Какой размер у планеты Уран? Сравнение с Землей — SunPlanets.info
Уран входит в тройку крупнейших планет Солнечной системы, и его габариты действительно впечатляют.
Радиус Урана оценивается в 25362 км. Это среднее значение, так как Уран немного «сплюснут» у своих полюсов. Его полярный радиус равен 24973 км, а экваториальный достигает 25559 км. Это означает, что Уран примерно в 4 раза больше Земли, радиус которой равен 6371 км.
Поверхность Урана имеет площадь 8,12 трлн кв. км, то есть она в 16 раз больше площадь земной поверхности. Это число легко объясняется разницей в радиусе планет и элементарными формулами геометрии. Площадь сферы пропорциональна квадрату ее радиуса, и поэтому, если радиус Урана больше в 4 раза, то и площадь как раз должна быть больше в 4•4=16 раз.
По такой логике можно ожидать, что объем Урана (а объем пропорционален уже кубу радиуса) будет больше уже в 43=64 раза по сравнению с Землей. И это почти так. Объем Урана равен 68,33 трлн куб. км, что в 63,3 раза больше земного объема.
Главной особенностью Урана считаются не его размеры, а положение оси его вращения. Она почти лежит в плоскости орбиты планеты. Из-за этого вращение Урана вокруг своей оси почти не приводит к смене дня и ночи на планете, они сменяют друг друга только на узкой полосе вблизи экватора. На большей же части планеты наблюдается либо полярная ночь, либо полярный день. С учетом того факта, что Урану необходимо 84 года для совершения одного оборота вокруг Солнца, длительность полярной ночи на Уране может достигать 42 лет. Правда, во время равноденствия Уран поворачивается к Солнцу таким образом, что привычная смена дня и ночи все же имеет место быть.
Список использованных источников
• https://ru.wikipedia.org/wiki/Уран_(планета) • https://v-kosmose.com/planeta-uran-interesnyie-faktyi-i-osobennosti/razmeryi/
Не нашли, то что искали? Используйте форму поиска по сайту
Понравилась статья? Оставь комментарий и поделись с друзьями
Астраномія. Планеты
Уран |
Уильям Гершель(1738 – 1822) |
Атмосфера Урана |
Тёмное Пятно Урана |
Поскольку Уран не имеет твёрдой поверхности, его «атмосферой» принято считать наиболее удалённую от ядра часть газообразной оболочки. Предполагается, что атмосфера Урана начинается на расстоянии 300 км от внешнего слоя при давлении в 100 бар и температуре 320 K. Атмосфера Урана содержит молекулярный водород (85%), гелий (12%), метан (2,3%). Такое высокое содержание метана, поглощающего в красной области спектра, обусловливает синевато-зелёный цвет планеты. Также обнаружены следы других углеводородов (этана, метилацетилена и диацетилена), которые, как предполагается, являются продуктом фотолиза метана под воздействием солнечного излучения УФ диапазона. В нижних слоях атмосферы наблюдаются сезонные изменения, облака и сильные ветры.
Предположительно, Уран состоит из трёх слоёв. В центре находится твёрдое ядро из металлов, силикатов, льдов аммиака и метана. Ядро занимает около трети радиуса планеты, его масса составляет примерно 0,6–3,7 земных масс. В центре Урана плотность должна повышаться до 9 г/см³, давление может достигать 800 ГПа при температуре в 5000 К. Над ядром расположена мантия, состоящая из смеси водяного и аммиачно-метанового льдов. Мантия составляет бо́льшую часть планеты (60% от общего радиуса, и до 13,5 земных масс). Над мантией находится газовая оболочка, занимающая от 10 до 20% радиуса планеты и составляющая 0,5–1,5 массы Земли.
| Your browser does not support the video tag. Внутреннее строение Урана |
Магнитный диполь Урана |
Полярные сияния на Уране |
Массы спутников Урана |
Схема орбит спутников и колец Урана |
В настоящее время у Урана достоверно обнаружено 27 спутников и система колец. Традиционно спутники Урана называются по именам персонажей произведений Уильяма Шекспира и Александра Поупа. Спутники Урана разделяются на три группы: 13 внутренних, 5 крупных и 9 нерегулярных. Внутренние спутники Урана представляют собой слабо отражающие объекты, тесно связанные с кольцами Урана, которые, возможно, возникли вследствие распада одной или нескольких маленьких внутренних лун. Орбиты внутренних спутников лежат внутри орбиты Миранды. Некоторые из них (Корделия и Офелия) являются лунами-пастухами колец.
Титания – крупнейший спутник Урана |
Кольца и спутники Урана в ИК диапазоне |
Размеры Урана, диаметр, радиус
Описательные особенности и характеристики
Планета была открыта силами У. Гершеля в 1781 г. В связи с тусклостью объект не был замечен древними людьми. Оборот вокруг оси тело проходит за 17 часов 14 минут, зато продолжительность одного года составляет 84 года (земных).9;
Несмотря на превосходство по размерам объект имеет небольшую плотность, поэтому существенно уступает планете Земля. Планета имеет отличительную особенность в виде максимального переменного расстояния от Солнца.
Сравнение Земли и УранаСамое простое описание размеров Урана
Средний радиус Урана составляет 25 362 километра, соответственно – диаметр Урана – это радиус, умноженный на 2. А это впятеро больше, чем у планеты Земля. Но по причине быстрого вращения планета является сплюснутой и, соответственно, широкой. Поэтому в области полюсов это значение равно 24 973 км, а на линии экватора – 25 559 км. По форме планета представляет собой сферу сплюснутого типа. Поскольку твёрдая почва на поверхности отсутствует, по планете пришлось бы парить.13 кубических километров.
Как уже отмечалось, по показателю плотности Уран уступает другим телам Солнечной системы и находится на второй строчки с конца (1,27 г на кубический сантиметр). Это свидетельствует лишь о том, что в составе космического объекта преобладает лед. Наряду с Нептуном этот гигант является ледяным, а у его поверхности царит сильнейший мороз.
Таким образом, размерные характеристики Урана являются внушительными по размеру и до сих пор удивляют землян. Несмотря на наличие большого количества данных, планета до конца не изучена, и наблюдения за ней со стороны учёных продолжаются до настоящего времени.
Какого размера Уран — объяснение для детей
Астрономия для детей > Ответы на частые вопросы > Какого размера Уран
Размер Урана – описание для детей: третья по диаметру планета Солнечной системы, радиус, диаметр, плотность и объем, сравнение с Землей на фото, кольца Урана.
Начать объяснение для детей родители или учителя в школе могут с напоминания, что Уран — седьмая планета от Солнца и самая маленькая среди газовых гигантов. Ее различают как синий объект с атмосферой, непохожей на остальные. Тогда, какой размер Урана?
Радиус, диаметр и окружность Урана — объяснение для детей
Средний радиус Урана – 25362 км (в 5 раза больше диаметра Земли). Однако, важно объяснить детям, что и здесь срабатывает принцип сплюснутости, вызванный быстрым вращением. Поэтому талия планеты довольно широкая. Чтобы для самых маленьких стало понятным, можно сказать, что радиус на полюсах достигает 24973 км, а на экваториальной линии – 25559 км. Поэтому форма планеты – сплюснутый сфероид. Нижний рисунок демонстрирует сравнение размеров Земли и Урана.
Сравнительные размеры Урана и Земли
Если бы вы решили прогуляться по экватору, то вам пришлось бы парить, так как на Уране нет твердой почвы, да и на путь ушло бы много времени (159354 км).
