Pintu masukBagaimana uranium 235 diperolehi
Dari mana datangnya uranium? Kemungkinan besar, ia muncul semasa letupan supernova. Hakikatnya ialah untuk nukleosintesis unsur yang lebih berat daripada besi, mesti ada aliran neutron yang kuat, yang berlaku tepat semasa letupan supernova. Nampaknya, semasa pemeluwapan dari awan sistem bintang baru yang dibentuk olehnya, uranium, setelah terkumpul dalam awan protoplanet dan menjadi sangat berat, harus tenggelam ke dalam kedalaman planet. Tetapi itu tidak benar. Uranium ialah unsur radioaktif dan apabila ia mereput ia membebaskan haba. Pengiraan menunjukkan bahawa jika uranium diagihkan sama rata ke seluruh ketebalan planet, sekurang-kurangnya dengan kepekatan yang sama seperti di permukaan, ia akan mengeluarkan terlalu banyak haba. Lebih-lebih lagi, alirannya akan menjadi lemah apabila uranium digunakan. Oleh kerana tiada perkara seperti ini telah diperhatikan, ahli geologi percaya bahawa sekurang-kurangnya satu pertiga daripada uranium, dan mungkin kesemuanya, tertumpu di kerak bumi, di mana kandungannya ialah 2.5∙10 –4%. Mengapa ini berlaku tidak dibincangkan.
Di manakah uranium dilombong? Tidak banyak uranium di Bumi - ia berada di tempat ke-38 dari segi kelimpahan. Dan kebanyakan unsur ini terdapat dalam batuan sedimen - syal karbon dan fosforit: masing-masing sehingga 8∙10 –3 dan 2.5∙10 –2%. Secara keseluruhan, kerak bumi mengandungi 10 14 tan uranium, tetapi masalah utamanya ialah ia sangat tersebar dan tidak membentuk deposit yang kuat. Kira-kira 15 mineral uranium mempunyai kepentingan industri. Ini adalah tar uranium - asasnya ialah uranium oksida tetravalen, mika uranium - pelbagai silikat, fosfat dan sebatian yang lebih kompleks dengan vanadium atau titanium berdasarkan uranium heksavalen.
Apakah sinar Becquerel? Selepas penemuan sinar-X oleh Wolfgang Roentgen, ahli fizik Perancis Antoine-Henri Becquerel mula berminat dengan cahaya garam uranium, yang berlaku di bawah pengaruh cahaya matahari. Dia ingin memahami jika terdapat X-ray di sini juga. Sesungguhnya, mereka hadir - garam menerangi plat fotografi melalui kertas hitam. Dalam salah satu eksperimen, bagaimanapun, garam tidak diterangi, tetapi plat fotografi masih gelap. Apabila objek logam diletakkan di antara garam dan plat fotografi, kegelapan di bawahnya adalah kurang. Oleh itu, sinar baru tidak timbul kerana pengujaan uranium oleh cahaya dan tidak sebahagiannya melalui logam. Mereka pada mulanya dipanggil "sinar Becquerel." Ia kemudiannya mendapati bahawa ini adalah terutamanya sinar alfa dengan penambahan kecil sinar beta: hakikatnya isotop utama uranium mengeluarkan zarah alfa semasa pereputan, dan produk anak juga mengalami pereputan beta.
Betapa radioaktif uranium? Uranium tidak mempunyai isotop yang stabil; semuanya bersifat radioaktif. Yang paling lama hidup ialah uranium-238 dengan separuh hayat 4.4 bilion tahun. Seterusnya datang uranium-235 - 0.7 bilion tahun. Kedua-duanya mengalami pereputan alfa dan menjadi isotop torium yang sepadan. Uranium-238 membentuk lebih daripada 99% daripada semua uranium semulajadi. Oleh kerana separuh hayatnya yang besar, radioaktiviti unsur ini adalah rendah, dan sebagai tambahan, zarah alfa tidak dapat menembusi stratum korneum pada permukaan tubuh manusia. Mereka mengatakan bahawa selepas bekerja dengan uranium, I.V Kurchatov hanya mengelap tangannya dengan sapu tangan dan tidak mengalami sebarang penyakit yang berkaitan dengan radioaktiviti.
Penyelidik telah berulang kali beralih kepada statistik penyakit pekerja di lombong uranium dan loji pemprosesan. Di sini, sebagai contoh, adalah artikel terbaru oleh pakar Kanada dan Amerika yang menganalisis data kesihatan lebih daripada 17 ribu pekerja di lombong Eldorado di wilayah Saskatchewan Kanada untuk tahun 1950–1999 ( Penyelidikan Alam Sekitar, 2014, 130, 43–50, DOI:10.1016/j.envres.2014.01.002). Mereka meneruskan dari fakta bahawa radiasi mempunyai kesan paling kuat pada sel darah yang membiak dengan cepat, yang membawa kepada jenis kanser yang sepadan. Statistik telah menunjukkan bahawa pekerja lombong mempunyai insiden pelbagai jenis kanser darah yang lebih rendah daripada purata penduduk Kanada. Dalam kes ini, sumber utama sinaran tidak dianggap sebagai uranium itu sendiri, tetapi radon gas yang dihasilkannya dan produk pereputannya, yang boleh memasuki badan melalui paru-paru.
