БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (УР)

Механические свойства У. зависят от его чистоты, от режимов механической и термической обработки. Среднее значение модуля упругости для литого У. 20,5·10 -2 Мн/м 2 [20,9·10 -3 кгс/мм 2] предел прочности при растяжении при комнатной температуре 372–470 Мн/м 2[38–48 кгс/мм 2] , прочность повышается после закалки из b- и g-фаз; средняя твёрдость по Бринеллю 19,6–21,6·10 2 Мн/м 2[200–220 кгс/мм 2] .

Облучение потоком нейтронов (которое имеет место в ядерном реакторе ) изменяет физико-механические свойства У.: развивается ползучесть и повышается хрупкость, наблюдается деформация изделий, что заставляет использовать У. в ядерных реакторах в виде различных урановых сплавов.

У. – радиоактивный элемент. Ядра 235U и 233U делятся спонтанно, а также при захвате как медленных (тепловых), так и быстрых нейтронов с эффективным сечением деления 508·10 -24 см 2(508 барн ) и 533·10 -24 см 2(533 барн ) соответственно. Ядра 238U делятся при захвате только быстрых нейтронов с энергией не менее 1 Мэв; при захвате медленных нейтронов 238U превращается в 239Pu , ядерные свойства которого близки к 235U. Критич. масса У. (93,5% 235U) в водных растворах составляет менее 1 кг, для открытого шара – около 50 кг, для шара с отражателем – 15 – 23 кг; критическая масса 233U – примерно 1/ 3критической массы 235U.

Химические свойства. Конфигурация внешней электронной оболочки атома У. 7 s 26 d 15 f 3 . У. относится к реакционноспособным металлам, в соединениях проявляет степени окисления + 3, + 4, + 5, + 6, иногда + 2; наиболее устойчивы соединения U (IV) и U (VI). На воздухе медленно окисляется с образованием на поверхности плёнки двуокиси, которая не предохраняет металл от дальнейшего окисления. В порошкообразном состоянии У. пирофорен и горит ярким пламенем. С кислородом образует двуокись UO 2, трёхокись UO 3и большое число промежуточных окислов, важнейший из которых U 3O 8. Эти промежуточные окислы по свойствам близки к UO 2и UO 3. При высоких температурах UO 2имеет широкую область гомогенности от UO 1,60до UO 2,27. С фтором при 500–600°C образует тетрафторидирд (зелёные игольчатые кристаллы, малорастворимые в воде и кислотах) и гексафторид UF 6(белое кристаллическое вещество, возгоняющееся без плавления при 56,4°C); с серой – ряд соединений, из которых наибольшее значение имеет US (ядерное горючее). При взаимодействии У. с водородом при 220 °С получается гидрид UH 3; с азотом при температуре от 450 до 700 °С и атмосферном давлении – нитрид U 4N 7, при более высоком давлении азота и той же температуре можно получить UN, U 2N 3и UN 2; с углеродом при 750–800°C – монокарбид UC, дикарбид UC 2, а также U 2C 3; с металлами образует сплавы различных типов (см. Урановые сплавы ) . У. медленно реагирует с кипящей водой с образованием UO 2и H 2, с водяным паром – в интервале температур 150–250 °С; растворяется в соляной и азотной кислотах, слабо – в концентрированной плавиковой кислоте. Для U (VI) характерно образование иона уранила UO 2 2 +; соли уранила окрашены в жёлтый цвет и хорошо растворимы в воде и минеральных кислотах; соли U (IV) окрашены в зелёный цвет и менее растворимы; ион уранила чрезвычайно способен к комплексообразованию в водных растворах как с неорганическими, так и с органическими веществами; наиболее важны для технологии карбонатные, сульфатные, фторидные, фосфатные и др. комплексы. Известно большое число уранатов (солей не выделенной в чистом виде урановой кислоты), состав которых меняется в зависимости от условий получения; все уранаты имеют низкую растворимость в воде.

У. и его соединения радиационно и химически токсичны. Предельно допустимая доза (ПДД) при профессиональном облучении 5 бэр в год.