Плотность, масса и объем Урана — объяснение для детей
Уран был найден в 1781 году, а его размер в 4 раза больше земного. Но он намного массивный и весит 86 септиллионов кг (немного меньше одного триллиона триллионов триллионов). Дети должны понимать, насколько огромны эти масштабы, так как Уран массивнее нас в 14.5 раз.
Объем – 6.83 х 1013 км3.
Важно объяснить детям, что по плотности она отстает от других планет, занимая вторую позицию с конца (1.27 грамма на сантиметр кубический). Это означает, что в основном планета выполнена из льда. Вместе с Нептуном они отличаются от прочих газовых гигантов и даже получили новый статус «ледяные гиганты». Уран отдален от Солнца, поэтому на нем царит невероятный мороз.
Кольца Урана — объяснение для детей
Хотя Уран и уступает по размерам Сатурну, но вокруг него также расположено множество колец. Они состоят из мелких темных частиц, не превышающих по размерам 1 метра. Только два из 13 колец в ширину достигают более 6 миль.
Система Урана с его кольцами и спутниками
Интересно, что сначала отыскали вторую кольцевую систему, а вот кольца возле планеты не видели до 1977 года. Тогда планета проходила перед яркой звездой, и астрономы получили возможность взглянуть на атмосферу. Она должна была постепенно исчезать, а вместо этого мелькала, что и намекнуло на существование колец. Догадка подтвердилась лишь в 1986 году, когда возле Урана гостил Вояджер 2.
Кольца тянутся вокруг экватора, но земной наблюдатель видит их почти вытянутыми. Следует объяснить детям, что так получается из-за осевого наклона Урана относительно плоскости системы. Теперь вы понимаете, какой размер планеты Уран. Используйте наши фото, видео, рисунки и подвижные модели онлайн, чтобы лучше разобраться во внешнем виде планеты и особенностях ее поверхности.
Уран и Нептун
Валерия Сирота
«Квантик» №9 и №10, 2017
Они похожи почти как близнецы: практически одинаковые размеры, очень близкие массы и периоды вращения, очень похожий состав, тонкие и слабые кольца… Есть и ещё одна вещь, которая их связывает — история их открытия.
Меркурий или Сатурн были известны людям с доисторических времён, в древнем Египте жрецы уже с лёгкостью предсказывали время и место их следующего появления. А вот Уран, хоть его вполне можно разглядеть невооружённым глазом в ясную ночь, никто не замечал. Из-за большого периода обращения он слишком медленно движется относительно звёзд, чтобы кто-то обратил на него внимание. Более того, со времени изобретения телескопа в 1610 году его по крайней мере 20 раз наблюдали астрономы, записывали его координаты, зарисовывали на карты — и всё равно не замечали движения. И только в 1781 году Уильям Гершель увидел «туманную звезду» и стал следить за ней, проверяя, не комета ли это. Так была впервые открыта новая планета — Уран, и скоро Пьер Симон Лаплас вычислил её орбиту, так что можно было предсказать её движение на много лет вперёд.
Но прошло ещё полвека, и оказалось, что Уран отклоняется от этой орбиты! Адамс в Англии и Леверье во Франции независимо друг от друга предположили, что это ещё одна неизвестная планета притягивает его и «сбивает с пути». Они вычислили, где искать эту невидимку, но Адамс и вычислил не так точно, и не настаивал на своих результатах. А Леверье, который сам астрономом не был, ходил от одного наблюдателя к другому, уговаривая проверить то место на небе, которое он укажет. И в конце концов Галле, у которого была недавно нарисованная карта этого участка неба, взялся сравнить её с тем, что видно в телескоп — и в первый же час нашёл сдвинувшуюся с места «звезду». Это и был Нептун — первая планета, которую сначала предсказали теоретически и только потом нашли. Оказывается, и Нептун люди видели раньше — сам Галилей несколько раз наблюдал его в свой телескоп! — но тоже не заметили, что это планета, а не звезда.
По сравнению с Юпитером и Сатурном Уран и Нептун какие-то «гиганты-маломерки». Это потому, что газа им там, вдали от Солнца, не хватило — пока они неспешно набирали массу, весь газ «расхватали» другие планеты-гиганты, а остатки разлетелись вдаль. Так что водорода и гелия на Уране и Нептуне всего процентов 10–20, что составляет 1–2 массы Земли — а не 200 или 80, как на Юпитере или Сатурне. Зато на них вполне хватило льда — похоже, тут им ещё Юпитер помог, «подбрасывая куски» из более близкой к центру и густо заполненной области. (Юпитер ведь уже тогда хулиганил и разбрасывал всё куда попало.) Причём лёд не только обычный, водяной, но и аммиачный (NH3), и метановый (CH4). Так что их иногда называют ледяными гигантами. Но тут надо иметь в виду, что термин этот обманчив: какой уж там лёд при таком давлении и при температуре внутри планеты несколько тысяч градусов! Это не лёд, а то, во что он давно превратился со времени падения на протопланету — очень горячая и очень плотная жидкость, похожая на земную магму, только состоящая из более лёгких молекул, которая плавно — как и на «водородных» гигантах — переходит в газ по мере приближения к поверхности.
Итак, ядро этих планет (из смеси металла и камня, а не металлическое, как на Земле, и не из металлического водорода, как на Юпитере и Сатурне) составляет по разным оценкам от 0,5 до 3 масс Земли и занимает место от центра до 1/5 радиуса, атмосфера из водорода и гелия — ещё 0,5–1,5 массы Земли и ту же 1/5 радиуса, но с внешнего края; всё остальное — мантия из «льдов». Голубой цвет обеих планет объясняется, как предполагают, присутствием в верхнем слое атмосферы примеси метана, который поглощает красные и отражает синие солнечные лучи.
Но между Ураном и Нептуном есть и различия. Главное — это направление вращения. В отличие от «нормально», то есть слегка наклонённого Нептуна, Уран «ходит лёжа на боку»: его ось вращения лежит почти ровно в плоскости орбиты. Поэтому практически на всей планете полгода (то есть 42 наших года!) длится полярный день и полгода — полярная ночь (почему так — см. «Квантик» № 6 и № 7 за 2016 год). От такого равномерного и постепенного прогрева и охлаждения погода на Уране очень скучная: ни штормов, ни ураганов, ни даже разноцветных полос вдоль экватора… Когда там пролетал «Вояджер-2» — единственный до сих пор космический аппарат, приближавшийся к Урану и Нептуну, — был как раз разгар полярного лета, и ему не удалось увидеть ничего интересного. Лишь весной и осенью там хоть что-то происходит: вот недавно (равноденствие как раз только что прошло) появилось яркое облачное колечко (см. фото) и хоть какие-то пятна-вихри.
Отчего же ось Урана так наклонилась? Никто не знает. Ведь в облаке, из которого образовались планеты, всё крутилось вокруг Солнца в одну и ту же сторону — против часовой стрелки. Вот и растущие в нём комки-планеты закручивались так же. А Уран (и ещё Венера) — нет. Как всегда в таких случаях, «ищут виноватого»: может, Уран столкнулся с чем-нибудь крупным, и это — последствия соударения. Но Венера после такого удара почти перестала вращаться, а Уран крутится быстро, только не в той плоскости. Непонятно, когда он мог так покалечиться: если это случилось, когда Уран сам ещё был небольшим, то при дальнейшем наборе массы он должен был сильно замедлить вращение — ведь всё, что на него падало, вращалось не так, как он. А если это случилось поздно, когда Уран уже был большим, то какой же это гигант должен был в него врезаться?!
