू हुआ, यूरेनियम नाभिक के विखंडन की प्रक्रिया है। यह 1938 में हुआ था, यह खोज जर्मन भौतिकविदों ओटो हैन और फ्रिट्ज़ स्ट्रैसमैन ने की थी। बाद में, इस सिद्धांत को कई और जर्मन भौतिकविदों के कार्यों में वैज्ञानिक पुष्टि मिली।

उनके द्वारा खोजे गए तंत्र का सार इस प्रकार था: यदि आप यूरेनियम -235 आइसोटोप के नाभिक को न्यूट्रॉन से विकिरणित करते हैं, तो, एक मुक्त न्यूट्रॉन को पकड़कर, यह विखंडन करना शुरू कर देता है। और, जैसा कि हम सभी अब जानते हैं, इस प्रक्रिया के साथ भारी मात्रा में ऊर्जा निकलती है। ऐसा मुख्यतः विकिरण की गतिज ऊर्जा और नाभिक के टुकड़ों के कारण होता है। तो अब हम जानते हैं कि यूरेनियम नाभिक का विखंडन कैसे होता है।

इस तंत्र की खोज और इसके परिणाम शांतिपूर्ण और सैन्य दोनों उद्देश्यों के लिए यूरेनियम के उपयोग के लिए शुरुआती बिंदु हैं।

यदि हम सैन्य उद्देश्यों के लिए इसके उपयोग के बारे में बात करते हैं, तो पहली बार यह सिद्धांत सामने आया कि यूरेनियम नाभिक की निरंतर विखंडन प्रतिक्रिया (चूंकि परमाणु बम को विस्फोट करने के लिए भारी ऊर्जा की आवश्यकता होती है) जैसी प्रक्रिया के लिए स्थितियां बनाना संभव है। सोवियत भौतिकविदों ज़ेल्डोविच और खारिटन ​​द्वारा सिद्ध। लेकिन ऐसी प्रतिक्रिया पैदा करने के लिए, यूरेनियम को समृद्ध किया जाना चाहिए, क्योंकि अपनी सामान्य अवस्था में इसमें आवश्यक गुण नहीं होते हैं।

हम इस तत्व के इतिहास से परिचित हो चुके हैं, अब आइए जानें कि इसका उपयोग कहां-कहां किया जाता है।

यूरेनियम आइसोटोप के अनुप्रयोग और प्रकार

यूरेनियम की श्रृंखला विखंडन प्रतिक्रिया जैसी प्रक्रिया की खोज के बाद, भौतिकविदों के सामने यह सवाल आया कि इसका उपयोग कहां किया जा सकता है?

वर्तमान में, दो मुख्य क्षेत्र हैं जहां यूरेनियम आइसोटोप का उपयोग किया जाता है। ये शांतिपूर्ण (या ऊर्जा) उद्योग और सेना हैं। पहले और दूसरे दोनों यूरेनियम-235 आइसोटोप की प्रतिक्रिया का उपयोग करते हैं, केवल आउटपुट पावर भिन्न होती है। सीधे शब्दों में कहें तो, परमाणु रिएक्टर में इस प्रक्रिया को उतनी शक्ति से बनाने और बनाए रखने की आवश्यकता नहीं होती जितनी किसी परमाणु बम को विस्फोट करने के लिए आवश्यक होती है।

तो, यूरेनियम विखंडन प्रतिक्रिया का उपयोग करने वाले मुख्य उद्योगों को सूचीबद्ध किया गया है।

लेकिन यूरेनियम-235 आइसोटोप प्राप्त करना एक असामान्य रूप से जटिल और महंगा तकनीकी कार्य है, और हर राज्य संवर्धन कारखाने बनाने का जोखिम नहीं उठा सकता है। उदाहरण के लिए, बीस टन यूरेनियम ईंधन प्राप्त करने के लिए, जिसमें यूरेनियम 235 आइसोटोप की सामग्री 3-5% होगी, 153 टन से अधिक प्राकृतिक, "कच्चे" यूरेनियम को समृद्ध करना आवश्यक होगा।

यूरेनियम-238 आइसोटोप का उपयोग मुख्य रूप से परमाणु हथियारों की शक्ति बढ़ाने के लिए उनके डिजाइन में किया जाता है। इसके अलावा, जब यह बीटा क्षय की बाद की प्रक्रिया के साथ न्यूट्रॉन को पकड़ लेता है, तो यह आइसोटोप अंततः प्लूटोनियम -239 में बदल सकता है, जो अधिकांश आधुनिक परमाणु रिएक्टरों के लिए एक सामान्य ईंधन है।

ऐसे रिएक्टरों की सभी कमियों (उच्च लागत, रखरखाव की कठिनाई, दुर्घटना का जोखिम) के बावजूद, उनका संचालन बहुत जल्दी फल देता है, और वे शास्त्रीय थर्मल या पनबिजली संयंत्रों की तुलना में अतुलनीय रूप से अधिक ऊर्जा का उत्पादन करते हैं।

