Джерело зображення, Thinkstock

уран

Уран має найбільшу атомну масу серед усіх елементів.

Коли в 1938 році Отто Хан відкрив неймовірну кількість енергії, яку можна виділити розщепленням атома урану, він відкрив шлях не тільки до потенційно необмеженого джерела електроенергії, але і до досягнення атомної бомби.

Сьогодні потенціал цього елемента ставить нас на нове перехрестя, яке розділяє екологів.

Іронія полягає в тому, що перші використання урану навіть не висвітлили його неймовірний потенціал.

На лабораторному столі хімічного факультету Лондонського університетського коледжу професор Андреа Селла розміщує в ряд кілька жовтувато-зелених скляних предметів, солянку і склянку вина.

Селла вимикає лабораторне світло і вмикає ультрафіолетову лампочку.

Кінець Можливо, ви також зацікавлені

Раптом ряд окулярів загоряється таємничою флуоресценцією. Надзвичайний колір і блиск - це результат дії солей урану в склі, пояснює він.

Це явище одночасно радувало і хвилювало чоловіків вікторіанської епохи.

Навіть деякі вчені, які досліджували властивості урану, вважали, що таємничі кольори та вогні свідчать про зв'язок із надприродним світом.

Лише наприкінці 19 століття було виявлено, що уран справді мав потойбічні властивості.

Радіоактивність

У 1896 році Анрі Беккерей виявив, що при розміщенні солей урану на фотопластинці плита почорніла від випромінювання солей урану. Випромінювання проходило через чорні папери та непрозорі речовини.

Це його докторант Марія Кюрі назвала цю властивість "радіоактивністю", використовуючи префікс "радіо" від грецького слова для променя або променя світла.

Джерело зображення, Thinkstock

Саме Марія Кюрі дала назву "радіоактивність".

Нестабільність атома урану є джерелом таємничої сили.

Уран з 92 протонами є елементом з найбільшою атомною вагою серед тих, що зустрічаються в природі, і його велике ядро ​​може розкладатися, випускаючи альфа-частинки: союзи двох нейтронів і двох протонів.

Ці частинки є ядрами атомів гелію, і саме завдяки радіоактивному розкладанню урану та інших нестійких елементів гелій існує на планеті Земля.

Альфа-частинки викидаються з уранового ядра, як осколки від вибуху.

Ці крихітні ракети рухаються з неймовірною швидкістю 16 093 кілометри на секунду.

У контексті випромінювання це не дуже небезпечно: достатньо аркуша паперу, щоб захистити тіло від альфа-випромінювання.

Але щоразу, коли такий нестійкий елемент, як уран, віддає частинку радіоактивності, він «розкладається», перетворюючись на інший елемент.

Таким чином, уран перетворюється на торій, який, у свою чергу, стає протактинієм, поки з часом не стає свинцем.

Ризики для здоров’я

Ці розкладаються елементи виробляють інші форми випромінювання, бета-та гамма-речовини, які можуть проникати в організм людини, завдаючи великої шкоди.

Вони руйнують і вбивають клітини, що призводить до радіаційного отруєння.

Джерело зображення, Thinkstock

Радіація може бути небезпечною для здоров’я.

Вони також можуть порушити функціонування клітин.

Хоча людський організм часто може відновлюватися, пошкоджені клітини дико розмножуються (що трапляється при раку) або викликають генетичні мутації, які ми передаємо своїм дітям.

Марія Кюрі ніколи не усвідомлювала ризиків для здоров'я від радіації. Навпаки, кажуть, що він спав із світяться флаконом радіоактивних ізотопів поруч із ліжком.

Але вона та багато її колег померли від хвороб, пов'язаних з радіаційним опроміненням.

Випромінювання може бути небезпечним, але щоразу, коли радіоактивний атом вистрілює одну з цих крихітних ракет, воно генерує потенційно дуже корисний побічний продукт (крім гелію) - тепло.