А ещё Уран — самая холодная планета, холоднее даже Нептуна, который на треть дальше от Солнца: температура на поверхности опускается до 50 градусов Кельвина (примерно −225°C). И в центре, как думают астрономы, она тоже ниже, чем у всех планет-гигантов: всего 5000 К. (Да, это почти как на краю Солнца — там 6000 К. Но не думайте, что это очень много — на Сатурне, например, температура внутри достигает 12 тысяч градусов.) Даже Нептун внутри горячее: он излучает в космос в 2,5 раза больше тепла, чем получает от Солнца. Откуда берётся излишек? Может, от распада радиоактивных элементов, а может, от просачивания более тяжёлых атомов гелия в водородной атмосфере вниз, поближе к ядру. (На Юпитере и Сатурне гелий уже давно «утонул», а на Уране и Нептуне — нет.) Уран же излучает ровно столько же, сколько получил, не добавляя ни на грош своей энергии.
Почему так? Тоже неизвестно. Одни говорят, что опять виновато то столкновение, которое повернуло Уранову ось — из-за него и тепло растратилось, и Уран раньше срока остыл. Другие считают, что с Ураном-то всё в порядке, это Нептун слишком горячий для такого расстояния от Солнца — из-за большого спутника, Тритона, который «теребит» его приливными силами. Если так, то лишняя энергия «отбирается» у Тритона, орбита которого постепенно опускается всё ниже.
Что ещё у этих двух планет разное — это спутники. У Урана спутники, в общем-то, мелкие, все вместе они весят меньше половины одного нептуновского Тритона, не говоря уж о нашей Луне. Но всё-таки пять из них имеют сферическую форму. Почти все спутники (кроме совсем мелких булыжников вдали от планеты) вращаются в плоскости экватора Урана — значит, они, скорее всего, образовались вокруг него, и уже после «катастрофы» (а возможно, и благодаря ей — из появившегося в результате стройматериала). Все крупные спутники Урана состоят из смеси льда (водного, сухого и аммиачного) и камня — примерно поровну. Вероятно, они были раньше разогреты и «переплавились», так что камень опустился вниз, а лёд поднялся к поверхности. Посредине между тем и другим мог быть океан из воды, подогреваемый приливами, как у спутников Юпитера и Сатурна. У спутников поменьше он давно замёрз, а у Титании и Оберона — двух самых больших — мог сохраниться и по сей день. Правда, всё равно температура такой «воды» ненамного выше −100°C (!) — замёрзнуть ей мешает большое давление (сверху ведь толстый ледяной панцирь) и добавки-«незамерзайки» — аммиак и разные соли.
Все пять крупных спутников ужасно исцарапаны — покрыты гигантскими глубокими каньонами длиной сотни километров, шириной до 50 км и глубиной до 5 км. Самый большой каньон на Титании тянется от её экватора почти до самого полюса (1500 км). Предполагают, что эти каньоны — огромные трещины в ледяной коре — образовались при постепенном замерзании подлёдного океана: ведь вода при замерзании не сжимается (как большинство веществ), а расширяется. Каждый новый слой льда «распирал» ледяную кору и разламывал её — это похоже на образование эскарпов Меркурия, только там кора проваливалась внутрь, а тут — выталкивалась наружу. Возможно, при этом немного воды выливалось наружу и затем заливало дно трещин.
Совсем непохожи на них спутники Нептуна. Они, правда, совсем мало изучены — но и так уже видно, что один только Тритон имеет сферическую форму. Остальные — бесформенные глыбы, хотя по крайней мере два из них могли бы, судя по массе, быть шарообразными. Очевидно, они никогда не нагревались — иначе уж точно «переплавились» бы в шарики. Непохоже, чтобы эти спутники образовались вместе с планетой — видимо, они все захвачены позже.
Тритон раза в 3–4 легче Луны, занимает 7-е место по массе среди спутников. По размерам он больше Плутона, недавно лишённого звания планеты, да и по другим параметрам похож на него. При этом он — единственный из крупных спутников, который вращается вокруг своей планеты «не в ту сторону» и по сильно наклонённой орбите. И это при том, что период обращения вокруг Нептуна — всего 6 часов, то есть орбита очень низкая! Не иначе Тритон, как и остальные нептуновы спутники, не родился в этих местах, а был захвачен. Откуда же Нептун ухитрился раздобыть такого большого вассала? Из пояса Койпера.
Планет всего 8, а ещё лет десять назад говорили — 9: Плутон «разжаловали» в карликовые планеты. Дело в том, что за орбитой Нептуна обнаружили целую кучу небольших планеток, и некоторые из которых по размеру и массе очень похожи на Плутон. Чтобы не объявлять их всех планетами, пришлось придумать для них отдельную категорию — карликовые планеты. Скопление карликовых планет и малых тел за орбитой Нептуна, на расстояниях 30–50 а. е., называется поясом Койпера, по аналогии с поясом астероидов. Кстати, крупнейшее тело из пояса астероидов — Цереру — тоже перевели из астероидов в разряд карликовых планет. И, как Юпитер в поясе астероидов, Нептун наводит свои порядки в поясе Койпера, возмущая и раскачивая орбиты одних планеток и стабилизируя орбиты других. Чуть ли не весь пояс Койпера находится с ним в резонансе: например, периоды обращения Нептуна и Плутона относятся как 2:3. Их орбиты почти пересекаются, но они никогда не столкнутся именно из-за резонанса.
Возвращаясь к Тритону, заметим, что Нептун уже успел «воспитать» его — вращается Тритон синхронно (всё время «смотрит» на планету одной стороной). Замечательно, что его орбита — идеальный круг. Очевидно, раньше она была вытянутой (хотя и неизвестно, насколько), и на её «выравнивание» приливными силами пришлось затратить довольно много энергии. Эта энергия, переходя в тепло, нагревала Тритон, и до сих пор на нём действуют криовулканы, которые вместо горячей магмы извергают жидкий азот. Возможно, что под поверхностью до сих пор осталась незамёрзшая жидкость (вода с аммиаком при −100°C). При этом на поверхности Тритона до того холодно (−235°C), что азот, который в земных условиях — только газ, там может даже выпадать в виде снега.
И Уран, и Нептун окружены кольцами, но кольца эти слабые и состоят из тёмных частиц — вид совсем не тот, что у Сатурна. По тому, какие они тонкие и какие широкие между ними промежутки (см. фото) похоже, что это останки совсем недавно разрушенных приливными силами маленьких спутников.
Вот и подошло к концу наше путешествие по восьми большим планетам Солнечной системы и их лунам. Но секреты и загадки Солнечной системы на этом, конечно, не кончаются…
Художник Мария Усеинова
Куртка ЛЕДИ УРАН зимняя женская
Куртка ЛЕДИ УРАН зимняя женская — Купить! + ЦенаГлавная / Заключение Минпромторга / Летняя и зимняя спецодежда / Куртка ЛЕДИ УРАНЦена розница: 9 322 руб.
Оптовая цена действует при заказе от 30 000 р.
Наличие и точную цену узнавайте у менеджеров!
Описание товара
Куртка Леди Уран Восток-Сервис – утепленная женская зимняя куртка. Три слоя утеплителя. Застежка-молния защищена ветрозащитной планкой. Регулируемый несъемный капюшон на утеплителе. Четыре наружных и три внутренних кармана. Регулируется по ширине по низу куртки и рукавов.
