यूरेनस: तथ्य और तथ्य। परमाणु विखंडन परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया

प्राकृतिक यूरेनियम में तीन समस्थानिकों का मिश्रण होता है: 238U - 99.2739% (आधा जीवन) टी 1/2 = 4.468×109 वर्ष), 235यू - 0.7024% ( टी 1/2 = 7.038×108 वर्ष) और 234यू - 0.0057% ( टी 1/2 = 2.455×105 वर्ष)। बाद वाला आइसोटोप प्राथमिक नहीं है, लेकिन रेडियोजेनिक है; यह रेडियोधर्मी 238U श्रृंखला का हिस्सा है।

प्राकृतिक यूरेनियम की रेडियोधर्मिता मुख्य रूप से आइसोटोप 238U और 234U के कारण होती है; संतुलन में, उनकी विशिष्ट गतिविधियाँ समान होती हैं। प्राकृतिक यूरेनियम में 235U आइसोटोप की विशिष्ट गतिविधि 238U की गतिविधि से 21 गुना कम है।

यूरेनियम के 11 ज्ञात कृत्रिम रेडियोधर्मी समस्थानिक हैं जिनकी द्रव्यमान संख्या 227 से 240 तक है। उनमें से सबसे लंबे समय तक जीवित रहने वाला आइसोटोप 233U है ( टी 1/2 = 1.62×105 वर्ष) थोरियम न्यूट्रॉन के साथ विकिरण द्वारा प्राप्त किया जाता है और थर्मल न्यूट्रॉन द्वारा सहज विखंडन में सक्षम है।

यूरेनियम आइसोटोप 238U और 235U दो रेडियोधर्मी श्रृंखलाओं के पूर्वज हैं। इन श्रृंखलाओं के अंतिम तत्व प्रमुख आइसोटोप 206Pb और 207Pb हैं।

प्राकृतिक परिस्थितियों में, सबसे आम आइसोटोप 234U: 235U: 238U = 0.0054: 0.711: 99.283 हैं। प्राकृतिक यूरेनियम की आधी रेडियोधर्मिता आइसोटोप 234U के कारण होती है। 234U आइसोटोप 238U के क्षय के कारण बनता है। अंतिम दो, आइसोटोप के अन्य जोड़े के विपरीत और यूरेनियम की उच्च प्रवासन क्षमता की परवाह किए बिना, अनुपात U238/U235 = 137.88 की भौगोलिक स्थिरता की विशेषता है। इस अनुपात का परिमाण यूरेनियम की आयु पर निर्भर करता है। कई फ़ील्ड मापों ने इसमें मामूली उतार-चढ़ाव दिखाया। तो रोल में मानक के सापेक्ष इस अनुपात का मान 0.9959 - 1.0042, लवण में - 0.996 - 1.005 की सीमा के भीतर भिन्न होता है। यूरेनियम युक्त खनिजों (पिच पिच, यूरेनियम ब्लैक, सिर्टोलाइट, दुर्लभ पृथ्वी अयस्क) में, इस अनुपात का मूल्य 137.30 से 138.51 तक होता है; इसके अलावा, यूआईवी और यूवीआई रूपों के बीच अंतर स्थापित नहीं किया गया है; स्फीन में - 138.4. कुछ उल्कापिंडों में 235U आइसोटोप की कमी पाई गई। स्थलीय स्थितियों में इसकी सबसे कम सांद्रता 1972 में फ्रांसीसी शोधकर्ता बुजिगुएस द्वारा अफ्रीका के ओक्लो शहर (गैबॉन में जमा) में पाई गई थी। इस प्रकार, सामान्य यूरेनियम में 0.7025% यूरेनियम 235U होता है, जबकि ओक्लो में यह घटकर 0.557% रह जाता है। इसने आइसोटोप बर्नअप के लिए अग्रणी प्राकृतिक परमाणु रिएक्टर की परिकल्पना की पुष्टि की, जिसकी भविष्यवाणी लॉस एंजिल्स में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय के जॉर्ज डब्लू. वेदरिल और शिकागो विश्वविद्यालय के मार्क जी. इंघराम और विश्वविद्यालय के एक रसायनज्ञ पॉल के. कुरोदा ने की थी। अर्कांसस के, जिन्होंने 1956 में इस प्रक्रिया का वर्णन किया था। इसके अलावा, प्राकृतिक परमाणु रिएक्टर इन्हीं जिलों में पाए गए: ओकेलोबोंडो, बंगोम्बे, आदि। वर्तमान में, लगभग 17 प्राकृतिक परमाणु रिएक्टर ज्ञात हैं।

रसीद

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

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

एसिड लीचिंग का उपयोग उन मामलों में भी नहीं किया जाता है जहां यूरेनियम सांद्रण में डोलोमाइट या मैग्नेसाइट होता है, जो सल्फ्यूरिक एसिड के साथ प्रतिक्रिया करता है। इन मामलों में, कास्टिक सोडा (सोडियम हाइड्रॉक्साइड) का उपयोग करें।

अयस्कों से यूरेनियम निक्षालन की समस्या का समाधान ऑक्सीजन प्रवाहित करके किया जाता है। 150 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किए गए यूरेनियम अयस्क और सल्फाइड खनिजों के मिश्रण में ऑक्सीजन की एक धारा की आपूर्ति की जाती है। इस मामले में, सल्फर खनिजों से सल्फ्यूरिक एसिड बनता है, जो यूरेनियम को धो देता है।

अगले चरण में, परिणामी समाधान से यूरेनियम को चुनिंदा रूप से अलग किया जाना चाहिए। आधुनिक तरीके - निष्कर्षण और आयन विनिमय - इस समस्या को हल कर सकते हैं।

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

तरीकों आयन विनिमय और निष्कर्षणवे अच्छे भी हैं क्योंकि वे खराब समाधानों से यूरेनियम को पूरी तरह से निकालने की अनुमति देते हैं (यूरेनियम सामग्री प्रति लीटर एक ग्राम का दसवां हिस्सा है)।

इन ऑपरेशनों के बाद, यूरेनियम एक ठोस अवस्था में परिवर्तित हो जाता है - ऑक्साइड में से एक में या यूएफ4 टेट्राफ्लोराइड में। लेकिन इस यूरेनियम को अभी भी बड़े थर्मल न्यूट्रॉन कैप्चर क्रॉस सेक्शन - बोरॉन, कैडमियम, हेफ़नियम के साथ अशुद्धियों से शुद्ध करने की आवश्यकता है। अंतिम उत्पाद में उनकी सामग्री एक प्रतिशत के सौ हजारवें और दस लाखवें हिस्से से अधिक नहीं होनी चाहिए। इन अशुद्धियों को दूर करने के लिए व्यावसायिक रूप से शुद्ध यूरेनियम यौगिक को नाइट्रिक एसिड में घोला जाता है। इस मामले में, यूरेनिल नाइट्रेट UO2(NO3)2 बनता है, जिसे ट्राइब्यूटाइल फॉस्फेट और कुछ अन्य पदार्थों के साथ निष्कर्षण के दौरान आवश्यक मानकों तक और शुद्ध किया जाता है। फिर इस पदार्थ को क्रिस्टलीकृत किया जाता है (या पेरोक्साइड UO4 2H2O को अवक्षेपित किया जाता है) और सावधानीपूर्वक कैलक्लाइंड किया जाता है। इस ऑपरेशन के परिणामस्वरूप, यूरेनियम ट्राइऑक्साइड UO3 बनता है, जो हाइड्रोजन के साथ UO2 में अपचयित हो जाता है।

यूरेनियम डाइऑक्साइड UO2 को UF4 टेट्राफ्लोराइड का उत्पादन करने के लिए 430 से 600 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर शुष्क हाइड्रोजन फ्लोराइड के संपर्क में लाया जाता है। इस यौगिक से कैल्शियम या मैग्नीशियम का उपयोग करके यूरेनियम धातु को कम किया जाता है।

समाप्त यूरेनियम

प्राकृतिक यूरेनियम से 235U और 234U निकाले जाने के बाद, शेष सामग्री (यूरेनियम-238) को "अक्षय यूरेनियम" कहा जाता है क्योंकि यह 235 आइसोटोप में समाप्त हो जाता है। कुछ अनुमानों के अनुसार, संयुक्त राज्य अमेरिका लगभग 560,000 टन घटे हुए यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड (यूएफ6) का भंडारण करता है।

नष्ट हुआ यूरेनियम प्राकृतिक यूरेनियम की तुलना में आधा रेडियोधर्मी है, इसका मुख्य कारण इसमें से 234U का निष्कासन है। चूँकि यूरेनियम का प्राथमिक उपयोग ऊर्जा उत्पादन है, क्षीण यूरेनियम कम आर्थिक मूल्य वाला कम उपयोग वाला उत्पाद है।

इसका उपयोग मुख्य रूप से यूरेनियम के उच्च घनत्व और इसकी अपेक्षाकृत कम लागत से जुड़ा है। घटे हुए यूरेनियम का उपयोग विकिरण परिरक्षण (विडंबना) के लिए और विमान नियंत्रण सतहों जैसे एयरोस्पेस अनुप्रयोगों में गिट्टी के रूप में किया जाता है। प्रत्येक बोइंग 747 विमान में इन उद्देश्यों के लिए 1,500 किलोग्राम नष्ट हुआ यूरेनियम होता है। इस सामग्री का उपयोग उच्च गति वाले जाइरोस्कोप रोटर्स, बड़े फ्लाईव्हील, अंतरिक्ष लैंडर्स और रेसिंग नौकाओं में गिट्टी के रूप में और तेल के कुओं की ड्रिलिंग करते समय भी किया जाता है।

शारीरिक क्रिया

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

यूरेनियम और उसके यौगिक विषैले होते हैं। यूरेनियम और उसके यौगिकों के एरोसोल विशेष रूप से खतरनाक हैं। पानी में घुलनशील यूरेनियम यौगिकों के एरोसोल के लिए, हवा में एमपीसी 0.015 mg/m³ है, यूरेनियम के अघुलनशील रूपों के लिए MPC 0.075 mg/m³ है। जब यूरेनियम शरीर में प्रवेश करता है, तो यह एक सामान्य सेलुलर जहर होने के कारण सभी अंगों को प्रभावित करता है। यूरेनियम, कई अन्य भारी धातुओं की तरह, लगभग अपरिवर्तनीय रूप से प्रोटीन से बंध जाता है, मुख्य रूप से अमीनो एसिड के सल्फाइड समूहों से, उनके कार्य को बाधित करता है। यूरेनियम की क्रिया का आणविक तंत्र इसकी एंजाइम गतिविधि को दबाने की क्षमता से जुड़ा है। गुर्दे मुख्य रूप से प्रभावित होते हैं (मूत्र में प्रोटीन और शर्करा दिखाई देते हैं, ओलिगुरिया)। क्रोनिक नशा के साथ, हेमटोपोइजिस और तंत्रिका तंत्र के विकार संभव हैं।

विश्व में यूरेनियम खनन

विश्व के 94% यूरेनियम उत्पादन के लिए 10 देश जिम्मेदार हैं

यूरेनियम की ओईसीडी रेड बुक के अनुसार, 2005 में 41,250 टन यूरेनियम का खनन किया गया था (2003 में 35,492 टन)। ओईसीडी के आंकड़ों के मुताबिक, दुनिया में 440 वाणिज्यिक रिएक्टर काम कर रहे हैं, जो प्रति वर्ष 67 हजार टन यूरेनियम की खपत करते हैं। इसका मतलब यह है कि इसका उत्पादन इसकी खपत का केवल 60% प्रदान करता है (बाकी पुराने परमाणु हथियारों से बरामद किया जाता है)। 2005-2006 के लिए यू सामग्री द्वारा टन में देश द्वारा उत्पादन। (तालिका संख्या 13, परिशिष्ट ए देखें)।

