यूरेनियम, रासायनिक तत्व: खोज का इतिहास और परमाणु विखंडन प्रतिक्रिया। यूरेनियम अयस्क: गुण, अनुप्रयोग, खनन

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 यूरेनियम ही 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।

परमाणु प्रौद्योगिकियां काफी हद तक रेडियोकैमिस्ट्री विधियों के उपयोग पर आधारित हैं, जो बदले में रेडियोधर्मी तत्वों के परमाणु भौतिक, भौतिक, रासायनिक और विषाक्त गुणों पर आधारित हैं।

इस अध्याय में हम खुद को मुख्य विखंडनीय आइसोटोप - यूरेनियम और प्लूटोनियम के गुणों के संक्षिप्त विवरण तक सीमित रखेंगे।

अरुण ग्रह

अरुण ग्रह ( यूरेनियम) यू - एक्टिनाइड समूह का तत्व, आवधिक प्रणाली की 7-0वीं अवधि, जेड=92, परमाणु द्रव्यमान 238.029; प्रकृति में पाया जाने वाला सबसे भारी।

यूरेनियम के 25 ज्ञात समस्थानिक हैं, ये सभी रेडियोधर्मी हैं। सबसे सरल 217यू (टीजे/2 =26 एमएस), सबसे भारी 2 4 2 यू (7 टीजे/2 =आई6.8 मिनट)। 6 परमाणु आइसोमर्स हैं। प्राकृतिक यूरेनियम में तीन रेडियोधर्मी समस्थानिक होते हैं: 2 8 और (99, 2 739%, Ti/ 2 = 4.47109 l), 2 35 U (0.7205%, G, / 2 = 7.04-109 वर्ष) और 2 34 U (0.0056%, Ti/ 2=2.48-यूज़ एल). प्राकृतिक यूरेनियम की विशिष्ट रेडियोधर्मिता 2.48104 बीक्यू है, जो 2 34 यू और 288 यू के बीच लगभग आधे में विभाजित है; 2 35U एक छोटा सा योगदान देता है (प्राकृतिक यूरेनियम में 2 zi आइसोटोप की विशिष्ट गतिविधि 2 3 8 U की गतिविधि से 21 गुना कम है)। थर्मल न्यूट्रॉन कैप्चर क्रॉस-सेक्शन क्रमशः 2 zzi, 2 35U और 2 3 8 U के लिए 46, 98 और 2.7 बार्न हैं; विभाजन धारा 527 और 584 खलिहान क्रमशः 2 ज़ज़ी और 2 ज़ेड 8 और के लिए; आइसोटोप का प्राकृतिक मिश्रण (0.7% 235यू) 4.2 खलिहान।

मेज़ 1. परमाणु भौतिक गुण 2 h9 री और 2 35टी.

मेज़ 2. न्यूट्रॉन पर कब्जा 2 35Ts और 2 z 8 सी.

यूरेनियम के छह समस्थानिक स्वतःस्फूर्त विखंडन में सक्षम हैं: 282 U, 2 zzi, 234 U, 235 U, 2 z 6 i और 2 z 8 i। प्राकृतिक आइसोटोप 2 33 और 2 35 यू थर्मल और तेज़ न्यूट्रॉन दोनों के प्रभाव में विखंडन करते हैं, और 2 3 8 नाभिक केवल विखंडन में सक्षम होते हैं जब वे 1.1 मेव से अधिक की ऊर्जा के साथ न्यूट्रॉन को पकड़ते हैं। कम ऊर्जा वाले न्यूट्रॉन को कैप्चर करते समय, 288 यू नाभिक पहले 2 -i9U नाभिक में बदल जाता है, जो फिर पी-क्षय से गुजरता है और पहले 2 -"*9Np में और फिर 2 39Pu में बदल जाता है। थर्मल को पकड़ने के लिए प्रभावी क्रॉस सेक्शन 2 34U, 2 नाभिक 35U और 2 3 8 के न्यूट्रॉन क्रमशः 98, 683 और 2.7 बार्न के बराबर हैं। 2 35 U के पूर्ण विखंडन से 2-107 kWh/kg का "थर्मल ऊर्जा समतुल्य" प्राप्त होता है। आइसोटोप 2 35 U और 2 zzi का उपयोग परमाणु ईंधन के रूप में किया जाता है, जो विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया का समर्थन करने में सक्षम है।

परमाणु रिएक्टर 227-^240 द्रव्यमान संख्या वाले यूरेनियम के कृत्रिम आइसोटोप का उत्पादन करते हैं, जिनमें से सबसे लंबे समय तक जीवित रहने वाला 233U (7) है वी 2 =i.62 *आईओ 5 वर्ष); यह थोरियम के न्यूट्रॉन विकिरण द्वारा प्राप्त किया जाता है। थर्मोन्यूक्लियर विस्फोट के सुपर-शक्तिशाली न्यूट्रॉन फ्लक्स में, 239^257 की द्रव्यमान संख्या वाले यूरेनियम आइसोटोप पैदा होते हैं।

उरण-232- टेक्नोजेनिक न्यूक्लाइड, ए-एमिटर, टी एक्स / 2=68.9 वर्ष, मूल समस्थानिक 2 एच 6 पु(ए), 23 2 एनपी(पी*) और 23 2 रा(पी), पुत्री न्यूक्लाइड 228 थ। स्वतःस्फूर्त विखंडन की तीव्रता 0.47 डिवीजन/सेकेंड किग्रा है।

यूरेनियम-232 निम्नलिखित क्षयों के परिणामस्वरूप बनता है:

पी + -न्यूक्लाइड का क्षय *3 ए एनपी (टीआई/2 =14.7 मिनट):

परमाणु उद्योग में, थोरियम ईंधन चक्र में विखंडनीय (हथियार-ग्रेड) न्यूक्लाइड 2 ज़ी के संश्लेषण के दौरान उप-उत्पाद के रूप में 2 3 2 यू का उत्पादन किया जाता है। जब 2 3 2 Th को न्यूट्रॉन से विकिरणित किया जाता है, तो मुख्य प्रतिक्रिया होती है:

और दो-चरणीय पार्श्व प्रतिक्रिया:

थोरियम से 232 यू का उत्पादन केवल तेज़ न्यूट्रॉन के साथ होता है (इ„>6 मेव). यदि प्रारंभिक पदार्थ में 2 3°TH है, तो 2 3 2 U का निर्माण प्रतिक्रिया द्वारा पूरक होता है: 2 3°TH + u-> 2 3'TH। यह प्रतिक्रिया थर्मल न्यूट्रॉन का उपयोग करके होती है। 2 3 2 यू का उत्पादन कई कारणों से अवांछनीय है। 2 3°TH की न्यूनतम सांद्रता के साथ थोरियम का उपयोग करके इसे दबा दिया जाता है।

2×2 का क्षय निम्नलिखित दिशाओं में होता है:

228 Th में क्षय (संभावना 10%, क्षय ऊर्जा 5.414 MeV):

उत्सर्जित अल्फा कणों की ऊर्जा 5.263 MeV (31.6% मामलों में) और 5.320 MeV (68.2% मामलों में) है।

• - सहज विखंडन (संभावना ~ 12% से कम);
• - न्यूक्लाइड 28 मिलीग्राम के गठन के साथ क्लस्टर क्षय (क्षय की संभावना 5*10" 12% से कम):

न्यूक्लाइड 2 के निर्माण के साथ क्लस्टर क्षय

यूरेनियम-232 एक लंबी क्षय श्रृंखला का संस्थापक है, जिसमें न्यूक्लाइड - कठोर वाई-क्वांटा के उत्सर्जक शामिल हैं:

^यू-(3.64 दिन, ए,वाई)-> 220 आरएन-> (55.6 सेकेंड, ए)-> 21बी पीओ->(0.155 सेकेंड, ए)-> 212 पीबी->(10.64 घंटे, पी, वाई) - > 212 Bi -> (60.6 m, p, y) -> 212 Po a, y) -> 208x1, 212 Po -> (3 "Yu' 7 s, a) -> 2o8 Pb (स्टैब), 2o8 T1- >(3.06 मीटर, पी, वाई-> 2o8 पीबी।

थोरियम ऊर्जा चक्र में 2 ज़ी के उत्पादन के दौरान 2 3 2 यू का संचय अपरिहार्य है। 2 3 2 U के क्षय से उत्पन्न तीव्र y-विकिरण थोरियम ऊर्जा के विकास में बाधा डालता है। असामान्य बात यह है कि सम आइसोटोप 2 3 2 11 में न्यूट्रॉन (थर्मल न्यूट्रॉन के लिए 75 बार्न) के प्रभाव के तहत एक उच्च विखंडन क्रॉस सेक्शन है, साथ ही एक उच्च न्यूट्रॉन कैप्चर क्रॉस सेक्शन - 73 बार्न है। 2 3 2 यू का उपयोग रासायनिक अनुसंधान में रेडियोधर्मी ट्रेसर विधि में किया जाता है।

2 एच 2 और एक लंबी क्षय श्रृंखला (2 एच 2 टी योजना के अनुसार) का संस्थापक है, जिसमें हार्ड वाई-क्वांटा के न्यूक्लाइड उत्सर्जक शामिल हैं। थोरियम ऊर्जा चक्र में 2 ज़ी के उत्पादन के दौरान 2 3 2 यू का संचय अपरिहार्य है। 232 यू के क्षय से उत्पन्न तीव्र वाई-विकिरण थोरियम ऊर्जा के विकास में बाधा डालता है। असामान्य बात यह है कि सम आइसोटोप 2 3 2 यू में न्यूट्रॉन (थर्मल न्यूट्रॉन के लिए 75 बार्न) के प्रभाव के तहत एक उच्च विखंडन क्रॉस सेक्शन है, साथ ही एक उच्च न्यूट्रॉन कैप्चर क्रॉस सेक्शन - 73 बार्न है। 2 3 2 यू का उपयोग अक्सर रासायनिक और भौतिक अनुसंधान में रेडियोधर्मी ट्रेसर विधि में किया जाता है।

उरण-233- मानव निर्मित रेडियोन्यूक्लाइड, ए-उत्सर्जक (ऊर्जा 4.824 (82.7%) और 4.783 मेव (14.9%)), टीवी = 1.585105 वर्ष, मूल न्यूक्लाइड 2 37पीयू(ए)-? 2 33Np(p +)-> 2 ззРа(р), पुत्री न्यूक्लाइड 22 9Th। थोरियम से परमाणु रिएक्टरों में 2 zzi प्राप्त होता है: 2 z 2 Th एक न्यूट्रॉन को पकड़ लेता है और 2 zzT में बदल जाता है, जो 2 zzRa में और फिर 2 zzI में विघटित हो जाता है। 2 ज़ी (विषम आइसोटोप) के नाभिक किसी भी ऊर्जा के न्यूट्रॉन के प्रभाव में सहज विखंडन और विखंडन दोनों में सक्षम हैं, जो इसे परमाणु हथियार और रिएक्टर ईंधन दोनों के उत्पादन के लिए उपयुक्त बनाता है। प्रभावी विखंडन क्रॉस सेक्शन 533 बार्न है, कैप्चर क्रॉस सेक्शन 52 बार्न है, न्यूट्रॉन उपज: प्रति विखंडन घटना - 2.54, प्रति अवशोषित न्यूट्रॉन - 2.31। 2 zzi का क्रांतिक द्रव्यमान 2 35U (-16 किग्रा) के क्रांतिक द्रव्यमान से तीन गुना कम है। स्वतःस्फूर्त विखंडन की तीव्रता 720 डिवीजन/सेकेंड किग्रा है।

यूरेनियम-233 निम्नलिखित क्षयों के परिणामस्वरूप बनता है:

- (3 + -न्यूक्लाइड का क्षय 2 33एनपी (7^=36.2 मिनट):

औद्योगिक पैमाने पर, न्यूट्रॉन के विकिरण द्वारा 2 32Th से 2 zi प्राप्त किया जाता है:

जब एक न्यूट्रॉन अवशोषित होता है, तो 2 zzi नाभिक आमतौर पर विभाजित हो जाता है, लेकिन कभी-कभी एक न्यूट्रॉन को पकड़ लेता है, जो 2 34U में बदल जाता है। हालाँकि 2 zzi आमतौर पर न्यूट्रॉन को अवशोषित करने के बाद विभाजित हो जाता है, कभी-कभी यह एक न्यूट्रॉन को बनाए रखता है, जो 2 34U में बदल जाता है। 2 ज़िर का उत्पादन तेज़ और थर्मल दोनों रिएक्टरों में किया जाता है।