- Ткань: «Реинфорс Рипстоп», полиэфир – 100%, 150 г/м², ПУ мембрана «дышащая», Teflon™.
- Утеплитель: «Шелтер®Микро», 150 г/м², 3 слоя.
- Ткань накладок: «Codra Nylon», полиамид – 100%, 275 г/м²
- Рост: 158-164, 170-176, 182-188.
- Размер: 80-84, 88-92, 96-100, 104-108, 112-116, 120-124.
- Соответствие стандартам: ТР ТС 019/2011
- Защитные свойства: Светоотражающие элементы; Кислотозащ. отделка от кислот концен. до 20%; От механических воздействий; Защита от пониж. температур; Защита от ОПЗ; Масловодоотталкивающая отделка; Мембранные материалы;
Характеристики куртки Леди Уран
Уважаемые клиенты! Мы работаем в обычном режиме.
описание планеты, ее характеристики и другие факты
Уран — планета Солнечной системы, которая была обнаружена первой в период развития астрономии, начавшийся с изобретения телескопа. С древних времен и до ее открытия человечество знало о существовании только 6 планет.
Уран — планета Солнечной системы, седьмая по удалённости от Солнца. Credit: ru.tokkoro.com
История открытия Урана
Первое упоминание о небесном теле, позже названном Ураном, относится к записям Дж. Флемстида. Английский ученый вел наблюдения за ним в 1690 г., но принял его за звезду, которую отнес к созвездию Тельца. В XVIII в. около 20 лет подряд за планетой вел наблюдения французский астроном ле Моньер, тоже отмечая ее на астрономических картах как звезду.
В 1775 г. выходец из Германии У. Гершель, музыкант и астроном-любитель, проживающий в г. Бат близ Бристоля (Англия), начал изучение небесных объектов в собственноручно изготовленный телескоп. Продвигаясь в своих наблюдениях по небосводу, к марту 1781 г. он дошел до звезд, расположенных в созвездии Тельца. 1 из них особо заинтересовала астронома, т.к. обнаружилась в месте, где согласно ранее составленным картам ее не должно было быть.
Объект имел вид небольшого диска, а не яркой точки, и постепенно смещался относительно других звезд. Гершель предположил, что изучаемое им небесное тело является или звездой, окруженной туманностью, или кометой, но больше склонялся к последнему варианту. В мае того же года Андрей Лексель, академик из Петербурга, занялся вычислением параметров его орбиты.
Он обнаружил, что наблюдаемый объект движется по сильно вытянутой окружности, центр которой совпадает с положением Солнца. Вычисления доказали, что траектория передвижения этого тела в нашей звездной системе соответствует планете, а не комете, и с 1873 г. оно ею и считается. Так впервые ученые открыли новую планету при помощи телескопа. Гершель предложил назвать ее «Георг», в честь короля, правившего в то время в Англии.
Однако у астрономов прижилось название «Уран», взятое немецким ученым Иоганном Боде из мифологии, — так в греческом пантеоне звали бога неба. Официально это имя было присвоено седьмой планете Солнечной системы Всемирным астрономическим сообществом в 1860 г.13 м³;
Период вращения Урана вокруг своей оси составляет чуть более 17 часов, а само движение совершается по часовой стрелке, т.е. является ретроградным.
Этот гигант почти лежит на плоскости своей орбиты (его ось наклонена на 98° к орбитальной), поэтому создается впечатление, что он катится вокруг Солнца, а не вращается волчком, как другие планеты.
Состав планеты
Специалисты относят Уран и Нептун к особому классу планет — ледяным гигантам, поскольку в их ядрах не обнаружено металлического водорода, но присутствует большое количество высокотемпературных модификаций льда. В недрах седьмой планеты кроме ледяных кристаллов находятся и горные породы. По химическому составу ее мантию можно назвать водно-аммиачным океаном с метановыми примесями.
Уран относится к ледяным гигантам. Credit: fb.ru
Структура Урана
Планетная система Урана состоит из него самого, спутников и колец. Сейчас уже подтверждено существование 13 кольцеобразных объектов, оказавшихся намного более молодыми образованиями, чем сама планета. Предположительно, это могут быть остатки ранее захваченных объектов. Кольца Урана темные и узкие. Размер самых крупных частиц, их составляющих, не превышает 1 м.
Самое яркое — внешнее кольцо, удаленное от центра Урана на 52 тыс. км. Оно или мощнее, или плотнее других колец. Наружный объект ослабляет свет Солнца на 90%, в то время как внутренние кольца — только на 50%. Все кольцеобразные структуры имеют форму с выраженным эксцентриситетом, разную ширину и наклон к орбите, что позволяет предполагать наличие у Урана еще не открытых спутников.
Структурно Уран разделяют на 3 части:
- твердое ядро, разогретое до 5000°K;
- мантия, состоящая изо льда — модифицированной воды с растворенными в ней в больших количествах метаном и аммиаком;
- оболочка, образованная водородом и гелием в газообразном состоянии.
Наибольшую часть (около 60%) занимает мантия.
Гравитация и магнитное поле
По расчетам ученых, любое тело, падающее сверху на поверхность Урана, должно достигать ее со скоростью 8,69 м/секунду². Получается, что на планете, намного более тяжелой, чем наша, гравитация оказывается ниже земной. Это происходит потому, что значение силы тяжести на космическом объекте зависит не только от его массы, но и от плотности, а Уран относится к планетам с низкой плотностью и занимает предпоследнее место в Солнечной системе по этому параметру.
Магнитное поле Урана отклонено под аномальным углом. Credit: commons.wikimedia.org
Его магнитное поле формируется в мантии, а не в геометрическом центре планеты (как это чаще всего бывает), причем не равномерно, а только в некоторой его части. Ось, соединяющая магнитные полюса, не совпадает с осью вращения Урана, а наклонена относительно нее на 59°.
Поэтому географические и магнитные полюса смещены относительно друг друга на расстояние, примерно равное ⅓ его радиуса.
Такая геометрия приводит к асимметричному распределению напряженности магнитного поля между разными точками на поверхности планеты, а полярное сияние наблюдается далеко от географических полюсов.
Атмосфера и поверхностный рельеф
На седьмой планете Солнечной системы нет литосферы в ее привычном понимании, поэтому не может быть и выраженного рельефа. Между мантией и стратосферой существует нечеткая граница перехода между жидкими и газообразным слоями. Температура на планете Уран опускается до -49°K (-224°C), поэтому он считается самой холодной планетой в нашей звездной системе.
На снимках в видимом спектре, полученных около 30 лет назад, Уран выглядит как космическое тело без атмосферных штормов, присущих другим планетам-гигантам. Однако сейчас по мере его приближения к точке равноденствия погодная активность на планете увеличивается, а скорость ветров над ледовым океаном достигает 250 м/секунду (900 км/ч).
Атмосфера Урана в основном состоит из водорода и гелия. Credit: rock-cafe.info
Спектральный анализ показывает, что атмосфера Урана состоит по большей части из водорода (82%) и гелия (16%), а также содержит около 2% метана. Это углеводородное соединение и придает Урану зеленовато-голубой оттенок — метановые облака, составляющие верхний слой атмосферы, имеют свойство поглощать красный цвет спектра.
Нижний слой атмосферы — тропосфера начинается на расстоянии около 300 километров от жидкой мантии и простирается в высоту на 50 км. Еще 4 тыс. км приходится на стратосферу, а на высоте в 50 тыс. км над поверхностью ледяного гиганта заканчивается последний слой — термосфера.