Mengapa uranium berbahaya?? Ia, seperti logam berat lain, sangat toksik dan boleh menyebabkan kegagalan buah pinggang dan hati. Sebaliknya, uranium, sebagai unsur yang tersebar, tidak dapat dielakkan terdapat dalam air, tanah dan, tertumpu dalam rantai makanan, memasuki tubuh manusia. Adalah munasabah untuk mengandaikan bahawa dalam proses evolusi, makhluk hidup telah belajar untuk meneutralkan uranium dalam kepekatan semula jadi. Uranium adalah yang paling berbahaya di dalam air, jadi WHO menetapkan had: pada mulanya ia adalah 15 μg / l, tetapi pada tahun 2011 standard telah meningkat kepada 30 μg / g. Sebagai peraturan, terdapat lebih sedikit uranium dalam air: di Amerika Syarikat secara purata 6.7 µg/l, di China dan Perancis - 2.2 µg/l. Tetapi terdapat juga penyelewengan yang kuat. Jadi di beberapa kawasan di California ia adalah seratus kali lebih daripada standard - 2.5 mg/l, dan di Finland Selatan ia mencapai 7.8 mg/l. Penyelidik cuba memahami sama ada piawaian WHO terlalu ketat dengan mengkaji kesan uranium ke atas haiwan. Berikut adalah pekerjaan biasa ( Penyelidikan BioMed Antarabangsa, 2014, ID 181989; DOI:10.1155/2014/181989). Para saintis Perancis memberi makan air tikus dengan menambah uranium habis selama sembilan bulan, dan dalam kepekatan yang agak tinggi - dari 0.2 hingga 120 mg/l. Nilai yang lebih rendah ialah air berhampiran lombong, manakala nilai atas tidak dijumpai di mana-mana - kepekatan maksimum uranium, diukur di Finland, ialah 20 mg/l. Mengejutkan pengarang - artikel itu dipanggil: "Ketiadaan kesan uranium yang tidak dijangka pada sistem fisiologi ..." - uranium hampir tidak memberi kesan kepada kesihatan tikus. Haiwan itu makan dengan baik, menambah berat badan dengan betul, tidak mengadu sakit dan tidak mati akibat kanser. Uranium, sebagaimana mestinya, didepositkan terutamanya di dalam buah pinggang dan tulang dan dalam kuantiti seratus kali lebih kecil di dalam hati, dan pengumpulannya dijangka bergantung pada kandungan di dalam air. Walau bagaimanapun, ini tidak membawa kepada kegagalan buah pinggang atau bahkan penampilan ketara mana-mana penanda molekul keradangan. Penulis mencadangkan bahawa kajian semula garis panduan ketat WHO harus dimulakan. Walau bagaimanapun, terdapat satu kaveat: kesan pada otak. Terdapat kurang uranium dalam otak tikus berbanding hati, tetapi kandungannya tidak bergantung pada jumlah di dalam air. Tetapi uranium menjejaskan fungsi sistem antioksidan otak: aktiviti katalase meningkat sebanyak 20%, glutation peroksidase sebanyak 68-90%, dan aktiviti superoksida dismutase menurun sebanyak 50%, tanpa mengira dos. Ini bermakna uranium jelas menyebabkan tekanan oksidatif di dalam otak dan badan bertindak balas terhadapnya. Kesan ini - kesan kuat uranium pada otak jika tiada pengumpulannya di dalamnya, dengan cara itu, serta dalam alat kelamin - telah diperhatikan sebelum ini. Selain itu, air dengan uranium dalam kepekatan 75-150 mg/l, yang penyelidik dari Universiti Nebraska memberi makan tikus selama enam bulan ( Neurotoksikologi dan Teratologi, 2005, 27, 1, 135–144; DOI:10.1016/j.ntt.2004.09.001), mempengaruhi tingkah laku haiwan, terutamanya jantan, yang dilepaskan ke ladang: mereka melintasi garisan, berdiri di atas kaki belakang mereka dan merapikan bulu mereka secara berbeza daripada yang dikawal. Terdapat bukti bahawa uranium juga membawa kepada kerosakan ingatan pada haiwan. Perubahan tingkah laku dikaitkan dengan tahap pengoksidaan lipid dalam otak. Ternyata air uranium menjadikan tikus sihat, tetapi lebih bodoh. Data ini akan berguna kepada kita dalam analisis apa yang dipanggil Sindrom Perang Teluk.
Adakah uranium mencemarkan tapak pembangunan gas syal? Ia bergantung kepada berapa banyak uranium dalam batu yang mengandungi gas dan bagaimana ia dikaitkan dengannya. Sebagai contoh, Profesor Madya Tracy Bank dari Universiti di Buffalo mengkaji Marcellus Shale, yang terbentang dari barat New York melalui Pennsylvania dan Ohio ke West Virginia. Ternyata uranium berkaitan secara kimia dengan tepat kepada sumber hidrokarbon (ingat bahawa syal karbon berkaitan mempunyai kandungan uranium yang paling tinggi). Eksperimen telah menunjukkan bahawa penyelesaian yang digunakan semasa patah melarutkan uranium dengan sempurna. “Apabila uranium di perairan ini sampai ke permukaan, ia boleh menyebabkan pencemaran kawasan sekitar. Ini tidak menimbulkan risiko radiasi, tetapi uranium adalah unsur beracun, "kata Tracy Bank dalam kenyataan akhbar universiti bertarikh 25 Oktober 2010. Belum ada artikel terperinci yang disediakan tentang risiko pencemaran alam sekitar dengan uranium atau torium semasa pengeluaran gas syal.
Mengapa uranium diperlukan? Sebelum ini, ia digunakan sebagai pigmen untuk membuat seramik dan kaca berwarna. Kini uranium adalah asas tenaga nuklear dan senjata atom. Dalam kes ini, sifat uniknya digunakan - keupayaan nukleus untuk membahagi.
Apakah pembelahan nuklear? Pereputan nukleus kepada dua kepingan besar yang tidak sama. Kerana sifat inilah semasa nukleosintesis akibat penyinaran neutron, nukleus yang lebih berat daripada uranium terbentuk dengan susah payah. Intipati fenomena tersebut adalah seperti berikut. Jika nisbah bilangan neutron dan proton dalam nukleus tidak optimum, ia menjadi tidak stabil. Biasanya, nukleus seperti itu memancarkan sama ada zarah alfa - dua proton dan dua neutron, atau zarah beta - positron, yang disertai dengan perubahan salah satu neutron menjadi proton. Dalam kes pertama, unsur jadual berkala diperoleh, menjarakkan dua sel ke belakang, dalam kedua - satu sel ke hadapan. Walau bagaimanapun, sebagai tambahan kepada memancarkan zarah alfa dan beta, nukleus uranium mampu pembelahan - mereput ke dalam nukleus dua unsur di tengah jadual berkala, contohnya barium dan kripton, yang ia lakukan, setelah menerima neutron baru. Fenomena ini ditemui sejurus selepas penemuan radioaktiviti, apabila ahli fizik mendedahkan sinaran yang baru ditemui kepada semua yang mereka boleh. Beginilah cara Otto Frisch, seorang peserta dalam acara itu, menulis tentang perkara ini ("Kemajuan dalam Sains Fizikal," 1968, 96, 4). Selepas penemuan sinar berilium - neutron - Enrico Fermi menyinari uranium dengan mereka, khususnya, untuk menyebabkan pereputan beta - dia berharap untuk menggunakannya untuk mendapatkan unsur ke-93 seterusnya, yang kini dipanggil neptunium. Dialah yang menemui jenis radioaktiviti baru dalam uranium yang disinari, yang dikaitkan dengan kemunculan unsur transuranium. Pada masa yang sama, memperlahankan neutron, yang mana sumber berilium ditutup dengan lapisan parafin, meningkatkan radioaktiviti teraruh ini. Ahli radiokimia Amerika Aristide von Grosse mencadangkan bahawa salah satu unsur ini adalah protaktinium, tetapi telah tersilap. Tetapi Otto Hahn, yang ketika itu bekerja di Universiti Vienna dan menganggap protactinium yang ditemui pada tahun 1917 sebagai hasil ideanya, memutuskan bahawa dia diwajibkan untuk mengetahui elemen apa yang diperolehi. Bersama-sama dengan Lise Meitner, pada awal tahun 1938, Hahn mencadangkan, berdasarkan keputusan eksperimen, bahawa keseluruhan rantaian unsur radioaktif terbentuk disebabkan oleh pelbagai pereputan beta nukleus penyerap neutron uranium-238 dan unsur anak perempuannya. Tidak lama kemudian Lise Meitner terpaksa melarikan diri ke Sweden, bimbang kemungkinan tindakan balas daripada Nazi selepas Anschluss Austria. Hahn, setelah meneruskan eksperimennya dengan Fritz Strassmann, mendapati bahawa di antara produk terdapat juga barium, unsur nombor 56, yang sama sekali tidak boleh diperoleh daripada uranium: semua rantai pereputan alfa uranium berakhir dengan plumbum yang lebih berat. Para penyelidik sangat terkejut dengan hasilnya sehingga mereka tidak menerbitkannya hanya menulis surat kepada rakan-rakan, khususnya Lise Meitner di Gothenburg. Di sana, pada Krismas 1938, anak saudaranya, Otto Frisch, melawatnya, dan, berjalan di sekitar bandar musim sejuk - dia bermain ski, ibu saudara berjalan kaki - mereka membincangkan kemungkinan kemunculan barium semasa penyinaran uranium sebagai hasil pembelahan nuklear (untuk maklumat lanjut tentang Lise Meitner, lihat “Kimia dan Kehidupan ", 2013, No. 4). Kembali ke Copenhagen, Frisch benar-benar menangkap Niels Bohr di lorong kapal yang berlepas ke Amerika Syarikat dan memberitahunya tentang idea pembelahan. Bohr, menepuk dahi dirinya, berkata: “Oh, bodohnya kami! Kita sepatutnya sedar perkara ini lebih awal." Pada Januari 1939, Frisch dan Meitner menerbitkan artikel mengenai pembelahan nukleus uranium di bawah pengaruh neutron. Pada masa itu, Otto Frisch telah pun menjalankan eksperimen kawalan, serta banyak kumpulan Amerika yang menerima mesej daripada Bohr. Mereka mengatakan bahawa ahli fizik mula bersurai ke makmal mereka tepat semasa laporannya pada 26 Januari 1939 di Washington pada persidangan tahunan mengenai fizik teori, apabila mereka memahami intipati idea itu. Selepas penemuan pembelahan, Hahn dan Strassmann menyemak semula eksperimen mereka dan mendapati, sama seperti rakan sekerja mereka, bahawa radioaktiviti uranium yang disinari tidak dikaitkan dengan transuranium, tetapi dengan pereputan unsur radioaktif yang terbentuk semasa pembelahan dari tengah jadual berkala.