रूस में उत्पादन

यूएसएसआर में, मुख्य यूरेनियम अयस्क क्षेत्र यूक्रेन (ज़ेल्टोरेचेंस्कॉय, पेरवोमैस्कॉय जमा, आदि), कजाकिस्तान (उत्तरी - बाल्काशिन अयस्क क्षेत्र, आदि; दक्षिणी - काइज़िल्से अयस्क क्षेत्र, आदि; वोस्टोचनी) थे; ये सभी मुख्य रूप से संबंधित हैं। ज्वालामुखीय-हाइड्रोथर्मल प्रकार); ट्रांसबाइकलिया (एंटी, स्ट्रेल्टसोव्स्को, आदि); मध्य एशिया, मुख्य रूप से उचकुडुक शहर में केंद्रित काली शैलों में खनिजकरण के साथ उज़्बेकिस्तान। अयस्क की बहुत सारी छोटी-छोटी घटनाएँ और अभिव्यक्तियाँ हैं। रूस में, ट्रांसबाइकलिया मुख्य यूरेनियम अयस्क क्षेत्र बना हुआ है। लगभग 93% रूसी यूरेनियम का खनन चिता क्षेत्र (क्रास्नोकामेंस्क शहर के पास) के भंडार में किया जाता है। प्रियर्गनस्कॉय प्रोडक्शन माइनिंग एंड केमिकल एसोसिएशन (पीपीएमसीयू) द्वारा शाफ्ट विधि का उपयोग करके खनन किया जाता है, जो ओजेएससी एटमरेडमेटज़ोलोटो (यूरेनियम होल्डिंग) का हिस्सा है।

शेष 7% जेएससी डलूर (कुर्गन क्षेत्र) और जेएससी खियागडा (बुर्यातिया) द्वारा भूमिगत निक्षालन द्वारा प्राप्त किया जाता है।

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

कजाकिस्तान में उत्पादन

दुनिया के यूरेनियम भंडार का लगभग पांचवां हिस्सा कजाकिस्तान में केंद्रित है (21% और दुनिया में दूसरा स्थान)। कुल यूरेनियम संसाधन लगभग 1.5 मिलियन टन हैं, जिनमें से लगभग 1.1 मिलियन टन का खनन इन-सीटू लीचिंग द्वारा किया जा सकता है।

2009 में, कजाकिस्तान ने यूरेनियम उत्पादन में दुनिया में पहला स्थान हासिल किया (13,500 टन खनन किया गया)।

यूक्रेन में उत्पादन

मुख्य उद्यम ज़ोव्टी वोडी शहर में पूर्वी खनन और प्रसंस्करण संयंत्र है।

आवेदन

यद्यपि यूरेनियम-238 का उपयोग प्राथमिक विखंडनीय सामग्री के रूप में नहीं किया जा सकता है, लेकिन इसके विखंडन के लिए आवश्यक उच्च ऊर्जा न्यूट्रॉन के कारण, इसका परमाणु उद्योग में एक महत्वपूर्ण स्थान है।

उच्च घनत्व और परमाणु भार होने के कारण, U-238 संलयन और विखंडन उपकरणों में परावर्तक चार्ज शेल बनाने के लिए उपयुक्त है। तथ्य यह है कि यह तेज़ न्यूट्रॉन द्वारा विखंडित होता है, चार्ज के ऊर्जा उत्पादन को बढ़ाता है: परोक्ष रूप से, परावर्तित न्यूट्रॉन के गुणन द्वारा; सीधे तेज न्यूट्रॉन द्वारा शैल नाभिक के विखंडन के दौरान (संलयन के दौरान)। विखंडन से उत्पन्न लगभग 40% न्यूट्रॉन और सभी संलयन न्यूट्रॉन में विखंडन के लिए पर्याप्त ऊर्जा U-238 होती है।

U-238 की स्वतःस्फूर्त विखंडन दर U-235, 5.51 विखंडन/सेकंड*किग्रा से 35 गुना अधिक है। इससे इसे तोप बमों में रिफ्लेक्टर चार्ज के लिए शेल के रूप में उपयोग करना असंभव हो जाता है, क्योंकि इसका उपयुक्त द्रव्यमान (200-300 किलोग्राम) बहुत अधिक न्यूट्रॉन पृष्ठभूमि तैयार करेगा।

शुद्ध यू-238 की विशिष्ट रेडियोधर्मिता 0.333 माइक्रोक्यूरी/जी है।

इस यूरेनियम आइसोटोप का एक महत्वपूर्ण अनुप्रयोग प्लूटोनियम-239 का उत्पादन है। प्लूटोनियम का निर्माण कई प्रतिक्रियाओं के माध्यम से होता है जो U-238 परमाणु द्वारा न्यूट्रॉन को पकड़ने के बाद शुरू होती हैं। 235वें आइसोटोप में प्राकृतिक या आंशिक रूप से समृद्ध यूरेनियम युक्त किसी भी रिएक्टर ईंधन में ईंधन चक्र की समाप्ति के बाद प्लूटोनियम का एक निश्चित अनुपात होता है।

यूरेनियम-238 की क्षय श्रृंखला

आइसोटोप यूरेनियम 238 है; यह 99% से अधिक प्राकृतिक यूरेनियम में पाया जाता है। यह आइसोटोप सबसे स्थिर भी है, इसके नाभिक को थर्मल न्यूट्रॉन द्वारा विभाजित नहीं किया जा सकता है। 238U को विभाजित करने के लिए, एक न्यूट्रॉन को 1.4 MeV की अतिरिक्त गतिज ऊर्जा की आवश्यकता होती है। शुद्ध यूरेनियम-238 से बना परमाणु रिएक्टर किसी भी परिस्थिति में काम नहीं करेगा।

यूरेनियम-238 का एक परमाणु, जिसके नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन एकजुट बलों द्वारा बमुश्किल एक साथ बंधे होते हैं। समय-समय पर इसमें से चार कणों का एक सघन समूह फूटता है: दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन (α-कण)। इस प्रकार यूरेनियम-238 थोरियम-234 में बदल जाता है, जिसके नाभिक में 90 प्रोटॉन और 144 न्यूट्रॉन होते हैं। लेकिन थोरियम-234 भी अस्थिर है। हालाँकि, इसका परिवर्तन पिछले मामले की तुलना में अलग तरह से होता है: इसका एक न्यूट्रॉन एक प्रोटॉन में बदल जाता है, और थोरियम-234 प्रोटैक्टीनियम-234 में बदल जाता है, जिसके नाभिक में 91 प्रोटॉन और 143 न्यूट्रॉन होते हैं। नाभिक में होने वाला यह कायापलट उनकी कक्षाओं में घूम रहे इलेक्ट्रॉनों को भी प्रभावित करता है: उनमें से एक अयुग्मित हो जाता है और परमाणु से बाहर निकल जाता है। प्रोटैक्टीनियम बहुत अस्थिर है और इसे बदलने में बहुत कम समय लगता है। इसके बाद विकिरण के साथ अन्य परिवर्तन होते हैं, और यह पूरी श्रृंखला अंततः एक स्थिर लेड न्यूक्लाइड के साथ समाप्त होती है (चित्र संख्या 7, परिशिष्ट बी देखें)।

परमाणु ऊर्जा के लिए सबसे महत्वपूर्ण परिस्थिति यह है कि यूरेनियम का सबसे आम आइसोटोप, 238U, परमाणु ईंधन का एक संभावित स्रोत भी है। स्ज़ीलार्ड और फर्मी दोनों यह मानने में सही थे कि यूरेनियम द्वारा न्यूट्रॉन के अवशोषण से नए तत्वों का निर्माण होगा। दरअसल, थर्मल न्यूट्रॉन से टकराने पर यूरेनियम-238 विखंडन नहीं करता है; इसके बजाय, नाभिक न्यूट्रॉन को अवशोषित कर लेता है। औसतन, 23.5 मिनट में, नाभिक में न्यूट्रॉन में से एक प्रोटॉन में बदल जाता है (एक इलेक्ट्रॉन के उत्सर्जन के साथ, β - क्षय प्रतिक्रिया), और यूरेनियम-239 नाभिक नेपच्यूनियम-239 नाभिक (239एनपी) बन जाता है। 2.4 दिनों के बाद, दूसरा β-क्षय होता है और प्लूटोनियम-239 (239पीयू) बनता है।

परमाणु रिएक्टर में न्यूट्रॉन के अनुक्रमिक अवशोषण के परिणामस्वरूप प्लूटोनियम से भी भारी तत्व उत्पन्न हो सकते हैं।

प्राकृतिक खनिजों और यूरेनियम अयस्क में केवल 239Pu, 244Pu और 237Np की थोड़ी मात्रा पाई गई, इसलिए ट्रांसयूरेनियम तत्व (यूरेनियम से भारी) व्यावहारिक रूप से प्राकृतिक वातावरण में कभी नहीं पाए जाते हैं।

प्रकृति में मौजूद यूरेनियम के आइसोटोप α क्षय और सहज विखंडन के संबंध में पूरी तरह से स्थिर नहीं हैं, लेकिन बहुत धीरे-धीरे क्षय होते हैं: हाफ लाइफयूरेनियम-238 4.5 अरब वर्ष है, और यूरेनियम-235 710 मिलियन वर्ष है। परमाणु प्रतिक्रियाओं की कम आवृत्ति के कारण, ऐसे लंबे समय तक रहने वाले आइसोटोप विकिरण के खतरनाक स्रोत नहीं हैं। प्राकृतिक यूरेनियम का एक पिंड स्वास्थ्य को नुकसान पहुंचाए बिना आपके हाथों में रखा जा सकता है। उसका विशिष्ट गतिविधि 0.67 mCi/kg के बराबर (Ci - क्यूरी, गतिविधि की एक अतिरिक्त-प्रणालीगत इकाई 3.7 * 1010 क्षय प्रति सेकंड के बराबर)।

लेख की सामग्री

अरुण ग्रह,यू (यूरेनियम), एक्टिनाइड परिवार का एक धातु रासायनिक तत्व, जिसमें एसी, थ, पा, यू और ट्रांसयूरेनियम तत्व (एनपी, पु, एएम, सेमी, बीके, सीएफ, ईएस, एफएम, एमडी, नो, एलआर) शामिल हैं। परमाणु हथियारों और परमाणु ऊर्जा में इसके उपयोग के कारण यूरेनियम को प्रमुखता मिली है। यूरेनियम ऑक्साइड का उपयोग कांच और चीनी मिट्टी की चीज़ें को रंगने के लिए भी किया जाता है।

प्रकृति में होना.

पृथ्वी की पपड़ी में यूरेनियम की मात्रा 0.003% है और यह पृथ्वी की सतह परत में चार प्रकार के तलछट के रूप में पाई जाती है। सबसे पहले, ये यूरेनियम, या यूरेनियम पिच (यूरेनियम डाइऑक्साइड यूओ 2) की नसें हैं, जो यूरेनियम में बहुत समृद्ध हैं, लेकिन दुर्लभ हैं। उनके साथ रेडियम जमा भी होता है, क्योंकि रेडियम यूरेनियम के समस्थानिक क्षय का प्रत्यक्ष उत्पाद है। ऐसी नसें ज़ैरे, कनाडा (ग्रेट बियर लेक), चेक गणराज्य और फ्रांस में पाई जाती हैं। यूरेनियम का दूसरा स्रोत अन्य महत्वपूर्ण खनिजों के अयस्कों के साथ थोरियम और यूरेनियम अयस्कों का समूह है। कांग्लोमेरेट्स में आमतौर पर पुनर्प्राप्त करने के लिए पर्याप्त मात्रा में सोना और चांदी होता है, जिसमें यूरेनियम और थोरियम संबंधित तत्व होते हैं। इन अयस्कों के बड़े भंडार कनाडा, दक्षिण अफ्रीका, रूस और ऑस्ट्रेलिया में स्थित हैं। यूरेनियम का तीसरा स्रोत खनिज कार्नोटाइट (पोटेशियम यूरेनिल वैनाडेट) से समृद्ध तलछटी चट्टानें और बलुआ पत्थर हैं, जिनमें यूरेनियम के अलावा, महत्वपूर्ण मात्रा में वैनेडियम और अन्य तत्व होते हैं। ऐसे अयस्क संयुक्त राज्य अमेरिका के पश्चिमी राज्यों में पाए जाते हैं। लौह-यूरेनियम शेल्स और फॉस्फेट अयस्क तलछट का चौथा स्रोत हैं। स्वीडन की शैलों में समृद्ध निक्षेप पाए जाते हैं। मोरक्को और संयुक्त राज्य अमेरिका में कुछ फॉस्फेट अयस्कों में महत्वपूर्ण मात्रा में यूरेनियम होता है, और अंगोला और मध्य अफ्रीकी गणराज्य में फॉस्फेट भंडार यूरेनियम से भी अधिक समृद्ध हैं। अधिकांश लिग्नाइट और कुछ कोयले में आमतौर पर यूरेनियम अशुद्धियाँ होती हैं। उत्तर और दक्षिण डकोटा (यूएसए) में यूरेनियम-समृद्ध लिग्नाइट और स्पेन और चेक गणराज्य में बिटुमिनस कोयले के भंडार पाए गए हैं।

खुलना.