І тепло, яке виробляється ураном, все ще відіграє вирішальну роль у формуванні фізичного середовища нашого світу.

За підрахунками, розпад урану та інших радіоактивних елементів є джерелом близько половини тепла, яке існує всередині Землі. Решта походить від процесу формування планети.

Це означає, що уран та подібні до нього форми сформували Землю такою, якою ми її знаємо.

Його теплова спадщина допомагає енергетичним конвекційним струмам, які є джерелом магнітного поля Землі, а також керує рухом тектонічних плит, що складають поверхню Землі.

Тектонічний рух виліпив шари Землі, в яких ми живемо.

Здатність нашого виду виділяти енергію з атомів урану походить від іншої супутньої властивості цього небезпечного елемента.

Ділення

У 1930 році вчені виявили, що якщо ви стріляєте нейтроном (незарядженою субатомною частинкою) на деякі атоми урану, ви можете розділити їх на дві частини, виділяючи при цьому величезну кількість енергії. Це називається діленням, від латинської форми "поділ".

Поділ атома являє собою переломний момент в історії, перший крок в отриманні енергії, яка раніше була немислима.

З того першого відкриття справи розвивалися швидко.

Джерело зображення, Thinkstock

Атомні електростанції мають градирні.

Світ опинився на межі війни, і американці, і німці зрозуміли, що, можливо, можна використовувати ділення для створення руйнівних нових бомб.

Це пояснюється тим, що ділення може бути використано для запуску ядерної ланцюгової реакції.

Кожен раз, коли атом урану розпадається, він вивільняє три нейтрони, які в свою чергу можуть розщеплювати інші ядра, що діляться, виділяючи ще більше нейтронів ... з вибуховими наслідками.

Проблемою для вчених, які намагалися розробити цю жахливу нову зброю, було отримання достатньої кількості розщеплюваного матеріалу.

Як і у випадку з іншими елементами, уран має дещо інші форми, відомі як "ізотопи", які відрізняються один від одного кількістю нейтронів в ядрі.

Природний уран містить суміш двох основних ізотопів. На сьогоднішній день найпоширенішим є уран-238, який не легко розділити. Він становить 99,3% урану, що знаходиться на Землі.

Решта 0,7% - це розщеплюваний тип, уран-235.

Манхеттенський проект

У 1942 році американська команда з проекту "Манхеттен", очолювана італійським фізиком Енріко Фермі, побудувала перший ядерний реактор на підлозі сквош-корту в кампусі Чиказького університету.

Джерело зображення, Гетті

Едвард Теллер був одним із учасників Манхеттенського проекту, який проводив Енріко Фермі.

Його називали «Чикагоська куча-1», і Фермі використовував його для створення першої самопідтримуючої ланцюгової реакції.

Це показало, що навіть природний уран з дуже низькою часткою розщеплюваного матеріалу може бути використаний для створення ланцюгової реакції. Фокус полягав у використанні графіту як «модератора».

Модератори легше викликають ланцюгові реакції, сповільнюючи нейтрони, роблячи більш імовірним, що вони можуть розщепити інші ядра.

Однак насоси не мають нічого спільного з помірністю.

Неконтрольовані ядерні реакції атомних бомб вимагають високої концентрації ділиться матеріалу.

Але відокремити уран-235 від урану-238 дуже складно. За хімічним складом вони майже однакові і мають майже однакову масу.

Це можливо за допомогою центрифуг, але технологія центрифуг була дуже слабо розвинена.

Ядерний реактор Фермі запропонував альтернативний шлях до бомби.

Коли нейтрон потрапляє в одне з нерозщеплюваних ядер урану-238, він може перетворити його в новий елемент - плутоній.

Взаємне гарантоване знищення

Плутонієві ядра розщеплюються, і перші у світі ядерні реактори були перетворені на заводи з перетворення урану на плутоній для програм створення бомб.

