Ուրան (տարր)

Ուրան (, հին անվանումը՝ ուրանիում), տարրերի պարբերական համակարգի 7-րդ պարբերության 3-դ խմբի ռադիոակտիվ տարր, կարգահամարը՝ 92, ատոմական զանգվածը՝ 238,029։ p-տարր է, պատկանում է ակտինոիդների շարքին, ատոմի արտաքին էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքն է 7s2 6d1 5f3։ К, L, M և N թաղանթները լրացված են։ Ուրանը սպիտակ, արծաթափայլ, կռելի մետաղ է։

Պատմություն 
Ուրանի բնական միացություններն օգտագործվում են շատ վաղ ժամանակներից։ Հին Հռոմի պեղումներում գտնվել են ուրանի աղերով գունավորված ապակիներ։ Ուրանը (ՍO2-ի տեսքով) հայտնաբերել է գերմանացի քիմիկոս Մ․ Կլապրոտը (1789)։ Մետաղական ուրանը առաջինն ստացել է ֆրանսիացի քիմիկոս Է․ Պելիգոն (1841) (, 1811–1890)։

1789 թվականին գերմանացի քիմիկոս Մ. Կլապրոտը սաքսոնյան խեժահանքից առանձնացրել է դեղնավունից մինչև սև գույնի մետաղական մի նյութ և, այն համարելով ինքնուրույն տարր, անվանել է ուրան՝ 1781 թվականի հայտնաբերված համանուն մոլորակի անունով։
 
1841 թվականին ֆրանսիացի քիմիկոս Է. Պելիգոն պարզեց, որ Կլապրոտի ստացած նյութը ոչ թե մաքուր ուրանն է, այլ նրա թթվածնային միացությունը (UO2), և ինքն առաջին անգամ անջատեց մոխրապողպատավուն մետաղական ուրանը։
 
Ուրանի մանրամասն ուսումնասիրությունն սկսվել է 1896 թվականից, երբ ֆրանսիացի ֆիզիկոս Ա. Բեքերելը հայտնագործեց ճառագայթաակտիվությունը։ Նա բացահայտեց, որ, անկախ արտաքին ներգործությունից, ուրանի ատոմներն արձակում են թափանցող ճառագայթներ։ Միաժամանակ պարզվեց, որ ճառագայթման ուժգնության առումով խեժահանքն ավելի ակտիվ է, քան մաքուր ուրանը, որի պատճառը, ինչպես ցույց տվեցին Մարի և Պիեռ Կյուրիները, նրա մեջ պարունակվող ավելի ճառագայթաակտիվ տարրերի՝ այդ ժամանակ անհայտ ռադիումի և պոլոնիումի առկայությունն է։
 
1934 թվականին իտալացի ֆիզիկոս Է. Ֆերմին ուրանի ատոմները նեյտրոններով ռմբակոծելիս նկատեց, որ առաջանում են նոր ճառագայթաակտիվ նյութեր, և անջատվում է հսկայական քանակության էներգիա։ Հաստատվեց նաև ուրանի ատոմի ճեղքման փաստը, միաժամանակ բացահայտվեց, որ այդ ճեղքումն ունի շղթայական բնույթ՝ կարող է ինքն իրեն շարունակվել։ Իսկ 1939 թվականին ռուս գիտնականներ Կ. Պետրժակն ու Գ. Ֆլերովը բացահայտեցին ուրանի ինքնակամ տրոհման երևույթը։
 
1930-ական թվականներին այդ խոշոր հայտնագործությունները դարձան միջուկային ֆիզիկայի զարգացման ու ատոմային էներգետիկայի ստեղծման հիմքը։ Մինչև ռադիոակաիվության՝ հայտնաբերումը ուրանը խիստ սահմանափակ կիրառություն ունեցող տարր էր (միացություններն օգտագործվում էին ներկեր և գունավոր ապակի ստանալու համար)։ Միջուկային տրոհումը հայտնաբերվելուց հետո ուրանը դարձավ հիմնական միջուկային վառելիք և նրա արտադրությունը խիստ աճեց (1942 թվականից)։