यूरेनस की खोज 1789 में जर्मन रसायनज्ञ एम. क्लैप्रोथ ने की थी, जिन्होंने 8 साल पहले यूरेनस ग्रह की खोज के सम्मान में इस तत्व का नाम रखा था। (क्लैप्रोथ अपने समय के अग्रणी रसायनज्ञ थे; उन्होंने Ce, Ti और Zr सहित अन्य तत्वों की भी खोज की थी।) वास्तव में, क्लैप्रोथ द्वारा प्राप्त पदार्थ तात्विक यूरेनियम नहीं था, बल्कि उसका ऑक्सीकृत रूप था, और तात्विक यूरेनियम सबसे पहले किसके द्वारा प्राप्त किया गया था? 1841 में फ्रांसीसी रसायनज्ञ ई. पेलिगो। खोज के क्षण से लेकर 20वीं सदी तक। यूरेनियम का वह महत्व नहीं था जो आज है, हालाँकि इसके कई भौतिक गुण, साथ ही इसका परमाणु द्रव्यमान और घनत्व निर्धारित किए गए थे। 1896 में, ए. बेकरेल ने स्थापित किया कि यूरेनियम लवण में विकिरण होता है जो अंधेरे में एक फोटोग्राफिक प्लेट को रोशन करता है। इस खोज ने रसायनज्ञों को रेडियोधर्मिता के क्षेत्र में अनुसंधान के लिए सक्रिय किया और 1898 में, फ्रांसीसी भौतिकविदों पति-पत्नी पी. क्यूरी और एम. स्कोलोडोव्स्का-क्यूरी ने रेडियोधर्मी तत्वों पोलोनियम और रेडियम के लवणों को अलग किया, और ई. रदरफोर्ड, एफ. सोड्डी, के. फ़यान्स ने और अन्य वैज्ञानिकों ने रेडियोधर्मी क्षय का सिद्धांत विकसित किया, जिसने आधुनिक परमाणु रसायन विज्ञान और परमाणु ऊर्जा की नींव रखी।

यूरेनियम का प्रथम उपयोग.

यद्यपि यूरेनियम लवण की रेडियोधर्मिता ज्ञात थी, इस शताब्दी के पहले तीसरे भाग में इसके अयस्कों का उपयोग केवल रेडियम प्राप्त करने के लिए किया जाता था, और यूरेनियम को एक अवांछनीय उप-उत्पाद माना जाता था। इसका उपयोग मुख्य रूप से सिरेमिक प्रौद्योगिकी और धातु विज्ञान में केंद्रित था; कांच को हल्के पीले से लेकर गहरे हरे रंग तक रंगने के लिए यूरेनियम ऑक्साइड का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता था, जिसने सस्ते ग्लास उत्पादन के विकास में योगदान दिया। आज, इन उद्योगों के उत्पादों को पराबैंगनी किरणों के तहत फ्लोरोसेंट के रूप में पहचाना जाता है। प्रथम विश्व युद्ध के दौरान और उसके तुरंत बाद, कार्बाइड के रूप में यूरेनियम का उपयोग मो और डब्ल्यू के समान उपकरण स्टील्स के उत्पादन में किया गया था; 4-8% यूरेनियम ने टंगस्टन का स्थान ले लिया, जिसका उत्पादन उस समय सीमित था। 1914-1926 में टूल स्टील्स प्राप्त करने के लिए, 30% (द्रव्यमान) यू युक्त कई टन फेरोरेनियम का सालाना उत्पादन किया जाता था। हालाँकि, यूरेनियम का यह उपयोग लंबे समय तक नहीं चला।

यूरेनियम का आधुनिक उपयोग.

यूरेनियम उद्योग ने 1939 में आकार लेना शुरू किया, जब यूरेनियम आइसोटोप 235 यू का विखंडन किया गया, जिसके कारण दिसंबर 1942 में यूरेनियम विखंडन की नियंत्रित श्रृंखला प्रतिक्रियाओं का तकनीकी कार्यान्वयन हुआ। यह परमाणु के युग का जन्म था , जब यूरेनियम एक महत्वहीन तत्व से बढ़कर समाज के जीवन में सबसे महत्वपूर्ण तत्वों में से एक बन गया। परमाणु बम के उत्पादन के लिए यूरेनियम के सैन्य महत्व और परमाणु रिएक्टरों में ईंधन के रूप में इसके उपयोग के कारण यूरेनियम की मांग में भारी वृद्धि हुई। ग्रेट बियर झील (कनाडा) में तलछट के इतिहास के आधार पर यूरेनियम की मांग में वृद्धि का कालक्रम दिलचस्प है। 1930 में, इस झील में राल मिश्रण, यूरेनियम ऑक्साइड का मिश्रण खोजा गया था, और 1932 में, इस क्षेत्र में रेडियम शुद्धिकरण तकनीक स्थापित की गई थी। प्रत्येक टन अयस्क (राल मिश्रण) से 1 ग्राम रेडियम और लगभग आधा टन उप-उत्पाद, यूरेनियम सांद्रण प्राप्त हुआ। हालाँकि, रेडियम कम था और इसका खनन रोक दिया गया था। 1940 से 1942 तक, विकास फिर से शुरू किया गया और यूरेनियम अयस्क को संयुक्त राज्य अमेरिका भेजा जाने लगा। 1949 में, कुछ सुधारों के साथ इसी तरह के यूरेनियम शुद्धिकरण का उपयोग शुद्ध यूओ 2 का उत्पादन करने के लिए किया गया था। यह उत्पादन बढ़ गया है और अब यह सबसे बड़ी यूरेनियम उत्पादन सुविधाओं में से एक है।

गुण।

यूरेनियम प्रकृति में पाए जाने वाले सबसे भारी तत्वों में से एक है। शुद्ध धातु बहुत घनी, तन्य, कम विद्युत चालकता वाली विद्युत धनात्मक और अत्यधिक प्रतिक्रियाशील होती है।

यूरेनियम में तीन एलोट्रोपिक संशोधन हैं: ए-यूरेनियम (ऑर्थोरहोमिक क्रिस्टल जाली), कमरे के तापमान से लेकर 668 डिग्री सेल्सियस तक की सीमा में मौजूद होता है; बी-यूरेनियम (चतुष्कोणीय प्रकार का जटिल क्रिस्टल जाली), 668-774 डिग्री सेल्सियस की सीमा में स्थिर; जी-यूरेनियम (शरीर-केंद्रित घन क्रिस्टल जाली), 774°C से गलनांक (1132°C) तक स्थिर। चूँकि यूरेनियम के सभी समस्थानिक अस्थिर होते हैं, इसलिए इसके सभी यौगिक रेडियोधर्मिता प्रदर्शित करते हैं।

यूरेनियम के समस्थानिक

238 यू, 235 यू, 234 यू प्रकृति में 99.3:0.7:0.0058 के अनुपात में पाए जाते हैं, और 236 यू सूक्ष्म मात्रा में पाए जाते हैं। 226 यू से 242 यू तक यूरेनियम के अन्य सभी समस्थानिक कृत्रिम रूप से प्राप्त किए जाते हैं। आइसोटोप 235 यू विशेष रूप से महत्वपूर्ण है। धीमे (थर्मल) न्यूट्रॉन के प्रभाव में, यह विभाजित होता है, जिससे भारी ऊर्जा निकलती है। 235 यू के पूर्ण विखंडन के परिणामस्वरूप 2H 10 7 kWh / kg का "थर्मल ऊर्जा समतुल्य" निकलता है। 235 यू के विखंडन का उपयोग न केवल बड़ी मात्रा में ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है, बल्कि अन्य महत्वपूर्ण एक्टिनाइड तत्वों को संश्लेषित करने के लिए भी किया जा सकता है। प्राकृतिक आइसोटोप यूरेनियम का उपयोग परमाणु रिएक्टरों में 235 यू के विखंडन द्वारा उत्पादित न्यूट्रॉन का उत्पादन करने के लिए किया जा सकता है, जबकि श्रृंखला प्रतिक्रिया के लिए आवश्यक अतिरिक्त न्यूट्रॉन को किसी अन्य प्राकृतिक आइसोटोप द्वारा कैप्चर किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप प्लूटोनियम का उत्पादन होता है:

जब 238 यू पर तेज़ न्यूट्रॉन की बमबारी की जाती है, तो निम्नलिखित प्रतिक्रियाएँ होती हैं:

इस योजना के अनुसार, सबसे आम आइसोटोप 238 यू को प्लूटोनियम -239 में परिवर्तित किया जा सकता है, जो 235 यू की तरह, धीमी न्यूट्रॉन के प्रभाव में विखंडन में भी सक्षम है।

वर्तमान में बड़ी संख्या में यूरेनियम के कृत्रिम समस्थानिक प्राप्त किये गये हैं। उनमें से, 233 यू विशेष रूप से उल्लेखनीय है क्योंकि यह धीमे न्यूट्रॉन के साथ बातचीत करते समय विखंडन भी करता है।

यूरेनियम के कुछ अन्य कृत्रिम आइसोटोप अक्सर रासायनिक और भौतिक अनुसंधान में रेडियोधर्मी ट्रेसर के रूप में उपयोग किए जाते हैं; यह सबसे पहले है बी- उत्सर्जक 237 यू और ए- उत्सर्जक 232 यू.