हथियार के दृष्टिकोण से, 2 ZZI 2 39Pu के बराबर है: इसकी रेडियोधर्मिता 2 39Pu की गतिविधि का 1/7 है (Ti/ 2 = 159200 लीटर बनाम 24100 लीटर पु के लिए), 2 zi का क्रांतिक द्रव्यमान ^Pu (16 किलोग्राम बनाम 10 किलोग्राम) की तुलना में 60% अधिक है, और सहज विखंडन की दर 20 गुना अधिक है (bth - 'बनाम 310 10). 2 zzi से न्यूट्रॉन प्रवाह 2 39Pi की तुलना में तीन गुना अधिक है। 2 zi पर आधारित परमाणु चार्ज बनाने के लिए ^Pi की तुलना में अधिक प्रयास की आवश्यकता होती है। मुख्य बाधा 2ZZI में 232 U अशुद्धता की उपस्थिति है, क्षय परियोजनाओं का y-विकिरण 2ZZI के साथ काम करना मुश्किल बनाता है और तैयार हथियारों का पता लगाना आसान बनाता है। इसके अलावा, 2 3 2 यू का छोटा आधा जीवन इसे अल्फा कणों का एक सक्रिय स्रोत बनाता है। 1% 232 के साथ 2 ज़ी और इसमें हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम की तुलना में तीन गुना अधिक मजबूत ए-एक्टिविटी है और, तदनुसार, अधिक रेडियोटॉक्सिसिटी है। यह ए-गतिविधि हथियार चार्ज के हल्के तत्वों में न्यूट्रॉन के निर्माण का कारण बनती है। इस समस्या को कम करने के लिए Be, B, F, Li जैसे तत्वों की उपस्थिति न्यूनतम होनी चाहिए। न्यूट्रॉन पृष्ठभूमि की उपस्थिति विस्फोट प्रणालियों के संचालन को प्रभावित नहीं करती है, लेकिन तोप सर्किट को प्रकाश तत्वों के लिए उच्च स्तर की शुद्धता की आवश्यकता होती है। हथियार-ग्रेड 2 ज़िस में 23 2 यू की सामग्री 5 भाग प्रति मिलियन (0.0005%) से अधिक नहीं होनी चाहिए ) थर्मल पावर रिएक्टरों के ईंधन में, 2 3G की उपस्थिति हानिकारक नहीं है, और वांछनीय भी है, क्योंकि यह हथियार प्रयोजनों के लिए यूरेनियम का उपयोग करने की संभावना को कम कर देता है। ईंधन पुनर्प्रसंस्करण और ईंधन पुन: उपयोग के बाद, 232U सामग्री लगभग 1+ तक पहुंच जाती है 0.2%.

2 zi का क्षय निम्नलिखित दिशाओं में होता है:

22 9वें में क्षय (संभावना 10%, क्षय ऊर्जा 4.909 MeV):

उत्सर्जित याहर कणों की ऊर्जा 4.729 MeV (1.61% मामलों में), 4.784 MeV (13.2% मामलों में) और 4.824 MeV (84.4% मामलों में) है।

• - सहज विभाजन (संभावना)
• - 28 मिलीग्राम न्यूक्लाइड के निर्माण के साथ क्लस्टर क्षय (क्षय की संभावना 1.3*10_13% से कम):

न्यूक्लाइड 24 Ne के निर्माण के साथ क्लस्टर क्षय (क्षय संभावना 7.3-10-“%):

2 zzi की क्षय श्रृंखला नेप्च्यूनियम श्रृंखला से संबंधित है।

2 zi की विशिष्ट रेडियोधर्मिता 3.57-8 Bq/g है, जो प्लूटोनियम की -15% की ए-गतिविधि (और रेडियोटॉक्सिसिटी) से मेल खाती है। मात्र 1% 2 3 2 यू रेडियोधर्मिता को 212 एमसीआई/जी तक बढ़ा देता है।

उरण-234(अरुण ग्रह द्वितीय, यूआईआई)प्राकृतिक यूरेनियम का भाग (0.0055%), 2.445105 वर्ष, ए-उत्सर्जक (ए-कणों की ऊर्जा 4.777 (72%) और

4.723 (28%) एमईवी), मूल रेडियोन्यूक्लाइड: 2 एच 8 पु(ए), 234 पीए(पी), 234 एनपी(पी +),

2 z”th में बेटी आइसोटोप।

आमतौर पर, 234 यू 2 एच 8 यू के साथ संतुलन में है, एक ही दर पर क्षय और निर्माण कर रहा है। प्राकृतिक यूरेनियम की रेडियोधर्मिता का लगभग आधा हिस्सा 234U द्वारा योगदान दिया जाता है। आमतौर पर, 234U शुद्ध 2 × 8 पु की पुरानी तैयारियों की आयन-एक्सचेंज क्रोमैटोग्राफी द्वारा प्राप्त किया जाता है। क्षय के दौरान, *zRi से 2·34U प्राप्त होता है, इसलिए 2 h 8 Ru की पुरानी तैयारी 2·34U के अच्छे स्रोत हैं। यूओ जी 238पीआई में एक वर्ष के बाद 776 मिलीग्राम 2 34यू, 3 साल के बाद होता है

2.2 ग्राम 2 34यू. हल्के आइसोटोप के साथ अधिमान्य संवर्धन के कारण अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम में 2 34U की सांद्रता काफी अधिक है। चूँकि 2 34u एक मजबूत y-उत्सर्जक है, इसलिए ईंधन में प्रसंस्करण के लिए यूरेनियम में इसकी सांद्रता पर प्रतिबंध हैं। रिएक्टरों के लिए 234i का बढ़ा हुआ स्तर स्वीकार्य है, लेकिन पुनर्संसाधित ईंधन में पहले से ही इस आइसोटोप का अस्वीकार्य स्तर मौजूद है।

234i का क्षय निम्नलिखित दिशाओं में होता है:

2 3°Т पर ए-क्षय (संभावना 100%, क्षय ऊर्जा 4.857 मेव):

उत्सर्जित अल्फा कणों की ऊर्जा 4.722 MeV (28.4% मामलों में) और 4.775 MeV (71.4% मामलों में) है।

• - सहज विभाजन (संभावना 1.73-10-9%)।
• - 28 मिलीग्राम न्यूक्लाइड के गठन के साथ क्लस्टर क्षय (क्षय की संभावना 1.4-10%, अन्य आंकड़ों के अनुसार 3.9-10%):

• - न्यूक्लाइड 2 4Ne और 26 Ne के गठन के साथ क्लस्टर क्षय (क्षय संभावना 9-10", 2%, अन्य आंकड़ों के अनुसार 2,3-10_11%):

एकमात्र ज्ञात आइसोमर 2 34ti (Tx/ 2 = 33.5 μs) है।

2 34यू थर्मल न्यूट्रॉन का अवशोषण क्रॉस सेक्शन 100 बार्न है, और विभिन्न मध्यवर्ती न्यूट्रॉन पर औसत अनुनाद अभिन्न के लिए यह 700 बार्न है। इसलिए, थर्मल न्यूट्रॉन रिएक्टरों में इसे 238U (2.7 खलिहान के क्रॉस-सेक्शन के साथ) की बहुत बड़ी मात्रा को 2 39Ru में परिवर्तित करने की तुलना में तेज़ दर पर विखंडनीय 235U में परिवर्तित किया जाता है। परिणामस्वरूप, खर्च किए गए ईंधन में ताज़ा ईंधन की तुलना में 2 34U कम होता है।

उरण-235 4P+3 परिवार से संबंधित है, जो विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया उत्पन्न करने में सक्षम है। यह पहला आइसोटोप है जिसमें न्यूट्रॉन के प्रभाव में मजबूर परमाणु विखंडन की प्रतिक्रिया की खोज की गई थी। एक न्यूट्रॉन को अवशोषित करके, 235U 2 zbi बन जाता है, जो दो भागों में विभाजित होता है, ऊर्जा जारी करता है और कई न्यूट्रॉन उत्सर्जित करता है। किसी भी ऊर्जा के न्यूट्रॉन द्वारा विखंडन और सहज विखंडन में सक्षम, आइसोटोप 2 35U प्राकृतिक उफान (0.72%) का हिस्सा है, एक ए-उत्सर्जक (ऊर्जा 4.397 (57%) और 4.367 (18%) MeV), Ti/j=7.038-8 वर्ष, माँ 2 35Pa, 2 35Np और 2 39Pu, बेटी - 23Th। सहज विखंडन दर 2 3su 0.16 विखंडन/सेकेंड किग्रा. जब एक 2 35U नाभिक विखंडन होता है, तो 200 MeV ऊर्जा = 3.210 pJ निकलती है, अर्थात। 18 टीजे/मोल=77 टीजे/किग्रा. थर्मल न्यूट्रॉन द्वारा विखंडन का क्रॉस सेक्शन 545 बार्न है, और तेज़ न्यूट्रॉन द्वारा - 1.22 बार्न, न्यूट्रॉन उपज: प्रति विखंडन अधिनियम - 2.5, प्रति अवशोषित न्यूट्रॉन - 2.08।

टिप्पणी। आइसोटोप 2 एसआईआई (ओओ बार्न) का उत्पादन करने के लिए धीमी न्यूट्रॉन कैप्चर के लिए क्रॉस सेक्शन, ताकि कुल धीमी न्यूट्रॉन अवशोषण क्रॉस सेक्शन 645 बार्न हो।

• - सहज विखंडन (संभावना 7*10~9%);
• - न्यूक्लाइड 2 °Ne, 2 5Ne और 28 Mg के निर्माण के साथ क्लस्टर क्षय (संभावनाएँ, क्रमशः 8-io_10%, 8-kg 10%, 8*10",0%) हैं:

चावल। 1.

एकमात्र ज्ञात आइसोमर 2 35n»u (7/ 2 = 2b मिनट) है।

विशिष्ट गतिविधि 2 35सी 7.77-4 बीक्यू/जी। परावर्तक वाली गेंद के लिए हथियार-ग्रेड यूरेनियम (93.5% 2 35यू) का महत्वपूर्ण द्रव्यमान 15-7-23 किलोग्राम है।

विखंडन 2 »5यू का उपयोग परमाणु हथियारों में, ऊर्जा उत्पादन के लिए और महत्वपूर्ण एक्टिनाइड्स के संश्लेषण के लिए किया जाता है। श्रृंखला प्रतिक्रिया 2 35C के विखंडन के दौरान उत्पन्न न्यूट्रॉन की अधिकता से बनी रहती है।

उरण-236पृथ्वी पर प्राकृतिक रूप से सूक्ष्म मात्रा में पाया जाता है (चंद्रमा पर इसकी मात्रा अधिक है), एक-उत्सर्जक (?