В тропосфере предполагается наличие 4 облачных слоев:
- водяные облака, состоящие из кристаллов льда, находятся ближе всего к поверхности Урана;
- облака, образованные гидросульфидом аммония;
- аммиачные и сероводородные образования;
- метановые облака, расположенные на границе со стратосферой.
В верхних слоях кроме метана обнаружены следы и других углеводородов: этана, метилацетилена и диацетилена, которые могли образоваться в результате фотолиза под действием солнечной радиации.
Сравнение с Землей
Уран совершает полный оборот вокруг Солнца за 84 земных года. В момент наибольшего удаления седьмую планету и наше светило разделяют около 3 млрд км, а интенсивность солнечного излучения равна 1/400 от его значения, соответствующего орбите Земли.
По объему Уран занимает столько же пространства, как и 63 планеты, подобные нашей, но из-за более низкой плотности по массе он больше ее только в 14 раз. Сила притяжения на его поверхности составляет всего 90% от земной, поэтому гипотетически человек чувствовал бы себя там комфортно.
Исследования Урана
Уран является наименее изученной планетой Солнечной системы. Расстояние от Земли до Урана меняется от 2,7 до 2,85 млрд км, поэтому длительный срок были возможны только наземные наблюдения за ним. Первые снимки поверхности Урана были получены при помощи зонда «Вояджер-2», пролетавшего мимо планеты в 1986 г.
Аппаратура этого космического аппарата зафиксировала 2 новых кольца, проводила измерения магнитных величин и наблюдения за атмосферой, делала снимки спутников Урана. Дальнейшее изучение космического тела производилось в 1990-х годах при помощи радиотелескопа «Хаббл», которым были зафиксированы атмосферные вихри и обнаружена асимметрия в строении планеты.
обедненного урана | МАГАТЭ
10. Как уран и DU могут быть вредными для людей? Связаны ли DU или уран с раком человека?
В достаточных количествах уран, который проглатывается или вдыхается, может быть вредным из-за его химической токсичности. Как ионы ртути, кадмия и других тяжелых металлов, избыток ионов уранила угнетает функцию почек (то есть влияет на почки). Высокие концентрации в почках могут вызвать повреждение и, в крайних случаях, почечную недостаточность.Общий медицинский и научный консенсус состоит в том, что в случаях высокого потребления уран, скорее всего, станет проблемой химической токсикологии, прежде чем он станет проблемой радиологии. Поскольку уран умеренно радиоактивен, попадая в организм, он также облучает органы, но основное воздействие на здоровье связано с его химическим воздействием на функции организма.
Во многих странах текущие пределы профессионального облучения растворимых соединений урана связаны с максимальной концентрацией 3 мкг урана на грамм ткани почек.Любые эффекты, вызванные воздействием этих уровней на почки, считаются незначительными и временными. Текущие методы, основанные на этих ограничениях, по-видимому, обеспечивают адекватную защиту работников урановой промышленности. Чтобы гарантировать, что эта концентрация в почках не будет превышена, законодательство ограничивает долгосрочные (8 часов) концентрации растворимого урана в воздухе рабочего места до 0,2 мг на кубический метр и краткосрочные (15 минут) до 0,6 мг на кубический метр.
Как и любой радиоактивный материал, существует риск развития рака в результате воздействия радиации, исходящей от природного и обедненного урана.Предполагается, что этот риск пропорционален полученной дозе. Пределы радиационного облучения рекомендованы Международной комиссией по радиологической защите (МКРЗ) и приняты в Основных нормах безопасности МАГАТЭ. Предел годовой дозы для человека из населения составляет 1 мЗв, а соответствующий предел для радиационного работника — 20 мЗв. Предполагается, что дополнительный риск смертельного рака, связанный с дозой 1 мЗв, составляет примерно 1 из 20 000. Это небольшое увеличение пожизненного риска следует рассматривать в свете того, что каждый пятый риск заболеть раком со смертельным исходом.Следует также отметить, что рак может проявиться только через много лет после воздействия радиоактивного материала.
Можно оценить, какое количество DU может подвергнуться воздействию человека до того, как будут превышены указанные выше химические и радиологические пределы. В таблице ниже показано, сколько обедненного урана необходимо будет вдохнуть или проглотить, чтобы концентрация в почках составила 3 мкг на грамм почек (предел химической токсичности) или доза 1 мЗв (предел дозы излучения). Эти значения были рассчитаны с использованием биокинетических моделей, рекомендованных в настоящее время Международной комиссией по радиологической защите (МКРЗ).Значения были рассчитаны для двух типов соединений урана: «умеренно растворимых» соединений, таких как UO 3 и U 3 O 8 , и «нерастворимых» соединений, таких как UO 2 .
| |||||||||||||||||||||||||||||
Следует иметь в виду, что количества, необходимые для достижения концентрации в почках 3 мкм на грамм, будут больше, если прием будет осуществляться в течение более длительного периода времени, поскольку это даст почкам больше времени для выведения DU.Таблица показывает, что для приема внутрь DU предел химической токсичности 3 мкг на грамм ткани почек требует меньшего поступления, чем радиологический предел (для представителей населения) в 1 мЗв. При вдыхании аэрозоля с обедненным ураном происходит обратное.
Помимо радиологической опасности, связанной с изотопами урана, существует также потенциальный риск, связанный с другими радионуклидами, которые образуются в результате радиоактивного распада изотопов урана и которые могут быть обнаружены в принимаемой пище или во вдыхаемом воздухе.Значения в таблице выше были рассчитаны с учетом накопления этих радионуклидов внутри организма, но не включают вклад этих радионуклидов в проглоченную пищу или во вдыхаемый воздух.
Другой потенциально вредный эффект связан с внешним воздействием радиации, испускаемой изотопами урана. Основное излучение, излучаемое изотопами урана, — это альфа-частицы (ядра гелия). Диапазон этих альфа-частиц в воздухе составляет порядка одного сантиметра, тогда как в случае ткани они едва могут проникнуть через внешний мертвый слой кожи.Для сравнения, бета-частицы (электроны) способны проникать примерно через сантиметр ткани, в то время как гамма-излучение (фотоны высокой энергии) может проходить через тело. Следовательно, потенциальный риск от внешнего воздействия изотопов урана чрезвычайно низок, если уран не вводится непосредственно в организм (например, через рану). Более того, поскольку альфа-частицы не могут перемещаться очень далеко от источника, человек может подвергнуться облучению только при непосредственном контакте с изотопами урана. Однако это не относится к природному урану, где люди также подвергаются более проникающему бета- и гамма-излучению, испускаемому продуктами распада урана, которые обычно находятся в равновесии с изотопами урана.В случае DU единственными присутствующими бета-испускающими продуктами распада являются Th-234, Pa-234m и Th-231, каждый из которых излучает гамма-излучение низкой интенсивности, и, таким образом, риск внешнего воздействия DU значительно ниже, чем для DU. воздействие природного урана.
Был проведен ряд исследований рабочих, подвергшихся воздействию урана (см. Вопрос 8), и, несмотря на то, что некоторые рабочие подвергались воздействию большого количества урана, нет никаких доказательств того, что природный уран или DU являются канцерогенными. Отсутствие доказательств наблюдается даже в случае рака легких после вдыхания урана.В качестве меры предосторожности для оценки риска и установления пределов дозы предполагается, что DU потенциально канцерогенный, но отсутствие доказательств определенного риска рака в исследованиях за многие десятилетия является значительным и должно рассматривать результаты оценок в перспективе.