प्रतिक्रिया ने सामूहिक विनाश के परमाणु हथियार बनाना भी संभव बना दिया। यह अपनी विशाल ताकत, सापेक्ष सघनता और इस तथ्य से प्रतिष्ठित है कि यह भूमि के बड़े क्षेत्रों को मानव निवास के लिए अनुपयुक्त बनाने में सक्षम है। सच है, आधुनिक परमाणु हथियार प्लूटोनियम का उपयोग करते हैं, यूरेनियम का नहीं।

समाप्त यूरेनियम

एक प्रकार का यूरेनियम भी होता है जिसे क्षीण कहा जाता है। इसमें रेडियोधर्मिता का स्तर बहुत कम है, जिसका अर्थ है कि यह लोगों के लिए खतरनाक नहीं है। इसे फिर से सैन्य क्षेत्र में उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, इसे अतिरिक्त ताकत देने के लिए अमेरिकी अब्राम्स टैंक के कवच में जोड़ा जाता है। इसके अलावा, लगभग सभी हाई-टेक सेनाओं में आप विभिन्न प्रकार की सेनाएं पा सकते हैं। उनके उच्च द्रव्यमान के अलावा, उनके पास एक और बहुत दिलचस्प संपत्ति है - एक प्रक्षेप्य के नष्ट होने के बाद, इसके टुकड़े और धातु की धूल अनायास ही प्रज्वलित हो जाती है। और वैसे, इस तरह के प्रक्षेप्य का उपयोग पहली बार द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान किया गया था। जैसा कि हम देखते हैं, यूरेनियम एक ऐसा तत्व है जिसने मानव गतिविधि के विभिन्न क्षेत्रों में आवेदन पाया है।

निष्कर्ष

वैज्ञानिकों के पूर्वानुमान के अनुसार, 2030 के आसपास सभी बड़े यूरेनियम भंडार पूरी तरह से समाप्त हो जाएंगे, जिसके बाद इसकी दुर्गम परतों का विकास शुरू हो जाएगा और कीमत बढ़ जाएगी। वैसे, यह स्वयं लोगों के लिए बिल्कुल हानिरहित है - कुछ खनिक पूरी पीढ़ियों से इसके निष्कर्षण पर काम कर रहे हैं। अब हम इस रासायनिक तत्व की खोज के इतिहास को समझते हैं और इसके नाभिक की विखंडन प्रतिक्रिया का उपयोग कैसे किया जाता है।

वैसे, एक दिलचस्प तथ्य ज्ञात है - यूरेनियम यौगिकों का उपयोग लंबे समय तक चीनी मिट्टी के बरतन और कांच के लिए पेंट के रूप में किया जाता था (तथाकथित 1950 के दशक तक)।

; परमाणु क्रमांक 92, परमाणु द्रव्यमान 238.029; धातु। प्राकृतिक यूरेनियम में तीन समस्थानिकों का मिश्रण होता है: 238 यू - 99.2739% अर्ध-जीवन के साथ टी ½ = 4.51 10 9 वर्ष, 235 यू - 0.7024% (टी ½ = 7.13 10 8 वर्ष) और 234 यू - 0.0057% (टी) ½ = 2.48·10 5 वर्ष)।

227 से 240 तक द्रव्यमान संख्या वाले 11 कृत्रिम रेडियोधर्मी आइसोटोप में से, लंबे समय तक जीवित रहने वाला आइसोटोप 233 यू (टी ½ = 1.62·10 5 वर्ष) है; यह थोरियम के न्यूट्रॉन विकिरण द्वारा प्राप्त किया जाता है। 238 यू और 235 यू दो रेडियोधर्मी श्रृंखलाओं के पूर्वज हैं।

ऐतिहासिक सन्दर्भ.यूरेनियम की खोज 1789 में जर्मन रसायनज्ञ एम. जी. क्लाप्रोथ ने की थी और इसका नाम उन्होंने यूरेनस ग्रह के सम्मान में रखा था, जिसे 1781 में डब्ल्यू. हर्शेल ने खोजा था। धात्विक अवस्था में, यूरेनियम 1841 में फ्रांसीसी रसायनज्ञ ई. पेलिगो द्वारा कटौती के दौरान प्राप्त किया गया था। पोटेशियम धातु के साथ यूसीएल 4 का। प्रारंभ में, यूरेनस को 120 का परमाणु द्रव्यमान सौंपा गया था, और केवल 1871 में डी.आई. मेंडेलीव इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि यह मान दोगुना किया जाना चाहिए।

लंबे समय तक, यूरेनियम केवल रसायनज्ञों के एक संकीर्ण समूह के लिए दिलचस्पी का विषय था और इसका उपयोग पेंट और कांच के उत्पादन में सीमित था। 1896 में यूरेनियम और 1898 में रेडियम में रेडियोधर्मिता की घटना की खोज के साथ, वैज्ञानिक अनुसंधान और चिकित्सा में रेडियम निकालने और उपयोग करने के लिए यूरेनियम अयस्कों का औद्योगिक प्रसंस्करण शुरू हुआ। 1942 से, 1939 में परमाणु विखंडन की खोज के बाद, यूरेनियम मुख्य परमाणु ईंधन बन गया है।