चावल। 2. रेडियोधर्मी परिवार 4/7+2 (-з 8 и सहित)।

एक परमाणु रिएक्टर में, 2 sz एक थर्मल न्यूट्रॉन को अवशोषित करता है, जिसके बाद यह 82% की संभावना के साथ विखंडन करता है, और 18% की संभावना के साथ यह y-क्वांटम उत्सर्जित करता है और 2 sb में बदल जाता है और (100 विखंडित नाभिक 2 35U के लिए) 22 गठित नाभिक 2 3 6 U) हैं। कम मात्रा में यह ताजा ईंधन का हिस्सा है; जब यूरेनियम को रिएक्टर में न्यूट्रॉन के साथ विकिरणित किया जाता है तो यह जमा हो जाता है, और इसलिए इसे खर्च किए गए परमाणु ईंधन के लिए "सिग्नलिंग डिवाइस" के रूप में उपयोग किया जाता है। 2 एचबी और प्रयुक्त परमाणु ईंधन के पुनर्जनन के दौरान गैस प्रसार द्वारा आइसोटोप के पृथक्करण के दौरान उप-उत्पाद के रूप में बनता है। 236 यू एक पावर रिएक्टर में बनने वाला न्यूट्रॉन जहर है; परमाणु ईंधन में इसकी उपस्थिति की भरपाई उच्च स्तर के संवर्धन 2 35 यू द्वारा की जाती है।

2 z b और इसका उपयोग समुद्र के पानी के मिश्रण के अनुरेखक के रूप में किया जाता है।

यूरेनियम-237,टी&= 6.75 दिन, बीटा और गामा उत्सर्जक, परमाणु प्रतिक्रियाओं से प्राप्त किया जा सकता है:

डिटेक्शन 287 और इसकी तर्ज पर किया गया आँख= o,ob MeV (36%), 0.114 MeV (0.06%), 0.165 MeV (2.0%), 0.208 MeV (23%)

237U का उपयोग रासायनिक अनुसंधान में रेडियोट्रेसर विधि में किया जाता है। परमाणु हथियारों के परीक्षणों से निकलने वाली सांद्रता (2-4°Am) को मापने से चार्ज के प्रकार और उपयोग किए गए उपकरणों के बारे में बहुमूल्य जानकारी मिलती है।

उरण-238- 4P+2 परिवार से संबंधित है, उच्च-ऊर्जा न्यूट्रॉन (1.1 MeV से अधिक) द्वारा विखंडनीय है, सहज विखंडन में सक्षम है, प्राकृतिक यूरेनियम (99.27%), ए-उत्सर्जक, 7' का आधार बनता है; /2=4>468-109 वर्ष, सीधे 2 34वें में विघटित होता है, आनुवंशिक रूप से संबंधित रेडियोन्यूक्लाइड की एक श्रृंखला बनाता है, और 18 उत्पादों के बाद 206 Рb में बदल जाता है। शुद्ध 2 3 8 यू की विशिष्ट रेडियोधर्मिता 1.22-104 बीक्यू है। अर्ध-जीवन बहुत लंबा है - लगभग 10 16 वर्ष, इसलिए मुख्य प्रक्रिया के संबंध में विखंडन की संभावना - एक अल्फा कण का उत्सर्जन - केवल 10" 7 है। एक किलोग्राम यूरेनियम प्रति सेकंड केवल 10 सहज विखंडन देता है, और उसी समय अल्फा कण 20 मिलियन नाभिक उत्सर्जित करते हैं। मातृ न्यूक्लाइड: 2 4 2 पु(ए), *38आरए(पी-) 234थ, बेटी टी,/ 2 = 2 :मैं 4 वां।

यूरेनियम-238 निम्नलिखित क्षयों के परिणामस्वरूप बनता है:

2 (V0 4) 2 ] 8H 2 0. द्वितीयक खनिजों में, हाइड्रेटेड कैल्शियम यूरेनिल फॉस्फेट Ca(U0 2) 2 (P0 4) 2 -8H 2 0 आम है। अक्सर खनिजों में यूरेनियम के साथ अन्य उपयोगी तत्व भी होते हैं - टाइटेनियम , टैंटलम, दुर्लभ पृथ्वी। इसलिए, यूरेनियम युक्त अयस्कों के जटिल प्रसंस्करण के लिए प्रयास करना स्वाभाविक है।

यूरेनियम के मूल भौतिक गुण: परमाणु द्रव्यमान 238.0289 एएमयू। (जी/मोल); परमाणु त्रिज्या 138 अपराह्न (1 अपराह्न = 12 मीटर); आयनीकरण ऊर्जा (पहला इलेक्ट्रॉन 7.11 eV; इलेक्ट्रॉनिक विन्यास -5f36d'7s 2; ऑक्सीकरण अवस्था 6, 5, 4, 3; GP l = 113 2, 2 °; टी टी,1=3818°; घनत्व 19.05; विशिष्ट ताप क्षमता 0.115 JDKmol); तन्यता ताकत 450 एमपीए, संलयन की गर्मी 12.6 केजे/मोल, वाष्पीकरण की गर्मी 417 केजे/मोल, विशिष्ट गर्मी 0.115 जे/(मोल-के); दाढ़ की मात्रा 12.5 सेमी3/मोल; विशेषता डिबाई तापमान © डी =200K, अतिचालक अवस्था में संक्रमण का तापमान लगभग.68K।

यूरेनियम एक भारी, चांदी-सफेद, चमकदार धातु है। यह स्टील की तुलना में थोड़ा नरम, लचीला, लचीला, थोड़ा पैरामैग्नेटिक गुण वाला और पाउडर के रूप में पायरोफोरिक होता है। यूरेनियम के तीन एलोट्रोपिक रूप हैं: अल्फा (ऑर्थोरहोमिक, ए-यू, जाली पैरामीटर 0=285, बी= 587, c=49b pm, 667.7° तक स्थिर), बीटा (चतुष्कोणीय, p-U, 667.7 से 774.8° तक स्थिर), गामा (घन शरीर-केंद्रित जाली के साथ, y-U, 774.8° से गलनांक तक विद्यमान, frm= ii34 0), जिस पर यूरेनियम प्रसंस्करण के लिए सबसे अधिक लचीला और सुविधाजनक है।

कमरे के तापमान पर, ऑर्थोरोम्बिक ए-चरण स्थिर है; प्रिज्मीय संरचना में विमान के समानांतर लहरदार परमाणु परतें होती हैं एबीसी,एक अत्यंत असममित प्रिज्मीय जाली में। परतों के भीतर, परमाणु कसकर जुड़े हुए हैं, जबकि आसन्न परतों में परमाणुओं के बीच बंधन की ताकत बहुत कमजोर है (चित्रा 4)। यह अनिसोट्रोपिक संरचना यूरेनियम को अन्य धातुओं के साथ मिश्रित करना कठिन बना देती है। केवल मोलिब्डेनम और नाइओबियम यूरेनियम के साथ ठोस-चरण मिश्र धातु बनाते हैं। हालाँकि, यूरेनियम धातु कई मिश्र धातुओं के साथ परस्पर क्रिया कर सकती है, जिससे इंटरमेटेलिक यौगिक बन सकते हैं।

668^775° की सीमा में (3-यूरेनियम) है। चतुष्कोणीय प्रकार की जाली में एक स्तरित संरचना होती है जिसमें समतल के समानांतर परतें होती हैं अबस्थिति में 1/4С, 1/2 साथऔर यूनिट सेल का 3/4C. 775° से ऊपर के तापमान पर, शरीर-केंद्रित घन जाली के साथ वाई-यूरेनियम बनता है। मोलिब्डेनम मिलाने से y-चरण कमरे के तापमान पर मौजूद रहता है। मोलिब्डेनम y-यूरेनियम के साथ ठोस समाधानों की एक विस्तृत श्रृंखला बनाता है और कमरे के तापमान पर y-चरण को स्थिर करता है। y-यूरेनियम भंगुर a- और (3-चरणों) की तुलना में बहुत नरम और अधिक लचीला है।

न्यूट्रॉन विकिरण का यूरेनियम के भौतिक और यांत्रिक गुणों पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है, जिससे नमूने के आकार में वृद्धि होती है, आकार में परिवर्तन होता है, साथ ही यूरेनियम ब्लॉकों के यांत्रिक गुणों (रेंगना, भंगुरता) में तेज गिरावट होती है। परमाणु रिएक्टर का संचालन. आयतन में वृद्धि कम घनत्व वाले तत्वों की अशुद्धियों के विखंडन के दौरान यूरेनियम में संचय के कारण होती है (अनुवाद) 1% विखंडन तत्वों में यूरेनियम की मात्रा 3.4% बढ़ जाती है)।

चावल। 4. यूरेनियम की कुछ क्रिस्टल संरचनाएँ: ए - ए-यूरेनियम, बी - पी-यूरेनियम।

धात्विक अवस्था में यूरेनियम प्राप्त करने की सबसे आम विधियाँ क्षार या क्षारीय पृथ्वी धातुओं के साथ उनके फ्लोराइड को कम करना या पिघले हुए लवणों का इलेक्ट्रोलिसिस है। टंगस्टन या टैंटलम के साथ कार्बाइड से मेटालोथर्मिक कमी से भी यूरेनियम प्राप्त किया जा सकता है।

इलेक्ट्रॉनों को आसानी से छोड़ने की क्षमता यूरेनियम के घटते गुणों और इसकी अधिक रासायनिक गतिविधि को निर्धारित करती है। यूरेनियम अक्रिय गैसों को छोड़कर लगभग सभी तत्वों के साथ क्रिया कर सकता है और ऑक्सीकरण अवस्थाएँ +2, +3, +4, +5, +6 प्राप्त कर सकता है। समाधान में मुख्य संयोजकता 6+ है।

हवा में तेजी से ऑक्सीकरण होने पर धात्विक यूरेनियम ऑक्साइड की इंद्रधनुषी फिल्म से ढका होता है। महीन यूरेनियम पाउडर स्वतः ही हवा में (1504-175° के तापमान पर) प्रज्वलित हो जाता है, जिससे और;) ओव बनता है। 1000° पर, यूरेनियम नाइट्रोजन के साथ मिलकर पीला यूरेनियम नाइट्राइड बनाता है। पानी धातु के साथ प्रतिक्रिया कर सकता है, कम तापमान पर धीरे-धीरे और उच्च तापमान पर तेज़ी से। यूरेनियम उबलते पानी और भाप के साथ तीव्र प्रतिक्रिया करके हाइड्रोजन छोड़ता है, जो यूरेनियम के साथ हाइड्राइड बनाता है

यह प्रतिक्रिया ऑक्सीजन में यूरेनियम के दहन से भी अधिक ऊर्जावान है। यूरेनियम की यह रासायनिक गतिविधि परमाणु रिएक्टरों में यूरेनियम को पानी के संपर्क से बचाना आवश्यक बनाती है।

यूरेनियम हाइड्रोक्लोरिक, नाइट्रिक और अन्य एसिड में घुल जाता है, जिससे यू (IV) लवण बनता है, लेकिन क्षार के साथ संपर्क नहीं करता है। यूरेनियम पारा, चांदी, तांबा, टिन, प्लैटिनम और सोना जैसी धातुओं के अकार्बनिक एसिड और नमक समाधान से हाइड्रोजन को विस्थापित करता है। जोर से हिलाने पर यूरेनियम के धातु कण चमकने लगते हैं।

यूरेनियम परमाणु के इलेक्ट्रॉन कोश की संरचनात्मक विशेषताएं (^/-इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति) और इसके कुछ भौतिक रासायनिक गुण यूरेनियम को एक्टिनाइड श्रृंखला के सदस्य के रूप में वर्गीकृत करने के आधार के रूप में काम करते हैं। हालाँकि, यूरेनियम और Cr, Mo और W के बीच एक रासायनिक सादृश्य है। यूरेनियम अत्यधिक प्रतिक्रियाशील है और उत्कृष्ट गैसों को छोड़कर सभी तत्वों के साथ प्रतिक्रिया करता है। ठोस चरण में, यू(VI) के उदाहरण यूरेनिल ट्राइऑक्साइड U0 3 और यूरेनिल क्लोराइड U0 2 C1 2 हैं। यूरेनियम टेट्राक्लोराइड UC1 4 और यूरेनियम डाइऑक्साइड U0 2

यू(IV) के उदाहरण. U(IV) युक्त पदार्थ आमतौर पर अस्थिर होते हैं और लंबे समय तक हवा के संपर्क में रहने पर हेक्सावेलेंट बन जाते हैं।

यूरेनियम-ऑक्सीजन प्रणाली में छह ऑक्साइड स्थापित होते हैं: UO, U0 2, U 4 0 9, और 3 Ov, U0 3। वे एकरूपता की एक विस्तृत श्रृंखला की विशेषता रखते हैं। U0 2 एक क्षारीय ऑक्साइड है, जबकि U0 3 उभयधर्मी है। U0 3 - पानी के साथ क्रिया करके कई हाइड्रेट बनाता है, जिनमें से सबसे महत्वपूर्ण हैं डाय्यूरेनिक एसिड H 2 U 2 0 7 और यूरेनिक एसिड H 2 1U 4। क्षार के साथ, U0 3 इन अम्लों के लवण बनाता है - यूरेनेट्स। जब U0 3 को अम्लों में घोला जाता है, तो दोगुना आवेशित यूरेनिल धनायन U0 2 a+ के लवण बनते हैं।

