От водорода до ?

Более полуторавековая история урана в человеческой практике знаменовалась периодическими спадами и подъемами интереса к этому элементу. И только несколько десятков лет назад бесповоротно и окончательно решилась судьба урана — металла новейшей истории. Без капли преувеличения сейчас можно сказать, что дальнейший технический прогресс всего человечества неразрывно связан с проблемой применения уранового источника энергии.

В руках заправил империалистического мира уран — сырье для производства смертоносного атомного и термоядерного оружия. Поэтому главной задачей современного этапа в развитии человеческого общества является безусловное запрещение всех видов этого оружия как средства массового уничтожения, грозящего огромными бедствиями человечеству. Последовательная и настойчивая политика Советского государства в осуществлении всеобщего запрещения атомного оружия, горячая поддержка этой политики всем прогрессивным человечеством и активная борьба за ее осуществление являются надежной гарантией против использования атомной энергии для массового уничтожения людей.

Пожалуй, ни один элемент никогда не привлекал столько внимания людей, как уран. И этот интерес вполне понятен, если вспомнить, что уран — неисчерпаемый источник энергии, владеть и управлять которой учится человек.

Сейчас как-то странно звучат слова, написанные в книгах всего лишь двадцатилетней давности. Так, в одном из самых солидных учебников химии, вышедшем в 1935 г., в разделе «Уран и его соединения» говорится: «Урановые препараты находят ограниченное применение». В другом руководстве по химии написано: «Получение чистого металла до сих пор не имеет никакого практического значения».

В чем же состояло ограниченное применение урана?

Почти до самого конца XIX в. урановые соединения представляла «урановая желть» (окись урана), сообщающая при добавке обычному стеклу желтый или оранжевый цвет в проходящем свете и зеленоватый в отраженном. Это же соединение урана использовали для разрисовки ценнейшего севрского фарфора (так называемая подглазурная живопись). Некоторые соединения урана давали возможность получать окраски от желтого до бархатно-черного цветов, неповторимой прочности и стойкости. Урановая руда ценилась в это время только за возможность получения из нее красителей для фарфорово-фаянсового производства.

На грани XX столетия ученые открыли в отбросах урановой руды радий. Удаче Марии Склодовской и Пьера Кюри в открытии радия, безусловно, способствовало то, что отбросы урановой руды были в то время весьма дешевым материалом. Супруги Кюри, хотя и с большими хлопотами, получили их для своих работ почти бесплатно. С открытием радия урановая руда стала источником этого «чудесного» элемента. Однако сам уран после отделения радия почти не использовали. Для его сбыта пытались получить урановую быстрорежущую сталь, но трудности выделения чистого урана не способствовали ее распространению. Не находя значительного применения, используясь, главным образом, в фотографии, урановые соединения в 30-х годах XX в. ценились гораздо дешевле радия.

Внезапно интерес к урану, как и цены на него, возросли, а радий, занимавший среди других элементов столь исключительное место, совершенно потерял первостепенное значение. «Виновниками» такого невероятного обмена ролями радия и урана оказались советские ученые Г. Н. Флеров и К. А. Петржак. В 1940 г. они установили, что атомы урана склонны к спонтанному, самопроизвольному взрыву своего ядра и что этот взрыв идет с выделением колоссального количества тепловой энергии. Правда, такой взрыв происходит в веществе очень редко: в сотни тысяч или миллионы раз реже, чем обычный альфа-распад. Однако, если бы такие «взрывы» последовательно протекали бы друг за другом, то один грамм ядер урана выделил бы такое же количество энергии, как и 18 т обычного взрывчатого вещества.

Конечно, в умах человеконенавистников, воспользовавшихся идеей Г. Н. Флерова и К. А. Петржака, немедленно возникли планы создания нового оружия, с помощью которого можно было бы обеспечить господство над миром и власть над народами. За создание такого атомного оружия принялись германские фашисты и американские миллиардеры — претенденты на мировое господство. В тайных лабораториях, на сверхсекретных заводах начали лихорадочно ковать атомное оружие.

Уран, как и другие элементы имеет несколько изотопов, которые в различной степени способны к делению под действием нейтронов. Оказывается, что наиболее способным к нейтронному делению ядер является изотоп урана с массовым числом 235. При распаде ядра атома изотопа урана-235 возникают осколки (атомы элементов с массовым числом меньшим, чем уран) и 2–3 нейтрона, которые, попадая в ядра соседних, еще не распавшихся атомов урана, вызывают такое же деление. Благодаря многократному повторению этих быстро протекающих процессов распад атомов лавинообразно нарастает (цепная реакция), и выделяется то огромное количество энергии, которую и принято именовать атомной, а явление — атомным взрывом. На применении цепной реакции урана или плутония и основан принцип действия атомной бомбы. Одна из первых бомб была изготовлена из урана-235. В природной смеси изотопов урана-235 всего 0,715 %, т. е. на каждый килограмм природного урана приходится 7,15 г урана-235.

Поэтому для осуществления ядерной реакции необходимо было найти способы получения или разделения изотопов, или обогащения смеси их ураном-235.

Такое разделение изотопов можно было осуществить, используя шестифтористый уран с температурой кипения 55,7 °C способом газовой диффузии. Этот способ основан на более быстрой способности шестифтористого урана-235 проникать через пористый фильтр в сравнении с тем же соединением, но содержащим уран-238 (обычный, не «горючий»).

Разделение изотопов урана методом термодиффузии связано с устройством многих тысяч перегородок, насосов, холодильников. Поэтому только пусковой период этого «деликатнейшего» технологического процесса составляет 80–100 дней.

Уран — мягкий, серебристо-белый металл, в два с половиной раза тяжелее железа, более чем в полтора раза тяжелее свинца. Этот химически активный элемент образует много соединений, легко реагирует со многими неметаллами, дает сплавы и соединения с ртутью, оловом, медью, свинцом, алюминием, висмутом, железом и другими металлами.

Можно сказать, что в настоящее время уран является одним из наиболее полно изученных элементов периодической системы.

Для металлического урана известно несколько кристаллических модификаций, переход которых сопровождается резкими объемными изменениями. Первый такой переход происходит при 660 °C. Поэтому в атомных реакторах на урановом «горючем» нельзя допускать более высокую температуру.

Уже при 100 °C вода немедленно разлагает уран с образованием окислов и гидридов, а при 700 °C компактный уран загорается. Поэтому урановые стержни покрывают алюминием. Из-за большой химической активности (сродство к азоту, кислороду, углероду) получение металлического урана сопряжено с большими трудностями, тем более что уран нельзя получить электролизом или очистить возгонкой.

Читая книги, в которых отражена история изучения урана, нетрудно заметить, как быстро «понижалась» его температура плавления. В 1925 г. указывалось, что температура плавления урана выше 1850 °C, в 1932 г, она уже «точно» определялась в 1850 °C, в 1935 г. — в 1400°, а в 1956 г. большинство авторов единодушно утверждает, что она равна 1133 °C. Такое «снижение» температуры плавления урана объясняется исключительно совершенствованием техники очистки и получения «чистого» урана. Чем чище стали получать уран, тем все ниже оказывалась его температура плавления.

Внимание этому элементу в свое время уделял Д. И. Менделеев, доказавший, что атомный вес урана равен 240, а не 120, как утверждали предшественники и современники Д. И. Менделеева.

Общее содержание урана в земной коре составляет, по данным разных авторов, от двух до четырех десятитысячных долей процента, что в переводе на язык весовых единиц равняется миллиардам тонн! Достаточно указать, что урана больше, чем ртути, кадмия, серебра…