प्रकृति में यूरेनस का वितरण.यूरेनियम ग्रेनाइट परत और पृथ्वी की पपड़ी के तलछटी खोल के लिए एक विशिष्ट तत्व है। पृथ्वी की पपड़ी (क्लार्क) में यूरेनियम की औसत सामग्री द्रव्यमान के अनुसार 2.5 · 10 -4%, अम्लीय आग्नेय चट्टानों में 3.5 · 10 -4%, मिट्टी और शैलों में 3.2 · 10 -4%, मूल चट्टानों में 5 ·10 -5% है। , मेंटल की अल्ट्राबेसिक चट्टानों में 3·10 -7%। यूरेनियम सरल और जटिल आयनों के रूप में, विशेष रूप से कार्बोनेट कॉम्प्लेक्स के रूप में, ठंडे और गर्म, तटस्थ और क्षारीय पानी में तीव्रता से प्रवास करता है। रेडॉक्स प्रतिक्रियाएं यूरेनियम की भू-रसायन विज्ञान में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं, क्योंकि यूरेनियम यौगिक, एक नियम के रूप में, ऑक्सीकरण वाले वातावरण वाले पानी में अत्यधिक घुलनशील होते हैं और कम करने वाले वातावरण वाले पानी में खराब घुलनशील होते हैं (उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन सल्फाइड)।

लगभग 100 यूरेनियम खनिज ज्ञात हैं; उनमें से 12 औद्योगिक महत्व के हैं। भूवैज्ञानिक इतिहास के दौरान, रेडियोधर्मी क्षय के कारण पृथ्वी की पपड़ी में यूरेनियम की मात्रा कम हो गई है; यह प्रक्रिया पृथ्वी की पपड़ी में Pb और He परमाणुओं के संचय से जुड़ी है। यूरेनियम का रेडियोधर्मी क्षय पृथ्वी की पपड़ी की ऊर्जा में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, जो गहरी गर्मी का एक महत्वपूर्ण स्रोत है।

यूरेनियम के भौतिक गुण.यूरेनियम का रंग स्टील के समान होता है और इसे संसाधित करना आसान होता है। इसमें तीन एलोट्रोपिक संशोधन हैं - चरण परिवर्तन तापमान के साथ α, β और γ: α → β 668.8 °C, β → γ 772.2 °C; α-रूप में एक समचतुर्भुज जाली है (a = 2.8538Å, b = 5.8662Å, c = 4.9557Å), β-रूप में एक चतुष्कोणीय जाली है (720 डिग्री सेल्सियस पर a = 10.759Å, b = 5.656Å), γ-रूप - शरीर-केंद्रित घन जाली (850 डिग्री सेल्सियस पर ए = 3.538 Å)। α-रूप (25 डिग्री सेल्सियस) में यूरेनियम का घनत्व 19.05 ग्राम/सेमी 3 है; टी पीएल 1132 डिग्री सेल्सियस; क्वथनांक 3818 डिग्री सेल्सियस; तापीय चालकता (100-200 डिग्री सेल्सियस), 28.05 डब्लू/(एम के), (200-400 डिग्री सेल्सियस) 29.72 डब्लू/(एम के); विशिष्ट ताप क्षमता (25 डिग्री सेल्सियस) 27.67 केजे/(किग्रा के); कमरे के तापमान पर विशिष्ट विद्युत प्रतिरोधकता लगभग 3·10 -7 ओम·सेमी, 600 डिग्री सेल्सियस पर 5.5·10 -7 ओम·सेमी है; 0.68 K पर अतिचालकता है; कमजोर अनुचुंबकीय, कमरे के तापमान पर विशिष्ट चुंबकीय संवेदनशीलता 1.72·10 -6।

यूरेनियम के यांत्रिक गुण इसकी शुद्धता और यांत्रिक और थर्मल उपचार के तरीकों पर निर्भर करते हैं। कास्ट यूरेनियम के लिए लोचदार मापांक का औसत मूल्य 20.5·10 -2 Mn/m 2 है; कमरे के तापमान पर तन्य शक्ति 372-470 एमएन/एम2; β- और γ-चरणों से सख्त होने के बाद ताकत बढ़ जाती है; औसत ब्रिनेल कठोरता 19.6-21.6·10 2 एमएन/एम 2।

न्यूट्रॉन प्रवाह द्वारा विकिरण (जो एक परमाणु रिएक्टर में होता है) यूरेनियम के भौतिक और यांत्रिक गुणों को बदल देता है: रेंगना विकसित होता है और नाजुकता बढ़ जाती है, उत्पादों का विरूपण देखा जाता है, जो विभिन्न यूरेनियम के रूप में परमाणु रिएक्टरों में यूरेनियम के उपयोग को मजबूर करता है मिश्र।

