Képforrás, Thinkstock

elem

Az urán az összes elem közül a legnagyobb atomtömeggel rendelkezik.

Amikor 1938-ban Otto Hahn felfedezte azt a hihetetlen mennyiségű energiát, amely felszabadítható az uránatom felosztásával, megnyitotta az utat nemcsak egy potenciálisan korlátlan áramforrás felé, hanem az atombomba elérése előtt is.

Ma ennek az elemnek a lehetőségei új válaszút elé állítanak minket, amely megosztja a környezetvédőket.

Az irónia az, hogy az urán első felhasználása még meg sem világította hihetetlen lehetőségeit.

A londoni University College kémia tanszékének laboratóriumi asztalára Andrea Sella professzor egymás után több sárgászöld üvegtárgyat, egy sótartót és egy pohár bort helyez el.

Sella lekapcsolja a laboratóriumi lámpákat és bekapcsol egy ultraibolya izzót.

Vége Talán téged is érdekel

Hirtelen a szemüveg sora titokzatos fluoreszcenciával világít. A rendkívüli szín és ragyogás az üvegben található urán-sók eredménye - magyarázza.

Ez a jelenség a viktoriánus férfiakat egyaránt elragadtatta és zavarta.

Még az urán tulajdonságait vizsgáló tudósok egy része is úgy gondolta, hogy a titokzatos színek és fények a természetfeletti világgal való kapcsolatra utalnak.

Csak a 19. század végén fedezték fel, hogy az uránnak valójában túlvilági tulajdonságai vannak.

Radioaktivitás

1896-ban Henri Becquerei felfedezte, hogy amikor az urán-sókat fényképészeti lemezre helyezi, a lemezt az urán-sók által kibocsátott sugárzás megfeketíti. A sugárzás fekete papírokon és átlátszatlan anyagokon ment keresztül.

Doktori hallgatója, Marie Curie nevezte ezt a tulajdonságot "radioaktivitásnak", a görög szóból a "rádió" előtagot használva a sugárra vagy a fénysugárra.

Képforrás, Thinkstock

Marie Curie adta a "radioaktivitás" nevet.

Az uránatom instabilitása egy titokzatos erő forrása.

Az urán, amelynek 92 protonja van, a legmagasabb atomsúlyú elem, mint a természetben található, és túlméretezett magja lebomolhat, és alfa részecskéket bocsáthat ki: két neutron és két proton egyesülése.

Ezek a részecskék a hélium atomjai, és az urán és más instabil elemek radioaktív bomlásának köszönhető, hogy a hélium létezik a Föld bolygón.

Az uránmagból alfa részecskéket dobnak ki, mint egy robbanásból származó repeszeket.

Ezek az apró rakéták hihetetlen sebességgel, 16 093 km/s sebességgel haladnak.

A sugárzás összefüggésében nem túl veszélyes: egy papírlap elegendő ahhoz, hogy megvédje a testet az alfa sugárzástól.

De minden alkalommal, amikor egy instabil elem, mint például az urán, felszabadít egy részecskét a radioaktivitásból, „lebomlik”, átalakulva egy másik elemmé.

Így az urán tóriummá alakul, amely viszont protactinium lesz, míg végül ólommá válik.

Egészségügyi kockázatok

Ezek a bomló elemek más sugárzási formákat, bétát és gammát hoznak létre, amelyek behatolhatnak az emberi testbe, és sok kárt okozhatnak.

Elpusztítják és elpusztítják a sejteket, ami sugármérgezéshez vezet.

Képforrás, Thinkstock

A sugárzás veszélyes lehet az egészségre.

Megzavarhatják a sejtek működését is.

Bár az emberi test gyakran képes helyrehozni önmagát, a sérült sejtek vadul szaporodnak (ami a rákban fordul elő), vagy genetikai mutációkat okoznak, amelyeket átadunk gyermekeinknek.

Marie Curie soha nem volt teljesen tisztában a sugárzás egészségügyi kockázataival. Épp ellenkezőleg, azt mondják, hogy az ágy mellett egy izzó radioaktív izotópcsővel aludt.

De ő és sok kollégája a sugárterheléssel összefüggő betegségekben halt meg.

A sugárzás veszélyes lehet, de valahányszor egy radioaktív atom kilő egy ilyen apró rakétát, potenciálisan nagyon hasznos melléktermék keletkezik (a hélium mellett): hő.