Bagaimanakah tindak balas berantai berlaku dalam uranium? Tidak lama selepas kemungkinan pembelahan nukleus uranium dan torium terbukti secara eksperimen (dan tiada unsur pembelahan lain di Bumi dalam sebarang kuantiti yang ketara), Niels Bohr dan John Wheeler, yang bekerja di Princeton, serta, secara bebas daripada mereka, Ahli fizik teori Soviet Ya. I. Frenkel dan orang Jerman Siegfried Flügge dan Gottfried von Droste mencipta teori pembelahan nuklear. Dua mekanisme diikuti daripadanya. Satu dikaitkan dengan penyerapan ambang neutron pantas. Menurutnya, untuk memulakan pembelahan, neutron mesti mempunyai tenaga yang agak tinggi, lebih daripada 1 MeV untuk nukleus isotop utama - uranium-238 dan torium-232. Pada tenaga yang lebih rendah, penyerapan neutron oleh uranium-238 mempunyai ciri resonans. Oleh itu, neutron dengan tenaga 25 eV mempunyai luas keratan rentas tangkapan yang beribu-ribu kali lebih besar daripada dengan tenaga lain. Dalam kes ini, tidak akan berlaku pembelahan: uranium-238 akan menjadi uranium-239, yang dengan separuh hayat 23.54 minit akan bertukar menjadi neptunium-239, yang, dengan separuh hayat 2.33 hari, akan berubah menjadi panjang. -hidup plutonium-239. Thorium-232 akan menjadi uranium-233.
Mekanisme kedua ialah penyerapan bukan ambang neutron, ia diikuti oleh isotop fisil ketiga yang lebih kurang biasa - uranium-235 (serta plutonium-239 dan uranium-233, yang tidak terdapat dalam alam semula jadi): oleh menyerap mana-mana neutron, walaupun yang perlahan, yang dipanggil haba, dengan tenaga seperti untuk molekul yang mengambil bahagian dalam gerakan terma - 0.025 eV, nukleus sedemikian akan berpecah. Dan ini sangat bagus: neutron terma mempunyai luas keratan rentas tangkap empat kali lebih tinggi daripada neutron megaelektronvolt pantas. Ini adalah kepentingan uranium-235 untuk keseluruhan sejarah tenaga nuklear berikutnya: ia adalah yang memastikan pendaraban neutron dalam uranium semula jadi. Selepas dipukul oleh neutron, nukleus uranium-235 menjadi tidak stabil dan cepat berpecah kepada dua bahagian yang tidak sama rata. Sepanjang perjalanan, beberapa (secara purata 2.75) neutron baru dipancarkan. Jika mereka terkena nukleus uranium yang sama, mereka akan menyebabkan neutron membiak secara eksponen - tindak balas berantai akan berlaku, yang akan membawa kepada letupan akibat pelepasan pesat sejumlah besar haba. Baik uranium-238 mahupun thorium-232 tidak boleh berfungsi seperti itu: lagipun, semasa pembelahan, neutron dipancarkan dengan tenaga purata 1–3 MeV, iaitu, jika terdapat ambang tenaga 1 MeV, sebahagian besar daripada neutron sudah tentu tidak akan dapat menyebabkan tindak balas, dan tidak akan ada pembiakan. Ini bermakna bahawa isotop ini harus dilupakan dan neutron perlu diperlahankan kepada tenaga haba supaya mereka berinteraksi secekap mungkin dengan nukleus uranium-235. Pada masa yang sama, penyerapan resonans mereka oleh uranium-238 tidak boleh dibenarkan: lagipun, dalam uranium semulajadi isotop ini sedikit kurang daripada 99.3% dan neutron lebih kerap berlanggar dengannya, dan bukan dengan sasaran uranium-235. Dan dengan bertindak sebagai penyederhana, adalah mungkin untuk mengekalkan pendaraban neutron pada tahap malar dan mencegah letupan - mengawal tindak balas berantai.
Pengiraan yang dilakukan oleh Ya. B. Zeldovich dan Yu B. Khariton pada tahun yang sama pada tahun 1939 menunjukkan bahawa untuk ini perlu menggunakan moderator neutron dalam bentuk air berat atau grafit dan memperkaya uranium semula jadi dengan uranium-. 235 sekurang-kurangnya 1.83 kali. Kemudian idea ini kelihatan kepada mereka fantasi tulen: "Perlu diperhatikan bahawa kira-kira dua kali ganda pengayaan kuantiti uranium yang agak ketara yang diperlukan untuk melakukan letupan berantai,<...>adalah tugas yang sangat menyusahkan, hampir dengan kemustahilan praktikal.” Sekarang masalah ini telah diselesaikan, dan industri nuklear menghasilkan uranium secara besar-besaran yang diperkaya dengan uranium-235 hingga 3.5% untuk loji kuasa.
Apakah pembelahan nuklear spontan? Pada tahun 1940, G. N. Flerov dan K. A. Petrzhak mendapati bahawa pembelahan uranium boleh berlaku secara spontan, tanpa sebarang pengaruh luar, walaupun separuh hayat adalah lebih lama daripada pereputan alfa biasa. Oleh kerana pembelahan sedemikian juga menghasilkan neutron, jika mereka tidak dibenarkan melarikan diri dari zon tindak balas, mereka akan berfungsi sebagai pemula tindak balas berantai. Fenomena inilah yang digunakan dalam penciptaan reaktor nuklear.