यूरेनियम एक रेडियोधर्मी तत्व है. नाभिक 235 यू और 233 यू का विखंडन अनायास होता है, साथ ही 508 10 -24 सेमी 2 (508 खलिहान) और 533 10 -24 सेमी 2 (533 खलिहान) के प्रभावी विखंडन क्रॉस सेक्शन के साथ धीमी (थर्मल) और तेज न्यूट्रॉन दोनों को पकड़ने पर ) क्रमशः। कम से कम 1 MeV की ऊर्जा वाले केवल तेज़ न्यूट्रॉन को कैप्चर करने पर 238 यू नाभिक विखंडन; धीमे न्यूट्रॉन को पकड़ने पर, 238 यू 239 पु में बदल जाता है, जिसके परमाणु गुण 235 यू के करीब होते हैं। जलीय घोल में यूरेनियम (93.5% 235 यू) का महत्वपूर्ण द्रव्यमान 1 किलो से कम है, एक खुली गेंद के लिए - लगभग 50 किग्रा, परावर्तक वाली गेंद के लिए - 15-23 किग्रा; क्रांतिक द्रव्यमान 233 यू, क्रांतिक द्रव्यमान 235 यू का लगभग 1/3 है।

यूरेनियम के रासायनिक गुण.यूरेनियम परमाणु के बाहरी इलेक्ट्रॉन कोश का विन्यास 7s 2 6d l 5f 3 है। यूरेनियम एक प्रतिक्रियाशील धातु है; यौगिकों में यह +3, +4, +5, +6, कभी-कभी +2 की ऑक्सीकरण अवस्था प्रदर्शित करता है; सबसे स्थिर यौगिक U (IV) और U (VI) हैं। हवा में यह सतह पर ऑक्साइड (IV) फिल्म के निर्माण के साथ धीरे-धीरे ऑक्सीकरण करता है, जो धातु को आगे ऑक्सीकरण से नहीं बचाता है। अपनी चूर्णित अवस्था में, यूरेनियम ज्वरनाशक होता है और तेज लौ के साथ जलता है। ऑक्सीजन के साथ यह ऑक्साइड (IV) UO 2, ऑक्साइड (VI) UO 3 और बड़ी संख्या में मध्यवर्ती ऑक्साइड बनाता है, जिनमें से सबसे महत्वपूर्ण U 3 O 8 है। इन मध्यवर्ती ऑक्साइडों में यूओ 2 और यूओ 3 के समान गुण होते हैं। उच्च तापमान पर, यूओ 2 में यूओ 1.60 से यूओ 2.27 तक एकरूपता की विस्तृत श्रृंखला होती है। 500-600 डिग्री सेल्सियस पर फ्लोरीन के साथ यह यूएफ 4 टेट्राफ्लोराइड (हरे सुई के आकार के क्रिस्टल, पानी और एसिड में थोड़ा घुलनशील) और यूएफ 6 हेक्साफ्लोराइड (एक सफेद क्रिस्टलीय पदार्थ जो 56.4 डिग्री सेल्सियस पर पिघले बिना उर्ध्वपातित होता है) बनाता है; सल्फर के साथ - कई यौगिक, जिनमें से यूएस (परमाणु ईंधन) सबसे महत्वपूर्ण है। जब यूरेनियम 220 डिग्री सेल्सियस पर हाइड्रोजन के साथ संपर्क करता है, तो हाइड्राइड यूएच 3 प्राप्त होता है; 450 से 700 डिग्री सेल्सियस और वायुमंडलीय दबाव के तापमान पर नाइट्रोजन के साथ - यू 4 एन 7 नाइट्राइड; उच्च नाइट्रोजन दबाव और समान तापमान पर, यूएन, यू 2 एन 3 और यूएन 2 प्राप्त किया जा सकता है; 750-800 डिग्री सेल्सियस पर कार्बन के साथ - मोनोकार्बाइड यूसी, डाइकार्बाइड यूसी 2, साथ ही यू 2 सी 3; धातुओं के साथ यह विभिन्न प्रकार की मिश्र धातुएँ बनाता है। यूरेनियम उबलते पानी के साथ धीरे-धीरे प्रतिक्रिया करके यूओ 2 एनएच 2 बनाता है, जल वाष्प के साथ - 150-250 डिग्री सेल्सियस के तापमान रेंज में; हाइड्रोक्लोरिक और नाइट्रिक एसिड में घुलनशील, सांद्र हाइड्रोफ्लोरिक एसिड में थोड़ा घुलनशील। U(VI) की विशेषता यूरेनिल आयन UO 2 2+ का निर्माण है; यूरेनिल लवण पीले रंग के होते हैं और पानी और खनिज एसिड में अत्यधिक घुलनशील होते हैं; यू(IV) लवण हरे और कम घुलनशील होते हैं; यूरेनिल आयन अकार्बनिक और कार्बनिक दोनों पदार्थों के साथ जलीय घोल में जटिल निर्माण में बेहद सक्षम है; प्रौद्योगिकी के लिए सबसे महत्वपूर्ण हैं कार्बोनेट, सल्फेट, फ्लोराइड, फॉस्फेट और अन्य कॉम्प्लेक्स। बड़ी संख्या में यूरेनेट्स (शुद्ध रूप में पृथक नहीं किए गए यूरेनिक एसिड के लवण) ज्ञात हैं, जिनकी संरचना उत्पादन की स्थितियों के आधार पर भिन्न होती है; सभी यूरेनेट्स की पानी में घुलनशीलता कम होती है।