स्टोइकोमेट्रिक संरचना का यूरेनियम डाइऑक्साइड, U0 2, भूरा है। जैसे-जैसे ऑक्साइड में ऑक्सीजन की मात्रा बढ़ती है, रंग गहरे भूरे से काले में बदल जाता है। सीएएफ 2 प्रकार की क्रिस्टल संरचना, ए = 0.547 एनएम; घनत्व 10.96 ग्राम/सेमी"* (यूरेनियम ऑक्साइड के बीच उच्चतम घनत्व)। टी , पीएल =2875 0 , टीके „ = 3450°, डी#°298 = -1084.5 केजे/मोल। यूरेनियम डाइऑक्साइड छिद्र चालकता और एक मजबूत पैरामैग्नेटिक वाला अर्धचालक है। एमपीसी = o.015 mg/m3. पानी में अघुलनशील। -200° के तापमान पर यह ऑक्सीजन जोड़ता है, जिससे इसकी संरचना U0 2>25 तक पहुंच जाती है।

यूरेनियम (IV) ऑक्साइड निम्नलिखित प्रतिक्रियाओं द्वारा तैयार किया जा सकता है:

यूरेनियम डाइऑक्साइड केवल मूल गुण प्रदर्शित करता है; यह मूल हाइड्रॉक्साइड यू (ओएच) 4 से मेल खाता है, जिसे बाद में हाइड्रेटेड हाइड्रॉक्साइड यू 0 2 एच 2 0 में परिवर्तित किया जाता है। यूरेनियम डाइऑक्साइड वायुमंडलीय ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में धीरे-धीरे मजबूत गैर-ऑक्सीकरण एसिड में घुल जाता है III + आयनों का निर्माण:

U0 2 + 2H 2 S0 4 ->U(S0 4) 2 + 2H 2 0. (38)

यह सांद्र अम्लों में घुलनशील है, और फ्लोरीन आयन जोड़कर विघटन की दर को काफी बढ़ाया जा सकता है।

नाइट्रिक एसिड में घुलने पर यूरेनिल आयन 1O 2 2+ का निर्माण होता है:

ट्राइयूरन ऑक्टाऑक्साइड यू 3 0 एस (यूरेनियम ऑक्साइड) एक पाउडर है जिसका रंग काले से गहरे हरे रंग में भिन्न होता है; जब इसे जोर से कुचला जाता है, तो इसका रंग जैतून जैसा हरा हो जाता है। बड़े काले क्रिस्टल चीनी मिट्टी के बरतन पर हरी धारियाँ छोड़ते हैं। यू 3 0 के तीन क्रिस्टल संशोधन ज्ञात हैं एच: ए-यू 3 सी>8 - समचतुर्भुज क्रिस्टल संरचना (अंतरिक्ष समूह सी222; 0 = 0.671 एनएम; 6 = 1.197 एनएम; सी = ओ.83 एनएम; डी =0.839 एनएम); पी-यू 3 0ई - रम्बिक क्रिस्टल संरचना (अंतरिक्ष समूह एसटीएसटी; 0=0.705 एनएम; 6=1.172 एनएम; 0=0.829 एनएम. अपघटन की शुरुआत oooo° (100 2 तक संक्रमण), एमपीसी = 0.075 mg/m3 है।

U 3 C>8 प्रतिक्रिया द्वारा प्राप्त किया जा सकता है:

कैल्सीनेशन द्वारा U0 2, U0 2 (N0 3) 2, U0 2 C 2 0 4 3H 2 0, U0 4 -2H 2 0 या (NH 4) 2 U 2 0 7 हवा में या ऑक्सीजन वातावरण में 750 0 पर ( पी = 150+750 एमएमएचजी) स्टोइकोमेट्रिक रूप से शुद्ध यू 3 08 प्राप्त करें।

जब U 3 0s को T>oooo° पर कैलक्लाइंड किया जाता है, तो यह घटकर 10 2 हो जाता है, लेकिन हवा में ठंडा होने पर यह U 3 0s पर वापस आ जाता है। U 3 0e केवल सांद्रित प्रबल अम्लों में घुलता है। हाइड्रोक्लोरिक और सल्फ्यूरिक एसिड में U(IV) और U(VI) का मिश्रण बनता है, और नाइट्रिक एसिड में - यूरेनिल नाइट्रेट। तनु सल्फ्यूरिक और हाइड्रोक्लोरिक एसिड गर्म होने पर भी यू 3 ओएस के साथ बहुत कमजोर रूप से प्रतिक्रिया करते हैं; ऑक्सीकरण एजेंटों (नाइट्रिक एसिड, पायरोलुसाइट) को जोड़ने से विघटन दर तेजी से बढ़ जाती है। सांद्रित H 2 S0 4, U 3 OS को घोलकर U(S0 4) 2 और U0 2 S0 4 बनाता है। नाइट्रिक एसिड यू 3 ओई को घोलकर यूरेनिल नाइट्रेट बनाता है।

यूरेनियम ट्राइऑक्साइड, U0 3 - चमकीले पीले रंग का एक क्रिस्टलीय या अनाकार पदार्थ। पानी के साथ प्रतिक्रिया करता है. एमपीसी = 0.075 मिलीग्राम/एम3।

यह अमोनियम पॉलीयूरेनेट, यूरेनियम पेरोक्साइड, यूरेनिल ऑक्सालेट को 300-500° पर और यूरेनिल नाइट्रेट हेक्साहाइड्रेट को कैल्सीन करके प्राप्त किया जाता है। इससे घनत्व के साथ एक अनाकार संरचना का नारंगी पाउडर बनता है

6.8 ग्राम/सेमीज़. IU 3 का क्रिस्टलीय रूप ऑक्सीजन के प्रवाह में 450°h-750° के तापमान पर U 3 0 8 के ऑक्सीकरण द्वारा प्राप्त किया जा सकता है। U0 3 के छह क्रिस्टलीय संशोधन हैं (a, (3, y> §> ?, n) - U0 3 हीड्रोस्कोपिक है और नम हवा में यूरेनिल हाइड्रॉक्साइड में बदल जाता है। 520°-^6oo° पर इसका ताप संरचना का एक यौगिक देता है 1यू 2>9, 6oo° तक गर्म करने से व्यक्ति को यू 3 ओएस प्राप्त करने की अनुमति मिलती है।

हाइड्रोजन, अमोनिया, कार्बन, क्षार और क्षारीय पृथ्वी धातुएँ U0 3 को U0 2 तक कम कर देती हैं। गैसों HF और NH 3 के मिश्रण को प्रवाहित करने पर UF 4 बनता है। उच्च संयोजकता पर, यूरेनियम उभयधर्मी गुण प्रदर्शित करता है। एसिड U0 3 या उसके हाइड्रेट्स के संपर्क में आने पर, यूरेनिल लवण (U0 2 2+) बनते हैं, जिनका रंग पीला-हरा होता है:

अधिकांश यूरेनिल लवण पानी में अत्यधिक घुलनशील होते हैं।

क्षार के साथ संलयन होने पर, U0 3 यूरेनिक एसिड लवण बनाता है - MDKH यूरेनेट्स:

क्षारीय समाधानों के साथ, यूरेनियम ट्राइऑक्साइड पॉलीयूरेनिक एसिड के लवण बनाता है - पॉलीयुरेनेट्स DHM ​​2 0y1U 3 पीएच^ओ.

यूरेनिक एसिड लवण पानी में व्यावहारिक रूप से अघुलनशील होते हैं।

U(VI) के अम्लीय गुण मूल गुणों की तुलना में कम स्पष्ट होते हैं।

यूरेनियम कमरे के तापमान पर फ्लोरीन के साथ प्रतिक्रिया करता है। फ्लोराइड से आयोडाइड तक उच्च हैलाइड की स्थिरता कम हो जाती है। फ्लोराइड्स UF 3, U4F17, U2F9 और UF 4 गैर-वाष्पशील हैं, और UFe अस्थिर है। सबसे महत्वपूर्ण फ्लोराइड यूएफ 4 और यूएफई हैं।

अभ्यास के अनुसार फ़त्पिप्पियानिर ओक्गिल्या टी"यन्या पप्त्रकार्ट:

द्रवीकृत बिस्तर में प्रतिक्रिया समीकरण के अनुसार की जाती है:

फ्लोरिनेटिंग एजेंटों का उपयोग करना संभव है: BrF 3, CC1 3 F (फ़्रीऑन-11) या CC1 2 F 2 (फ़्रीऑन-12):

यूरेनियम फ्लोराइड (1यू) यूएफ 4 ("हरा नमक") एक नीले-हरे से पन्ना रंग का पाउडर है। जी 11एल = युज़6°; Гк,`,.=-1730°. डीएन° 29 8= 1856 केजे/मोल। क्रिस्टल संरचना मोनोक्लिनिक है (sp. gp. C2/s; 0=1.273 nm; 5=1.075 nm; 0=0.843 nm; घ= 6.7 एनएम; p=12b°20"; घनत्व 6.72 ग्राम/सेमी3। यूएफ 4 एक स्थिर, निष्क्रिय, गैर-वाष्पशील यौगिक है, जो पानी में खराब घुलनशील है। यूएफ 4 के लिए सबसे अच्छा विलायक फ्यूमिंग परक्लोरिक एसिड एचसी10 4 है। ऑक्सीकरण एसिड में घुल जाता है एक यूरेनिल नमक; Al(N0 3) 3 या AlCl 3 के गर्म घोल में, साथ ही H 2 S0 4, HC10 4 या HC1 के साथ अम्लीकृत बोरिक एसिड के घोल में जल्दी घुल जाता है। कॉम्प्लेक्सिंग एजेंट जो फ्लोराइड आयनों को बांधते हैं, उदाहरण के लिए, Fe3 +, Al3 + या बोरिक एसिड भी UF 4 के विघटन में योगदान देता है। अन्य धातुओं के फ्लोराइड के साथ यह कई खराब घुलनशील दोहरे लवण (MeUFe, Me 2 UF6, Me 3 UF 7, आदि) बनाता है। एनएच 4 यूएफ 5 औद्योगिक महत्व का है।

यू(IV) फ्लोराइड तैयारी में एक मध्यवर्ती उत्पाद है

UF6 और यूरेनियम धातु दोनों।

यूएफ 4 प्रतिक्रियाओं द्वारा प्राप्त किया जा सकता है:

या यूरेनिल फ्लोराइड की इलेक्ट्रोलाइटिक कमी से।

यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड यूएफई - कमरे के तापमान पर, उच्च अपवर्तक सूचकांक के साथ हाथी दांत के रंग के क्रिस्टल। घनत्व

5.09 ग्राम/सेमीज़, तरल यूएफई का घनत्व - 3.63 ग्राम/सेमीज़। वाष्पशील यौगिक. Tvoag = 5^>5°> गिल=b4.5° (दबाव में)। संतृप्त वाष्प का दबाव 560° पर वायुमंडल तक पहुँचता है। गठन की एन्थैल्पी AH° 29 8 = -211b kJ/mol। क्रिस्टल संरचना ऑर्थोरोम्बिक (अंतरिक्ष समूह) है। आरपीटी; 0=0.999 एनएम; फ़े= 0.8962 एनएम; सी=ओ.5207 एनएम; डी 5.060 एनएम (25 0). एमपीसी - 0.015 मिलीग्राम/एम3। ठोस अवस्था से, UF6 दबाव की एक विस्तृत श्रृंखला में तरल चरण को दरकिनार करते हुए, एक गैस में उर्ध्वपातन (उर्ध्वपातन) कर सकता है। ऊर्ध्वपातन की ऊष्मा 50 0 50 kJ/mg पर। अणु में कोई द्विध्रुव आघूर्ण नहीं है, इसलिए UF6 संबद्ध नहीं होता है। यूएफआर वाष्प एक आदर्श गैस है।

यह इसके यू यौगिक पर फ्लोरीन की क्रिया द्वारा प्राप्त किया जाता है:

गैस-चरण प्रतिक्रियाओं के अलावा, तरल-चरण प्रतिक्रियाएं भी होती हैं

उदाहरण के लिए, हेलोफ्लोराइड्स का उपयोग करके UF6 का उत्पादन करना

फ्लोरीन के उपयोग के बिना UF6 प्राप्त करने का एक तरीका है - UF 4 के ऑक्सीकरण द्वारा:

UFe शुष्क हवा, ऑक्सीजन, नाइट्रोजन और C0 2 के साथ प्रतिक्रिया नहीं करता है, लेकिन पानी के संपर्क में आने पर, यहां तक ​​कि इसके कुछ अंश भी, यह हाइड्रोलिसिस से गुजरता है:

यह अधिकांश धातुओं के साथ क्रिया करके उनके फ्लोराइड बनाता है, जिससे इसके भंडारण के तरीके जटिल हो जाते हैं। यूएफ 6 के साथ काम करने के लिए उपयुक्त पोत सामग्री हैं: गर्म होने पर, नी, मोनेल और पीटी, ठंड में - टेफ्लॉन, बिल्कुल सूखा क्वार्ट्ज और कांच, तांबा और एल्यूमीनियम। 25-0°C के तापमान पर यह 3NaFUFr>, 3KF2UF6 प्रकार के क्षार धातुओं और चांदी के फ्लोराइड के साथ जटिल यौगिक बनाता है।

यह विभिन्न कार्बनिक तरल पदार्थों, अकार्बनिक एसिड और सभी हेलोफ्लोराइड्स में अच्छी तरह से घुल जाता है। सूखने के लिए निष्क्रिय 0 2, एन 2, सी0 2, सी1 2, बीआर 2। यूएफआर को अधिकांश शुद्ध धातुओं के साथ कमी प्रतिक्रियाओं की विशेषता है। UF6 हाइड्रोकार्बन और अन्य कार्बनिक पदार्थों के साथ तीव्रता से प्रतिक्रिया करता है, इसलिए UFe वाले बंद कंटेनर फट सकते हैं। 25 -r100° की सीमा में UF6 क्षार और अन्य धातुओं के फ्लोराइड के साथ जटिल लवण बनाता है। इस संपत्ति का उपयोग यूएफ के चयनात्मक निष्कर्षण के लिए प्रौद्योगिकी में किया जाता है

यूरेनियम हाइड्राइड यूएच 2 और यूएच 3 नमक जैसे हाइड्राइड और धातु में हाइड्रोजन के ठोस समाधान के प्रकार के हाइड्राइड के बीच एक मध्यवर्ती स्थिति पर कब्जा करते हैं।

जब यूरेनियम नाइट्रोजन के साथ प्रतिक्रिया करता है, तो नाइट्राइड बनते हैं। यू-एन प्रणाली में चार ज्ञात चरण हैं: यूएन (यूरेनियम नाइट्राइड), ए-यू 2 एन 3 (सेसक्विनिट्राइड), पी- यू 2 एन 3 और यूएन आईएफ90. यूएन 2 (डाइनिट्राइड) रचना को प्राप्त करना संभव नहीं है। यूरेनियम मोनोनाइट्राइड यूएन का संश्लेषण विश्वसनीय और अच्छी तरह से नियंत्रित होता है, जो सीधे तत्वों से किया जाता है। यूरेनियम नाइट्राइड पाउडरयुक्त पदार्थ होते हैं, जिनका रंग गहरे भूरे से भूरे रंग में भिन्न होता है; धातु की तरह देखो. UN में घन फलक-केन्द्रित क्रिस्टल संरचना है, जैसे NaCl (0 = 4.8892 A); (/=14.324, 7^=2855°, निर्वात में 1700 0 तक स्थिर। यह यू या यू हाइड्राइड को एन 2 के साथ प्रतिक्रिया करके तैयार किया जाता है। या एनएच 3, 1300 डिग्री पर उच्च यू नाइट्राइड का अपघटन या यूरेनियम धातु के साथ उनकी कमी। यू 2 एन 3 को दो बहुरूपी संशोधनों में जाना जाता है: घन ए और हेक्सागोनल पी (0 = 0.3688 एनएम, 6 = 0.5839 एनएम), 8oo° से ऊपर के निर्वात में एन 2 जारी करता है। यह हाइड्रोजन के साथ यूएन 2 को कम करके प्राप्त किया जाता है। उच्च N2 दबाव के तहत U को N2 के साथ प्रतिक्रिया करके UN2 डाइनाइट्राइड का संश्लेषण किया जाता है। यूरेनियम नाइट्राइड एसिड और क्षार समाधान में आसानी से घुलनशील होते हैं, लेकिन पिघले हुए क्षार द्वारा विघटित हो जाते हैं।

यूरेनियम नाइट्राइड यूरेनियम ऑक्साइड के दो-चरणीय कार्बोथर्मिक अपचयन द्वारा प्राप्त किया जाता है:

आर्गन में 7एम450 0 पर 10*20 घंटे तक गर्म करना

डाइनिट्राइड, यूएन 2 के करीब की संरचना वाला यूरेनियम नाइट्राइड, उच्च तापमान और दबाव पर यूएफ 4 को अमोनिया के संपर्क में लाकर प्राप्त किया जा सकता है।

गर्म करने पर यूरेनियम डाइनिट्राइड विघटित हो जाता है:

यूरेनियम नाइट्राइड, 2 35 यू पर समृद्ध, में यूरेनियम ऑक्साइड की तुलना में अधिक विखंडन घनत्व, तापीय चालकता और पिघलने बिंदु है - आधुनिक बिजली रिएक्टरों का पारंपरिक ईंधन। इसमें पारंपरिक ईंधन से बेहतर यांत्रिक गुण और स्थिरता भी है। इसलिए, इस यौगिक को तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टरों (पीढ़ी IV परमाणु रिएक्टरों) में परमाणु ईंधन के लिए एक आशाजनक आधार माना जाता है।

टिप्पणी। संयुक्त राष्ट्र को '5एन' द्वारा समृद्ध करना बहुत उपयोगी है, क्योंकि .4 एन न्यूट्रॉन को पकड़ने की प्रवृत्ति रखता है, जिससे (एन,पी) प्रतिक्रिया के माध्यम से रेडियोधर्मी आइसोटोप 14 सी उत्पन्न होता है।

यूरेनियम कार्बाइड यूसी 2 (?-चरण) धात्विक चमक वाला एक हल्के भूरे रंग का क्रिस्टलीय पदार्थ है। यू-सी प्रणाली (यूरेनियम कार्बाइड) में यूसी 2 (?-चरण), यूसी 2 (बी 2-चरण), यू 2 सी 3 (ई-चरण), यूसी (बी 2-चरण) - यूरेनियम कार्बाइड होते हैं। यूरेनियम डाइकार्बाइड यूसी 2 प्रतिक्रियाओं द्वारा प्राप्त किया जा सकता है:

यू + 2सी^यूसी 2 (54वी)

यूरेनियम कार्बाइड का उपयोग परमाणु रिएक्टरों के लिए ईंधन के रूप में किया जाता है; वे अंतरिक्ष रॉकेट इंजनों के लिए ईंधन के रूप में आशाजनक हैं।

यूरेनिल नाइट्रेट, यूरेनिल नाइट्रेट, U0 2 (N0 3) 2 -6H 2 0. इस नमक में धातु की भूमिका यूरेनिल 2+ धनायन द्वारा निभाई जाती है। हरे रंग की टिंट के साथ पीले क्रिस्टल, पानी में आसानी से घुलनशील। जलीय घोल अम्लीय होता है। इथेनॉल, एसीटोन और ईथर में घुलनशील, बेंजीन, टोल्यूनि और क्लोरोफॉर्म में अघुलनशील। गर्म करने पर, क्रिस्टल पिघल जाते हैं और HN0 3 और H 2 0 छोड़ते हैं। क्रिस्टलीय हाइड्रेट हवा में आसानी से वाष्पित हो जाता है। एक विशिष्ट प्रतिक्रिया यह है कि NH 3 की क्रिया के तहत अमोनियम यूरेनियम का एक पीला अवक्षेप बनता है।

यूरेनियम धातु-कार्बनिक यौगिक बनाने में सक्षम है। उदाहरण यू(सी 5 एच 5) 4 और उनके हैलोजन-प्रतिस्थापित यू(सी 5 एच 5) 3 जी या यू(सी 5 एच 5) 2 जी 2 के साइक्लोपेंटैडिएनिल डेरिवेटिव हैं।

जलीय घोल में, यूरेनियम यूरेनिल आयन U0 2 2+ के रूप में U(VI) के ऑक्सीकरण अवस्था में सबसे अधिक स्थिर होता है। कुछ हद तक, यह U(IV) अवस्था की विशेषता है, लेकिन यह U(III) रूप में भी हो सकता है। U(V) की ऑक्सीकरण अवस्था IO2+ आयन के रूप में मौजूद हो सकती है, लेकिन इसकी असंगति और हाइड्रोलिसिस की प्रवृत्ति के कारण यह अवस्था शायद ही कभी देखी जाती है।

तटस्थ और अम्लीय समाधानों में, U(VI) U0 2 2+ - एक पीले यूरेनिल आयन के रूप में मौजूद होता है। अच्छी तरह से घुलनशील यूरेनिल लवण में नाइट्रेट U0 2 (N0 3) 2, सल्फेट U0 2 S0 4, क्लोराइड U0 2 C1 2, फ्लोराइड U0 2 F 2, एसीटेट U0 2 (CH 3 C00) 2 शामिल हैं। ये लवण अलग-अलग संख्या में पानी के अणुओं के साथ क्रिस्टलीय हाइड्रेट्स के रूप में घोल से निकलते हैं। थोड़ा घुलनशील यूरेनिल लवण हैं: ऑक्सालेट U0 2 C 2 0 4, फॉस्फेट U0 2 HP0., और UO2P2O4, अमोनियम यूरेनिल फॉस्फेट UO2NH4PO4, सोडियम यूरेनिल वैनाडेट NaU0 2 V0 4, फेरोसाइनाइड (U0 2) 2। यूरेनिल आयन की विशेषता जटिल यौगिक बनाने की प्रवृत्ति है। इस प्रकार, -, 4- प्रकार के फ्लोरीन आयन वाले कॉम्प्लेक्स ज्ञात हैं; नाइट्रेट कॉम्प्लेक्स' और 2*; सल्फ्यूरिक एसिड कॉम्प्लेक्स 2 " और 4-; कार्बोनेट कॉम्प्लेक्स 4 " और 2 ", आदि। जब क्षार यूरेनिल लवण के समाधान पर कार्य करते हैं, तो मी 2 यू 2 0 7 प्रकार के ड्यूरेनेट्स के विरल रूप से घुलनशील अवक्षेप निकलते हैं (मोनोरेनेट्स मी 2 यू 0 4) समाधानों से पृथक नहीं होते हैं, वे क्षार के साथ संलयन यूरेनियम ऑक्साइड द्वारा प्राप्त किए जाते हैं)।Me 2 U n 0 3 n+i पॉलीयूरेनेट ज्ञात हैं (उदाहरण के लिए, Na 2 U60i 9)।

लौह, जस्ता, एल्यूमीनियम, सोडियम हाइड्रोसल्फाइट और सोडियम अमलगम द्वारा अम्लीय घोल में U(VI) को घटाकर U(IV) कर दिया जाता है। विलयन हरे रंग के होते हैं। उनसे क्षार अवक्षेपित होता है हाइड्रॉक्साइड U0 2 (0H) 2, हाइड्रोफ्लोरिक एसिड - फ्लोराइड UF 4 -2.5H 2 0, ऑक्सालिक एसिड - ऑक्सालेट U(C 2 0 4) 2 -6H 2 0। U 4+ आयन की प्रवृत्ति होती है यूरेनिल आयनों की तुलना में कम संकुल बनाते हैं।

घोल में यूरेनियम (IV) U 4+ आयनों के रूप में होता है, जो अत्यधिक हाइड्रोलाइज्ड और हाइड्रेटेड होते हैं:

अम्लीय घोल में, हाइड्रोलिसिस को दबा दिया जाता है।

समाधान में यूरेनियम (VI) यूरेनिल ऑक्सीकेशन बनाता है - U0 2 2+ कई यूरेनिल यौगिक ज्ञात हैं, जिनके उदाहरण हैं: U0 3, U0 2 (C 2 H 3 0 2) 2, U0 2 C0 3 -2 (NH 4) ) 2 C0 3 U0 2 C0 3, U0 2 C1 2, U0 2 (0H) 2, U0 2 (N0 3) 2, UO0SO4, ZnU0 2 (CH 3 C00) 4, आदि।

यूरेनिल आयन के जल-अपघटन पर, कई बहु-नाभिकीय परिसर बनते हैं:

आगे हाइड्रोलिसिस के साथ, U 3 0s(0H) 2 और फिर U 3 0 8 (0H) 4 2 - दिखाई देते हैं।

यूरेनियम की गुणात्मक पहचान के लिए रासायनिक, ल्यूमिनसेंट, रेडियोमेट्रिक और वर्णक्रमीय विश्लेषण के तरीकों का उपयोग किया जाता है। रासायनिक विधियाँ मुख्यतः रंगीन यौगिकों के निर्माण पर आधारित होती हैं (उदाहरण के लिए, फेरोसाइनाइड के साथ यौगिक का लाल-भूरा रंग, हाइड्रोजन पेरोक्साइड के साथ पीला, आर्सेनाज़ो अभिकर्मक के साथ नीला)। ल्यूमिनसेंट विधि कई यूरेनियम यौगिकों की यूवी किरणों के संपर्क में आने पर पीली-हरी चमक पैदा करने की क्षमता पर आधारित है।

यूरेनियम का मात्रात्मक निर्धारण विभिन्न विधियों द्वारा किया जाता है। उनमें से सबसे महत्वपूर्ण हैं: वॉल्यूमेट्रिक विधियां, जिसमें यू (VI) को यू (IV) में कम करना और उसके बाद ऑक्सीकरण एजेंटों के समाधान के साथ अनुमापन शामिल है; ग्रेविमेट्रिक विधियाँ - यूरेनेट्स, पेरोक्साइड, यू(IV) कपफेरनेट्स, हाइड्रोक्सीक्विनोलेट, ऑक्सालेट, आदि का अवक्षेपण। इसके बाद उनका oooo° पर कैल्सीनेशन और वजन U 3 0s; नाइट्रेट समाधान में पोलारोग्राफ़िक विधियाँ यूरेनियम के 10*7-g10-9 ग्राम को निर्धारित करना संभव बनाती हैं; कई वर्णमिति विधियाँ (उदाहरण के लिए, क्षारीय माध्यम में H 2 0 2 के साथ, EDTA की उपस्थिति में आर्सेनाज़ो अभिकर्मक के साथ, डिबेंज़ॉयलमीथेन के साथ, थायोसाइनेट कॉम्प्लेक्स के रूप में, आदि); ल्यूमिनसेंट विधि, जो NaF के साथ जुड़े होने पर यह निर्धारित करना संभव बनाती है यू 11जी यूरेनियम.

235यू विकिरण खतरा समूह ए से संबंधित है, न्यूनतम महत्वपूर्ण गतिविधि एमजेडए = 3.7-10 4 बीक्यू, 2 3 8 और - समूह डी, एमजेडए = 3.7-6 बीक्यू (300 ग्राम) से संबंधित है।

यूरेनियम एक्टिनाइड परिवार का एक रासायनिक तत्व है जिसका परमाणु क्रमांक 92 है। यह सबसे महत्वपूर्ण परमाणु ईंधन है। पृथ्वी की पपड़ी में इसकी सांद्रता लगभग 2 भाग प्रति मिलियन है। महत्वपूर्ण यूरेनियम खनिजों में यूरेनियम ऑक्साइड (यू 3 ओ 8), यूरेनिनाइट (यूओ 2), कार्नोटाइट (पोटेशियम यूरेनिल वैनाडेट), ओटेनाइट (पोटेशियम यूरेनिल फॉस्फेट), और टोरबर्नाइट (हाइड्रस कॉपर यूरेनिल फॉस्फेट) शामिल हैं। ये और अन्य यूरेनियम अयस्क परमाणु ईंधन के स्रोत हैं और इनमें सभी ज्ञात पुनर्प्राप्ति योग्य जीवाश्म ईंधन भंडार की तुलना में कई गुना अधिक ऊर्जा होती है। 1 किलोग्राम यूरेनियम 92 यू 3 मिलियन किलोग्राम कोयले के समान ऊर्जा प्रदान करता है।

खोज का इतिहास

रासायनिक तत्व यूरेनियम चांदी-सफेद रंग वाली एक घनी, कठोर धातु है। यह लचीला, लचीला और पॉलिश करने योग्य है। हवा में, धातु ऑक्सीकृत हो जाती है और कुचलने पर प्रज्वलित हो जाती है। बिजली का संचालन अपेक्षाकृत ख़राब ढंग से करता है। यूरेनियम का इलेक्ट्रॉनिक सूत्र 7s2 6d1 5f3 है।

हालाँकि इस तत्व की खोज 1789 में जर्मन रसायनज्ञ मार्टिन हेनरिक क्लैप्रोथ ने की थी, जिन्होंने इसका नाम हाल ही में खोजे गए ग्रह यूरेनस के नाम पर रखा था, धातु को 1841 में फ्रांसीसी रसायनज्ञ यूजीन-मेल्चियोर पेलिगोट द्वारा यूरेनियम टेट्राक्लोराइड (यूसीएल 4) से घटाकर अलग किया गया था। पोटैशियम।

रेडियोधर्मिता

1869 में रूसी रसायनज्ञ दिमित्री मेंडेलीव द्वारा आवर्त सारणी के निर्माण ने सबसे भारी ज्ञात तत्व के रूप में यूरेनियम पर ध्यान केंद्रित किया, जो 1940 में नेपच्यूनियम की खोज तक बना रहा। 1896 में, फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी हेनरी बेकरेल ने इसमें रेडियोधर्मिता की घटना की खोज की। यह गुण बाद में कई अन्य पदार्थों में पाया गया। अब यह ज्ञात है कि यूरेनियम, अपने सभी आइसोटोप में रेडियोधर्मी, 238 यू (99.27%, आधा जीवन - 4,510,000,000 वर्ष), 235 यू (0.72%, आधा जीवन - 713,000,000 वर्ष) और 234 यू (0.006) का मिश्रण होता है %, अर्ध-जीवन - 247,000 वर्ष)। उदाहरण के लिए, यह भूवैज्ञानिक प्रक्रियाओं और पृथ्वी की आयु का अध्ययन करने के लिए चट्टानों और खनिजों की आयु निर्धारित करने की अनुमति देता है। ऐसा करने के लिए, वे सीसे की मात्रा मापते हैं, जो यूरेनियम के रेडियोधर्मी क्षय का अंतिम उत्पाद है। इस मामले में, 238 यू प्रारंभिक तत्व है, और 234 यू उत्पादों में से एक है। 235 यू एक्टिनियम की क्षय श्रृंखला को जन्म देता है।

एक श्रृंखला प्रतिक्रिया की खोज

रासायनिक तत्व यूरेनियम व्यापक रुचि और गहन अध्ययन का विषय बन गया जब जर्मन रसायनज्ञ ओटो हैन और फ्रिट्ज़ स्ट्रैसमैन ने 1938 के अंत में इसमें परमाणु विखंडन की खोज की जब इस पर धीमी गति से न्यूट्रॉन की बमबारी की गई। 1939 की शुरुआत में, इतालवी-अमेरिकी भौतिक विज्ञानी एनरिको फर्मी ने सुझाव दिया कि परमाणु विखंडन के उत्पादों में श्रृंखला प्रतिक्रिया उत्पन्न करने में सक्षम प्राथमिक कण हो सकते हैं। 1939 में, अमेरिकी भौतिकविदों लियो स्ज़ीलार्ड और हर्बर्ट एंडरसन, साथ ही फ्रांसीसी रसायनज्ञ फ्रेडरिक जूलियट-क्यूरी और उनके सहयोगियों ने इस भविष्यवाणी की पुष्टि की। बाद के अध्ययनों से पता चला कि, एक परमाणु के विखंडन के दौरान औसतन 2.5 न्यूट्रॉन निकलते हैं। इन खोजों से पहली आत्मनिर्भर परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया (12/02/1942), पहला परमाणु बम (07/16/1945), युद्ध में इसका पहला उपयोग (08/06/1945), पहली परमाणु पनडुब्बी ( 1955) और पहला पूर्ण पैमाने का परमाणु ऊर्जा संयंत्र (1957)।

ऑक्सीकरण अवस्थाएँ

रासायनिक तत्व यूरेनियम, एक मजबूत विद्युत धनात्मक धातु होने के कारण, पानी के साथ प्रतिक्रिया करता है। यह अम्लों में घुलता है, लेकिन क्षार में नहीं। महत्वपूर्ण ऑक्सीकरण अवस्थाएँ +4 हैं (जैसा कि यूओ 2 ऑक्साइड, टेट्राहैलाइड्स जैसे यूसीएल 4, और हरे पानी के आयन यू4+ में) और +6 (जैसा कि यूओ 3 ऑक्साइड, यूएफ 6 हेक्साफ्लोराइड और यूरेनिल आयन यूओ 2 2+ में)। एक जलीय घोल में, यूरेनियम यूरेनिल आयन की संरचना में सबसे अधिक स्थिर होता है, जिसकी एक रैखिक संरचना होती है [O = U = O] 2+। तत्व की अवस्थाएँ +3 और +5 भी हैं, लेकिन वे अस्थिर हैं। लाल यू 3+ पानी में धीरे-धीरे ऑक्सीकरण होता है, जिसमें ऑक्सीजन नहीं होता है। यूओ 2+ आयन का रंग अज्ञात है क्योंकि यह बहुत पतले घोल में भी अनुपातहीन हो जाता है (यूओ 2+ दोनों यू 4+ में कम हो जाता है और यूओ 2 2+ में ऑक्सीकृत हो जाता है)।

परमाणु ईंधन

धीमे न्यूट्रॉन के संपर्क में आने पर, यूरेनियम परमाणु का विखंडन अपेक्षाकृत दुर्लभ आइसोटोप 235 यू में होता है। यह प्राकृतिक रूप से पाया जाने वाला एकमात्र विखंडनीय पदार्थ है, और इसे आइसोटोप 238 यू से अलग किया जाना चाहिए। हालांकि, अवशोषण और नकारात्मक बीटा क्षय के बाद, यूरेनियम -238 सिंथेटिक तत्व प्लूटोनियम में बदल जाता है, जो धीमे न्यूट्रॉन के प्रभाव में विभाजित हो जाता है। इसलिए, प्राकृतिक यूरेनियम का उपयोग कनवर्टर और ब्रीडर रिएक्टरों में किया जा सकता है, जिसमें विखंडन दुर्लभ 235 यू द्वारा समर्थित होता है और प्लूटोनियम 238 यू के रूपांतरण के साथ-साथ उत्पन्न होता है। विखंडनीय 233 यू को परमाणु ईंधन के रूप में उपयोग के लिए व्यापक रूप से पाए जाने वाले प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले आइसोटोप थोरियम -232 से संश्लेषित किया जा सकता है। यूरेनियम प्राथमिक सामग्री के रूप में भी महत्वपूर्ण है जिससे सिंथेटिक ट्रांसयूरेनियम तत्व प्राप्त होते हैं।

यूरेनियम के अन्य उपयोग

रासायनिक तत्व के यौगिकों का उपयोग पहले सिरेमिक के लिए रंगों के रूप में किया जाता था। हेक्साफ्लोराइड (यूएफ 6) 25 डिग्री सेल्सियस पर असामान्य रूप से उच्च वाष्प दबाव (0.15 एटीएम = 15,300 पा) वाला एक ठोस है। यूएफ 6 रासायनिक रूप से बहुत प्रतिक्रियाशील है, लेकिन वाष्प अवस्था में इसकी संक्षारक प्रकृति के बावजूद, यूएफ 6 का व्यापक रूप से समृद्ध यूरेनियम के उत्पादन के लिए गैसीय प्रसार और गैस सेंट्रीफ्यूज तरीकों में उपयोग किया जाता है।

ऑर्गेनोमेटेलिक यौगिक यौगिकों का एक दिलचस्प और महत्वपूर्ण समूह है जिसमें धातु-कार्बन बंधन धातु को कार्बनिक समूहों से जोड़ते हैं। यूरेनोसीन एक ऑर्गेनोरेनिक यौगिक U(C 8 H 8) 2 है जिसमें यूरेनियम परमाणु साइक्लोएक्टेट्रेन C 8 H 8 से जुड़े कार्बनिक छल्लों की दो परतों के बीच सैंडविच होता है। 1968 में इसकी खोज ने ऑर्गेनोमेटेलिक रसायन विज्ञान का एक नया क्षेत्र खोल दिया।

नष्ट हुए प्राकृतिक यूरेनियम का उपयोग विकिरण सुरक्षा, गिट्टी, कवच-भेदी गोले और टैंक कवच में किया जाता है।