सम्बन्ध।

यूरेनियम, एक अत्यधिक प्रतिक्रियाशील धातु है, जिसकी ऑक्सीकरण अवस्था +3 से +6 तक होती है, यह गतिविधि श्रृंखला में बेरिलियम के करीब है, सभी गैर-धातुओं के साथ परस्पर क्रिया करता है और Al, Be, Bi, Co, Cu, Fe, Hg के साथ इंटरमेटेलिक यौगिक बनाता है। , एमजी, नी, पीबी, एसएन और जेडएन। बारीक कुचला हुआ यूरेनियम विशेष रूप से प्रतिक्रियाशील होता है और 500 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर यह अक्सर यूरेनियम हाइड्राइड की विशिष्ट प्रतिक्रियाओं में प्रवेश करता है। गांठ यूरेनियम या छीलन 700-1000 डिग्री सेल्सियस पर चमकती है, और यूरेनियम वाष्प 150-250 डिग्री सेल्सियस पर पहले से ही जलता है; यूरेनियम 200-400 डिग्री सेल्सियस पर एचएफ के साथ प्रतिक्रिया करता है, जिससे यूएफ 4 और एच 2 बनता है। यूरेनियम सांद्र HF या H 2 SO 4 और 85% H 3 PO 4 में 90 डिग्री सेल्सियस पर भी धीरे-धीरे घुल जाता है, लेकिन सांद्र के साथ आसानी से प्रतिक्रिया करता है। एचसीएल और एचबीआर या एचआई के साथ कम सक्रिय। तनु और सांद्र HNO 3 के साथ यूरेनियम की सबसे सक्रिय और तीव्र प्रतिक्रिया यूरेनिल नाइट्रेट के निर्माण के साथ होती है ( नीचे देखें). एचसीएल की उपस्थिति में, यूरेनियम कार्बनिक अम्लों में तेजी से घुल जाता है, जिससे कार्बनिक U4+ लवण बनता है। ऑक्सीकरण की डिग्री के आधार पर, यूरेनियम कई प्रकार के लवण बनाता है (उनमें से सबसे महत्वपूर्ण यू 4+ के साथ हैं, उनमें से एक यूसीएल 4 एक आसानी से ऑक्सीकृत हरा नमक है); यूओ 2 (एनओ 3) 2 प्रकार के यूरेनिल लवण (रेडिकल यूओ 2 2+) पीले रंग के और प्रतिदीप्त हरे रंग के होते हैं। यूरेनिल लवण एम्फोटेरिक ऑक्साइड यूओ 3 (पीला रंग) को अम्लीय माध्यम में घोलने से बनता है। क्षारीय वातावरण में, UO 3 Na 2 UO 4 या Na 2 U 2 O 7 जैसे यूरेनेट्स बनाता है। बाद वाला यौगिक ("पीला यूरेनिल") का उपयोग चीनी मिट्टी के ग्लेज़ के निर्माण और फ्लोरोसेंट ग्लास के उत्पादन में किया जाता है।

1940-1950 में यूरेनियम हेलाइड्स का व्यापक रूप से अध्ययन किया गया था, क्योंकि उनका उपयोग परमाणु बम या परमाणु रिएक्टर के लिए यूरेनियम आइसोटोप को अलग करने के तरीकों को विकसित करने के लिए किया गया था। यूरेनियम ट्राइफ्लोराइड यूएफ 3 हाइड्रोजन के साथ यूएफ 4 की कमी से प्राप्त किया गया था, और यूरेनियम टेट्राफ्लोराइड यूएफ 4 यूओ 3 या यू 3 ओ 8 जैसे ऑक्साइड के साथ एचएफ की प्रतिक्रियाओं या यूरेनिल यौगिकों के इलेक्ट्रोलाइटिक कमी से विभिन्न तरीकों से प्राप्त किया जाता है। यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड यूएफ 6 मौलिक फ्लोरीन के साथ यू या यूएफ 4 के फ्लोरिनेशन द्वारा या यूएफ 4 पर ऑक्सीजन की क्रिया द्वारा प्राप्त किया जाता है। हेक्साफ्लोराइड 64 डिग्री सेल्सियस (1137 मिमी एचजी) पर उच्च अपवर्तक सूचकांक के साथ पारदर्शी क्रिस्टल बनाता है; यौगिक अस्थिर है (सामान्य दबाव में यह 56.54 डिग्री सेल्सियस पर उर्ध्वपातित हो जाता है)। यूरेनियम ऑक्सोहैलाइड्स, उदाहरण के लिए, ऑक्सोफ्लोराइड्स, की संरचना यूओ 2 एफ 2 (यूरेनिल फ्लोराइड), यूओएफ 2 (यूरेनियम ऑक्साइड डिफ्लुओराइड) है।

यूरेनियम कहाँ से आया?सबसे अधिक संभावना है, यह सुपरनोवा विस्फोटों के दौरान प्रकट होता है। तथ्य यह है कि लोहे से भारी तत्वों के न्यूक्लियोसिंथेसिस के लिए न्यूट्रॉन का एक शक्तिशाली प्रवाह होना चाहिए, जो सुपरनोवा विस्फोट के दौरान ठीक होता है। ऐसा प्रतीत होता है कि तब, इसके द्वारा निर्मित नए तारा प्रणालियों के बादल से संघनन के दौरान, यूरेनियम, एक प्रोटोप्लेनेटरी बादल में एकत्रित हो गया और बहुत भारी होने के कारण, ग्रहों की गहराई में डूब जाना चाहिए। लेकिन यह सच नहीं है. यूरेनियम एक रेडियोधर्मी तत्व है और जब इसका क्षय होता है तो यह ऊष्मा छोड़ता है। गणना से पता चलता है कि यदि यूरेनियम को ग्रह की पूरी मोटाई में समान रूप से वितरित किया जाता है, कम से कम सतह पर समान एकाग्रता के साथ, तो यह बहुत अधिक गर्मी उत्सर्जित करेगा। इसके अलावा, यूरेनियम के उपभोग के कारण इसका प्रवाह कमजोर हो जाना चाहिए। चूँकि ऐसा कुछ भी नहीं देखा गया है, भूवैज्ञानिकों का मानना ​​है कि कम से कम एक तिहाई यूरेनियम, और शायद यह पूरा, पृथ्वी की पपड़ी में केंद्रित है, जहाँ इसकी सामग्री 2.5∙10 –4% है। ऐसा क्यों हुआ इस पर चर्चा नहीं की गई.

यूरेनियम का खनन कहाँ होता है?पृथ्वी पर यूरेनियम इतना कम नहीं है - बहुतायत की दृष्टि से यह 38वें स्थान पर है। और इस तत्व का अधिकांश भाग तलछटी चट्टानों - कार्बोनेसियस शेल्स और फॉस्फोराइट्स में पाया जाता है: क्रमशः 8∙10 –3 और 2.5∙10 –2% तक। कुल मिलाकर, पृथ्वी की पपड़ी में 10 14 टन यूरेनियम है, लेकिन मुख्य समस्या यह है कि यह बहुत फैला हुआ है और शक्तिशाली जमाव नहीं बनाता है। लगभग 15 यूरेनियम खनिज औद्योगिक महत्व के हैं। यह यूरेनियम टार है - इसका आधार टेट्रावेलेंट यूरेनियम ऑक्साइड, यूरेनियम अभ्रक है - विभिन्न सिलिकेट, फॉस्फेट और हेक्सावलेंट यूरेनियम पर आधारित वैनेडियम या टाइटेनियम के साथ अधिक जटिल यौगिक।

बेकरेल किरणें क्या हैं?वोल्फगैंग रोएंटगेन द्वारा एक्स-रे की खोज के बाद, फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी एंटोनी-हेनरी बेकरेल को यूरेनियम लवण की चमक में रुचि हो गई, जो सूर्य के प्रकाश के प्रभाव में होती है। वह समझना चाहता था कि क्या यहां एक्स-रे भी होते हैं। दरअसल, वे मौजूद थे - नमक ने काले कागज के माध्यम से फोटोग्राफिक प्लेट को रोशन कर दिया। हालाँकि, एक प्रयोग में, नमक रोशन नहीं हुआ था, लेकिन फोटोग्राफिक प्लेट फिर भी काली हो गई थी। जब नमक और फोटोग्राफिक प्लेट के बीच एक धातु की वस्तु रखी गई, तो नीचे का अंधेरा कम हो गया। इसलिए, प्रकाश द्वारा यूरेनियम के उत्तेजना के कारण नई किरणें उत्पन्न नहीं हुईं और आंशिक रूप से धातु से होकर नहीं गुजरीं। उन्हें शुरू में "बेकेरेल की किरणें" कहा जाता था। बाद में यह पता चला कि ये मुख्य रूप से बीटा किरणों के एक छोटे से जोड़ के साथ अल्फा किरणें हैं: तथ्य यह है कि यूरेनियम के मुख्य आइसोटोप क्षय के दौरान एक अल्फा कण उत्सर्जित करते हैं, और बेटी उत्पाद भी बीटा क्षय का अनुभव करते हैं।

यूरेनियम कितना रेडियोधर्मी है?यूरेनियम में कोई स्थिर आइसोटोप नहीं है; वे सभी रेडियोधर्मी हैं। सबसे लंबे समय तक जीवित रहने वाला यूरेनियम-238 है जिसका आधा जीवन 4.4 अरब वर्ष है। इसके बाद यूरेनियम-235 आता है - 0.7 अरब वर्ष। वे दोनों अल्फा क्षय से गुजरते हैं और थोरियम के समस्थानिक बन जाते हैं। यूरेनियम-238 सभी प्राकृतिक यूरेनियम का 99% से अधिक बनाता है। इसके विशाल आधे जीवन के कारण, इस तत्व की रेडियोधर्मिता कम है, और इसके अलावा, अल्फा कण मानव शरीर की सतह पर स्ट्रेटम कॉर्नियम में प्रवेश करने में सक्षम नहीं हैं। वे कहते हैं कि यूरेनियम के साथ काम करने के बाद, आई.वी. कुरचटोव ने बस अपने हाथों को रूमाल से पोंछ लिया और रेडियोधर्मिता से जुड़ी किसी भी बीमारी से पीड़ित नहीं हुए।

शोधकर्ताओं ने बार-बार यूरेनियम खदानों और प्रसंस्करण संयंत्रों में श्रमिकों की बीमारियों के आंकड़ों की ओर रुख किया है। उदाहरण के लिए, यहां कनाडाई और अमेरिकी विशेषज्ञों का एक हालिया लेख है, जिसमें कनाडा के सस्केचेवान प्रांत में एल्डोरैडो खदान में 1950-1999 के दौरान 17 हजार से अधिक श्रमिकों के स्वास्थ्य डेटा का विश्लेषण किया गया है ( पर्यावरण अनुसंधान, 2014, 130, 43-50, DOI:10.1016/j.envres.2014.01.002)। वे इस तथ्य से आगे बढ़े कि विकिरण का तेजी से बढ़ने वाली रक्त कोशिकाओं पर सबसे मजबूत प्रभाव पड़ता है, जिससे संबंधित प्रकार के कैंसर होते हैं। आंकड़ों से पता चला है कि खदान श्रमिकों में औसत कनाडाई आबादी की तुलना में विभिन्न प्रकार के रक्त कैंसर की घटना कम है। इस मामले में, विकिरण का मुख्य स्रोत स्वयं यूरेनियम नहीं माना जाता है, बल्कि इसके द्वारा उत्पन्न गैसीय रेडॉन और इसके क्षय उत्पाद, जो फेफड़ों के माध्यम से शरीर में प्रवेश कर सकते हैं।