यूरेनियम और उसके यौगिक विकिरण और रासायनिक रूप से विषाक्त हैं। व्यावसायिक जोखिम के लिए अधिकतम अनुमेय खुराक (एमएडी) प्रति वर्ष 5 रेम है।

यूरेनस प्राप्त करना।यूरेनियम 0.05-0.5% यू वाले यूरेनियम अयस्कों से प्राप्त किया जाता है। रेडियम के γ-विकिरण के आधार पर सीमित रेडियोमेट्रिक सॉर्टिंग विधि के अपवाद के साथ, अयस्कों को व्यावहारिक रूप से समृद्ध नहीं किया जाता है, जो हमेशा यूरेनियम के साथ होता है। मूल रूप से, अयस्कों को सल्फ्यूरिक, कभी-कभी नाइट्रिक एसिड या सोडा के घोल के साथ यूरेनियम को यूओ 2 एसओ 4 या जटिल आयनों 4- के रूप में एक अम्लीय घोल में और सोडा घोल में - 4 के रूप में स्थानांतरित करके निक्षालित किया जाता है। -. समाधानों और गूदों से यूरेनियम को निकालने और सांद्रित करने के लिए, साथ ही इसे अशुद्धियों से शुद्ध करने के लिए, आयन एक्सचेंज रेजिन पर सोखना और कार्बनिक सॉल्वैंट्स (ट्राइब्यूटाइल फॉस्फेट, एल्काइलोफॉस्फोरिक एसिड, एमाइन) के साथ निष्कर्षण का उपयोग किया जाता है। इसके बाद, अमोनियम या सोडियम यूरेनेट्स या यू(ओएच) 4 हाइड्रॉक्साइड को क्षार मिलाकर घोल से अवक्षेपित किया जाता है। उच्च शुद्धता के यौगिक प्राप्त करने के लिए, तकनीकी उत्पादों को नाइट्रिक एसिड में घोल दिया जाता है और शोधन शुद्धिकरण कार्यों के अधीन किया जाता है, जिसके अंतिम उत्पाद यूओ 3 या यू 3 ओ 8 होते हैं; इन ऑक्साइडों को 650-800 डिग्री सेल्सियस पर हाइड्रोजन या पृथक अमोनिया द्वारा यूओ 2 में कम किया जाता है, इसके बाद 500-600 डिग्री सेल्सियस पर हाइड्रोजन फ्लोराइड गैस के साथ उपचार द्वारा इसे यूएफ 4 में परिवर्तित किया जाता है। यूएफ 4 को घोल से हाइड्रोफ्लोरिक एसिड के साथ क्रिस्टलीय हाइड्रेट यूएफ 4 एनएच 2 ओ के अवक्षेपण द्वारा भी प्राप्त किया जा सकता है, इसके बाद हाइड्रोजन की धारा में 450 डिग्री सेल्सियस पर उत्पाद का निर्जलीकरण किया जा सकता है। उद्योग में, यूएफ 4 से यूरेनियम प्राप्त करने की मुख्य विधि इसकी कैल्शियम-थर्मल या मैग्नीशियम-थर्मल कमी है जिसमें यूरेनियम को 1.5 टन वजन वाले सिल्लियों के रूप में छोड़ा जाता है। सिल्लियों को वैक्यूम भट्टियों में परिष्कृत किया जाता है।

यूरेनियम प्रौद्योगिकी में एक बहुत ही महत्वपूर्ण प्रक्रिया अयस्कों में प्राकृतिक सामग्री के ऊपर इसके 235 यू आइसोटोप का संवर्धन या इस आइसोटोप को इसके शुद्ध रूप में अलग करना है, क्योंकि 235 यू मुख्य परमाणु ईंधन है; यह 238 यू और 235 यू के द्रव्यमान में अंतर के आधार पर गैस थर्मल प्रसार, केन्द्रापसारक और अन्य तरीकों से किया जाता है; पृथक्करण प्रक्रियाओं में, यूरेनियम का उपयोग वाष्पशील हेक्साफ्लोराइड यूएफ 6 के रूप में किया जाता है। अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम या आइसोटोप प्राप्त करते समय, उनके महत्वपूर्ण द्रव्यमान को ध्यान में रखा जाता है; इस मामले में सबसे सुविधाजनक तरीका कैल्शियम के साथ यूरेनियम ऑक्साइड की कमी है; परिणामस्वरूप CaO स्लैग एसिड में घुलकर यूरेनियम से आसानी से अलग हो जाता है। पाउडर यूरेनियम, ऑक्साइड (IV), कार्बाइड, नाइट्राइड और अन्य दुर्दम्य यौगिकों को प्राप्त करने के लिए, पाउडर धातु विज्ञान विधियों का उपयोग किया जाता है।