És az urán által termelt hő még mindig döntő szerepet játszik világunk fizikai környezetének alakításában.

A becslések szerint az urán és más radioaktív elemek bomlása a Föld belsejében fennálló hő körülbelül felének forrása. A többi a bolygóképződés folyamatából származik.

Ez azt jelenti, hogy az urán és hasonlók formálták a Földet, ahogyan mi ismerjük.

Termikus öröksége segíti az energetikai konvekciós áramokat, amelyek a Föld mágneses mezőjének forrását jelentik, és irányítja a Föld felszínét alkotó tektonikus lemezek mozgását is.

A tektonikus mozgás megformálta azokat a földrétegeket, amelyekben élünk.

Fajunk képessége, hogy energiát szabadítson fel az uránatomokból, e bizonytalan elem másik kapcsolódó tulajdonságából ered.

Maghasadás

1930-ban a tudósok felfedezték, hogy ha neutront (egy töltés nélküli szubatomi részecskét) lőnek egyes uránatomokra, akkor ketté oszthatják őket, és hatalmas mennyiségű energiát szabadíthatnak fel a folyamat során. Ezt nevezik hasadásnak, a latin "felosztás" formából.

Az atom felosztása fordulópontot jelent a történelemben, az első lépés egy olyan energia megszerzésére, amely korábban elképzelhetetlen volt.

A dolgok az első felfedezés óta gyorsan fejlődtek.

Képforrás, Thinkstock

Az atomerőművek hűtőtornyokkal rendelkeznek.

A világ a háború szélén állt, és mind az amerikaiak, mind a németek felismerték, hogy hasadással új és pusztító bombákat lehet létrehozni.

A hasadás ugyanis felhasználható egy nukleáris láncreakció kiváltására.

Valahányszor az uránatom felszakad, három neutron szabadul fel, amelyek viszont hasíthatnak más hasadó magokat, még több neutron szabadul fel ... robbanásveszélyes következményekkel.

Ezeknek a félelmetes új fegyvereknek a kifejlesztésére törekvő tudósok számára az volt a kihívás, hogy elegendő hasadóanyagot szerezzenek be.

Csakúgy, mint más elemek esetében, az urán is kissé eltérő formában fordul elő "izotóp" néven, amelyek egymástól a magban lévő neutronok számában különböznek.

A természetes urán két fő izotóp keverékét tartalmazza. Messze a leggyakoribb az urán-238, amely nem könnyen osztható fel. Ez a Földön található urán 99,3% -át teszi ki.

A fennmaradó 0,7% a hasadó típusú, urán-235.

Manhattan-projekt

1942-ben a Manhattan Project amerikai csapata, Enrico Fermi olasz fizikus vezetésével megépítette az első atomreaktort a Chicagói Egyetem campusán található squashpálya padlóján.

Kép forrása, Getty

Edward Teller volt az egyik résztvevő az Enrico Fermi által vezetett manhattani projektben.

A "Chicago Pile-1" nevet kapta, és Fermi felhasználta az első önfenntartó láncreakció létrehozására.

Ez azt mutatta, hogy még a természetes urán is nagyon alacsony hasadóanyag-tartalommal használható fel a láncreakció létrehozására. A trükk az volt, hogy a grafitot "moderátorként" használták.

A moderátorok könnyebben okoznak láncreakciókat azáltal, hogy lelassítják a neutronokat, ami valószínűbbé teszi, hogy más magokat hasíthatnak.

A szivattyúknak azonban semmi közük a mértékletességhez.

Az atombombák nem ellenőrzött magreakcióihoz nagy hasadóanyag-koncentráció szükséges.

De az urán-235 elválasztása az urán-238-tól nagyon nehéz. Kémiailag szinte azonosak és tömegük azonos.

Centrifugák segítségével lehetséges, de a centrifugatechnika nagyon fejletlen volt.

A Fermi atomreaktor alternatív útvonalat kínált a bombához.

Amikor egy neutron eléri az urán-238 nem hasadó magját, új elemgé, plutóniummá alakíthatja.

Kölcsönös biztos pusztulás

A plutónium magok hasadók, és a világ első nukleáris reaktorait gyárakká alakították, amelyek az uránt plutóniummá alakították át bombabeépítési programok céljából.