यूरेनियम हानिकारक क्यों है?? यह, अन्य भारी धातुओं की तरह, अत्यधिक विषैला होता है और गुर्दे और यकृत की विफलता का कारण बन सकता है। दूसरी ओर, यूरेनियम, एक फैला हुआ तत्व होने के कारण, पानी, मिट्टी में अनिवार्य रूप से मौजूद होता है और खाद्य श्रृंखला में केंद्रित होकर मानव शरीर में प्रवेश करता है। यह मानना ​​उचित है कि विकास की प्रक्रिया में, जीवित प्राणियों ने प्राकृतिक सांद्रता में यूरेनियम को बेअसर करना सीख लिया है। यूरेनियम पानी में सबसे खतरनाक है, इसलिए WHO ने एक सीमा तय की: शुरुआत में यह 15 µg/l थी, लेकिन 2011 में मानक को बढ़ाकर 30 µg/g कर दिया गया। एक नियम के रूप में, पानी में बहुत कम यूरेनियम होता है: संयुक्त राज्य अमेरिका में औसतन 6.7 µg/l, चीन और फ्रांस में - 2.2 µg/l। लेकिन मजबूत विचलन भी हैं। तो कैलिफ़ोर्निया के कुछ क्षेत्रों में यह मानक से सौ गुना अधिक है - 2.5 मिलीग्राम/लीटर, और दक्षिणी फ़िनलैंड में यह 7.8 मिलीग्राम/लीटर तक पहुँच जाता है। शोधकर्ता जानवरों पर यूरेनियम के प्रभाव का अध्ययन करके यह समझने की कोशिश कर रहे हैं कि क्या WHO का मानक बहुत सख्त है। यहाँ एक विशिष्ट कार्य है ( बायोमेड रिसर्च इंटरनेशनल, 2014, आईडी 181989; डीओआई:10.1155/2014/181989)। फ्रांसीसी वैज्ञानिकों ने चूहों को नौ महीने तक घटे हुए यूरेनियम के मिश्रण और अपेक्षाकृत उच्च सांद्रता में - 0.2 से 120 मिलीग्राम/लीटर तक पानी पिलाया। निचला मूल्य खदान के पास का पानी है, जबकि ऊपरी मूल्य कहीं भी नहीं पाया जाता है - फिनलैंड में मापी गई यूरेनियम की अधिकतम सांद्रता 20 मिलीग्राम/लीटर है। लेखकों को आश्चर्य हुआ - लेख का नाम है: "शारीरिक प्रणालियों पर यूरेनियम के ध्यान देने योग्य प्रभाव की अप्रत्याशित अनुपस्थिति ..." - चूहों के स्वास्थ्य पर यूरेनियम का व्यावहारिक रूप से कोई प्रभाव नहीं पड़ा। जानवरों ने अच्छा खाया, वजन ठीक से बढ़ा, बीमारी की शिकायत नहीं की और कैंसर से नहीं मरे। यूरेनियम, जैसा कि होना चाहिए, मुख्य रूप से गुर्दे और हड्डियों में और यकृत में सौ गुना कम मात्रा में जमा किया गया था, और इसका संचय अपेक्षित रूप से पानी में सामग्री पर निर्भर करता था। हालाँकि, इससे गुर्दे की विफलता या यहाँ तक कि सूजन के किसी भी आणविक मार्कर की ध्यान देने योग्य उपस्थिति नहीं हुई। लेखकों ने सुझाव दिया कि WHO के सख्त दिशानिर्देशों की समीक्षा शुरू होनी चाहिए। हालाँकि, एक चेतावनी है: मस्तिष्क पर प्रभाव। चूहों के मस्तिष्क में जिगर की तुलना में कम यूरेनियम था, लेकिन इसकी सामग्री पानी में मात्रा पर निर्भर नहीं थी। लेकिन यूरेनियम ने मस्तिष्क की एंटीऑक्सीडेंट प्रणाली के कामकाज को प्रभावित किया: खुराक की परवाह किए बिना, कैटालेज़ की गतिविधि 20% बढ़ गई, ग्लूटाथियोन पेरोक्सीडेज़ 68-90% बढ़ गई, और सुपरऑक्साइड डिसम्यूटेज़ की गतिविधि 50% कम हो गई। इसका मतलब यह है कि यूरेनियम स्पष्ट रूप से मस्तिष्क में ऑक्सीडेटिव तनाव का कारण बना और शरीर ने इस पर प्रतिक्रिया की। यह प्रभाव - यूरेनियम के संचय के अभाव में मस्तिष्क पर इसका तीव्र प्रभाव, वैसे, साथ ही जननांगों में भी - पहले देखा गया था। इसके अलावा, 75-150 मिलीग्राम/लीटर की सांद्रता में यूरेनियम वाला पानी, जिसे नेब्रास्का विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने छह महीने तक चूहों को खिलाया ( न्यूरोटॉक्सिकोलॉजी और टेराटोलॉजी, 2005, 27, 1, 135-144; DOI:10.1016/j.ntt.2004.09.001), ने मैदान में छोड़े गए जानवरों, मुख्य रूप से नर, के व्यवहार को प्रभावित किया: उन्होंने रेखाओं को पार किया, अपने पिछले पैरों पर खड़े हुए और नियंत्रण वाले पैरों की तुलना में अपने बालों को अलग तरह से काटा। इस बात के प्रमाण हैं कि यूरेनियम जानवरों में स्मृति क्षीणता का कारण भी बनता है। व्यवहारिक परिवर्तन मस्तिष्क में लिपिड ऑक्सीकरण के स्तर से संबंधित थे। यह पता चला कि यूरेनियम के पानी ने चूहों को स्वस्थ, बल्कि बेवकूफ बना दिया। ये डेटा तथाकथित खाड़ी युद्ध सिंड्रोम के विश्लेषण में हमारे लिए उपयोगी होंगे।

क्या यूरेनियम शेल गैस विकास स्थलों को दूषित करता है?यह इस बात पर निर्भर करता है कि गैस युक्त चट्टानों में यूरेनियम कितना है और यह उनके साथ कैसे जुड़ा है। उदाहरण के लिए, बफ़ेलो विश्वविद्यालय के एसोसिएट प्रोफेसर ट्रेसी बैंक ने मार्सेलस शेल का अध्ययन किया, जो पश्चिमी न्यूयॉर्क से पेंसिल्वेनिया और ओहियो से पश्चिम वर्जीनिया तक फैला हुआ है। यह पता चला कि यूरेनियम रासायनिक रूप से हाइड्रोकार्बन के स्रोत से सटीक रूप से संबंधित है (याद रखें कि संबंधित कार्बोनेसियस शेल्स में यूरेनियम सामग्री सबसे अधिक है)। प्रयोगों से पता चला है कि फ्रैक्चरिंग के दौरान इस्तेमाल किया गया घोल यूरेनियम को पूरी तरह से घोल देता है। “जब इन पानी में यूरेनियम सतह पर पहुंचता है, तो यह आसपास के क्षेत्र को प्रदूषित कर सकता है। इससे विकिरण का ख़तरा नहीं है, लेकिन यूरेनियम एक ज़हरीला तत्व है,'' ट्रेसी बैंक ने 25 अक्टूबर, 2010 को एक विश्वविद्यालय प्रेस विज्ञप्ति में कहा। शेल गैस उत्पादन के दौरान यूरेनियम या थोरियम से पर्यावरण प्रदूषण के खतरे पर अभी तक कोई विस्तृत लेख तैयार नहीं किया गया है।

यूरेनियम की आवश्यकता क्यों है?पहले, इसका उपयोग चीनी मिट्टी की चीज़ें और रंगीन कांच बनाने के लिए रंगद्रव्य के रूप में किया जाता था। अब यूरेनियम परमाणु ऊर्जा और परमाणु हथियारों का आधार है। इस मामले में, इसकी अनूठी संपत्ति का उपयोग किया जाता है - नाभिक की विभाजित करने की क्षमता।

परमाणु विखंडन क्या है? एक नाभिक का दो असमान बड़े टुकड़ों में टूटना। इस गुण के कारण ही न्यूक्लियोसिंथेसिस के दौरान न्यूट्रॉन विकिरण के कारण यूरेनियम से भारी नाभिक बड़ी कठिनाई से बनते हैं। घटना का सार इस प्रकार है. यदि नाभिक में न्यूट्रॉन और प्रोटॉन की संख्या का अनुपात इष्टतम नहीं है, तो यह अस्थिर हो जाता है। आमतौर पर, ऐसा नाभिक या तो एक अल्फा कण - दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन, या एक बीटा कण - एक पॉज़िट्रॉन उत्सर्जित करता है, जो न्यूट्रॉन में से एक के प्रोटॉन में परिवर्तन के साथ होता है। पहले मामले में, आवर्त सारणी का एक तत्व प्राप्त होता है, दो कोशिकाओं को पीछे की ओर, दूसरे में - एक कोशिका को आगे की ओर। हालाँकि, अल्फा और बीटा कणों को उत्सर्जित करने के अलावा, यूरेनियम नाभिक विखंडन में सक्षम है - आवर्त सारणी के मध्य में दो तत्वों के नाभिक में क्षय, उदाहरण के लिए बेरियम और क्रिप्टन, जो यह एक नया न्यूट्रॉन प्राप्त करने के बाद करता है। इस घटना की खोज रेडियोधर्मिता की खोज के तुरंत बाद हुई, जब भौतिकविदों ने नए खोजे गए विकिरण को हर उस चीज के संपर्क में लाया जो वे कर सकते थे। घटनाओं में भाग लेने वाले ओटो फ्रिस्क इस बारे में लिखते हैं ("भौतिक विज्ञान में प्रगति," 1968, 96, 4)। बेरिलियम किरणों - न्यूट्रॉन - की खोज के बाद एनरिको फर्मी ने उनके साथ यूरेनियम को विकिरणित किया, विशेष रूप से, बीटा क्षय का कारण बनने के लिए - उन्होंने इसका उपयोग अगले, 93 वें तत्व को प्राप्त करने के लिए करने की आशा की, जिसे अब नेपच्यूनियम कहा जाता है। यह वह था जिसने विकिरणित यूरेनियम में एक नए प्रकार की रेडियोधर्मिता की खोज की, जिसे उसने ट्रांसयूरेनियम तत्वों की उपस्थिति से जोड़ा। उसी समय, न्यूट्रॉन को धीमा करने से, जिसके लिए बेरिलियम स्रोत को पैराफिन की एक परत से ढक दिया गया था, इस प्रेरित रेडियोधर्मिता में वृद्धि हुई। अमेरिकी रेडियोकेमिस्ट एरिस्टाइड वॉन ग्रोसे ने सुझाव दिया कि इन तत्वों में से एक प्रोटैक्टीनियम था, लेकिन वह गलत था। लेकिन ओटो हैन, जो उस समय वियना विश्वविद्यालय में काम कर रहे थे और 1917 में खोजे गए प्रोटैक्टीनियम को अपने दिमाग की उपज मानते थे, ने फैसला किया कि वह यह पता लगाने के लिए बाध्य हैं कि कौन से तत्व प्राप्त किए गए थे। 1938 की शुरुआत में, लिस मीटनर के साथ, हैन ने प्रयोगात्मक परिणामों के आधार पर सुझाव दिया कि रेडियोधर्मी तत्वों की पूरी श्रृंखला यूरेनियम -238 और उसके सहयोगी तत्वों के न्यूट्रॉन-अवशोषित नाभिक के कई बीटा क्षय के कारण बनती है। ऑस्ट्रिया के एंस्क्लस के बाद नाज़ियों के संभावित प्रतिशोध के डर से, जल्द ही लिसे मीटनर को स्वीडन भागने के लिए मजबूर होना पड़ा। हैन ने फ्रिट्ज़ स्ट्रैसमैन के साथ अपने प्रयोगों को जारी रखते हुए पाया कि उत्पादों में बेरियम, तत्व संख्या 56 भी था, जिसे किसी भी तरह से यूरेनियम से प्राप्त नहीं किया जा सकता था: यूरेनियम के अल्फा क्षय की सभी श्रृंखलाएं बहुत भारी सीसे के साथ समाप्त होती हैं। शोधकर्ता परिणाम से इतने आश्चर्यचकित थे कि उन्होंने इसे प्रकाशित नहीं किया; उन्होंने केवल दोस्तों को पत्र लिखे, विशेष रूप से गोथेनबर्ग में लिसे मीटनर को। वहां, क्रिसमस 1938 में, उनके भतीजे, ओटो फ्रिस्क ने उनसे मुलाकात की, और, शीतकालीन शहर के आसपास घूमते हुए - वह स्की पर, चाची पैदल - उन्होंने यूरेनियम के विकिरण के दौरान बेरियम की उपस्थिति की संभावना पर चर्चा की परमाणु विखंडन का परिणाम (लिसे मीटनर के बारे में अधिक जानकारी के लिए, "रसायन विज्ञान और जीवन", 2013, संख्या 4 देखें)। कोपेनहेगन लौटकर, फ्रिस्क ने सचमुच नील्स बोहर को संयुक्त राज्य अमेरिका के लिए प्रस्थान करने वाले जहाज के गैंगवे पर पकड़ा और उसे विखंडन के विचार के बारे में बताया। बोह्र ने अपने माथे पर थप्पड़ मारते हुए कहा: “ओह, हम कितने मूर्ख थे! हमें इस पर पहले ही ध्यान देना चाहिए था।" जनवरी 1939 में, फ्रिस्क और मीटनर ने न्यूट्रॉन के प्रभाव में यूरेनियम नाभिक के विखंडन पर एक लेख प्रकाशित किया। उस समय तक, ओटो फ्रिस्क ने पहले ही एक नियंत्रण प्रयोग कर लिया था, साथ ही कई अमेरिकी समूहों ने भी, जिन्हें बोह्र से संदेश प्राप्त हुआ था। वे कहते हैं कि 26 जनवरी, 1939 को वाशिंगटन में सैद्धांतिक भौतिकी पर वार्षिक सम्मेलन में उनकी रिपोर्ट के दौरान ही भौतिकविदों ने अपनी प्रयोगशालाओं में तितर-बितर होना शुरू कर दिया था, जब उन्होंने इस विचार का सार समझ लिया था। विखंडन की खोज के बाद, हैन और स्ट्रैसमैन ने अपने प्रयोगों को संशोधित किया और अपने सहयोगियों की तरह पाया कि विकिरणित यूरेनियम की रेडियोधर्मिता ट्रांसयूरेनियम से नहीं, बल्कि आवर्त सारणी के मध्य से विखंडन के दौरान बने रेडियोधर्मी तत्वों के क्षय से जुड़ी है।