यूरेनस का अनुप्रयोग.यूरेनियम धातु या इसके यौगिकों का उपयोग मुख्य रूप से परमाणु रिएक्टरों में परमाणु ईंधन के रूप में किया जाता है। यूरेनियम आइसोटोप का एक प्राकृतिक या कम-संवर्धित मिश्रण परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के स्थिर रिएक्टरों में उपयोग किया जाता है, एक अत्यधिक समृद्ध उत्पाद का उपयोग परमाणु ऊर्जा संयंत्रों या तेज़ न्यूट्रॉन पर चलने वाले रिएक्टरों में किया जाता है। परमाणु हथियारों में 235 यू परमाणु ऊर्जा का स्रोत है। 238 यू द्वितीयक परमाणु ईंधन - प्लूटोनियम के स्रोत के रूप में कार्य करता है।

शरीर में यूरेनियम.यह पौधों, जानवरों और मनुष्यों के ऊतकों में सूक्ष्म मात्रा (10 -5 -10 -8%) में पाया जाता है। पौधे की राख में (मिट्टी में लगभग 10 -4% यूरेनियम सामग्री के साथ), इसकी सांद्रता 1.5·10 -5% है। सबसे बड़ी सीमा तक, यूरेनियम कुछ कवक और शैवाल द्वारा जमा किया जाता है (बाद वाले पानी - जलीय पौधों - मछली - मनुष्यों की श्रृंखला के साथ यूरेनियम के बायोजेनिक प्रवास में सक्रिय रूप से भाग लेते हैं)। यूरेनियम गैस्ट्रोइंटेस्टाइनल ट्रैक्ट में भोजन और पानी के साथ, श्वसन पथ में हवा के साथ-साथ त्वचा और श्लेष्म झिल्ली के माध्यम से जानवरों और मनुष्यों के शरीर में प्रवेश करता है। यूरेनियम यौगिक जठरांत्र संबंधी मार्ग में अवशोषित होते हैं - घुलनशील यौगिकों की आने वाली मात्रा का लगभग 1% और विरल रूप से घुलनशील यौगिकों का 0.1% से अधिक नहीं; क्रमशः 50% और 20% फेफड़ों में अवशोषित होते हैं। यूरेनियम शरीर में असमान रूप से वितरित होता है। मुख्य डिपो (जमाव और संचय के स्थान) प्लीहा, गुर्दे, कंकाल, यकृत और, जब खराब घुलनशील यौगिकों को अंदर लेते हैं, तो फेफड़े और ब्रोंकोपुलमोनरी लिम्फ नोड्स होते हैं। यूरेनियम (कार्बोनेट और प्रोटीन के साथ कॉम्प्लेक्स के रूप में) लंबे समय तक रक्त में प्रसारित नहीं होता है। जानवरों और मनुष्यों के अंगों और ऊतकों में यूरेनियम की मात्रा 10 -7 ग्राम/ग्राम से अधिक नहीं होती है। इस प्रकार, मवेशियों के रक्त में 1·10 -8 ग्राम/एमएल, यकृत में 8·10 -8 ग्राम/ग्राम, मांसपेशियां 4·10 -11 ग्राम/ग्राम, प्लीहा में 9·10 8-8 ग्राम/ग्राम होता है। मानव अंगों में यूरेनियम की मात्रा है: यकृत में 6·10 -9 ग्राम/ग्राम, फेफड़ों में 6·10 -9 -9·10 -9 ग्राम/ग्राम, प्लीहा में 4.7·10 -7 ग्राम/ग्राम , रक्त में 4-10 -10 ग्राम/एमएल, गुर्दे में 5.3·10 -9 (कॉर्टिकल परत) और 1.3·10 -8 ग्राम/ग्राम (मेडुलरी परत), हड्डियों में 1·10 -9 ग्राम/ग्राम , अस्थि मज्जा में 1-10 -8 ग्राम/ग्राम, बालों में 1.3·10 -7 ग्राम/ग्राम। हड्डी के ऊतकों में निहित यूरेनियम इसके निरंतर विकिरण का कारण बनता है (कंकाल से यूरेनियम का आधा जीवन लगभग 300 दिन है)। यूरेनियम की सबसे कम सांद्रता मस्तिष्क और हृदय (10 -10 ग्राम/ग्राम) में होती है। भोजन और तरल पदार्थों के साथ यूरेनियम का दैनिक सेवन 1.9·10 -6 ग्राम है, हवा के साथ - 7·10 -9 ग्राम। मानव शरीर से यूरेनियम का दैनिक उत्सर्जन है: मूत्र के साथ 0.5·10 -7 - 5·10 - 7 ग्राम, मल के साथ - 1.4·10 -6 -1.8·10 -6 ग्राम, बालों के साथ - 2·10 -8 ग्राम।

अंतर्राष्ट्रीय विकिरण संरक्षण आयोग के अनुसार, मानव शरीर में यूरेनियम की औसत सामग्री 9·10 -5 ग्राम है। यह मान विभिन्न क्षेत्रों के लिए भिन्न हो सकता है। ऐसा माना जाता है कि यूरेनियम जानवरों और पौधों के सामान्य कामकाज के लिए आवश्यक है।