Ядерное топливо
Уран — это металл, который содержится в изобилии, и он полон энергии: одна урановая топливная таблетка создает столько же энергии, сколько одна тонна угля, 149 галлонов нефти или 17 000 кубических футов природного газа. Однако он не выходит из-под земли готовым войти в реактор.Его добывают и перерабатывают для создания ядерного топлива.
Как производится ядерное топливо?
- Прежде чем уран попадет в реактор, он должен пройти четыре основных этапа обработки, чтобы перевести его из исходного состояния в пригодное для использования ядерное топливо: добыча и переработка, конверсия, обогащение и изготовление топлива.
- Во-первых, уран добывают обычными методами или методом выщелачивания на месте, когда газированная вода попадает в подземные отложения и поднимается по трубам на поверхность. Мировые поставки урана разнообразны, в основном из Казахстана, Канады и Австралии.В США уран добывают в нескольких западных штатах.
- Для поддержания цепной реакции, необходимой для работы реактора, в уране потребуется достаточно высокая концентрация определенного изотопа, урана-235. Природный уран превращается в несколько различных форм, чтобы подготовить его к обогащению. Специальные установки обогащают уран, чтобы его можно было использовать в ядерном реакторе. Основные коммерческие предприятия по обогащению топлива находятся в США, Франции, Германии, Нидерландах, Великобритании и России.
- Обогащенный уран снова превращается в порошок, а затем прессуется в топливные таблетки. Производитель топлива загружает эти таблетки в наборы закрытых металлических трубок, называемых тепловыделяющими сборками, которые используются в ядерных реакторах.
Что происходит с ядерным топливом после того, как оно находится в реакторе?
- Одна тепловыделяющая сборка в среднем находится в реакторе около пяти лет, питая систему, вырабатывающую электричество.
- Как правило, каждые 18–24 месяца атомная станция прекращает выработку электроэнергии, чтобы заменить треть своих тепловыделяющих сборок.Снятые сборки помещаются в бассейн для отработавшего топлива, где они со временем остывают.
- Побочные радиоактивные продукты остаются в отработанных тепловыделяющих сборках.
- После охлаждения отработавших тепловыделяющих сборок до такой степени, что их больше не нужно хранить под водой, их вынимают из бассейнов и безопасно хранят на заводе в больших контейнерах из железобетона.
- На каждой атомной станции хранится использованное топливо, поскольку промышленность ожидает завершения строительства либо консолидированного промежуточного хранилища, либо постоянного хранилища для захоронения федеральным правительством.
WebElements Периодическая таблица »Уран» радиусы атомов и ионов
Одной мерой размера является расстояние элемент-элемент внутри элемента. Однако не всегда легко проводить разумные сравнения между элементами, поскольку некоторые связи довольно короткие из-за множественных связей (например, расстояние O = O в O 2 короткое из-за двойной связи, соединяющей два атома. длина облигации в UU: 277 вечера
Есть несколько других способов определения радиуса для атомов и ионов.Следуйте соответствующим гиперссылкам, чтобы найти ссылки на литературу и определения каждого типа радиуса. Все значения радиусов указаны в пикометрах (пм). Коэффициенты пересчета:
- 1 пм = 1 × 10 ‑12 метр (метр)
- 100 пм = 1 Ангстрем
- 1000 пм = 1 нанометр (нм, нанометр)
Нейтральный радиус
Размер нейтральных атомов зависит от способа измерения и окружающей среды. Следуйте соответствующим гиперссылкам для определения каждого типа радиуса.Термин «атомный радиус» не особенно полезен, хотя его использование широко распространено. Проблема в его значении, которое явно сильно различается в разных источниках и книгах. Здесь приведены два значения: одно основано на расчетах, а другое — на наблюдениях — для получения более подробной информации перейдите по соответствующей ссылке.
Изображение, показывающее периодичность атомного радиуса для химических элементов в виде шариков с кодировкой размера на сетке периодической таблицы. Изображение, показывающее периодичность ковалентного радиуса одинарной связи для химических элементов в виде шариков с кодировкой размера на сетке периодической таблицы.Радиусы орбиты оболочки валентности
Рассчитанные значения орбитальных радиусов валентной оболочки, R max
| Орбитальная | Радиус [/ pm] | Радиус [/ AU] | Ссылка периодичности |
|---|---|---|---|
| с орбиты | 225,7 | 4,26579 | |
| p орбитальный | – | – | |
| d орбитальный | 121.3 | 2,29276 | |
| орбитальная | 52,7 | 0,994938 |
Список литературы
Значения R max для валентных орбиталей нейтральных газовых элементов взяты из ссылки 1.
- Дж. Б. Манн, Расчеты атомной структуры II.Волновые функции Хартри-Фока и радиальные математические ожидания: от водорода до лоуренсия , LA-3691, Лос-Аламосская научная лаборатория, США, 1968.
Ионные радиусы
В этой таблице приведены некоторые ионные радиусы. В этой таблице геометрия относится к расположению ближайших соседей иона. Размер действительно зависит от геометрии и окружающей среды. Для электронных конфигураций, где это важно, значения, указанные для октаэдрических частиц, относятся к низкоспиновым, если не указано, что они являются высокоспиновыми.Термины низкоспиновый и высокоспиновый относятся к электронным конфигурациям определенных геометрических форм определенных ионов металла d -блока. Дополнительная информация доступна в учебниках неорганической химии, как правило, на уровне 1 или на уровне университета первого года обучения. Для определения ионного радиуса и дополнительной информации перейдите по гипертекстовой ссылке.
| Ион | Тип координации | Радиус / м | Ссылка периодичности |
|---|---|---|---|
| U (VI) | 4-х координатный, четырехгранный | 66 | |
| U (III) | 6-координатный, восьмигранный | 116.5 | |
| U (IV) | 6-координатный, восьмигранный | 103 | |
| U (V) | 6-координатный, восьмигранный | 90 | |
| U (VI) | 6-координатный, восьмигранный | 87 | |
| U (IV) | 8-координатный | 114 | |
| U (VI) | 8-координатный | 100 |
Ионные радиусы Полинга
| Ион | Радиус полировки / м | Ссылка периодичности |
|---|---|---|
| U (I) | – |
—
Закупки и цены на уран
Владельцы и операторы У.S. гражданские ядерные энергетические реакторы (гражданские владельцы / операторы или операторы взаимодействия) закупили в общей сложности 48,9 млн фунтов U 3 O 8 e (эквивалент 1 ) поставок от поставщиков из США и иностранных поставщиков в течение 2020 г. средневзвешенная цена 33,27 доллара США за фунт U 3 O 8 e. Общий объем U3O8e в 2020 году составил 48,9 миллиона фунтов, что на 1% больше, чем в 2019 году, составившее 48,3 миллиона фунтов U 3 O 8 e. Средневзвешенная цена на 2020 год — 33 доллара.27 за фунт U 3 O 8 e была на 7% ниже средневзвешенной цены 2019 года в размере 35,59 долларов США за фунт U 3 O 8 e (Таблица 1) и самой низкой цены с 2007 года.
Подавляющее большинство урана, поставленного в 2020 году, было иностранного происхождения, при этом Канада являлась основным поставщиком (22,4% от общего объема поставок), опережая Казахстан, на который приходилось 22,1% от общего объема поставок. Уран из Казахстана, России и Узбекистана составил 47% от общего объема урана, закупленного У.СОО в 2020 году. Уран канадского происхождения и уран австралийского происхождения вместе составили 34% (таблица 3).