यूरेनियम में श्रृंखला अभिक्रिया कैसे होती है?यूरेनियम और थोरियम नाभिक के विखंडन की संभावना प्रयोगात्मक रूप से सिद्ध होने के तुरंत बाद (और पृथ्वी पर किसी भी महत्वपूर्ण मात्रा में कोई अन्य विखंडन तत्व नहीं हैं), नील्स बोह्र और जॉन व्हीलर, जिन्होंने प्रिंसटन में काम किया, साथ ही, उनमें से स्वतंत्र रूप से, सोवियत सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी हां. आई. फ्रेनकेल और जर्मन सिगफ्राइड फ्लुगे और गॉटफ्राइड वॉन ड्रोस्टे ने परमाणु विखंडन का सिद्धांत बनाया। इससे दो तंत्रों का अनुसरण हुआ। एक तेज न्यूट्रॉन के थ्रेशोल्ड अवशोषण से जुड़ा है। इसके अनुसार, विखंडन शुरू करने के लिए, एक न्यूट्रॉन में काफी उच्च ऊर्जा होनी चाहिए, मुख्य आइसोटोप - यूरेनियम -238 और थोरियम -232 के नाभिक के लिए 1 MeV से अधिक। कम ऊर्जा पर, यूरेनियम-238 द्वारा न्यूट्रॉन अवशोषण में एक गुंजयमान चरित्र होता है। इस प्रकार, 25 ईवी की ऊर्जा वाले न्यूट्रॉन में कैप्चर क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र होता है जो अन्य ऊर्जाओं की तुलना में हजारों गुना बड़ा होता है। इस स्थिति में, कोई विखंडन नहीं होगा: यूरेनियम-238 यूरेनियम-239 बन जाएगा, जो 23.54 मिनट के आधे जीवन के साथ नेपच्यूनियम-239 में बदल जाएगा, जो 2.33 दिनों के आधे जीवन के साथ लंबे समय तक जीवित रहेगा। प्लूटोनियम-239. थोरियम-232 यूरेनियम-233 बन जायेगा।

दूसरा तंत्र न्यूट्रॉन का गैर-दहलीज अवशोषण है, इसके बाद तीसरा कमोबेश सामान्य विखंडनीय आइसोटोप होता है - यूरेनियम-235 (साथ ही प्लूटोनियम-239 और यूरेनियम-233, जो प्रकृति में नहीं पाए जाते हैं): द्वारा किसी भी न्यूट्रॉन को अवशोषित करना, यहां तक ​​​​कि धीमी गति से, तथाकथित थर्मल, थर्मल गति में भाग लेने वाले अणुओं के लिए ऊर्जा के साथ - 0.025 ईवी, ऐसा नाभिक विभाजित हो जाएगा। और यह बहुत अच्छा है: थर्मल न्यूट्रॉन का कैप्चर क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र तेज़, मेगाइलेक्ट्रॉनवोल्ट न्यूट्रॉन से चार गुना अधिक होता है। परमाणु ऊर्जा के पूरे बाद के इतिहास के लिए यूरेनियम-235 का यही महत्व है: यह वह है जो प्राकृतिक यूरेनियम में न्यूट्रॉन के गुणन को सुनिश्चित करता है। न्यूट्रॉन की चपेट में आने के बाद यूरेनियम-235 नाभिक अस्थिर हो जाता है और तेजी से दो असमान भागों में विभाजित हो जाता है। रास्ते में, कई (औसतन 2.75) नए न्यूट्रॉन उत्सर्जित होते हैं। यदि वे एक ही यूरेनियम के नाभिक से टकराते हैं, तो वे न्यूट्रॉन को तेजी से गुणा करने का कारण बनेंगे - एक श्रृंखला प्रतिक्रिया होगी, जिससे भारी मात्रा में गर्मी के तेजी से निकलने के कारण विस्फोट होगा। न तो यूरेनियम-238 और न ही थोरियम-232 इस तरह काम कर सकते हैं: आखिरकार, विखंडन के दौरान, न्यूट्रॉन 1-3 MeV की औसत ऊर्जा के साथ उत्सर्जित होते हैं, अर्थात, यदि 1 MeV की ऊर्जा सीमा है, तो इसका एक महत्वपूर्ण हिस्सा न्यूट्रॉन निश्चित रूप से प्रतिक्रिया उत्पन्न करने में सक्षम नहीं होंगे, और कोई प्रजनन नहीं होगा। इसका मतलब यह है कि इन आइसोटोप को भुला दिया जाना चाहिए और न्यूट्रॉन को थर्मल ऊर्जा में धीमा करना होगा ताकि वे यूरेनियम -235 के नाभिक के साथ यथासंभव कुशलता से बातचीत कर सकें। साथ ही, यूरेनियम-238 द्वारा उनके गुंजयमान अवशोषण की अनुमति नहीं दी जा सकती: आखिरकार, प्राकृतिक यूरेनियम में यह आइसोटोप 99.3% से थोड़ा कम है और न्यूट्रॉन अधिक बार इसके साथ टकराते हैं, न कि लक्ष्य यूरेनियम-235 के साथ। और एक मॉडरेटर के रूप में कार्य करके, न्यूट्रॉन के गुणन को एक स्थिर स्तर पर बनाए रखना और विस्फोट को रोकना - श्रृंखला प्रतिक्रिया को नियंत्रित करना संभव है।

1939 के उसी घातक वर्ष में हां बी ज़ेल्डोविच और यू बी खारिटन ​​द्वारा की गई एक गणना से पता चला कि इसके लिए भारी पानी या ग्रेफाइट के रूप में न्यूट्रॉन मॉडरेटर का उपयोग करना और यूरेनियम के साथ प्राकृतिक यूरेनियम को समृद्ध करना आवश्यक है- 235 कम से कम 1.83 बार। तब यह विचार उन्हें कोरी कल्पना प्रतीत हुआ: "यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि यूरेनियम की उन महत्वपूर्ण मात्राओं का संवर्धन लगभग दोगुना हो जाता है जो एक श्रृंखला विस्फोट को अंजाम देने के लिए आवश्यक हैं,<...>यह अत्यंत बोझिल कार्य है, जो व्यावहारिक असंभवता के करीब है।” अब यह समस्या हल हो गई है, और परमाणु उद्योग बिजली संयंत्रों के लिए यूरेनियम-235 से 3.5% तक समृद्ध यूरेनियम का बड़े पैमाने पर उत्पादन कर रहा है।

स्वतःस्फूर्त परमाणु विखंडन क्या है? 1940 में, जी.एन. फ्लेरोव और के.ए. पेट्रज़ाक ने पाया कि यूरेनियम का विखंडन बिना किसी बाहरी प्रभाव के, अनायास हो सकता है, हालांकि आधा जीवन सामान्य अल्फा क्षय की तुलना में बहुत लंबा है। चूँकि इस तरह के विखंडन से न्यूट्रॉन भी उत्पन्न होते हैं, यदि उन्हें प्रतिक्रिया क्षेत्र से बाहर निकलने की अनुमति नहीं दी जाती है, तो वे श्रृंखला प्रतिक्रिया के आरंभकर्ता के रूप में काम करेंगे। यह वह घटना है जिसका उपयोग परमाणु रिएक्टरों के निर्माण में किया जाता है।

परमाणु ऊर्जा की आवश्यकता क्यों है?ज़ेल्डोविच और खारिटन ​​परमाणु ऊर्जा के आर्थिक प्रभाव की गणना करने वाले पहले लोगों में से थे (उस्पेखी फ़िज़िचेस्किख नौक, 1940, 23, 4)। “...फिलहाल, यूरेनियम में अनंत शाखाओं वाली श्रृंखलाओं के साथ परमाणु विखंडन प्रतिक्रिया करने की संभावना या असंभवता के बारे में अंतिम निष्कर्ष निकालना अभी भी असंभव है। यदि ऐसी प्रतिक्रिया संभव है, तो प्रयोगकर्ता के पास ऊर्जा की भारी मात्रा के बावजूद, इसकी सुचारू प्रगति सुनिश्चित करने के लिए प्रतिक्रिया दर स्वचालित रूप से समायोजित हो जाती है। यह परिस्थिति प्रतिक्रिया के ऊर्जा उपयोग के लिए अत्यंत अनुकूल है। इसलिए आइए हम प्रस्तुत करें - हालाँकि यह एक अकुशल भालू की त्वचा का एक विभाजन है - कुछ संख्याएँ जो यूरेनियम के ऊर्जा उपयोग की संभावनाओं को दर्शाती हैं। यदि विखंडन प्रक्रिया तेज न्यूट्रॉन के साथ आगे बढ़ती है, तो, प्रतिक्रिया यूरेनियम के मुख्य आइसोटोप (U238) को पकड़ लेती है, तो<исходя из соотношения теплотворных способностей и цен на уголь и уран>यूरेनियम के मुख्य आइसोटोप से एक कैलोरी की लागत कोयले की तुलना में लगभग 4000 गुना सस्ती हो जाती है (जब तक कि निश्चित रूप से, "दहन" और गर्मी हटाने की प्रक्रियाएं यूरेनियम की तुलना में यूरेनियम के मामले में बहुत अधिक महंगी न हों) कोयले के मामले में) धीमे न्यूट्रॉन के मामले में, "यूरेनियम" कैलोरी की लागत (उपरोक्त आंकड़ों के आधार पर) होगी, यह ध्यान में रखते हुए कि U235 आइसोटोप की प्रचुरता 0.007 है, जो पहले से ही "कोयला" कैलोरी से केवल 30 गुना सस्ता है, अन्य सभी चीजें समान हैं।”

पहली नियंत्रित श्रृंखला प्रतिक्रिया 1942 में शिकागो विश्वविद्यालय में एनरिको फर्मी द्वारा की गई थी, और रिएक्टर को मैन्युअल रूप से नियंत्रित किया गया था - न्यूट्रॉन प्रवाह में बदलाव के रूप में ग्रेफाइट छड़ों को अंदर और बाहर धकेलना। पहला बिजली संयंत्र 1954 में ओबनिंस्क में बनाया गया था। ऊर्जा पैदा करने के अलावा, पहले रिएक्टरों ने हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम का उत्पादन करने के लिए भी काम किया।

परमाणु ऊर्जा संयंत्र कैसे संचालित होता है?आजकल, अधिकांश रिएक्टर धीमे न्यूट्रॉन पर काम करते हैं। धातु के रूप में समृद्ध यूरेनियम, एल्यूमीनियम जैसे मिश्र धातु या ऑक्साइड को लंबे सिलेंडरों में रखा जाता है जिन्हें ईंधन तत्व कहा जाता है। इन्हें रिएक्टर में एक निश्चित तरीके से स्थापित किया जाता है, और उनके बीच मॉडरेटर छड़ें डाली जाती हैं, जो श्रृंखला प्रतिक्रिया को नियंत्रित करती हैं। समय के साथ, रिएक्टर जहर ईंधन तत्व में जमा हो जाता है - यूरेनियम विखंडन उत्पाद, जो न्यूट्रॉन को अवशोषित करने में भी सक्षम हैं। जब यूरेनियम-235 की सांद्रता एक महत्वपूर्ण स्तर से नीचे गिर जाती है, तो तत्व को सेवा से बाहर कर दिया जाता है। हालाँकि, इसमें मजबूत रेडियोधर्मिता वाले कई विखंडन टुकड़े होते हैं, जो वर्षों में कम हो जाते हैं, जिससे तत्व लंबे समय तक महत्वपूर्ण मात्रा में गर्मी उत्सर्जित करते हैं। उन्हें कूलिंग पूल में रखा जाता है, और फिर या तो दफन कर दिया जाता है या संसाधित करने की कोशिश की जाती है - बिना जला हुआ यूरेनियम -235 निकालने के लिए, उत्पादित प्लूटोनियम (इसका उपयोग परमाणु बम बनाने के लिए किया गया था) और अन्य आइसोटोप जिनका उपयोग किया जा सकता है। अप्रयुक्त हिस्से को कब्रिस्तान में भेज दिया जाता है।