यूरेनियम का विषैला प्रभाव इसके रासायनिक गुणों से निर्धारित होता है और घुलनशीलता पर निर्भर करता है: यूरेनियम और यूरेनियम के अन्य घुलनशील यौगिक अधिक विषैले होते हैं। यूरेनियम और उसके यौगिकों द्वारा विषाक्तता यूरेनियम कच्चे माल और अन्य औद्योगिक सुविधाओं के निष्कर्षण और प्रसंस्करण के लिए उद्यमों में संभव है जहां इसका उपयोग तकनीकी प्रक्रिया में किया जाता है। जब यह शरीर में प्रवेश करता है, तो यूरेनियम एक सामान्य सेलुलर जहर होने के कारण सभी अंगों और ऊतकों को प्रभावित करता है। विषाक्तता के लक्षण गुर्दे की प्राथमिक क्षति (मूत्र में प्रोटीन और शर्करा की उपस्थिति, बाद में ओलिगुरिया) के कारण होते हैं; यकृत और जठरांत्र संबंधी मार्ग भी प्रभावित होते हैं। तीव्र और जीर्ण विषाक्तता हैं; उत्तरार्द्ध को क्रमिक विकास और कम गंभीर लक्षणों की विशेषता है। क्रोनिक नशा के साथ, हेमटोपोइजिस, तंत्रिका तंत्र आदि के विकार संभव हैं। ऐसा माना जाता है कि यूरेनियम की कार्रवाई का आणविक तंत्र एंजाइमों की गतिविधि को दबाने की क्षमता से जुड़ा हुआ है।

यूरेनस (कुछ ही समय पहले खोजे गए ग्रह यूरेनस के नाम पर; अव्य. यूरेनियम * ए. यूरेनियम; एन. यूरेन; एफ. यूरेनियम; आई. यूरेनियो), यू, मेंडेलीव आवधिक प्रणाली के समूह III का एक रेडियोधर्मी रासायनिक तत्व है, परमाणु संख्या 92, परमाणु द्रव्यमान 238.0289, एक्टिनाइड्स से संबंधित है। प्राकृतिक यूरेनियम में तीन समस्थानिकों का मिश्रण होता है: 238 यू (99.282%, टी 1/2 4,468.10 9 वर्ष), 235 यू (0.712%, टी 1/2 0.704.10 9 वर्ष), 234 यू (0.006%, टी 1) /2 0.244.10 6 वर्ष)। यूरेनियम के 11 ज्ञात कृत्रिम रेडियोधर्मी समस्थानिक भी हैं जिनकी द्रव्यमान संख्या 227 से 240 तक है। 238 यू और 235 यू दो प्राकृतिक क्षय श्रृंखला के संस्थापक हैं, जिसके परिणामस्वरूप वे क्रमशः स्थिर आइसोटोप 206 पीबी और 207 पीबी में बदल जाते हैं।

यूरेनियम की खोज 1789 में जर्मन रसायनज्ञ एम. जी. क्लैप्रोथ द्वारा यूओ 2 के रूप में की गई थी। यूरेनियम धातु 1841 में फ्रांसीसी रसायनज्ञ ई. पेलिगोट द्वारा प्राप्त की गई थी। लंबे समय तक, यूरेनियम का उपयोग बहुत सीमित था, और केवल 1896 में रेडियोधर्मिता की खोज के साथ ही इसका अध्ययन और उपयोग शुरू हुआ।

यूरेनियम के गुण

अपनी स्वतंत्र अवस्था में, यूरेनियम एक हल्के भूरे रंग की धातु है; 667.7°C से नीचे यह एक ऑर्थोरोम्बिक (a=0.28538 nm, b=0.58662 nm, c=0.49557 nm) क्रिस्टल जाली (a-संशोधन) की विशेषता है, तापमान सीमा 667.7-774°C में - चतुष्कोणीय (a = 1.0759 nm) , सी = 0.5656 एनएम; जी-संशोधन), उच्च तापमान पर - शरीर-केंद्रित घन जाली (ए = 0.3538 एनएम, जी-संशोधन)। घनत्व 18700 किग्रा/मीटर 3, गलनांक 1135°C, क्वथनांक लगभग 3818°C, दाढ़ ताप क्षमता 27.66 J/(mol.K), विद्युत प्रतिरोधकता 29.0.10 -4 (ओम.m), तापीय चालकता 22, 5 W/(m.K), रैखिक विस्तार का तापमान गुणांक 10.7.10 -6 K -1। यूरेनियम के अतिचालक अवस्था में संक्रमण का तापमान 0.68 K है; कमजोर अनुचुंबकीय, विशिष्ट चुंबकीय संवेदनशीलता 1.72.10 -6। नाभिक 235 यू और 233 यू विखंडन अनायास, साथ ही धीमी और तेज न्यूट्रॉन को पकड़ने पर, 238 यू विखंडन केवल तेज (1 मेव से अधिक) न्यूट्रॉन को पकड़ने पर। जब धीमे न्यूट्रॉन कैप्चर किए जाते हैं, तो 238 यू 239 पु में बदल जाता है। जलीय घोल में यूरेनियम (93.5% 235यू) का क्रांतिक द्रव्यमान 1 किलोग्राम से कम है, एक खुली गेंद के लिए यह लगभग 50 किलोग्राम है; 233 यू के लिए क्रांतिक द्रव्यमान 235 यू के क्रांतिक द्रव्यमान का लगभग 1/3 है।