Получение. У. получают из урановых руд, содержащих 0,05–0,5% U. Руды практически не обогащаются, за исключением ограниченного способа радиометрической сортировки, основанной на излучении радия, всегда сопутствующего урану. В основном руды выщелачивают растворами серной, иногда азотной кислот или растворами соды с переводом У. в кислый раствор в виде UO 2SO 4или комплексных анионов [UO 2(SO 4) 3] 4-, а в содовый раствор – в виде [UO 2(CO 3) 3] 4-. Для извлечения и концентрирования У. из растворов и пульп, а также для очистки от примесей применяют сорбцию на ионообменных смолах и экстракцию органическими растворителями (трибутилфосфат, алкилфосфорные кислоты, амины). Далее из растворов добавлением щёлочи осаждают уранаты аммония или натрия или гидроокись U (OH) 4. Для получения соединений высокой степени чистоты технические продукты растворяют в азотной кислоте и подвергают аффинажным операциям очистки, конечными продуктами которых являются UO 3или U 3O 8; эти окислы при 650–800°C восстанавливаются водородом или диссоциированным аммиаком до UO 2с последующим переводом его в UF 4обработкой газообразным фтористым водородом при 500–600°C. UF 4может быть получен также при осаждении кристаллогидрата UF 4·nH 2O плавиковой кислотой из растворов с последующим обезвоживанием продукта при 450°C в токе водорода. В промышленности основным способом получения У. из UF 4является его кальциетермическое или магниетермическое восстановление с выходом У. в виде слитков массой до 1,5 т. Слитки рафинируются в вакуумных печах.

Очень важным процессом в технологии У. является обогащение его изотопом 235U выше естественного содержания в рудах или выделение этого изотопа в чистом виде (см. Изотопов разделение ) , поскольку именно 235U – основное ядерное горючее; осуществляется это методами газовой термодиффузии, центробежными и др. методами, основанными на различии масс 235U и 238U; в процессах разделения У. используется в виде летучего гексафторида UF 6. При получении У. высокой степени обогащения или изотопов учитываются их критические массы; наиболее удобный способ в этом случае – восстановление окислов У. кальцием; образующийся при этом шлак CaO легко отделяется от У. растворением в кислотах.

Для получения порошкообразного У., двуокиси, карбидов, нитридов и др. тугоплавких соединений применяются методы порошковой металлургии.

Применение. Металлический У. или его соединения используются в основном в качестве ядерного горючего в ядерных реакторах. Природная или малообогащённая смесь изотопов У. применяется в стационарных реакторах атомных электростанций, продукт высокой степени обогащения – в ядерных силовых установках или в реакторах, работающих на быстрых нейтронах. 235U является источником ядерной энергии в ядерном оружии. 238U служит источником вторичного ядерного горючего – плутония.

В. М. Кулифеев.

Уран в организме.В микроколичествах (10 -5–10 -5%) обнаруживается в тканях растений, животных и человека. В золе растений (при содержании У. в почве около·10 -4) его концентрация составляет 1,5·10 -5%. В наибольшей степени У. накапливается некоторыми грибами и водорослями (последние активно участвуют в биогенной миграции У. по цепи вода – водные растения – рыба – человек). В организм животных и человека У. поступает с пищей и водой в желудочно-кишечный тракт, с воздухом в дыхательные пути, а также через кожные покровы и слизистые оболочки. Соединения У. всасываются в желудочно-кишечном тракте – около 1% от поступающего количества растворимых соединений и не более 0,1% труднорастворимых; в лёгких всасываются соответственно 50% и 20%. Распределяется У. в организме неравномерно. Основные депо (места отложения и накопления) – селезёнка, почки, скелет, печень и, при вдыхании труднорастворимых соединений, – лёгкие и бронхо-лёгочные лимфатические узлы. В крови У. (в виде карбонатов и комплексов с белками) длительно не циркулирует. Содержание У. в органах и тканях животных и человека не превышает 10 -7 г/г . Так, кровь крупного рогатого скота содержит 1·10 -8 г/мл, печень 8·10 -8 г/г, мышцы 4·10 -8 г/г, селезёнка 9·10 -8 г/г . Содержание У. в органах человека составляет: в печени 6·10 -9 г/г , в лёгких 6·10 -9–9·10 -9г/г, в селезёнке 4,7·10 -9 г/г , в крови 4·10 -9 г/мл, в почках 5,3·10 -9(корковый слой) и 1,3·10 -9 г/г (мозговой слой), в костях 1·10 -9 г/г , в костном мозге 1·10 -9 г/г , в волосах 1,3·10 -7 г/г . У., содержащийся в костной ткани, обусловливает её постоянное облучение (период полувыведения У. из скелета около 300 сут ) . Наименьшие концентрации У. – в головном мозге и сердце (10 -10 г/г ). Суточное поступление У. с пищей и жидкостями – 1,9·10 -6 г, с воздухом – 7·10 -9 г . Суточное выведение У. из организма человека составляет: с мочой 0,5·10 -7–5·10 -7, с калом – 1,4·10 -6–1,8·10 -6 г, с волосами – 2·10 -8г.