तथाकथित तेज़ रिएक्टरों, या ब्रीडर रिएक्टरों में, तत्वों के चारों ओर यूरेनियम-238 या थोरियम-232 से बने रिफ्लेक्टर स्थापित किए जाते हैं। वे धीमे हो जाते हैं और बहुत तेज़ गति वाले न्यूट्रॉन को प्रतिक्रिया क्षेत्र में वापस भेज देते हैं। न्यूट्रॉन गुंजयमान गति तक धीमे हो जाते हैं, इन आइसोटोप को अवशोषित करते हैं, क्रमशः प्लूटोनियम -239 या यूरेनियम -233 में बदल जाते हैं, जो परमाणु ऊर्जा संयंत्र के लिए ईंधन के रूप में काम कर सकते हैं। चूँकि तीव्र न्यूट्रॉन यूरेनियम-235 के साथ खराब प्रतिक्रिया करते हैं, इसलिए इसकी सांद्रता में उल्लेखनीय वृद्धि होनी चाहिए, लेकिन इसका परिणाम मजबूत न्यूट्रॉन प्रवाह होता है। इस तथ्य के बावजूद कि ब्रीडर रिएक्टरों को परमाणु ऊर्जा का भविष्य माना जाता है, क्योंकि वे उपभोग से अधिक परमाणु ईंधन का उत्पादन करते हैं, प्रयोगों से पता चला है कि उन्हें प्रबंधित करना मुश्किल है। अब दुनिया में केवल एक ही ऐसा रिएक्टर बचा है - बेलोयार्स्क एनपीपी की चौथी बिजली इकाई में।

परमाणु ऊर्जा की आलोचना कैसे की जाती है?यदि हम दुर्घटनाओं के बारे में बात नहीं करते हैं, तो आज परमाणु ऊर्जा के विरोधियों के तर्कों में मुख्य बिंदु इसकी दक्षता की गणना में स्टेशन को बंद करने के बाद और ईंधन के साथ काम करते समय पर्यावरण की रक्षा की लागत को जोड़ने का प्रस्ताव है। दोनों ही मामलों में, रेडियोधर्मी कचरे के विश्वसनीय निपटान की चुनौतियाँ उत्पन्न होती हैं, और ये लागत राज्य द्वारा वहन की जाती है। एक राय है कि यदि आप उन्हें ऊर्जा की लागत में स्थानांतरित कर देंगे, तो इसका आर्थिक आकर्षण गायब हो जाएगा।

परमाणु ऊर्जा के समर्थकों में भी विरोध है. इसके प्रतिनिधि यूरेनियम-235 की विशिष्टता की ओर इशारा करते हैं, जिसका कोई प्रतिस्थापन नहीं है, क्योंकि थर्मल न्यूट्रॉन द्वारा विखंडित वैकल्पिक आइसोटोप - प्लूटोनियम-239 और यूरेनियम-233 - हजारों वर्षों के उनके आधे जीवन के कारण, प्रकृति में नहीं पाए जाते हैं। और वे यूरेनियम-235 के विखंडन के परिणामस्वरूप सटीक रूप से प्राप्त होते हैं। यदि यह समाप्त हो जाता है, तो परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया के लिए न्यूट्रॉन का एक अद्भुत प्राकृतिक स्रोत गायब हो जाएगा। इस तरह की बर्बादी के परिणामस्वरूप, मानवता भविष्य में थोरियम-232, जिसका भंडार यूरेनियम से कई गुना अधिक है, को ऊर्जा चक्र में शामिल करने का अवसर खो देगी।

सैद्धांतिक रूप से, कण त्वरक का उपयोग मेगाइलेक्ट्रॉनवोल्ट ऊर्जा के साथ तेज़ न्यूट्रॉन के प्रवाह का उत्पादन करने के लिए किया जा सकता है। हालाँकि, अगर हम बात कर रहे हैं, उदाहरण के लिए, परमाणु इंजन पर अंतरग्रहीय उड़ानों के बारे में, तो भारी त्वरक के साथ एक योजना को लागू करना बहुत मुश्किल होगा। यूरेनियम-235 की कमी से ऐसी परियोजनाएं ख़त्म हो जाती हैं।

हथियार-ग्रेड यूरेनियम क्या है?यह अत्यधिक संवर्धित यूरेनियम-235 है। इसका महत्वपूर्ण द्रव्यमान - यह पदार्थ के एक टुकड़े के आकार से मेल खाता है जिसमें एक श्रृंखला प्रतिक्रिया स्वचालित रूप से होती है - गोला बारूद का उत्पादन करने के लिए काफी छोटा है। ऐसे यूरेनियम का उपयोग परमाणु बम बनाने के लिए और थर्मोन्यूक्लियर बम के लिए फ्यूज के रूप में भी किया जा सकता है।

यूरेनियम के उपयोग से कौन सी आपदाएँ जुड़ी हुई हैं?विखंडनीय तत्वों के नाभिक में संग्रहित ऊर्जा बहुत अधिक होती है। यदि यह लापरवाही के कारण या जानबूझकर नियंत्रण से बाहर हो जाए तो यह ऊर्जा बहुत परेशानी पैदा कर सकती है। दो सबसे खराब परमाणु आपदाएँ 6 और 8 अगस्त, 1945 को हुईं, जब अमेरिकी वायु सेना ने हिरोशिमा और नागासाकी पर परमाणु बम गिराए, जिसमें सैकड़ों हजारों नागरिक मारे गए और घायल हो गए। छोटे पैमाने की आपदाएँ परमाणु ऊर्जा संयंत्रों और परमाणु चक्र उद्यमों में दुर्घटनाओं से जुड़ी होती हैं। पहली बड़ी दुर्घटना 1949 में यूएसएसआर में चेल्याबिंस्क के पास मायाक संयंत्र में हुई, जहां प्लूटोनियम का उत्पादन किया जाता था; तरल रेडियोधर्मी कचरा टेचा नदी में समा गया। सितंबर 1957 में इस पर एक विस्फोट हुआ, जिससे बड़ी मात्रा में रेडियोधर्मी सामग्री निकली। ग्यारह दिन बाद, विंडस्केल में ब्रिटिश प्लूटोनियम उत्पादन रिएक्टर जल गया, और विस्फोट उत्पादों वाला बादल पश्चिमी यूरोप में फैल गया। 1979 में, पेंसिल्वेनिया में थ्री मेल आइलैंड परमाणु ऊर्जा संयंत्र का एक रिएक्टर जल गया। सबसे व्यापक परिणाम चेरनोबिल परमाणु ऊर्जा संयंत्र (1986) और फुकुशिमा परमाणु ऊर्जा संयंत्र (2011) में दुर्घटनाओं के कारण हुए, जब लाखों लोग विकिरण के संपर्क में आए। सबसे पहले विशाल क्षेत्रों में गंदगी फैल गई, विस्फोट के परिणामस्वरूप 8 टन यूरेनियम ईंधन और क्षय उत्पाद निकले, जो पूरे यूरोप में फैल गए। दूसरा प्रदूषित और, दुर्घटना के तीन साल बाद, मछली पकड़ने के क्षेत्रों में प्रशांत महासागर को प्रदूषित करना जारी है। इन दुर्घटनाओं के परिणामों को ख़त्म करना बहुत महंगा था, और अगर इन लागतों को बिजली की लागत में विभाजित किया जाए, तो यह काफी बढ़ जाएगी।

एक अलग मुद्दा मानव स्वास्थ्य पर पड़ने वाले परिणामों का है। आधिकारिक आँकड़ों के अनुसार, बहुत से लोग जो बमबारी से बच गए या दूषित क्षेत्रों में रह रहे थे, विकिरण से लाभान्वित हुए - पूर्व में जीवन प्रत्याशा अधिक है, बाद में कैंसर कम है, और विशेषज्ञ सामाजिक तनाव के कारण मृत्यु दर में कुछ वृद्धि का श्रेय देते हैं। दुर्घटनाओं के परिणामस्वरूप या उनके परिसमापन के परिणामस्वरूप मरने वाले लोगों की संख्या सैकड़ों लोगों तक पहुंचती है। परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के विरोधियों का कहना है कि दुर्घटनाओं के कारण यूरोपीय महाद्वीप पर कई मिलियन लोगों की अकाल मृत्यु हुई है, लेकिन वे सांख्यिकीय संदर्भ में अदृश्य हैं।

दुर्घटना क्षेत्रों में भूमि को मानव उपयोग से हटाने से एक दिलचस्प परिणाम सामने आता है: वे एक प्रकार के प्रकृति भंडार बन जाते हैं जहाँ जैव विविधता बढ़ती है। सच है, कुछ जानवर विकिरण-संबंधी बीमारियों से पीड़ित हैं। यह प्रश्न खुला रहता है कि वे बढ़ी हुई पृष्ठभूमि के प्रति कितनी जल्दी अनुकूलित होंगे। एक राय यह भी है कि क्रोनिक विकिरण का परिणाम "मूर्खों के लिए चयन" है (देखें "रसायन विज्ञान और जीवन", 2010, संख्या 5): भ्रूण अवस्था में भी, अधिक आदिम जीव जीवित रहते हैं। विशेष रूप से, लोगों के संबंध में, इससे दुर्घटना के तुरंत बाद दूषित क्षेत्रों में पैदा होने वाली पीढ़ी में मानसिक क्षमताओं में कमी आनी चाहिए।

क्षीण यूरेनियम क्या है?यह यूरेनियम-238 है, जो यूरेनियम-235 के अलग होने के बाद बचता है। हथियार-ग्रेड यूरेनियम और ईंधन तत्वों के उत्पादन से अपशिष्ट की मात्रा बड़ी है - अकेले संयुक्त राज्य अमेरिका में, 600 हजार टन ऐसे यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड जमा हो गए हैं (इसके साथ समस्याओं के लिए, रसायन विज्ञान और जीवन, 2008, संख्या 5 देखें) . इसमें यूरेनियम-235 की मात्रा 0.2% है। इस कचरे को या तो बेहतर समय तक संग्रहीत किया जाना चाहिए, जब तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टर बनाए जाएंगे और यूरेनियम -238 को प्लूटोनियम में संसाधित करना संभव होगा, या किसी तरह इसका उपयोग किया जाएगा।

उन्हें इसका एक उपयोग मिल गया। अन्य संक्रमण तत्वों की तरह यूरेनियम का उपयोग उत्प्रेरक के रूप में किया जाता है। उदाहरण के लिए, लेख के लेखक एसीएस नैनोदिनांक 30 जून 2014, वे लिखते हैं कि ऑक्सीजन और हाइड्रोजन पेरोक्साइड की कमी के लिए ग्राफीन के साथ यूरेनियम या थोरियम से बने उत्प्रेरक में "ऊर्जा क्षेत्र में उपयोग की भारी संभावना है।" क्योंकि यूरेनियम में उच्च घनत्व होता है, यह जहाजों के लिए गिट्टी और विमानों के लिए काउंटरवेट के रूप में कार्य करता है। यह धातु विकिरण स्रोतों वाले चिकित्सा उपकरणों में विकिरण सुरक्षा के लिए भी उपयुक्त है।