पुनर्चक्रण

रासायनिक तत्व, हालांकि बहुत घना (19.1 ग्राम/सेमी3) है, अपेक्षाकृत कमजोर, गैर-ज्वलनशील पदार्थ है। दरअसल, यूरेनियम के धात्विक गुण इसे चांदी और अन्य वास्तविक धातुओं और गैर-धातुओं के बीच रखते हैं, इसलिए इसका उपयोग संरचनात्मक सामग्री के रूप में नहीं किया जाता है। यूरेनियम का मुख्य मूल्य इसके आइसोटोप के रेडियोधर्मी गुणों और उनकी विखंडन क्षमता में निहित है। प्रकृति में, लगभग सभी (99.27%) धातु में 238 यू होते हैं। शेष 235 यू (0.72%) और 234 यू (0.006%) होते हैं। इन प्राकृतिक समस्थानिकों में से केवल 235 यू सीधे न्यूट्रॉन विकिरण द्वारा विखंडित होता है। हालाँकि, जब इसे अवशोषित किया जाता है, तो 238 यू 239 यू बनाता है, जो अंततः 239 पु में विघटित हो जाता है, जो परमाणु ऊर्जा और परमाणु हथियारों के लिए बहुत महत्व की एक विखंडनीय सामग्री है। एक अन्य विखंडनीय आइसोटोप, 233 यू, 232 थ के न्यूट्रॉन विकिरण द्वारा बनाया जा सकता है।

क्रिस्टल रूप

यूरेनियम की विशेषताएं इसे सामान्य परिस्थितियों में भी ऑक्सीजन और नाइट्रोजन के साथ प्रतिक्रिया करने के लिए प्रेरित करती हैं। उच्च तापमान पर यह मिश्रित धातुओं की एक विस्तृत श्रृंखला के साथ प्रतिक्रिया करके इंटरमेटेलिक यौगिक बनाता है। तत्व के परमाणुओं द्वारा निर्मित विशेष क्रिस्टल संरचनाओं के कारण अन्य धातुओं के साथ ठोस विलयन का निर्माण दुर्लभ है। कमरे के तापमान और 1132 डिग्री सेल्सियस के पिघलने बिंदु के बीच, यूरेनियम धातु 3 क्रिस्टलीय रूपों में मौजूद होती है जिन्हें अल्फा (α), बीटा (β) और गामा (γ) के रूप में जाना जाता है। α- से β-अवस्था में परिवर्तन 668 डिग्री सेल्सियस पर और β से γ तक 775 डिग्री सेल्सियस पर होता है। γ-यूरेनियम में एक शरीर-केंद्रित घन क्रिस्टल संरचना होती है, जबकि β में एक टेट्रागोनल क्रिस्टल संरचना होती है। α चरण में अत्यधिक सममित ऑर्थोरोम्बिक संरचना में परमाणुओं की परतें होती हैं। यह अनिसोट्रोपिक विकृत संरचना मिश्र धातु के परमाणुओं को यूरेनियम परमाणुओं को प्रतिस्थापित करने या क्रिस्टल जाली में उनके बीच की जगह पर कब्जा करने से रोकती है। यह पाया गया कि केवल मोलिब्डेनम और नाइओबियम ही ठोस घोल बनाते हैं।

अयस्क

पृथ्वी की पपड़ी में प्रति मिलियन यूरेनियम के लगभग 2 भाग होते हैं, जो प्रकृति में इसकी व्यापक उपस्थिति को इंगित करता है। अनुमान है कि महासागरों में इस रासायनिक तत्व की मात्रा 4.5 × 10 9 टन है। यूरेनियम 150 से अधिक विभिन्न खनिजों का एक महत्वपूर्ण घटक है और अन्य 50 का एक छोटा घटक है। मैग्मैटिक हाइड्रोथर्मल नसों और पेगमाटाइट्स में पाए जाने वाले प्राथमिक खनिजों में यूरेनिनाइट और इसके प्रकार पिचब्लेंड शामिल हैं। इन अयस्कों में तत्व डाइऑक्साइड के रूप में होता है, जो ऑक्सीकरण के कारण यूओ 2 से यूओ 2.67 तक हो सकता है। यूरेनियम खदानों से निकलने वाले अन्य आर्थिक रूप से महत्वपूर्ण उत्पाद ऑटुनाइट (हाइड्रेटेड कैल्शियम यूरेनिल फॉस्फेट), टोबर्नाइट (हाइड्रेटेड कॉपर यूरेनिल फॉस्फेट), कॉफ़िनिट (ब्लैक हाइड्रेटेड यूरेनियम सिलिकेट) और कार्नोटाइट (हाइड्रेटेड पोटेशियम यूरेनिल वैनाडेट) हैं।

यह अनुमान लगाया गया है कि 90% से अधिक ज्ञात कम लागत वाले यूरेनियम भंडार ऑस्ट्रेलिया, कजाकिस्तान, कनाडा, रूस, दक्षिण अफ्रीका, नाइजर, नामीबिया, ब्राजील, चीन, मंगोलिया और उज्बेकिस्तान में स्थित हैं। कनाडा के ओन्टारियो में ह्यूरन झील के उत्तर में स्थित इलियट झील की समूहीकृत चट्टान संरचनाओं और दक्षिण अफ़्रीकी विटवाटरसैंड सोने की खदान में बड़े भंडार पाए जाते हैं। पश्चिमी संयुक्त राज्य अमेरिका के कोलोराडो पठार और व्योमिंग बेसिन में रेत संरचनाओं में भी महत्वपूर्ण यूरेनियम भंडार हैं।

उत्पादन

यूरेनियम अयस्क सतह के निकट और गहरे (300-1200 मीटर) दोनों भंडारों में पाए जाते हैं। भूमिगत, सीम की मोटाई 30 मीटर तक पहुंच जाती है। अन्य धातुओं के अयस्कों की तरह, सतह पर यूरेनियम का खनन बड़े पृथ्वी-चालित उपकरणों का उपयोग करके किया जाता है, और गहरे जमा का विकास ऊर्ध्वाधर और झुके हुए पारंपरिक तरीकों का उपयोग करके किया जाता है। खदानें। 2013 में यूरेनियम सांद्रण का विश्व उत्पादन 70 हजार टन था। सबसे अधिक उत्पादक यूरेनियम खदानें कजाकिस्तान (सभी उत्पादन का 32%), कनाडा, ऑस्ट्रेलिया, नाइजर, नामीबिया, उज्बेकिस्तान और रूस में स्थित हैं।

यूरेनियम अयस्कों में आम तौर पर केवल थोड़ी मात्रा में यूरेनियम युक्त खनिज होते हैं और ये सीधे पाइरोमेटालर्जिकल तरीकों से गलाने योग्य नहीं होते हैं। इसके बजाय, यूरेनियम को निकालने और शुद्ध करने के लिए हाइड्रोमेटालर्जिकल प्रक्रियाओं का उपयोग किया जाना चाहिए। सांद्रता बढ़ाने से प्रसंस्करण सर्किट पर भार काफी कम हो जाता है, लेकिन खनिज प्रसंस्करण के लिए आमतौर पर उपयोग की जाने वाली पारंपरिक लाभकारी विधियों में से कोई भी, जैसे कि गुरुत्वाकर्षण, प्लवनशीलता, इलेक्ट्रोस्टैटिक और यहां तक ​​​​कि मैन्युअल सॉर्टिंग, लागू नहीं होती है। कुछ अपवादों को छोड़कर, इन विधियों के परिणामस्वरूप महत्वपूर्ण यूरेनियम हानि होती है।

जलता हुआ

यूरेनियम अयस्कों का हाइड्रोमेटालर्जिकल प्रसंस्करण अक्सर उच्च तापमान कैल्सीनेशन चरण से पहले होता है। फायरिंग से मिट्टी निर्जलित हो जाती है, कार्बनयुक्त सामग्री निकल जाती है, सल्फर यौगिकों को हानिरहित सल्फेट्स में ऑक्सीकरण हो जाता है, और किसी भी अन्य कम करने वाले एजेंट का ऑक्सीकरण हो जाता है जो बाद के प्रसंस्करण में हस्तक्षेप कर सकता है।

लीचिंग

यूरेनियम को भुने हुए अयस्कों से अम्लीय और क्षारीय दोनों जलीय घोलों द्वारा निकाला जाता है। सभी लीचिंग प्रणालियों के सफलतापूर्वक कार्य करने के लिए, रासायनिक तत्व को या तो प्रारंभ में अधिक स्थिर हेक्सावलेंट रूप में मौजूद होना चाहिए या प्रसंस्करण के दौरान इस अवस्था में ऑक्सीकृत होना चाहिए।

एसिड लीचिंग आमतौर पर परिवेश के तापमान पर 4-48 घंटों के लिए अयस्क और लिक्सीविएंट के मिश्रण को हिलाकर किया जाता है। विशेष परिस्थितियों को छोड़कर सल्फ्यूरिक एसिड का उपयोग किया जाता है। 1.5 के pH पर अंतिम शराब प्राप्त करने के लिए इसकी पर्याप्त मात्रा में आपूर्ति की जाती है। सल्फ्यूरिक एसिड लीचिंग योजनाएं आमतौर पर टेट्रावैलेंट यू4+ को हेक्सावलेंट यूरेनिल (यूओ22+) में ऑक्सीकरण करने के लिए या तो मैंगनीज डाइऑक्साइड या क्लोरेट का उपयोग करती हैं। आमतौर पर, यू 4+ ऑक्सीकरण के लिए प्रति टन लगभग 5 किलोग्राम मैंगनीज डाइऑक्साइड या 1.5 किलोग्राम सोडियम क्लोरेट पर्याप्त है। किसी भी मामले में, ऑक्सीकृत यूरेनियम सल्फ्यूरिक एसिड के साथ प्रतिक्रिया करके यूरेनिल सल्फेट कॉम्प्लेक्स आयन 4- बनाता है।

कैल्साइट या डोलोमाइट जैसे आवश्यक खनिजों की महत्वपूर्ण मात्रा वाले अयस्क को सोडियम कार्बोनेट के 0.5-1 मोलर घोल से निक्षालित किया जाता है। यद्यपि विभिन्न अभिकर्मकों का अध्ययन और परीक्षण किया गया है, यूरेनियम के लिए मुख्य ऑक्सीकरण एजेंट ऑक्सीजन है। आमतौर पर, अयस्क को वायुमंडलीय दबाव और 75-80 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर कुछ समय के लिए हवा में निक्षालित किया जाता है, जो विशिष्ट रासायनिक संरचना पर निर्भर करता है। क्षार यूरेनियम के साथ प्रतिक्रिया करके आसानी से घुलनशील जटिल आयन 4- बनाता है।

एसिड या कार्बोनेट लीचिंग से उत्पन्न समाधानों को आगे की प्रक्रिया से पहले स्पष्ट किया जाना चाहिए। पॉलीएक्रिलामाइड्स, ग्वार गम और पशु गोंद सहित प्रभावी फ्लोक्यूलेटिंग एजेंटों के उपयोग के माध्यम से मिट्टी और अन्य अयस्क घोल का बड़े पैमाने पर पृथक्करण प्राप्त किया जाता है।

निष्कर्षण

4- और 4- जटिल आयनों को उनके संबंधित आयन एक्सचेंज राल लीच समाधान से सोख लिया जा सकता है। ये विशेष रेजिन, जो उनके सोखना और निक्षालन कैनेटीक्स, कण आकार, स्थिरता और हाइड्रोलिक गुणों की विशेषता रखते हैं, का उपयोग विभिन्न प्रकार की प्रसंस्करण प्रौद्योगिकियों में किया जा सकता है, जैसे कि निश्चित बिस्तर, चलती बिस्तर, टोकरी राल और निरंतर राल। आमतौर पर, सोडियम क्लोराइड और अमोनिया या नाइट्रेट के घोल का उपयोग यूरेनियम को पिघलाने के लिए किया जाता है।

यूरेनियम को विलायक निष्कर्षण द्वारा अम्लीय अयस्क शराब से अलग किया जा सकता है। एल्काइलफॉस्फोरिक एसिड, साथ ही माध्यमिक और तृतीयक एल्काइलमाइन का उपयोग उद्योग में किया जाता है। आम तौर पर, 1 ग्राम/लीटर से अधिक यूरेनियम वाले एसिड फ़िल्ट्रेट के लिए आयन विनिमय विधियों की तुलना में विलायक निष्कर्षण को प्राथमिकता दी जाती है। हालाँकि, यह विधि कार्बोनेट लीचिंग पर लागू नहीं है।