Mengapa tenaga nuklear diperlukan? Zeldovich dan Khariton adalah antara yang pertama mengira kesan ekonomi tenaga nuklear (Uspekhi Fizicheskikh Nauk, 1940, 23, 4). “...Pada masa ini, masih mustahil untuk membuat kesimpulan akhir tentang kemungkinan atau kemustahilan untuk melakukan tindak balas pembelahan nuklear dengan rantaian bercabang tak terhingga dalam uranium. Jika tindak balas sedemikian boleh dilaksanakan, maka kadar tindak balas dilaraskan secara automatik untuk memastikan kemajuannya lancar, walaupun terdapat sejumlah besar tenaga yang boleh digunakan oleh penguji. Keadaan ini amat sesuai untuk penggunaan tenaga tindak balas. Oleh itu, marilah kita membentangkan - walaupun ini adalah pembahagian kulit beruang yang belum dibunuh - beberapa nombor yang mencirikan kemungkinan penggunaan tenaga uranium. Jika proses pembelahan diteruskan dengan neutron cepat, oleh itu, tindak balas menangkap isotop utama uranium (U238), maka<исходя из соотношения теплотворных способностей и цен на уголь и уран>kos kalori daripada isotop utama uranium ternyata lebih kurang 4000 kali lebih murah daripada arang batu (kecuali, sudah tentu, proses "pembakaran" dan penyingkiran haba ternyata jauh lebih mahal dalam kes uranium daripada dalam kes arang batu). Dalam kes neutron perlahan, kos kalori "uranium" (berdasarkan angka di atas) adalah, dengan mengambil kira bahawa kelimpahan isotop U235 ialah 0.007, sudah hanya 30 kali lebih murah daripada kalori "arang batu", semua perkara lain adalah sama.”
Tindak balas rantai terkawal pertama telah dijalankan pada tahun 1942 oleh Enrico Fermi di Universiti Chicago, dan reaktor dikawal secara manual - menolak rod grafit masuk dan keluar apabila fluks neutron berubah. Loji kuasa pertama dibina di Obninsk pada tahun 1954. Selain menjana tenaga, reaktor pertama juga berfungsi untuk menghasilkan plutonium gred senjata.
Bagaimanakah loji tenaga nuklear beroperasi? Pada masa kini, kebanyakan reaktor beroperasi pada neutron perlahan. Uranium yang diperkaya dalam bentuk logam, aloi seperti aluminium, atau oksida diletakkan dalam silinder panjang yang dipanggil unsur bahan api. Mereka dipasang dengan cara tertentu dalam reaktor, dan rod penyederhana dimasukkan di antara mereka, yang mengawal tindak balas rantai. Dari masa ke masa, racun reaktor terkumpul dalam unsur bahan api - produk pembelahan uranium, yang juga mampu menyerap neutron. Apabila kepekatan uranium-235 jatuh di bawah paras kritikal, unsur itu dikeluarkan daripada perkhidmatan. Walau bagaimanapun, ia mengandungi banyak serpihan pembelahan dengan radioaktiviti yang kuat, yang berkurangan selama bertahun-tahun, menyebabkan unsur-unsur mengeluarkan sejumlah besar haba untuk masa yang lama. Mereka disimpan dalam kolam penyejuk, dan kemudian sama ada dikebumikan atau cuba diproses - untuk mengekstrak uranium-235 yang tidak terbakar, menghasilkan plutonium (ia digunakan untuk membuat bom atom) dan isotop lain yang boleh digunakan. Bahagian yang tidak digunakan dihantar ke tanah perkuburan.
Dalam apa yang dipanggil reaktor cepat, atau reaktor pembiak, reflektor yang diperbuat daripada uranium-238 atau torium-232 dipasang di sekeliling unsur-unsur. Mereka perlahan dan menghantar semula neutron zon tindak balas yang terlalu cepat. Neutron diperlahankan kepada kelajuan resonans menyerap isotop ini, bertukar menjadi plutonium-239 atau uranium-233, masing-masing, yang boleh berfungsi sebagai bahan api untuk loji kuasa nuklear. Memandangkan neutron pantas bertindak balas dengan buruk dengan uranium-235, kepekatannya mesti meningkat dengan ketara, tetapi ini berbaloi dengan fluks neutron yang lebih kuat. Walaupun fakta bahawa reaktor pembiak dianggap sebagai masa depan tenaga nuklear, kerana ia menghasilkan lebih banyak bahan api nuklear daripada yang digunakan, eksperimen telah menunjukkan bahawa ia sukar untuk diurus. Kini hanya ada satu reaktor sebegitu yang tersisa di dunia - di unit kuasa keempat RFN Beloyarsk.
Bagaimanakah tenaga nuklear dikritik? Jika kita tidak bercakap tentang kemalangan, maka perkara utama dalam hujah penentang tenaga nuklear hari ini adalah cadangan untuk menambah pengiraan kecekapannya kos melindungi alam sekitar selepas stesen dinyahaktifkan dan apabila bekerja dengan bahan api. Dalam kedua-dua kes, tugas pelupusan sisa radioaktif yang boleh dipercayai timbul, dan ini adalah kos yang ditanggung oleh kerajaan. Terdapat pendapat bahawa jika anda memindahkannya ke kos tenaga, maka daya tarikan ekonominya akan hilang.
Terdapat juga tentangan di kalangan penyokong tenaga nuklear. Wakil-wakilnya menunjukkan keunikan uranium-235, yang tidak mempunyai penggantian, kerana isotop alternatif fisil oleh neutron terma - plutonium-239 dan uranium-233 - kerana separuh hayatnya beribu-ribu tahun, tidak dijumpai di alam semula jadi. Dan mereka diperolehi dengan tepat hasil daripada pembelahan uranium-235. Jika ia kehabisan, sumber semula jadi neutron yang indah untuk tindak balas rantai nuklear akan hilang. Akibat pembaziran sedemikian, manusia akan kehilangan peluang pada masa depan untuk melibatkan thorium-232, yang rizabnya beberapa kali lebih besar daripada uranium, ke dalam kitaran tenaga.
Secara teorinya, pemecut zarah boleh digunakan untuk menghasilkan fluks neutron pantas dengan tenaga megaelektronvolt. Walau bagaimanapun, jika kita bercakap, sebagai contoh, mengenai penerbangan antara planet pada enjin nuklear, maka melaksanakan skim dengan pemecut besar akan menjadi sangat sukar. Penipisan uranium-235 menamatkan projek tersebut.
Apakah uranium gred senjata? Ini adalah uranium-235 yang sangat diperkaya. Jisim kritikalnya - ia sepadan dengan saiz sekeping bahan di mana tindak balas berantai berlaku secara spontan - cukup kecil untuk menghasilkan peluru. Uranium sedemikian boleh digunakan untuk membuat bom atom, dan juga sebagai fius untuk bom termonuklear.