शिक्षा और प्रकृति में रहना

यूरेनियम का मुख्य उपभोक्ता परमाणु ऊर्जा (परमाणु रिएक्टर, परमाणु ऊर्जा संयंत्र) है। इसके अलावा, यूरेनियम का उपयोग परमाणु हथियार बनाने के लिए किया जाता है। यूरेनियम के उपयोग के अन्य सभी क्षेत्र सख्ती से गौण महत्व के हैं।

यूरेनियम एक रेडियोधर्मी धातु है। प्रकृति में, यूरेनियम में तीन समस्थानिक होते हैं: यूरेनियम-238, यूरेनियम-235 और यूरेनियम-234। स्थिरता का उच्चतम स्तर यूरेनियम-238 में दर्ज किया गया है।

यूरेनियम का रेडियोधर्मी क्षय

रेडियोधर्मी क्षय परमाणु नाभिक की संरचना या आंतरिक संरचना में अचानक परिवर्तन की प्रक्रिया है, जो अस्थिरता की विशेषता है। इस मामले में, प्राथमिक कण, गामा किरणें और/या परमाणु टुकड़े उत्सर्जित होते हैं। रेडियोधर्मी पदार्थों में एक रेडियोधर्मी नाभिक होता है। रेडियोधर्मी क्षय से उत्पन्न संतति केंद्रक भी रेडियोधर्मी बन सकता है और एक निश्चित समय के बाद क्षय से गुजरता है। यह प्रक्रिया तब तक जारी रहती है जब तक रेडियोधर्मिता से रहित एक स्थिर नाभिक नहीं बन जाता। ई. रदरफोर्ड ने 1899 में प्रयोगात्मक रूप से सिद्ध किया कि यूरेनियम लवण तीन प्रकार की किरणें उत्सर्जित करते हैं:

• α-किरणें - धनात्मक आवेशित कणों की एक धारा
• β-किरणें - नकारात्मक आवेशित कणों की एक धारा
• γ-किरणें चुंबकीय क्षेत्र में विचलन उत्पन्न नहीं करती हैं।

यूरेनियम की रेडियोधर्मिता

प्राकृतिक रेडियोधर्मिता ही रेडियोधर्मी यूरेनियम को अन्य तत्वों से अलग करती है। यूरेनियम परमाणु, किसी भी कारक और स्थिति की परवाह किए बिना, धीरे-धीरे बदलते हैं। इस स्थिति में अदृश्य किरणें उत्सर्जित होती हैं। यूरेनियम परमाणुओं के साथ होने वाले परिवर्तनों के बाद, एक अलग रेडियोधर्मी तत्व प्राप्त होता है और प्रक्रिया दोहराई जाती है। गैर-रेडियोधर्मी तत्व प्राप्त करने के लिए वह जितनी बार आवश्यक हो उतनी बार दोहराएगा। उदाहरण के लिए, परिवर्तनों की कुछ श्रृंखलाओं में 14 चरण तक होते हैं। इस मामले में, मध्यवर्ती तत्व रेडियम है, और अंतिम चरण सीसा का निर्माण है। यह धातु रेडियोधर्मी तत्व नहीं है, इसलिए परिवर्तनों की श्रृंखला बाधित होती है। हालाँकि, यूरेनियम को पूरी तरह से सीसे में बदलने में कई अरब साल लग जाते हैं।
रेडियोधर्मी यूरेनियम अयस्क अक्सर यूरेनियम कच्चे माल के खनन और प्रसंस्करण में शामिल उद्यमों में विषाक्तता का कारण बनता है। मानव शरीर में, यूरेनियम एक सामान्य सेलुलर जहर है। यह मुख्य रूप से गुर्दे को प्रभावित करता है, लेकिन यकृत और जठरांत्र संबंधी मार्ग को भी प्रभावित करता है।
यूरेनियम में पूर्णतः स्थिर समस्थानिक नहीं होते हैं। सबसे लम्बी जीवन अवधि यूरेनियम-238 के लिए देखी जाती है। यूरेनियम-238 का अर्ध-क्षय 4.4 अरब वर्षों में होता है। एक अरब वर्ष से थोड़ा कम समय में यूरेनियम-235 का अर्ध-क्षय होता है - 0.7 अरब वर्ष। यूरेनियम-238 प्राकृतिक यूरेनियम की कुल मात्रा का 99% से अधिक पर व्याप्त है। इसके विशाल आधे जीवन के कारण, इस धातु की रेडियोधर्मिता अधिक नहीं है; उदाहरण के लिए, अल्फा कण मानव त्वचा के स्ट्रेटम कॉर्नियम में प्रवेश नहीं कर सकते हैं। अध्ययनों की एक श्रृंखला के बाद, वैज्ञानिकों ने पाया कि विकिरण का मुख्य स्रोत स्वयं यूरेनियम नहीं है, बल्कि इससे उत्पन्न होने वाली रेडॉन गैस है, साथ ही इसके क्षय उत्पाद भी हैं जो सांस लेने के दौरान मानव शरीर में प्रवेश करते हैं।