СОО закупили три материальных вида урана для поставок в 2020 г. у 35 продавцов (Таблица 4, Таблица 24). В течение 2020 года 24% поставленного урана было закуплено по спотовым контрактам по средневзвешенной цене 28,70 долл. США за фунт. Остальные 76% были приобретены по долгосрочным контрактам по средневзвешенной цене 34,74 долл. США за фунт (Таблица 7). Спотовые контракты — это контракты с единовременной поставкой урана (обычно) на весь контракт, и поставка обычно происходит в течение одного года после исполнения контракта (дата подписания).Долгосрочные контракты — это контракты с одной или несколькими поставками урана, которые должны состояться по крайней мере через год после подписания контракта (дата подписания), и как таковые могут отражать некоторые краткосрочные и среднесрочные, а также долгосрочные соглашения.
Новые и будущие урановые контракты
В 2020 году операционные директора подписали 39 новых контрактов на закупку с поставками в 2020 году на сумму 12 миллионов фунтов стерлингов 3 O 8 e по средневзвешенной цене 25,21 доллара США за фунт (Таблица 8).
COO сообщают о минимальных и максимальных количествах будущих поставок по контракту, чтобы учесть возможность уменьшения или увеличения количества.По состоянию на конец 2020 года максимальные поставки урана на период с 2021 по 2030 годы по существующим контрактам на закупку для операционных компаний составили 194 миллиона фунтов стерлингов U 3 O 8 e (Таблица 10). Также на конец 2020 года потребности рынка незаполненного урана на период с 2021 по 2030 год составили 188 миллионов фунтов U 3 O 8 e (Таблица 11). Эти контрактные поставки и невыполненные рыночные потребности вместе представляют максимальные ожидаемые рыночные потребности в размере 382 миллионов фунтов стерлингов U 3 O 8 e в течение следующих 10 лет для COO.
Сырье, услуги по обогащению урана, загруженный уран
В 2020 году операционные директора поставили 34 миллиона фунтов U 3 O 8 e сырья для обогащения природного урана из США и других стран. Поставщики обогащения из США получили 48% сырья, а оставшиеся 52% были доставлены иностранным поставщикам обогащения (Таблица 13). Четырнадцать миллионов единиц работы разделения (ЕРР) 2 были приобретены по контрактам на услуги по обогащению у 14 продавцов в 2020 году (Таблица 16, Таблица 25).Средняя цена, уплаченная операционными директорами за 14 миллионов ЕРР, составила 99,51 доллара за ЕРР в 2020 году, что на 9% ниже средней цены 2019 года, составлявшей 109,54 доллара за ЕРР. В 2020 году доля ЕРР из США составляла 29%, а на ЕРР иностранного происхождения приходился оставшийся 71%. ЕРР иностранного происхождения включали 23% из России, 13% из Нидерландов, 9% из Великобритании и 8% из Германии (Таблица 16).
Уран в тепловыделяющих сборках, загруженных в гражданские ядерные энергетические реакторы США в течение 2020 года, содержал 48,6 миллиона фунтов U 3 O 8 e по сравнению с 43.2 миллиона фунтов U 3 O 8 e, загруженные в течение 2019 года. В течение 2020 года 18% урана, загруженного в течение 2019 года, составлял уран американского происхождения, а 82% — уран иностранного происхождения (таблица 18).
Покупка / продажа урана за рубежом и запасы
американских поставщика (брокеры, переработчики, обогатители, производители, производители и трейдеры) и операционные директора ежегодно закупают уран у иностранных поставщиков. В совокупности зарубежные закупки в 2020 году составили 39,6 млн фунтов стерлингов U 3 O 8 e, а средневзвешенная цена составила 33 доллара США.79 за фунт U 3 O 8 e (Таблица 19). Американские поставщики и операционные директора также продавали уран иностранным поставщикам. В совокупности зарубежные продажи составили 9,9 миллионов фунтов стерлингов U 3 O 8 e в 2020 году, а средневзвешенная цена составила 29,57 долларов США за фунт. Коммерческие запасы урана на конец года представляют собой владение ураном на различных стадиях ядерного топливного цикла (в -процесс конверсии, обогащения или изготовления) на отечественных или зарубежных ядерных топливных объектах. Всего U.S. коммерческие запасы (включая запасы, принадлежащие главным операционным директорам, американским брокерам, переработчикам, переработчикам, изготовителям, производителям и трейдерам) составили 123,1 миллиона фунтов стерлингов U 3 O 8 e на конец 2020 года, что на 6% меньше, чем 130,7 миллиона. фунтов на конец 2019 года. Коммерческие запасы урана, находящиеся в собственности на конец 2020 года у СОО, составили 107,2 миллиона фунтов стерлингов U 3 O 8 e, что на 5% меньше уровня запасов на конец 2019 года. Запасы урана, принадлежащие поставщикам из США (переработчики, обогатители (таблица 21).
Коммерческие запасы урана на конец года представляют собой право собственности на уран на различных стадиях ядерного топливного цикла (в процессе конверсии, обогащения или изготовления) на отечественных или зарубежных предприятиях по производству ядерного топлива. Общие коммерческие запасы в США (включая запасы, принадлежащие главным операционным директорам, американским брокерам, переработчикам, переработчикам, переработчикам, производителям и трейдерам) составили 123,1 миллиона фунтов стерлингов U 3 O 8 e на конец 2020 года, что на 6% меньше, чем 130,7 миллиона. фунтов стерлингов в конце 2019 года.Товарные запасы урана, находящиеся в собственности СОО на конец 2020 года, составили 107,2 млн фунтов U 3 O 8 e, что на 5% меньше уровня запасов на конец 2019 года. Запасы урана, принадлежащие американским поставщикам (переработчикам, переработчикам, производителям, производителям, брокерам и трейдерам), составили 16,0 млн фунтов U 3 O 8 e на конец 2020 года, что на 9% ниже уровня на конец 2019 года (Таблица 22 ).
Продукты биовосстановления урана нанометрового размера
Открытие того, что бактерии могут превращать подвижный шестивалентный уран U (vi) в четырехвалентный уран U (iv), который осаждается в виде уранинита 1 , стимулировало исследования in situ биоремедиация подземных вод, загрязненных ураном.Эти стратегии предполагают, что образование сильно нерастворимого уранинита 2 будет ингибировать мобилизацию урана.
Мы использовали органические субстраты для создания анаэробных условий для стимулирования роста местных бактерий в сложных природных загрязненных ураном отложениях и воде, взятых из шахты Миднит, Вашингтон, США. Через 1 месяц концентрация водного урана снизилась с 20 до 0,3 частей на миллион. Анализ инкубированного осадка на основе урана L-III краевой рентгеновской абсорбционной спектроскопией (XANES) на основе урана показал, что большая часть U (vi) была восстановлена до U (iv).Электронограммы на выбранных участках и кристаллографический анализ изображений решеток, полученных с помощью двумерного просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ), подтвердили, что структура является структурой уранинита (который аналогичен структуре фторида кальция).
Мы также создали библиотеку генов, кодирующих малые субъединицы рибосомных РНК (16S рРНК) из инкубированного осадка 3 , чтобы идентифицировать бактерии, которые, вероятно, ответственны за превращение урана в уранинит. Из 94 клонов 42 сильно кластеризовались с Desulfosporosinus spp.(результаты не показаны), грамположительный сульфатредуцирующий микроб. Мы подтвердили, что Desulfosporosinus spp. выделенный из осадка был способен восстанавливать U (vi) до U (iv) и осаждать U (iv) в виде оксида урана (рукопись представлена).