Այն դեռևս վաղուց օգտագործվել է մարդկանց կողմից։ Այս քիմիական տարրը մեծ նշանակություն ունի. 20-րդ դարի բոլոր խոշոր հայտնագործությունների «մասնակիցն» է, դարձել է միջուկային ֆիզիկայի և ատոմային էներգետիկայի հիմքը, հսկայական քանակությամբ էներգիա անջատելու հատկության շնորհիվ ձեռք է բերել ռազմավարական նշանակություն, ինչը մեծ ազդեցություն ունի նաև միջազգային քաղաքականության վրա։
 
Ուրանից են պատրաստվել 1945 թվականի ճապոնական Հիրոսիմա և Նագասակի քաղաքների վրա նետված (աշխարհում առաջին անգամ) ատոմային ռումբերը։

Բնության մեջ 

Ուրանի պարունակությունը երկրակեղևում մեծ է՝ մոտ 3•10−4 %, և նրա էներգիան մոտ միլիոն անգամ գերազանցում է օգտագործվող ու մինչև այժմ հետախուզված այրվող հանքաքարերի պաշարները։ Գրանիտային շերտի և նստվածքային թաղանթի բնորոշ տարրերից է։

Նրա պարունակությունը մեծ է հրաբխային թթու ապարներում (3,5•10−4 %), կավերում և թերթաքարերում (3,2•10−4 %)։ Հայտնի են ուրանի մոտ 100 միներալներ, որոնցից արդյունաբերական նշանակություն ունեն 12-ը։ Ուրանիի պարունակությունը երկրակեղևում աստիճանաբար պակասում է, քայքայման հետևանքով անջատվող էներգիան երկրի ընդերքի ջերմության հիմնական աղբյուրն է։

Ուրանը բնության մեջ տարածված է շուրջ 200 հանքատեսակների ձևերով, որոնցից առավել հայտնի են նրա խեժահանքը (նաստուրան՝ U3O8, որը կոչվում է նաև ուրանի խաբուսիկ)։

Բնական ռեակտորների համար պիտանի է միայն 235U իզոտոպը, իսկ 238U -ը միջուկային վառելիք է ծառայում բարդ ռեակտորների համար։ Մաքուր 235U-ը կամ նրանով հարստացված մետաղը խառնում են մոլիբդենի հետ, որը նրան հաղորդում է ամրություն ու կայունություն, և նոր միայն այդ համաձուլվածքից պատրաստում են միջուկային ռեակտորների ձողեր։
 
Ի տարբերություն սովորական վառելիքի, որը հնոցներում այրվում է մինչև վերջ, միջուկային վառելիքի միայն չնչին մասն է ծախսվում, ինչը, սակայն, բավական է, որպեսզի ռեակտորի ջերմատվիչ տարրը «աղտոտվի» միջուկային ռեակցիայի ընթացքում առաջացող նյութերով (դրանք սովորաբար շատ արժեքավոր են և ոսկուց թանկ են ավելի քան տասն անգամ)։
 
Դրանցից անհրաժեշտ է ազատվել, հակառակ դեպքում միջուկային այրումը կդանդաղի, և ռեակտորը կհանգչի։ Բանեցված միջուկային վառելիքի մշակումը կատարվում է փակ տեխնոլոգիայով, այլապես շրջակա միջավայրը կաղտոտվի ճառագայթաակտիվ մասնիկներով, ինչը շատ վտանգավոր է ինչպես բուսական, այնպես էլ կենդանական աշխարհի և մարդկանց համար։
 
Մետաղական ուրանը և նրա համաձուլվածքներն օգտագործվում են որպես միջուկային վառելիք։
 
Ուրանի չնչին (10-5–10-8%) քանակություններ են պարունակվում բուսական և կենդանական հյուսվածքներում։ Սնկերի ու ջրիմուռների որոշ տեսակներ ուրանի կուտակիչներ են։ Ուրանը մարդու օրգանիզմ է թափանցում սննդի, ջրի հետ և արտազատվում է մեզի, կղանքի ու մազերի հետ։ Մարդու օրգանիզմում ուրանը կուտակվում է հիմնականում փայծաղում և մազերում։ Ուրանի թունավոր ներգործությունը պայմանավորված է նրա ճառագայթաակտիվությամբ և քիմիական հատկություններով։ Թունավորման հիմնական նշանները երիկամների, լյարդի, ստամոքսաղիքային համակարգի ախտահարումներն են։