फिर यूरेनियम को यूरेनिल नाइट्रेट बनाने के लिए नाइट्रिक एसिड में घोलकर शुद्ध किया जाता है, निकाला जाता है, क्रिस्टलीकृत किया जाता है और यूओ 3 ट्राइऑक्साइड बनाने के लिए कैल्सीन किया जाता है। कम किया गया डाइऑक्साइड UO2 हाइड्रोजन फ्लोराइड के साथ प्रतिक्रिया करके थीटाफ्लोराइड UF4 बनाता है, जिससे यूरेनियम धातु को 1300 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर मैग्नीशियम या कैल्शियम द्वारा कम किया जाता है।

यूएफ 6 हेक्साफ्लोराइड बनाने के लिए टेट्राफ्लोराइड को 350 डिग्री सेल्सियस पर फ्लोरिनेट किया जा सकता है, जिसका उपयोग गैसीय प्रसार, गैस सेंट्रीफ्यूजेशन या तरल थर्मल प्रसार द्वारा समृद्ध यूरेनियम -235 को अलग करने के लिए किया जाता है।

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 सैद्धांतिक रूप से 19वीं शताब्दी में 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)।

यूरेनस आवर्त सारणी के भारी धातु तत्वों में से एक है। यूरेनियम का व्यापक रूप से ऊर्जा और सैन्य उद्योगों में उपयोग किया जाता है। आवर्त सारणी में इसे संख्या 92 पर पाया जा सकता है और इसे लैटिन अक्षर यू द्वारा 238 की द्रव्यमान संख्या के साथ नामित किया गया है।

यूरेनस की खोज कैसे हुई

सामान्य तौर पर, यूरेनियम जैसा रासायनिक तत्व बहुत लंबे समय से जाना जाता है। यह ज्ञात है कि हमारे युग से पहले भी, प्राकृतिक यूरेनियम ऑक्साइड का उपयोग सिरेमिक के लिए पीला शीशा बनाने के लिए किया जाता था। इस तत्व की खोज का पता 1789 में लगाया जा सकता है, जब मार्टिन हेनरिक क्लैप्रोथ नामक एक जर्मन रसायनज्ञ ने एक अयस्क से एक काली धातु जैसा पदार्थ प्राप्त किया था। मार्टिन ने इसी नाम के नए खोजे गए ग्रह (यूरेनस ग्रह की खोज उसी वर्ष की गई थी) के नाम का समर्थन करने के लिए इस सामग्री को यूरेनस कहने का निर्णय लिया। 1840 में, यह पता चला कि क्लैप्रोथ द्वारा खोजी गई यह सामग्री, विशिष्ट धात्विक चमक के बावजूद, यूरेनियम ऑक्साइड निकली। यूजीन मेल्चियोर पेलिगोट ने ऑक्साइड से परमाणु यूरेनियम को संश्लेषित किया और इसका परमाणु भार 120 एयू निर्धारित किया, और 1874 में मेंडेलीव ने इस मूल्य को दोगुना कर दिया, इसे अपनी तालिका के सबसे दूर सेल में रखा। केवल 12 साल बाद, मेंडेलीव के द्रव्यमान को दोगुना करने के निर्णय की पुष्टि जर्मन रसायनज्ञ ज़िम्मरमैन के प्रयोगों से हुई।

यूरेनियम का खनन कहाँ और कैसे होता है?

यूरेनियम एक काफी सामान्य तत्व है, लेकिन यह यूरेनियम अयस्क के रूप में आम है। ताकि आप समझ सकें, पृथ्वी की पपड़ी में इसकी सामग्री पृथ्वी के कुल द्रव्यमान का 0.00027% है। यूरेनियम अयस्क आमतौर पर उच्च सिलिकॉन सामग्री के साथ अम्लीय खनिज चट्टानों में पाया जाता है। यूरेनियम अयस्कों के मुख्य प्रकार पिचब्लेंड, कार्नोटाइट, कैसोलाइट और समरस्काइट हैं। आरक्षित जमाओं को ध्यान में रखते हुए यूरेनियम अयस्कों का सबसे बड़ा भंडार ऑस्ट्रेलिया, रूस और कजाकिस्तान जैसे देशों में है और इन सभी में कजाकिस्तान अग्रणी स्थान रखता है। यूरेनियम खनन एक बहुत ही कठिन और महंगी प्रक्रिया है। सभी देश शुद्ध यूरेनियम का खनन और संश्लेषण नहीं कर सकते। उत्पादन तकनीक इस प्रकार है: सोने या कीमती पत्थरों के बराबर अयस्क या खनिजों का खनन खदानों में किया जाता है। यूरेनियम धूल को बाकी से अलग करने के लिए खनन की गई चट्टानों को कुचल दिया जाता है और पानी के साथ मिलाया जाता है। यूरेनियम की धूल बहुत भारी होती है और इसलिए यह दूसरों की तुलना में तेजी से अवक्षेपित होती है। अगला कदम एसिड या क्षारीय लीचिंग द्वारा अन्य चट्टानों से यूरेनियम धूल को शुद्ध करना है। प्रक्रिया कुछ इस तरह दिखती है: यूरेनियम मिश्रण को 150 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जाता है और दबाव में शुद्ध ऑक्सीजन की आपूर्ति की जाती है। परिणामस्वरूप, सल्फ्यूरिक एसिड बनता है, जो यूरेनियम को अन्य अशुद्धियों से शुद्ध करता है। खैर, अंतिम चरण में शुद्ध यूरेनियम कणों का चयन किया जाता है। यूरेनियम धूल के अलावा, अन्य उपयोगी खनिज भी हैं।

यूरेनियम से रेडियोधर्मी विकिरण का ख़तरा

हर कोई रेडियोधर्मी विकिरण की अवधारणा और इस तथ्य से अच्छी तरह परिचित है कि यह स्वास्थ्य को अपूरणीय क्षति पहुंचाता है, जिससे मृत्यु हो जाती है। यूरेनियम एक ऐसा तत्व है, जो कुछ शर्तों के तहत रेडियोधर्मी विकिरण छोड़ सकता है। मुक्त रूप में, अपनी विविधता के आधार पर, यह अल्फा और बीटा किरणें उत्सर्जित कर सकता है। यदि विकिरण बाहरी है तो अल्फा किरणें मनुष्यों के लिए कोई बड़ा खतरा पैदा नहीं करती हैं क्योंकि इस विकिरण की भेदन क्षमता कम होती है, लेकिन जब वे शरीर में प्रवेश करती हैं तो अपूरणीय क्षति पहुंचाती हैं। यहां तक ​​कि लेखन पत्र की एक शीट भी बाहरी अल्फा किरणों को समाहित करने के लिए पर्याप्त है। बीटा विकिरण के साथ, चीज़ें अधिक गंभीर होती हैं, लेकिन ज़्यादा नहीं। बीटा विकिरण की भेदन शक्ति अल्फा विकिरण की तुलना में अधिक है, लेकिन बीटा विकिरण को समाहित करने के लिए 3-5 मिमी ऊतक की आवश्यकता होगी। क्या आप मुझे बता सकते हैं कि यह कैसा है? यूरेनियम एक रेडियोधर्मी तत्व है जिसका उपयोग परमाणु हथियारों में किया जाता है! यह सही है, इसका उपयोग परमाणु हथियारों में किया जाता है, जो सभी जीवित चीजों को भारी नुकसान पहुंचाते हैं। यह सिर्फ इतना है कि जब एक परमाणु हथियार में विस्फोट होता है, तो जीवित जीवों को मुख्य क्षति गामा विकिरण और न्यूट्रॉन के प्रवाह से होती है। इस प्रकार के विकिरण एक वारहेड के विस्फोट के दौरान थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप बनते हैं, जो यूरेनियम कणों को स्थिर अवस्था से हटा देता है और पृथ्वी पर सभी जीवन को नष्ट कर देता है।

यूरेनियम की किस्में

जैसा कि ऊपर बताया गया है, यूरेनियम की कई किस्में हैं। विविधताएं आइसोटोप की उपस्थिति का संकेत देती हैं, इसलिए आप समझते हैं, आइसोटोप एक ही तत्व का संकेत देते हैं, लेकिन विभिन्न द्रव्यमान संख्याओं के साथ।

तो ये दो प्रकार हैं:

1. प्राकृतिक;
2. कृत्रिम;

जैसा कि आपने अनुमान लगाया होगा, प्राकृतिक वह है जो पृथ्वी से खनन किया जाता है, और कृत्रिम वह है जो लोगों द्वारा स्वयं बनाया जाता है। प्राकृतिक समस्थानिकों में द्रव्यमान संख्या 238, 235 और 234 के साथ यूरेनियम समस्थानिक शामिल हैं। इसके अलावा, U-234, U-238 की एक बेटी है, अर्थात, पहला प्राकृतिक परिस्थितियों में दूसरे के क्षय से प्राप्त होता है। आइसोटोप का दूसरा समूह, जो कृत्रिम रूप से बनाया गया है, की द्रव्यमान संख्या 217 से 242 तक है। प्रत्येक आइसोटोप में अलग-अलग गुण होते हैं और कुछ शर्तों के तहत अलग-अलग व्यवहार की विशेषता होती है। जरूरतों के आधार पर, परमाणु वैज्ञानिक सभी प्रकार की समस्याओं का समाधान खोजने का प्रयास करते हैं, क्योंकि प्रत्येक आइसोटोप का एक अलग ऊर्जा मूल्य होता है।

आधा जीवन

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, यूरेनियम के प्रत्येक आइसोटोप का एक अलग ऊर्जा मूल्य और अलग-अलग गुण होते हैं, जिनमें से एक आधा जीवन है। यह क्या है यह समझने के लिए, आपको एक परिभाषा से शुरुआत करनी होगी। अर्ध-जीवन वह समय है जिसके दौरान रेडियोधर्मी परमाणुओं की संख्या आधी हो जाती है। आधा जीवन कई कारकों को प्रभावित करता है, उदाहरण के लिए इसका ऊर्जा मूल्य या पूर्ण शुद्धिकरण। यदि हम उत्तरार्द्ध को एक उदाहरण के रूप में लेते हैं, तो हम गणना कर सकते हैं कि पृथ्वी के रेडियोधर्मी संदूषण को पूरी तरह से साफ़ करने में कितना समय लगेगा। यूरेनियम समस्थानिकों का आधा जीवन:

जैसा कि तालिका से देखा जा सकता है, आइसोटोप का आधा जीवन मिनटों से लेकर सैकड़ों लाखों वर्षों तक भिन्न होता है। उनमें से प्रत्येक का उपयोग लोगों के जीवन के विभिन्न क्षेत्रों में होता है।

आवेदन

यूरेनियम का उपयोग गतिविधि के कई क्षेत्रों में बहुत व्यापक है, लेकिन ऊर्जा और सैन्य क्षेत्रों में इसका सबसे अधिक मूल्य है। आइसोटोप U-235 सबसे अधिक रुचिकर है। इसका लाभ यह है कि यह परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया को स्वतंत्र रूप से बनाए रखने में सक्षम है, जिसका उपयोग सैन्य मामलों में परमाणु हथियारों के निर्माण और परमाणु रिएक्टरों में ईंधन के रूप में व्यापक रूप से किया जाता है। इसके अलावा, खनिजों और चट्टानों की आयु निर्धारित करने के साथ-साथ भूवैज्ञानिक प्रक्रियाओं के पाठ्यक्रम को निर्धारित करने के लिए भूविज्ञान में यूरेनियम का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। ऑटोमोटिव और विमान उद्योगों में, घटे हुए यूरेनियम का उपयोग प्रतिकार और केंद्रीकरण तत्व के रूप में किया जाता है। इसका उपयोग पेंटिंग में भी पाया गया, विशेष रूप से चीनी मिट्टी के लिए पेंट के रूप में और सिरेमिक ग्लेज़ और एनामेल्स के निर्माण के लिए। एक और दिलचस्प बात रेडियोधर्मी विकिरण से सुरक्षा के लिए घटते यूरेनियम के उपयोग पर विचार किया जा सकता है, यह सुनने में भले ही अजीब लगे।