Apakah bencana yang dikaitkan dengan penggunaan uranium? Tenaga yang tersimpan dalam nukleus unsur fisil adalah sangat besar. Jika ia tidak terkawal kerana kelalaian atau sengaja, tenaga ini boleh menyebabkan banyak masalah. Dua bencana nuklear terburuk berlaku pada 6 dan 8 Ogos 1945, apabila Tentera Udara AS menggugurkan bom atom di Hiroshima dan Nagasaki, membunuh dan mencederakan ratusan ribu orang awam. Bencana skala yang lebih kecil dikaitkan dengan kemalangan di loji tenaga nuklear dan perusahaan kitaran nuklear. Kemalangan besar pertama berlaku pada tahun 1949 di USSR di kilang Mayak berhampiran Chelyabinsk, di mana plutonium dihasilkan; Sisa radioaktif cecair berakhir di Sungai Techa. Pada September 1957, letupan berlaku di atasnya, melepaskan sejumlah besar bahan radioaktif. Sebelas hari kemudian, reaktor pengeluaran plutonium British di Windscale terbakar, dan awan dengan produk letupan tersebar di Eropah Barat. Pada tahun 1979, sebuah reaktor di Loji Kuasa Nuklear Pulau Tiga Mel di Pennsylvania terbakar. Akibat yang paling meluas adalah disebabkan oleh kemalangan di loji kuasa nuklear Chernobyl (1986) dan loji kuasa nuklear Fukushima (2011), apabila berjuta-juta orang terdedah kepada radiasi. Kawasan luas pertama yang bersepah, mengeluarkan 8 tan bahan api uranium dan produk pereputan akibat letupan, yang merebak ke seluruh Eropah. Yang kedua tercemar dan, tiga tahun selepas kemalangan itu, terus mencemarkan Lautan Pasifik di kawasan nelayan. Menghapuskan akibat daripada kemalangan ini adalah sangat mahal, dan jika kos ini dipecahkan kepada kos elektrik, ia akan meningkat dengan ketara.
Isu yang berasingan adalah akibat untuk kesihatan manusia. Menurut statistik rasmi, ramai orang yang terselamat dalam pengeboman atau tinggal di kawasan tercemar mendapat manfaat daripada radiasi - yang pertama mempunyai jangka hayat yang lebih tinggi, yang kedua mempunyai kurang kanser, dan pakar mengaitkan beberapa peningkatan kematian disebabkan tekanan sosial. Bilangan orang yang mati secara tepat akibat kemalangan atau akibat pembubaran mereka berjumlah ratusan orang. Penentang loji janakuasa nuklear menunjukkan bahawa kemalangan itu telah menyebabkan beberapa juta kematian pramatang di benua Eropah, tetapi mereka tidak dapat dilihat dalam konteks statistik.
Mengeluarkan tanah daripada kegunaan manusia di zon kemalangan membawa kepada hasil yang menarik: ia menjadi sejenis rizab alam semula jadi di mana biodiversiti berkembang. Benar, sesetengah haiwan mengalami penyakit berkaitan radiasi. Persoalan tentang seberapa cepat mereka akan menyesuaikan diri dengan latar belakang yang meningkat masih terbuka. Terdapat juga pendapat bahawa akibat penyinaran kronik adalah "pemilihan untuk orang bodoh" (lihat "Kimia dan Kehidupan", 2010, No. 5): walaupun pada peringkat embrio, lebih banyak organisma primitif bertahan. Khususnya, berhubung dengan orang, ini sepatutnya membawa kepada penurunan kebolehan mental dalam generasi yang dilahirkan di kawasan tercemar sejurus selepas kemalangan.
Apakah uranium habis? Ini adalah uranium-238, yang tinggal selepas pemisahan uranium-235 daripadanya. Jumlah sisa daripada pengeluaran uranium gred senjata dan unsur bahan api adalah besar - di Amerika Syarikat sahaja, 600 ribu tan uranium heksafluorida tersebut telah terkumpul (untuk masalah dengannya, lihat Kimia dan Kehidupan, 2008, No. 5) . Kandungan uranium-235 di dalamnya ialah 0.2%. Sisa ini mesti sama ada disimpan sehingga masa yang lebih baik, apabila reaktor neutron pantas akan dicipta dan ia akan menjadi mungkin untuk memproses uranium-238 menjadi plutonium, atau digunakan entah bagaimana.
Mereka mendapati kegunaannya. Uranium, seperti unsur peralihan yang lain, digunakan sebagai pemangkin. Contohnya, pengarang artikel dalam ACS Nano bertarikh 30 Jun 2014, mereka menulis bahawa pemangkin yang diperbuat daripada uranium atau torium dengan graphene untuk pengurangan oksigen dan hidrogen peroksida "mempunyai potensi besar untuk digunakan dalam sektor tenaga." Oleh kerana uranium mempunyai ketumpatan yang tinggi, ia berfungsi sebagai pemberat untuk kapal dan pengimbang untuk pesawat. Logam ini juga sesuai untuk perlindungan sinaran dalam peranti perubatan dengan sumber sinaran.
Apakah senjata yang boleh dibuat daripada uranium yang habis? Peluru dan teras untuk peluru menindik perisai. Pengiraan di sini adalah seperti berikut. Semakin berat peluru, semakin tinggi tenaga kinetiknya. Tetapi semakin besar peluru, semakin kurang pekat kesannya. Ini bermakna logam berat dengan ketumpatan tinggi diperlukan. Peluru diperbuat daripada plumbum (pemburu Ural pada satu masa juga menggunakan platinum asli, sehingga mereka menyedari bahawa ia adalah logam berharga), manakala teras shell diperbuat daripada aloi tungsten. Pencinta alam sekitar menunjukkan bahawa plumbum mencemarkan tanah di tempat-tempat operasi ketenteraan atau memburu dan adalah lebih baik untuk menggantikannya dengan sesuatu yang kurang berbahaya, contohnya, tungsten. Tetapi tungsten tidak murah, dan uranium, sama dalam ketumpatan, adalah sisa yang berbahaya. Pada masa yang sama, pencemaran tanah dan air yang dibenarkan dengan uranium adalah kira-kira dua kali lebih tinggi daripada plumbum. Ini berlaku kerana radioaktiviti lemah uranium habis (dan ia juga 40% kurang daripada uranium semula jadi) diabaikan dan faktor kimia yang benar-benar berbahaya diambil kira: uranium, seperti yang kita ingat, adalah beracun. Pada masa yang sama, ketumpatannya adalah 1.7 kali lebih besar daripada plumbum, yang bermaksud bahawa saiz peluru uranium boleh dikurangkan separuh; uranium adalah lebih tahan api dan keras daripada plumbum - ia kurang menyejat apabila ditembak, dan apabila ia mengenai sasaran ia menghasilkan lebih sedikit zarah mikro. Secara umum, peluru uranium kurang mencemarkan daripada peluru plumbum, walaupun penggunaan uranium sedemikian tidak diketahui secara pasti.
Tetapi diketahui bahawa plat yang diperbuat daripada uranium yang habis digunakan untuk menguatkan perisai kereta kebal Amerika (ini difasilitasi oleh ketumpatan tinggi dan takat leburnya), dan juga bukannya aloi tungsten dalam teras untuk peluru menindik perisai. Teras uranium juga bagus kerana uranium adalah piroforik: zarah-zarah kecil panasnya terbentuk apabila hentaman dengan perisai menyala dan membakar segala-galanya di sekeliling. Kedua-dua aplikasi dianggap selamat sinaran. Oleh itu, pengiraan menunjukkan bahawa walaupun selepas duduk selama setahun dalam tangki dengan perisai uranium yang dimuatkan dengan peluru uranium, anak kapal akan menerima hanya satu perempat daripada dos yang dibenarkan. Dan untuk mendapatkan dos tahunan yang dibenarkan, anda perlu mengacaukan peluru tersebut ke permukaan kulit selama 250 jam.