Kép forrása, Getty

Atombombák több mint 150 000 ember életét vesztették.

A manhattani projekt sikerét borzalmas módon jelezte a két atombomba ledobása, az egyik urán, a másik plutónium.

A bombák több mint 150 000 embert öltek meg, és a napokban a japánok megadták magukat, ezzel befejezve a második világháborút.

Ami ezután hosszú patthelyzet volt. Évtizedekig a világot csapdába ejtette a hidegháború.

A konfliktust a következmények nagysága korlátozta, ha kitört.

Ezt hívták a "kölcsönös biztos megsemmisítés" doktrínájának, amelynek következménye az volt, hogy mindkét fél egyre félelmetesebb fegyverek kifejlesztésére késztette az erőviszonyok biztosítását.

De ugyanakkor a figyelem a maghasadás békésebb felhasználására irányult.

Az áramtermelés utólagos gondolkodás volt a korai reaktoroknál.

Ezeket a reaktorokat le kellett hűteni, és az őket lehűtő gáz felhasználása a turbinák meghajtásához jó PR-cselekedet volt.

Maradj csöndben

Az 1950-es években a nukleáris kutatás új ága kezdte vizsgálni az atomreaktorok kifejezetten villamosenergia-termelésre való fejlesztésének lehetőségét.

Ma a világ villamos energiájának körülbelül 10% -át az uránatomok hasadása adja.

Az atomerőműveket félelmetes csend borítja.

Képforrás, Science Photo Library

Az atomenergiának vannak támogatói és becsmérlői.

A Suffolk-parti Sizewell B üzemnél még csak egy halk zümmögést hall.

"Az unalom rendben van" - mondja Colin Tucker, az üzem biztonsági vezetője.

De az ördögi csoda egy modern reaktor közepén korántsem unalmas.

A reaktor közepén másodpercenként 1 000 000 000 000 (trillió) atom oszlik el, mondja Tucker.

A Sizewell B-nél zajló ellenőrzött nukleáris reakció naponta háromszorosával megteremti a Hirosimát elpusztító bomba energiájának megfelelő hőt.

Ezt az energiát két medencében tárolják, ahol a szuper meleg víz nyomás alatt csapdába esett egy acélpalackban.

Ez a folyamat azon aspektusa, amely a legtöbb libadombot adja.

Jim Crawford üzemvezető végigvezeti az alumíniummal párnázott folyosók végtelen sorozatát.

Félelmetes biztonsági kaput értünk, ahol azt mondja, hogy nyomjak meg egy Geiger sugármérőt.

Belépek egy nagy betonszarkofágba. Egy hollywoodi díszlettervező nehezen tudna valami oly kísérteties és vészjósló dolgot felépíteni.

Van egy kerítés, amely a mély medencére néz. A szokatlanul kék vízben lévő lámpák megvilágítják az ezüst táblát. Ez az úgynevezett kiégett nukleáris fűtőelem-medence.

Lenézek az alatta lévő vízre.

"A világ legtöbb radioaktív anyagát nézi" - mondja Crawford.

Olimpiai medence

Az elhasznált urán üzemanyag-rudakat ebben a medencében tartják.

Mivel ezeket a rudakat nukleáris reakciónak tették ki, az urán-238 atomok nagy része még radioaktívabb plutóniummá alakult át.

Csodálkozom, hogy milyen kicsi: kb. 40 méter hosszú és talán 15 méter széles.

A Sizewellnél használt üzemanyag elfér egy olimpiai medencében.

A Sizewell biztosítja az Egyesült Királyság villamos energiájának 3-4% -át, és csaknem két évtizede működik.

De az akkoriban felhasznált összes üzemanyag belefér egy olimpiai medencébe.

Éppen az atomenergia és az általa termelt hulladék okozta veszélyt, amely a világon oly népszerűtlenné tette a technológiát, és ez magyarázza, hogy évtizedek óta a környezetvédők könyörtelenül ellenzik.

A klímaváltozásra vonatkozó bizonyítékok növekedésével azonban a kockázatok egyensúlya elmozdul.

A nukleáris katasztrófa veszélyét össze kell vetni azzal a többségi konszenzussal, hogy az üvegházhatást okozó kibocsátások változást okoznak az éghajlatban.