Джерело зображення, Гетті

Атомні бомби вбили понад 150 000 людей.

Успіх Манхеттенського проекту страшно відзначився скиданням двох атомних бомб, однієї з урану, іншої - з плутонію.

В результаті бомб загинуло понад 150 000 людей, і за кілька днів японці капітулювали, закінчивши Другу світову війну.

Далі відбувся тривалий глухий кут. Десятиліттями світ опинився в пастці холодної війни.

Конфлікт стримувався масштабами наслідків у разі його спалаху.

Це було названо доктриною "взаємного впевненого знищення", наслідком чого стало спонукання обох сторін розробляти все страшнішу зброю для забезпечення балансу сил.

Але в той же час увага була спрямована на більш мирне використання ядерного поділу.

Виробництво електроенергії було задумом з ранніми реакторами.

Ці реактори потрібно було охолодити, і використання газу, що охолоджував їх, для приводу турбін було хорошим актом зв’язків з громадськістю.

Будь тихим

У 1950-х роках нова галузь ядерних досліджень почала досліджувати можливість розробки ядерних реакторів спеціально для виробництва електроенергії.

Сьогодні близько 10% світової електроенергії виробляється за рахунок поділу атомів урану.

Атомні рослини овіяні страшною тишею.

Джерело зображення, Наукова фототека

Ядерна енергетика має прихильників і недоброзичливців.

Усе, що ви можете почути, навіть на заводі Sizewell B на узбережжі Саффолк, - низький гул.

"Нудно - це добре", - говорить Колін Такер, менеджер з безпеки рослин.

Але диявольське диво в центрі сучасного реактора далеко не нудне.

1 000 000 000 000 (трильйон) атомів розпадаються в центрі реактора щосекунди, говорить Такер.

Кожен день контрольована ядерна реакція в Сайзевеллі В виробляє тепло, еквівалентне енергії бомби, яка зруйнувала Хіросіму, помноженій на три.

Ця енергія зберігається у двох басейнах із надзвичайно гарячою водою, що утримується під тиском у сталевому балоні.

Це той аспект процесу, який дає вам найбільше мурашок.

Керівник заводу Джим Кроуфорд проводить мене по нескінченній серії коридорів, оббитих алюмінієм.

Ми потрапили у грізну ворота безпеки, де він каже мені натиснути на вимірник випромінювання Гейгера.

Я заходжу у великий бетонний саркофаг. Голівудському сценографу було б важко побудувати щось таке переслідуюче і зловісне.

Є огорожа, що виходить на глибокий басейн. Вогні в незвично блакитній воді освітлюють срібну панель. Це те, що відоме як фонд відпрацьованого ядерного палива.

Я дивлюсь вниз на воду внизу.

"Ви дивитесь на деякі найбільш радіоактивні матеріали у світі", - говорить Кроуфорд.

Олімпійський басейн

У цьому басейні зберігаються відпрацьовані уранові паливні стержні.

Оскільки ці стрижні зазнали ядерної реакції, багато атомів урану-238 перетворилися на ще більш радіоактивний плутоній.

Я вражений тим, наскільки він маленький: довжина близько 40 метрів, а ширина, можливо, 15 метрів.

Паливо, яке використовується в Sizewell, вміщується в басейні олімпійських розмірів.

Sizewell забезпечує від 3 до 4% електроенергії Великобританії і працює майже два десятиліття.

Але все паливо, яке використовувалося в ті роки, вміщується в олімпійському басейні.

Саме небезпека, яку представляють атомна енергетика та відходи, які вона створює, зробили технологію такою непопулярною у світі, і це пояснює, чому десятки років екологи невпинно виступали проти.

Але в міру зростання доказів про кліматичні зміни баланс ризику змінюється.

Небезпека ядерної катастрофи повинна бути зважена на основі консенсусу більшості про те, що викиди парникових газів спричиняють кліматичні зміни.