Peluru dengan teras uranium - untuk meriam pesawat 30 mm atau sub-kaliber artileri - telah digunakan oleh Amerika dalam peperangan baru-baru ini, bermula dengan kempen Iraq pada tahun 1991. Pada tahun itu mereka menghujani unit perisai Iraq di Kuwait dan semasa mereka berundur, 300 tan uranium yang telah habis, di mana 250 tan, atau 780 ribu butir, ditembakkan daripada senjata pesawat. Di Bosnia dan Herzegovina, semasa pengeboman tentera Republika Srpska yang tidak diiktiraf, 2.75 tan uranium telah dibelanjakan, dan semasa pengeboman tentera Yugoslavia di wilayah Kosovo dan Metohija - 8.5 tan, atau 31 ribu pusingan. Memandangkan WHO pada masa itu mengambil berat tentang akibat penggunaan uranium, pemantauan telah dijalankan. Dia menunjukkan bahawa satu salvo terdiri daripada kira-kira 300 pusingan, di mana 80% daripadanya mengandungi uranium yang habis. 10% mencapai sasaran, dan 82% jatuh dalam jarak 100 meter daripadanya. Selebihnya tersebar dalam jarak 1.85 km. Peluru yang mengenai kereta kebal terbakar dan bertukar menjadi aerosol; Oleh itu, paling banyak satu setengah tan kerang boleh bertukar menjadi debu uranium di Iraq. Menurut pakar dari pusat penyelidikan strategik Amerika RAND Corporation, lebih banyak, daripada 10 hingga 35% daripada uranium yang digunakan, bertukar menjadi aerosol. Aktivis peluru anti-uranium Croatia Asaf Durakovic, yang telah bekerja dalam pelbagai organisasi dari Hospital Raja Faisal Riyadh ke Pusat Penyelidikan Perubatan Uranium Washington, menganggarkan bahawa di selatan Iraq sahaja pada tahun 1991, 3-6 tan zarah uranium submikron telah terbentuk, yang bertaburan di kawasan yang luas, iaitu, pencemaran uranium di sana adalah setanding dengan Chernobyl.
Uranium ialah logam radioaktif. Secara semula jadi, uranium terdiri daripada tiga isotop: uranium-238, uranium-235 dan uranium-234. Tahap kestabilan tertinggi dicatatkan dalam uranium-238.
| Ciri | Maknanya |
|---|---|
| Maklumat am | |
| Nama, simbol | Uranium-238, 238U |
| Nama alternatif | uranium satu, UI |
| Neutron | 146 |
| Proton | 92 |
| Sifat nuklida | |
| Jisim atom | 238.0507882(20) a. e.m. |
| Jisim berlebihan | 47 308.9(19) keV |
| Tenaga pengikat khusus (setiap nukleon) | 7 570.120(8) keV |
| Kelimpahan isotop | 99,2745(106) % |
| Separuh hayat | 4.468(3) 109 tahun |
| Hasil penguraian | Ke-234, 238Pu |
| Isotop induk | 238Pa(β−) 242Pu(α) |
| Putaran dan pariti nukleus | 0+ |
| Saluran pereputan | Tenaga pereputan |
| α pereputan | 4.2697(29) MeV |
| SF | |
| ββ | 1.1442(12) MeV |
Pereputan radioaktif uranium
Pereputan radioaktif ialah proses perubahan mendadak dalam komposisi atau struktur dalaman nukleus atom, yang dicirikan oleh ketidakstabilan. Dalam kes ini, zarah asas, sinar gamma dan/atau serpihan nuklear dipancarkan. Bahan radioaktif mengandungi nukleus radioaktif. Nukleus anak yang terhasil daripada pereputan radioaktif juga boleh menjadi radioaktif dan selepas masa tertentu mengalami pereputan. Proses ini berterusan sehingga nukleus yang stabil tanpa radioaktiviti terbentuk. E. Rutherford secara eksperimen membuktikan pada tahun 1899 bahawa garam uranium mengeluarkan tiga jenis sinar:
- α-rays - aliran zarah bercas positif
- Sinar-β - aliran zarah bercas negatif
- γ-rays - jangan mencipta penyelewengan dalam medan magnet.
| Jenis sinaran | nuklida | Separuh hayat |
|---|---|---|
| Ο | Uranium - 238 U | 4.47 bilion tahun |
| α ↓ | ||
| Ο | Torium - 234 Th | 24.1 hari |
| β ↓ | ||
| Ο | Protactinium - 234 Pa | 1.17 minit |
| β ↓ | ||
| Ο | Uranium - 234 U | 245,000 tahun |
| α ↓ | ||
| Ο | Torium - 230 Th | 8000 tahun |
| α ↓ | ||
| Ο | Radium - 226 Ra | 1600 tahun |
| α ↓ | ||
| Ο | Polonium - 218 Po | 3.05 minit |
| α ↓ | ||
| Ο | Plumbum - 214 Pb | 26.8 minit |
| β ↓ | ||
| Ο | Bismut - 214 Bi | 19.7 minit |
| β ↓ | ||
| Ο | Polonium - 214 Po | 0.000161 saat |
| α ↓ | ||
| Ο | Plumbum - 210 Pb | 22.3 tahun |
| β ↓ | ||
| Ο | Bismut - 210 Bi | 5.01 hari |
| β ↓ | ||
| Ο | Polonium - 210 Po | 138.4 hari |
| α ↓ | ||
| Ο | Plumbum - 206 Pb | stabil |
Keradioaktifan uranium
Radioaktiviti semulajadi adalah yang membezakan uranium radioaktif daripada unsur lain. Atom uranium, tanpa mengira sebarang faktor dan keadaan, berubah secara beransur-ansur. Dalam kes ini, sinaran yang tidak kelihatan dipancarkan. Selepas transformasi yang berlaku dengan atom uranium, unsur radioaktif yang berbeza diperolehi dan proses itu diulang. Dia akan mengulangi seberapa banyak yang perlu untuk mendapatkan unsur bukan radioaktif. Sebagai contoh, beberapa rantaian transformasi mempunyai sehingga 14 peringkat. Dalam kes ini, unsur perantaraan ialah radium, dan peringkat terakhir ialah pembentukan plumbum. Logam ini bukan unsur radioaktif, jadi siri transformasi terganggu. Walau bagaimanapun, ia mengambil masa beberapa bilion tahun untuk uranium untuk berubah sepenuhnya menjadi plumbum.
Bijih uranium radioaktif sering menyebabkan keracunan di perusahaan yang terlibat dalam perlombongan dan pemprosesan bahan mentah uranium. Dalam tubuh manusia, uranium adalah racun selular umum. Ia terutamanya memberi kesan kepada buah pinggang, tetapi juga menjejaskan hati dan saluran gastrousus.
