История открытия урана

Уран, вернее его диоксид UO₂, был открыт в 1789 г. Мартином Генрихом Клапротом (Мартин Генрих Клапрот (01.12.1743 – 01.01.1817)) в издавна известных полиметаллических рудах центральной Европы (местечко Иоахишталь в Богемии, в настоящее время Яхимов в Чехии). Шахта, из которой Клапрот получил образец чёрного минерала с 1518 г. разрабатывалась с целью добычи серебра. Считалось, что минерал питчблендит (разновидность уранинита) содержит оксиды цинка и железа, но Клапрот опроверг это мнение и выделил чёрный порошок, который он принял за новый элемент. В 1789 г. Клапрот писал: «До настоящего времени было известно семнадцать индивидуальных металлов. Я теперь предлагаю увеличить это число, добавив ещё один». Название элемент получил по ассоциации с планетой Уран (с массой в 15 раз больше Земли), открытой в 1781 г. Вильямом Гершелем.

В древнегреческой космогонической мифологии Уран – сын богини земли Геи, всесильный бог воздуха, отец титанов и сторуких исполинов. Чисто случайное символическое название оказалось удивительно пророческим. Именно с этого элемента началось раскрепощение и практическое использование ядерных сил. Но первые проблемы этих возможностей начали проявляться лишь через полтораста лет.

Никто не сомневался в открытии Клапрота пока в 1841 г. французский химик Эжен Пелиго (Эжен Мелькьор Пелиго (24.02.1811 – 15.04.1890)) не обнаружил в «уране» кислород и при изучении хлорирования «урана» хлором в присутствии углерода не доказал, что полученный Клапротом чёрный порошок содержит кислород

UO₂ + C + 2 Cl₂ → UCl₄ + CO₂.

Затем Пелиго с большими трудностями получил действительно элементарный уран (в виде порошка) восстанавливая тетрахлорид урана металлическим калием:

UCl₄ + 4 K → U + 4 KCl

и определил его атомный вес ~ 120. Таким образом, Эжен Пелиго был на самом деле первым человеком, получившим элементарный уран, но слава первооткрывателя, тем не менее, в основном достаётся Клапроту.

С 1853 г. начинается довольно интенсивная переработка полиметаллических руд центральной Европы на «урановую желть» и другие красители для стекла и керамики (эмалей). Это были различные уранаты, обладающие богатой гаммой переходных цветов.

В 1869 г. Д.И. Менделеев открыл периодический закон. Он исправил атомный вес урана со 120 на 240, т.к. иначе, разумеется, не нашлось места в системе между оловом (№50, ат. вес 118,70) и сурьмой (№51, ат. вес 121,76) для урана с ат. весом около 120.

В 1893 г. Анри Муассан пытается получить «уран» в дуговой электропечи при взаимодействии закиси-окиси урана (U₃O₈) с углеродом, а также проводит электролиз расплавленного Na₂UCl₆. Эти работы можно считать начальными в металлургии урана.

Однако практическая потребность в уране была весьма незначительной.

История урана резко изменилась после открытия в 1896 г. Анри Беккерелем (Антуан Анри Беккерель (15.12.1852 – 25.08.1908)) радиоактивности при изучении люминесценции кристаллов калий-уранил сульфата. Двумя годами позже в 1898 г. Пьер и Мария Кюри (Мария Склодовская-Кюри (07.11.1867 – 04.07.1934)) открыли в июле полоний, в декабре радий. Будучи самым практичным в то время интенсивным радиоактивным источником радий вызывает огромный интерес в мире. Однако, содержание радия в урановых рудах очень мало. В природных рудах соотношение Ra: U составляет 1: 3 10⁶, или 1/3 г Ra на 1 т U.

С 1906 по 1939 г. в мире было извлечено около 1 кг радия. Для этого нужно было переработать примерно 100-150 тыс. тонн очень богатой урановой руды. Интерес же к самому урану по-прежнему остаётся невысоким. Помимо раннего использования соединений урана в качестве пигмента для окраски стекла и эмалей предпринимались попытки использовать уран в качестве раскислителя или легирующего элемента при производстве сталей, а также в фотографическом процессе в качестве усилителя и тонирующего вещества (в виде уранил нитрата UO₂(NO₃)₂). О небольшом интересе к урану говорит тот факт, что, к примеру, за десятилетие 1926-1936 гг. было добыто 7000 т. серебра, 900 т. золота и всего 80 т. урана.

Реально интерес к урану изменился вследствие ряда открытий в физике, сделанных в 30-е годы ХХ века.

В 1932 г. – Джеймс Чедвик открывает нейтрон, который был теоретически предсказан Генри Мозли и Эрнестом Резерфордом.

Джеймс Чедвик.

В том же 1932 г. – Д. Д. Иваненко предложил модель ядра, состоящего из протонов и нейтронов.

1934 г. – Ирен и Фредерик Жолио-Кюри открывают искусственную радиоактивность, т.е. получают радиоактивные изотопы элементов, не найденные до того времени в природе.

Ирен и Фредерик Жолио-Кюри.

1934-1938 гг. – Энрико Ферми пытался получить трансурановые элементы при бомбардировке урана нейтронами, но вместо этого открыл при этом возможность замедления нейтронов ядрами лёгких элементов.

Энрико Ферми.

1936 г. – Ирен Кюри и Павле Савиг обнаружили в облучённом нейтронами уране лантан! Высказали мнение о получении лёгких ядер.

1938 г. – Отто Ганн и Фриц Штрассман нашли в облучённом нейтронами уране не только лантан, но и барий.

1939 г. (декабрь) Лиза Мейтнер и Отто Фриш высказали гипотезу о делении ядер урана при реакции U²³⁵ + n¹, практически одновременно с Ф. Жолио-Кюри.

Лиза Мейтнер.

В 1939 г. Ю. Б. Харитон и Я. Б. Зельдович выполнили расчёт цепной ядерной реакции.

1940 г. – Ф. Жолио-Кюри опубликовал статью, в которой высказаны данные в пользу испускания нейтронов при делении и о возможности проведения цепной реакции. Запатентовал (первый!) ядерный реактор.

1940 г. – К. А. Петржак и Г. Н. Флёров открыли спонтанное деление ядер урана.

И в том же 1940 г. открывают нептуний и плутоний, и деление плутония при реакции Pu²³⁹ + n¹.

В конце 1941 – начале 1942 г. в США начинается «Манхэттенский проект». Второго декабря 1942 г. Э. Ферми осуществляет пуск первого уран-графитового реактора в г. Чикаго. В июле-августе 1945 осуществляется испытание ядерного оружия.

Схема ядерного реактора, запущенного в г. Чикаго, 1942.

Взрыв ядерной бомбы над г. Нагасаки, 1945.

Хиросима после ядерной бомбардировки, 1945.

Пуск первого атомного реактора в СССР было осуществлено под руководством И.В. Курчатова 25.12.1946.

Дата добавления: 2014-01-07