घटते यूरेनियम से कौन से हथियार बनाए जा सकते हैं?कवच-भेदी प्रोजेक्टाइल के लिए गोलियां और कोर। यहां गणना इस प्रकार है. प्रक्षेप्य जितना भारी होगा, उसकी गतिज ऊर्जा उतनी ही अधिक होगी। लेकिन प्रक्षेप्य जितना बड़ा होगा, उसका प्रभाव उतना ही कम केंद्रित होगा। इसका मतलब है कि उच्च घनत्व वाली भारी धातुओं की आवश्यकता है। गोलियां सीसे से बनी होती हैं (यूराल शिकारी एक समय में देशी प्लैटिनम का भी इस्तेमाल करते थे, जब तक उन्हें एहसास नहीं हुआ कि यह एक कीमती धातु है), जबकि शेल कोर टंगस्टन मिश्र धातु से बने होते हैं। पर्यावरणविदों का कहना है कि सीसा सैन्य अभियानों या शिकार के स्थानों में मिट्टी को प्रदूषित करता है और इसे किसी कम हानिकारक चीज़, उदाहरण के लिए, टंगस्टन से बदलना बेहतर होगा। लेकिन टंगस्टन सस्ता नहीं है, और घनत्व में समान यूरेनियम एक हानिकारक अपशिष्ट है। इसी समय, यूरेनियम के साथ मिट्टी और पानी का अनुमेय संदूषण सीसे की तुलना में लगभग दोगुना है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि घटे हुए यूरेनियम (और यह प्राकृतिक यूरेनियम की तुलना में 40% कम है) की कमजोर रेडियोधर्मिता को नजरअंदाज कर दिया जाता है और वास्तव में खतरनाक रासायनिक कारक को ध्यान में रखा जाता है: यूरेनियम, जैसा कि हम याद करते हैं, जहरीला है। वहीं, इसका घनत्व सीसे से 1.7 गुना अधिक है, जिसका अर्थ है कि यूरेनियम गोलियों का आकार आधा किया जा सकता है; यूरेनियम सीसे की तुलना में बहुत अधिक दुर्दम्य और कठोर है - जब इसे जलाया जाता है तो यह कम वाष्पित होता है, और जब यह किसी लक्ष्य से टकराता है तो कम सूक्ष्म कण पैदा करता है। सामान्य तौर पर, यूरेनियम की गोली सीसे की गोली की तुलना में कम प्रदूषणकारी होती है, हालाँकि यूरेनियम का ऐसा उपयोग निश्चित रूप से ज्ञात नहीं है।

लेकिन यह ज्ञात है कि घटे हुए यूरेनियम से बनी प्लेटों का उपयोग अमेरिकी टैंकों के कवच को मजबूत करने के लिए किया जाता है (यह इसके उच्च घनत्व और पिघलने बिंदु द्वारा सुविधाजनक है), और कवच-भेदी प्रोजेक्टाइल के लिए कोर में टंगस्टन मिश्र धातु के बजाय भी। यूरेनियम कोर इसलिए भी अच्छा है क्योंकि यूरेनियम पायरोफोरिक है: कवच के प्रभाव से बने इसके गर्म छोटे कण भड़क उठते हैं और चारों ओर सब कुछ आग लगा देते हैं। दोनों अनुप्रयोगों को विकिरण सुरक्षित माना जाता है। इस प्रकार, गणना से पता चला कि यूरेनियम गोला-बारूद से भरे यूरेनियम कवच वाले टैंक में एक वर्ष तक बैठने के बाद भी, चालक दल को अनुमेय खुराक का केवल एक चौथाई ही प्राप्त होगा। और वार्षिक अनुमेय खुराक प्राप्त करने के लिए, आपको ऐसे गोला-बारूद को 250 घंटों के लिए त्वचा की सतह पर पेंच करना होगा।

यूरेनियम कोर वाले गोले - 30 मिमी विमान तोपों या तोपखाने उप-कैलिबर के लिए - अमेरिकियों द्वारा हाल के युद्धों में उपयोग किए गए हैं, जो 1991 के इराक अभियान से शुरू हुए हैं। उस वर्ष उन्होंने कुवैत में इराकी बख्तरबंद इकाइयों पर हमला किया और उनके पीछे हटने के दौरान, 300 टन ख़त्म हो चुके यूरेनियम, जिनमें से 250 टन, या 780 हज़ार राउंड, विमान बंदूकों पर दागे गए थे। बोस्निया और हर्जेगोविना में, गैर-मान्यता प्राप्त रिपब्लिका सर्पस्का की सेना की बमबारी के दौरान, 2.75 टन यूरेनियम खर्च किया गया था, और कोसोवो और मेटोहिजा के क्षेत्र में यूगोस्लाव सेना की गोलाबारी के दौरान - 8.5 टन, या 31 हजार राउंड। चूँकि WHO उस समय तक यूरेनियम के उपयोग के परिणामों के बारे में चिंतित था, इसलिए निगरानी की गई। उन्होंने दिखाया कि एक सैल्वो में लगभग 300 राउंड होते थे, जिनमें से 80% में ख़त्म हो चुका यूरेनियम होता था। 10% ने लक्ष्य मारा, और 82% उनसे 100 मीटर के भीतर गिरे। बाकी 1.85 किमी के भीतर बिखर गए। एक टैंक से टकराया गोला जल गया और एयरोसोल में बदल गया; यूरेनियम गोला बख्तरबंद कर्मियों के वाहक जैसे हल्के लक्ष्यों को भेद गया। इस प्रकार, इराक में अधिकतम डेढ़ टन गोले यूरेनियम धूल में बदल सकते हैं। अमेरिकी रणनीतिक अनुसंधान केंद्र RAND Corporation के विशेषज्ञों के अनुसार, प्रयुक्त यूरेनियम का 10 से 35% अधिक, एरोसोल में बदल गया। रियाद के किंग फैसल अस्पताल से लेकर वाशिंगटन यूरेनियम मेडिकल रिसर्च सेंटर तक कई संगठनों में काम कर चुके क्रोएशियाई एंटी-यूरेनियम युद्ध सामग्री कार्यकर्ता आसफ दुराकोविक का अनुमान है कि 1991 में अकेले दक्षिणी इराक में 3-6 टन सबमाइक्रोन यूरेनियम कण बने थे, जो एक विस्तृत क्षेत्र में बिखरे हुए थे, यानी वहां यूरेनियम संदूषण चेरनोबिल के बराबर है।

विखंडन टुकड़े

विखंडन की एक विशिष्ट विशेषता यह है कि विखंडन के परिणामस्वरूप बनने वाले टुकड़ों में, एक नियम के रूप में, काफी भिन्न द्रव्यमान होता है। 235 यू के सबसे संभावित विखंडन के मामले में, टुकड़े का द्रव्यमान अनुपात 1.46 है। एक भारी टुकड़े की द्रव्यमान संख्या 139 है, एक हल्के टुकड़े की द्रव्यमान संख्या 95 है। ऐसे द्रव्यमान वाले दो टुकड़ों में विभाजन एकमात्र संभव नहीं है। थर्मल न्यूट्रॉन द्वारा 235 यू के विखंडन से टुकड़ों का द्रव्यमान वितरण चित्र में दिखाया गया है। 8. विखंडन उत्पादों में, A = 72-161 और Z = 30-65 वाले टुकड़े खोजे गए। समान द्रव्यमान के दो टुकड़ों में विखंडन की संभावना शून्य नहीं है। थर्मल न्यूट्रॉन द्वारा विखंडन करते समय, सममित विखंडन की संभावना ए = 139 और 95 के साथ टुकड़ों में सबसे संभावित विखंडन के मामले की तुलना में परिमाण के लगभग तीन आदेश कम होती है। छोटी बूंद मॉडल असममित विखंडन की संभावना को बाहर नहीं करता है, हालांकि, यह ऐसे विखंडन के बुनियादी नियमों की गुणात्मक व्याख्या भी नहीं करता है। असममित विभाजन को नाभिक की खोल संरचना के प्रभाव से समझाया जा सकता है। नाभिक इस प्रकार विभाजित होता है कि टुकड़े के नाभिकों का मुख्य भाग एक स्थिर जादुई कोर बनाता है।
विखंडन प्रक्रिया के दौरान, अधिकांश ऊर्जा विखंडन टुकड़ों की गतिज ऊर्जा के रूप में निकलती है। यह निष्कर्ष इस तथ्य से निकाला जा सकता है कि दो संपर्क टुकड़ों की कूलम्ब ऊर्जा लगभग विखंडन ऊर्जा के बराबर है। विद्युत प्रतिकारक बलों के प्रभाव में, टुकड़ों की कूलम्ब ऊर्जा गतिज ऊर्जा में बदल जाती है।

टुकड़ों की गतिज ऊर्जा E और उनके द्रव्यमान M के बीच निम्नलिखित संबंध है, जो संवेग संरक्षण के नियम का पालन करता है:

जहां ई एल और एम एल और एक हल्के टुकड़े को संदर्भित करें, और ई टी और एम टी - एक भारी को संदर्भित करें। इस संबंध का उपयोग करके, टुकड़ों के ऊर्जा वितरण से टुकड़ों का बड़े पैमाने पर वितरण प्राप्त करना संभव है (चित्र 9)। ऊर्जा वितरण के पैरामीटर, साथ ही थर्मल न्यूट्रॉन द्वारा 235 यू के विखंडन के टुकड़ों की कुछ अन्य विशेषताएं तालिका में दी गई हैं। 1.

तालिका 1. थर्मल न्यूट्रॉन द्वारा 235 यू के सबसे संभावित विखंडन के लिए हल्के और भारी टुकड़ों की विशेषताएं

विखंडन टुकड़ों की गतिज ऊर्जा विखंडनीय नाभिक की उत्तेजना ऊर्जा पर अपेक्षाकृत कम निर्भर करती है, क्योंकि अतिरिक्त ऊर्जा आमतौर पर टुकड़ों की आंतरिक स्थिति को उत्तेजित करने के लिए जाती है।
चित्र 10 234 यू और भारी नाभिक के विखंडन टुकड़ों के बड़े पैमाने पर वितरण को दर्शाता है। यह देखा जा सकता है कि भारी टुकड़ों का द्रव्यमान वितरण करीब है, जबकि हल्के टुकड़ों का औसत द्रव्यमान 234 यू के लिए ~90 से 256 एफएम के लिए ~114 तक भिन्न होता है। यह विशेष रूप से चित्र 11 में स्पष्ट रूप से देखा गया है।

विखंडनीय नाभिक के बढ़ते द्रव्यमान के साथ प्रकाश समूह का औसत द्रव्यमान लगभग रैखिक रूप से बढ़ता है, जबकि भारी समूह का औसत द्रव्यमान लगभग अपरिवर्तित रहता है (A140)। इस प्रकार, लगभग सभी अतिरिक्त न्यूक्लियॉन प्रकाश टुकड़ों में चले जाते हैं। चित्र 10 में, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की जादुई संख्या वाले नाभिक के क्षेत्र छायांकित हैं। Z = 50 के लिए, स्थिर नाभिक Z/A 0.4 (A = 125) के अनुरूप है। न्यूट्रॉन-समृद्ध विखंडन टुकड़ों में Z/A ~0.38 (A = 132) तक होता है, अर्थात। लगभग 7 "अतिरिक्त" न्यूट्रॉन। टुकड़ों के भारी समूह के बिल्कुल किनारे पर दोगुना जादुई नाभिक 132 एसएन (जेड = 50, एन = 82) है। यह असाधारण रूप से स्थिर विन्यास भारी टुकड़ों के बड़े पैमाने पर वितरण के निचले सिरे को परिभाषित करता है। यह प्रभाव प्रकाश अंशों के लिए मौजूद नहीं है। प्रकाश के टुकड़ों का बड़े पैमाने पर वितरण व्यावहारिक रूप से एक जादुई संख्या एन = 50 के क्षेत्र में भी नहीं आता है और शेल प्रभावों से काफी कम निर्धारित होता है। यह एक भारी टुकड़े के निर्माण के बाद "शेष" न्यूक्लियंस से बनता है।

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।