Հանքավայրեր 
Ուրանի խոշոր հանքավայրեր կան Կանադայում, Ռուսաստանում, Հարավաֆրիկյան Հանրապետությունում, ԱՄՆ-ում, Ավստրալիայում, Ֆրանսիայում։

Ռուսաստանւոմ հիմնական պաշարները կենտրոնացված են Օկտյաբրսկոեյում, Կուրգանի մարզում, Սախա-Յակուտիայի Հանրապետությունում։

Իզոտոպներ 
Բնական ուրանը բաղկացած է 3 ռադիոակտիվ իզոտոպներից՝ 238Ս (99,282 %, T1/2 = 4,51•109 տարի), 235Ս(0,712 %, T1/2= 7,13•108 տարի) և 234Ս (0,006 %, T1/2=2,48 • 105 տարի), որոնք α ճառագայթիչներ են։ 238Ս–ը և 235Ս–ը բնական ռադիոակտիվ շարքերի՝ 4ո+2 և 4n+3 առաջին անդամներն են։ Ստացվել են ուրանի թվով 11 արհեստական իզոտոպները 227–240 զանգվածի թվերով, որոնցից ամենաերկարակյացը 233Ս–ն է (T1/2= = 1,62•105 տարի)։

Ստացում 
Բարձր մաքրության ուրան ստանալու համար ուրանի նիտրատը էքստրահում են և, օրգանական լուծիչը հեռացնելուց հետո, քայքայում (500–700 °C)։ Ստացվում են մաքուր օքսիդներ՝ Ս3O8 և ՍO3, որոնք վերականգնում են ջրածնով (650–800 °C) մինչև ՍO2։

Մետաղական ուրանը ստանում են այդ օքսիդը կամ, ավելի հաճախ, գազային ֆտորաջրածնով նրանից ստացված ֆտորիդը՝ UF4, կալցիումով կամ մագնեզիումով վերականգնելով։ Երկրորդ դեպքում ստացվում են ուրանիի մինչև 1,5 տ կշռող և բարձր մաքրության (0,0045 % Fe, 0,001 % Si, 0,003 % С) ձուլածո կտորներ։

Ֆիզիկական հատկություններ 
Ուրանը սպիտակ, արծաթափայլ, կռելի մետաղ է։ Առաջացնում է բյուրեղական կառուցվածքով իրարից տարբերվող 3 ալոտրոպային ձևափոխություն։ Սովորական ջերմաստիճաններում (մինչև 668,8±0,4 °С) կայուն է α-ձևը (խտությունը 19040 կգ/մ3)։ Ուրանի հալման ջերմաստիճանը 1134±l °C է, եռմանը՝ 4200 °C։ Թույլ պարամագնիսական է, 0,68 К-ում՝ գերհաղորդիչ։

235Ս–ը և 233Ս–ը տրոհվում են ինքնաբուխ, նաև նեյտրոններ կլանելով։ Դանդաղ նեյտրոններ կլանելիս 238Ս–ը փոխարկվում է 239Ս–ի, որը նույնպես կարևոր միջուկային վառելիք է։ Ուրանի (93,5 % 235Ս) կրիտիկական զանգվածը գնդաձև մետաղի համար 50 կգ է (անդրադարձիչների առկայությամբ՝ 15–23 կգ, ջրային լուծույթներում՝ 1 կգ)։ Քիմիական միացություններում ուրանը ցուցաբերում է +3, +4, +5, +6 և հազվադեպ՝ +2 օքսիդացման աստիճաններ։ Առավել կայուն են Ս (IV) և Ս (VI) վիճակները։

Քիմիական հատկություններКац Дж, Рабинович Е. Химия урана. М., Изд-во иностранной литературы, 1954. 
Մետաղների լարվածության շարքում ուրանը գտնվում է ջրածնից առաջ, ջրածին է դուրս մղում եռացող ջրից՝ առաջացնելով ՍO2, և թթուներից։

Օդում դանդաղ օքսիդանում է՝ առաջացնելով ՍO2։ Փոշեկերպ ուրանը այրվում է օդում վառ բոցով։ Թթվածնի հետ ուրանը առաջացնում է օքսիդներ՝ ՍO2, ՍO3, Ս3O8։