Uranium tidak mempunyai isotop yang stabil sepenuhnya. Tempoh hayat terpanjang diperhatikan untuk uranium-238. Separa pereputan uranium-238 berlaku selama 4.4 bilion tahun. Kurang daripada satu bilion tahun, separuh pereputan uranium-235 berlaku - 0.7 bilion tahun. Uranium-238 menduduki lebih 99% daripada jumlah isipadu uranium semulajadi. Oleh kerana separuh hayatnya yang besar, keradioaktifan logam ini tidak tinggi sebagai contoh, zarah alfa tidak boleh menembusi stratum korneum kulit manusia. Selepas beberapa siri kajian, saintis mendapati bahawa sumber utama sinaran bukanlah uranium itu sendiri, tetapi gas radon yang dihasilkannya, serta produk pereputannya yang memasuki tubuh manusia semasa bernafas.
Menjelang Mac 1939, kumpulan saintis yang bekerja di Perancis dan Amerika telah membuktikan bahawa untuk tindak balas rantai yang mampan sendiri, pembebasan purata dua hingga empat neutron bebas semasa setiap pembelahan nukleus uranium adalah mencukupi. Kebimbangan yang semakin meningkat tentang kemungkinan mencipta bom atom, bagaimanapun, hilang dengan cepat.
Bohr memutuskan untuk tidak membuang masa. Fizik pembelahan, seperti mana-mana arah baru dalam sains, sudah pasti menyediakan bidang yang luas untuk aktiviti. Dan, kerana ia mungkin untuk bekerja di Princeton dengan kejayaan yang tidak kurang daripada di Copenhagen, Bohr beralih kepada Wheeler dengan cadangan untuk kerjasama. Mereka mula mengembangkan lagi teori pembelahan nuklear, bergantung pada data eksperimen baharu. Mereka menjalankan eksperimen dengan peranti yang dipasang tergesa-gesa di sana di Princeton, di loteng makmal Palmer. Hasilnya pada mulanya agak membingungkan.
Radas yang disebutkan di atas diperlukan untuk mengkaji perubahan dalam keamatan pembelahan nukleus uranium di bawah pengaruh neutron, setiap kali membawa jumlah tenaga yang berbeza. Telah didapati bahawa semakin besar tenaga ini, semakin sengit pembelahan berlaku, dan dengan penurunannya, keamatan pembelahan, dengan itu, juga berkurangan. Data sedemikian agak dijangkakan. Walau bagaimanapun, tidak lama kemudian menjadi jelas bahawa dengan pengurangan tenaga neutron yang mencukupi, keamatan pembelahan nuklear meningkat semula.
Placzek, yang sebelum ini memaksa Frisch, yang bekerja di Copenhagen, untuk mencari bukti pembelahan nuklear yang boleh dipercayai, secara tidak dijangka berakhir di Princeton. "Apa kejadahnya ini: mengapa tindak balas yang sama terhadap kesan cepat dan perlahan?!" - dia marah, duduk semasa sarapan pagi dengan Rosenfeld dan Bohr.
Kembali ke pejabatnya tidak lama lagi, Niels Bohr sudah tahu jawapan kepada soalan ini. Nampaknya, sebab keamatan pembelahan nuklear yang tinggi pada tenaga rendah neutron bertindak ialah isotop uranium-235 (U 235) yang jarang ditemui, yang membentuk peratusan yang boleh diabaikan daripada jumlah keseluruhan unsur ini yang terdapat dalam alam semula jadi. Bohr dan Wheeler kini mula mengembangkan hipotesis ini secara terperinci. Dan dalam teori baru dua faktor asas telah ditubuhkan.
Dalam isotop U 235, keseimbangan antara daya tolakan proton dalam nukleus atom dan daya tegangan permukaan yang menghalang nukleus daripada pereputan adalah lebih rapuh daripada isotop U 238. Tiga neutron tambahan daripada uranium-238 menstabilkan nukleus dan meningkatkan halangan tenaga yang mesti diatasi untuk mencetuskan tindak balas pereputan. Oleh itu, neutron yang lebih pantas dengan tenaga yang lebih tinggi diperlukan untuk membelah nukleus tersebut.
Faktor kedua yang disebut ialah komposisi kompleks teras. Bilangan proton dan neutron yang sama adalah lebih sesuai untuknya, yang dijelaskan oleh sifat kuantum komponen subatom mereka. Setelah menerima neutron tambahan, U 235 bertukar menjadi U 236, nukleusnya mempunyai 92 proton dan 144 neutron, iaitu nombor genap kedua-dua nukleon. Apabila U 238 menerima neutron tambahan, isotop U 239 terbentuk dengan bilangan neutron ganjil dalam nukleus. Uranium-235 "mengasimilasikan" neutron tambahan dan bertindak balas dengannya lebih mudah daripada uranium-238.
Gabungan kedua-dua faktor yang diterangkan di atas cukup menjelaskan perbezaan ketara dalam kelakuan kedua-dua isotop uranium. Neutron pantas diperlukan untuk membelah nukleus U 238 yang stabil, tetapi nukleus U 235 yang kurang stabil boleh dipecah oleh nukleus yang perlahan. Oleh itu, jika anda membuat bom yang terdiri daripada campuran U 235 dan U 238, tindakan yang akan berdasarkan pembelahan uranium-235 di bawah pengaruh neutron perlahan, maka tindak balas berantai di dalamnya akan berlaku secara perlahan. Kemudian ia akan pudar, dan bom tidak akan meletup.
Kini peluang untuk mencipta bom dalam masa terdekat, walaupun tidak dihapuskan sepenuhnya, telah menurun dengan ketara. Sudah tentu, kita tidak boleh lupa tentang kata-kata Bohr, yang berulang kali dia ulangi semasa perbincangan dengan rakan sekerja pada April 1939: kemudian dia mengisytiharkan bahawa membuat bom boleh dengan syarat ia dibuat berdasarkan uranium-235 tulen. Walau bagaimanapun, U 235 adalah isotop yang jarang ditemui dan bahagiannya berhubung dengan uranium semulajadi ialah 1:140, iaitu 0.7% yang tidak ketara. Di samping itu, U 235 dan U 238 adalah sama dalam sifat kimia, dan oleh itu tidak boleh dipisahkan menggunakan tindak balas kimia. Ini hanya mungkin dengan penggunaan kaedah fizikal khas yang memungkinkan untuk memisahkan isotop antara satu sama lain menggunakan perbezaan yang hampir tidak dapat dilihat dalam jisimnya. Lebih-lebih lagi, kerja sedemikian pada skala yang diperlukan untuk mencipta bom atom memerlukan usaha besar yang tidak munasabah - pada tahap pembangunan ketika itu, ia memerlukan beberapa tan uranium-235.
Uranus. Uranium semulajadi terdiri daripada campuran tiga isotop: uranium-234, uranium-235, uranium-238. Radioaktif buatan - dengan nombor jisim 227-240. Separuh hayat uranium-235 ialah 7x108 tahun, uranium-238 ialah 4.5x109 tahun. Semasa pereputan uranium dan radionuklid anak perempuannya, sinaran alfa dan beta, serta sinar gamma, dipancarkan. Uranium menembusi badan dengan cara yang berbeza, termasuk melalui kulit. Sebatian larut cepat diserap ke dalam darah dan diedarkan ke seluruh organ dan tisu, terkumpul di buah pinggang, tulang, hati, dan limpa. Separuh hayat biologi dari paru-paru adalah 118-150 hari, dari rangka - 450 hari. Disebabkan oleh uranium dan produk pereputannya, kadar tahunan ialah 1.34 mSv.
Torium. Thorium-232 ialah gas lengai. Hasil pereputannya ialah bahan radioaktif pepejal. Separuh hayat ialah 1.4x1010 tahun. Semasa transformasi torium dan produk pereputannya, zarah alfa-beta, serta gamma quanta, dibebaskan. Mineral thorianite mengandungi sehingga 45-88% torium. Rod bahan api diperbuat daripada aloi torium dengan uranium yang diperkaya. Ia memasuki badan melalui paru-paru, saluran gastrousus, dan kulit. Terkumpul dalam sumsum tulang dan limpa. Separuh hayat biologi penyingkiran dari kebanyakan organ ialah 700 hari, dari rangka - 68 tahun.
Radium. Radium-226 ialah produk pereputan radioaktif yang paling penting bagi uranium-238. Separuh hayat 1622. Ia adalah logam putih keperakan. Digunakan secara meluas dalam perubatan sebagai sumber zarah alfa untuk terapi sinaran. Masuk ke dalam badan melalui sistem pernafasan, saluran gastrousus dan kulit. Kebanyakan radium yang masuk disimpan di dalam rangka. Separuh hayat biologi dari tulang adalah kira-kira 17 tahun, dari paru-paru - 180 hari, dari organ lain ia dihapuskan dalam dua hari pertama. Apabila memasuki tubuh manusia, ia menyebabkan kerosakan pada tisu tulang dan sumsum tulang merah, yang membawa kepada gangguan hematopoiesis, patah tulang, dan perkembangan tumor. Sepanjang satu hari, 1g radium menghasilkan 1mm3 radon apabila direput.
Radon. Radon-222 ialah gas tidak berwarna dan tidak berbau. Separuh hayat 3.83 hari. Hasil pereputan radium-226. Radon ialah pemancar alfa. Ia terbentuk dalam deposit uranium dalam bijih radioaktif, terdapat dalam gas asli, air bawah tanah, dll. Ia juga boleh melarikan diri melalui retakan dalam batu; dalam lombong dan lombong yang mempunyai pengudaraan yang buruk, kepekatannya boleh mencapai nilai yang besar. Radon terdapat dalam banyak bahan binaan. Ia juga memasuki atmosfera semasa aktiviti gunung berapi, semasa pengeluaran fosfat, dan semasa operasi loji kuasa geoterma.
Untuk tujuan perubatan, ia digunakan dalam bentuk mandian radon dalam rawatan penyakit sendi, tulang, sistem saraf periferal, penyakit ginekologi kronik, dll. Ia juga digunakan dalam bentuk penyedutan, pengairan, dan pengambilan air. mengandungi radon. Ia memasuki badan terutamanya melalui sistem pernafasan. Separuh hayat dari badan adalah dalam masa 24 jam. Radon menyediakan ¾ daripada dos setara tahunan daripada sumber sinaran darat, dan kira-kira ½ daripada dos daripada semua sumber sinaran semula jadi.
Potassium. Kalium-40 adalah logam putih keperakan; ia tidak dijumpai dalam bentuk bebas, kerana ia sangat aktif secara kimia. Separuh hayat
1.32 x 109 tahun. Apabila mereput ia mengeluarkan zarah beta. Ia adalah unsur biologi biasa. Keperluan seseorang untuk kalium ialah 2-3 mg setiap kg berat badan setiap hari. Banyak kalium terdapat dalam kentang, bit, dan tomato. Badan menyerap 100% kalium yang masuk dan mengedarkannya secara merata ke seluruh organ, dengan lebih banyak daripadanya di hati dan limpa. Separuh hayat adalah kira-kira 60 hari.
Iodin. Iodin-131 terbentuk dalam tindak balas pembelahan uranium dan plutonium, serta semasa penyinaran telurium dengan neutron. Separuh hayat 8.05 hari. Masuk ke dalam badan melalui sistem pernafasan, saluran gastrousus (100% iodin yang masuk diserap), dan kulit. Ia terkumpul terutamanya dalam kelenjar tiroid; kepekatannya dalam kelenjar adalah 200 kali lebih tinggi daripada tisu lain. Apabila iodin mereput, ia membebaskan zarah beta dan 2 gamma quanta. Separuh hayat dari kelenjar tiroid ialah 138 hari, dari organ lain 10-15 hari. Dari badan wanita hamil, iodin melalui plasenta ke janin.
Cesium. Cesium-137 membuat sumbangan yang menentukan kepada jumlah dos sinaran setara. Cesium ialah logam berwarna putih keperakan. Ia adalah sumber sinaran beta dan gamma. Separuh hayat cesium-137 -
30 tahun. Sebelum kemalangan Chernobyl, sumber utama cesium memasuki alam sekitar adalah letupan nuklear. Kebanyakan cesium yang didepositkan adalah dalam bentuk yang mudah diserap. Dalam tumbuhan ia terutamanya terkumpul dalam jerami dan bahagian atas. 100% cesium yang dimakan diserap dalam usus. Ia terkumpul terutamanya dalam tisu otot. Separuh hayat dari otot ialah 140 hari.
Strontium. Strontium-90 - separuh hayat - 28.6 tahun (untuk strontium-89 - 50.5 hari). Strontium-90 ialah pemancar beta. Strontium mudah diserap oleh tumbuhan, haiwan, dan manusia. Penumpu strontium adalah jagung; kandungan strontium di dalamnya adalah 5-20 kali lebih tinggi daripada di dalam tanah. Dalam tubuh manusia, bergantung kepada diet, dari 5% hingga 100% strontium masuk diserap dalam saluran gastrousus (secara purata 30%). Terkumpul terutamanya dalam rangka. Kepekatan maksimum diperhatikan pada kanak-kanak di bawah umur 1 tahun. Separuh hayat strontium dari tisu lembut adalah sehingga 10 hari, dari tulang - sehingga 8-10 tahun.
Plutonium. Plutonium-239 ialah pemancar alfa. Separuh hayatnya ialah 24,360 tahun. Ia adalah logam putih keperakan. Sumber plutonium adalah letupan nuklear, serta reaktor loji tenaga nuklear, terutamanya pelepasan kecemasan. Di dalam tanah ia terdapat pada lapisan permukaan dan sedimen bawah badan air. Ia memasuki badan melalui paru-paru dan saluran gastrousus, dan diserap dari saluran gastrousus - kurang daripada 1%. Terkumpul di dalam paru-paru, hati, tisu tulang. Separuh hayat dari rangka adalah 100 tahun, dari hati - 40 tahun.
Americium. Americium-241 ialah hasil pereputan plutonium-241 (separuh hayat 241Pu ialah 14.4 tahun). Separuh hayat americium-241 ialah 432.2 tahun, dan semasa pereputan ia mengeluarkan zarah alfa. Americium larut dalam air jauh lebih baik daripada plutonium, dan oleh itu mempunyai keupayaan penghijrahan yang lebih besar. Terkumpul sehingga 99% dalam lapisan permukaan tanah, 10% americium adalah dalam bentuk terlarut dan mudah diserap oleh tumbuhan. Tertumpu pada manusia dalam rangka, hati, buah pinggang. Separuh hayat dari rangka adalah sehingga 30 tahun, dari hati - sehingga 5 tahun.