Տաքացնելիս ուրանը միանում է ջրածնի (220 °C), ազոտի (450–700 °C), ածխածնի (750–800 °C) հետ՝ առաջացնելով համապատասխանաբար հիդրիդ, նիտրիդներ՝ կարբիդներ։

Ֆտորի հետ ուրանը առաջացնում է (500–600 °C) քառաֆտորիդ՝ UF4 և վեցաֆտորիդ՝ UF6։ Ուրանը մի շարք միացություններ է առաջացնում ծծմբի հետ, որոնցից ՍS–ն օգտագործվում է որպես միջուկային վառելիք։

Մետաղների հետ Ուրանը առաջացնում է ուրանիլ իոնի՝ ՍO22+ աղեր։ Ուրանական (VI) թթուն չի անջատվել, ստացվել են նրա աղերը՝ ուրանատները (վատ են լուծվում ջրում)։ Ուրանի (IV) աղերը ջրում վատ լուծվող, կանաչ նյութեր են։ Արտադրյունաբերական նշանակություն ունեն 0,05–0,5 % ուրան պարունակող հանքերը։

Կիրառություն 
Մետաղական ուրանը և նրա համաձուլվածքներն օգտագործվում են որպես միջուկային վառելիք բնական և իզոտոպների քիչ հարստացված խառնուրդները՝ ատոմական էլեկտրակայանների ռեակտորներում, բարձր հարստացվածը՝ միջուկային ուժային ռեակտորներում և միջուկային զենք պատրաստելու համար։Որանը նաև օգտագործում են կանաչ գույնի ապակու մեջ։

238Ս–ը երկրորդային միջուկային վառելիքի՝ 239Pu–ի ստացման աղբյուրն է։ Ուրանի չնչին քանակություններ՝ 10−5-10−8 % են պարունակվում կենդանական և բուսական հյուսվածքներում։ Սնկերի և ջրիմուռների որոշ տեսակներ ուրանի կուտակիչներ են։

Մարդու օրգանիզմ է ներմուծվում սննդի, ջրի հետ, արտազատվում է մեզի, կղանքի և մազերի հետ։ Մարդու օրգանիզմում ուրանը կուտակվում է առավելապես փայծաղում և մազերում։ Ուրանի թունավոր ներգործությունը պայմանավորված է նրա ռադիոակտիվությամբ և քիմիական հատկություններով, հատկապես թունավոր են ուրանի լուծելի միացությունները (ուրանիլներ և այլն)։ Թունավորման հիմնական նշանները երիկամների ախտահարումն է (սպիտակուցի և շաքարի առկայություն մեզում, այնուհետև՝ սակավամիզություն)։

Ախտահարվում են նաև լյարդը և ստամոքսաաղիքային համակարգը։ Ուրանը արտահանող և վերամշակող ձեռնարկություններում ուրանով և նրա միացություններով թունավորումը կանխարգելելու համար կիրառվում է անընդհատ տեխնոլոգիա, օգտագործվում են հերմետիկ սարքավորումներ։

Կարևոր են օդային միջավայրի աղտոտման կանխումը, թափվող արտադրյունաբերական ջրերի մաքրումը։ Օրենսդրական հիմունքներով իրականացվում է աշխատողների բժշկական զննում, ուրանի և նրա միացությունների պարունակության թույլատրելի քանակների առկայության հսկում շրջակա միջավայրում։

Ուրանի համաշխարհային պաշարներ

U պաշարները ըստ երկրների, տոննաներով 2005, 2009 և 2012 թվականներին

Պաշարները ըստ ընկերությունների 2006, 2009 և 2011 թվականներին

Տես նաև 
 Պարբերական աղյուսակ
 Ուրանի հանքանյութեր
 Միջուկային վառելիք
 Միջուկային ռեակտոր

Ծանոթագրություններ

Արտաքին հղումներ 
 Ուրանի մասին դասարան․ամ կայքում 
 Ուրանը Webelements-ում
 Ուրանը քիմիական տարրերի հայտնի գրադարանում
 Nuclear Weapons Frequently Asked Questions
 Ռուսաստանը ԱՄՆ-ին վաճառեց ուրանի միջուկային պաշարների զգալի մասը 

Մետաղներ
Ռադիոակտիվ տարրեր
Ուրան (տարր)
Ակտինոիդներ