Уранинит, образованный смешанными культурами в инкубированном природном осадке, а также чистыми культурами Desulfosporosinus spp., Был охарактеризован с помощью ПЭМ высокого разрешения (рис. 1а). Кристаллы уранинита имеют диаметр менее 3 нм и имеют дискретный вид (рис.1а, вставка) и агрегированных частиц, а также в виде покрытий частиц на поверхности бактериальных клеток (рис. 1б). Многие кристаллические частицы были менее 1,5 нм в диаметре (рис. 1c), и наши изображения показали, что присутствовали даже более мелкие частицы (результаты не показаны).
Рис. 1. Характеристика наночастиц биовосстановленного уранинита (UO 2 ).a, Изображение с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) флокулированных наночастиц UO 2 , связанных с Desulfosporosinus spp.бактерии (стрелка). Вставка, ПЭМ-изображение изолированных частиц с высоким разрешением. b, ПЭМ-изображение поверхности клетки Desulfosporosinus , покрытой наночастицами UO 2 (размер 1,5–2,5 нм). c, Одиночная частица уранинита (диаметром около 1,3 нм). d, Величина преобразования Фурье (FT) данных тонкой структуры поглощения рентгеновских лучей (XAFS), полученных для осадка, и модель наилучшего соответствия. R , радиальное расстояние (без поправки на сдвиг электронной фазы).На вставке — действительная часть преобразования Фурье. R e , действительная часть преобразованных Фурье данных. e, Рост кристаллов уранинита, образованных ориентированным присоединением отдельных наночастиц. Масштабные линейки: 0,6 мкм ( a, вставка, 2 нм), 6 нм ( b ) и 2 нм ( c , e ).
Расширенный анализ тонкой структуры рентгеновского поглощения (EXAFS) (рис. 1d) инкубированного осадка показал, что среднее координационное число U – U уранинита равно 5.6 ± 4 (по сравнению с 12 уранинитом в массе). Это подтверждает, что большая часть ионов урана в наночастицах находится на поверхности наночастиц уранинита, как и ожидалось для крошечных частиц. Структурные модели, соответствующие определенному с помощью EXAFS координационному числу, предполагают средний размер частиц около 1,5 нм, что близко к размеру мельчайших кристаллов, обнаруженных на наших ПЭМ-изображениях с высоким разрешением. Мы пришли к выводу, что бактериальное восстановление U (vi) производит частицы уранинита в диапазоне размеров, который простирается до кластеров молекулярного масштаба.
Данные EXAFS показывают, что весь U (iv) в осадке был 8-координирован кислородом, как и в основной структуре уранинита. Расстояния U – U (0,380 нм) в биогенном уранините на 0,007 нм короче, чем в массивном уранините, что означает, что может иметь место значительное смещение поверхностных ионов U (iv). Уменьшение расстояния U – U на 0,007 нм соответствует поверхностному напряжению около 4,82 Н · м -1 , что представляет собой более чем миллиардное увеличение произведения растворимости по сравнению с хорошо кристаллизованным уранинитом 4 (на основе реакция UO 2 + 2H 2 O = U 4+ + 4OH — ; фактическое значение зависит от количественной зависимости между поверхностным напряжением и поверхностной энергией).
Размер частиц биогенного уранинита в нанометровом масштабе, вероятно, влияет как на его реакционную способность, так и на перенос. Мы ожидаем, что эти кристаллы UO 2 будут подвижными в пористых отложениях и быстро повторно окисляться. С другой стороны, флокуляция должна снизить транспортный потенциал. Изображения ПЭМ показывают, что кристаллы растут из ориентированных агрегатов уранинита (рис. 1e), что в некоторых случаях может быть опосредовано внеклеточными органическими полимерами (наши неопубликованные результаты). Чтобы предсказать вероятную экологическую судьбу наночастиц UO 2 , сначала необходимо будет определить физику переноса изолированных наночастиц и наночастиц, адсорбированных на коллоидных частицах и органике, а также определить модели, связывающие кристаллизацию с кинетикой роста кристаллов, флокуляцией. кинетика и поток жидкости.
A.E.C. Выявляет размер запасов урана
Комиссия по атомной энергии сообщила, что у нее уже есть большой запас сырья, которое могло бы значительно снизить как экономические затраты, так и воздействие на окружающую среду от внедрения в девяностые годы ядерной энергетики, основанной на коммерческое использование «селекционных» растений.
В отчете о темпах ее усилий по разработке селекционера комиссия отметила, что у нее уже имеется намного больше, чем требуемый начальный запас «плодородного» урана для преобразования в ядерное плутониевое топливо на заводах-размножителях, которые предназначены для производят больше топлива, чем потребляют.
Программа селекционеров, против которой выступают многие эксперты по вопросам безопасности, экологии и экономики, и которую другие отстаивают как страховку от роста цен на энергию, является крупнейшим мероприятием правительства в области развития энергетики.
A.E.C. раскрыли, что 220 000 коротких тонн почти чистого или плодородного урана уже были созданы в качестве побочного продукта обогащения природного урана-238 для оружия и топлива для сегодняшних атомных станций.
Большая часть этого урана хранится в виде газа в канистрах, установленных рядом с перерабатывающими заводами.
Это накопленное количество, по оценкам, обеспечило бы достаточно плодородного материала для запуска 2000 селекционных заводов, каждое из которых имеет мощность 1 миллион киловатт энергии.
A.E.C. Согласно прогнозам, в 2000 г. будет работать от 124 до 232 таких станций, в зависимости от темпов роста спроса на электроэнергию в стране.
Обернутый в a Одеяло
Складываемый материал, который представляет собой почти чистый уран-238, будет помещен в так называемое одеяло вокруг активной зоны электростанции-размножителя.В топливных стержнях активной зоны атомы урана-235 и плутония-239 фактически разделятся пополам, посылая поток нейтронов к бланкету.
Многие из атомов урана-238 в бланкете захватили бы нейтроны и превратили бы плутоний-239 в ядерное топливо. Это топливо позже будет рекуперировано на заводе по переработке — вероятно, в «грязной» или радиоактивной форме, чтобы предотвратить кражу.
Поскольку плодородный материал уже накоплен, часть затрат на создание из него одеяла уже оплачена.Все экологические последствия добычи полезных ископаемых произошли.
Количество задействованного материала, 220 000 коротких тонн, намного превышает прогнозы A.E.C. в отношении пикового годового спроса на уран. Ожидается, что этот пик наступит примерно в 2000 году, а затем снизится из-за растущей приверженности производителям топлива. Накопленный уран-238 почти в 10 раз превышает спрос на уран, ожидаемый в 1980 году.
Однако скорость, с которой можно было бы использовать накопленный плодородный уран-238, будет зависеть от наличия урана-235 и плутония-239 в качестве топлива для активной зоны. .
Плутоний будет получен при переработке отработавшего топлива современных атомных электростанций. Уран-235 будет поступать с заводов по обогащению, таких как три огромных завода в Теннесси, Кентукки и Огайо. Плодородный уран 238 является побочным продуктом их деятельности.
Количество плодородного урана, уже находящегося в государственных арсеналах, держалось в секрете до конца прошлого года, по-видимому, потому, что эту цифру можно было использовать для оценки количества материала, созданного Соединенными Штатами для ядерного оружия.
Цифра была впервые обнародована в отчете, подготовленном группой под руководством Милтона Кляйна, который 31 декабря вышел на пенсию с должности помощника генерального директора A.E.C. В отчете говорится, что потенциальная нехватка мощностей по добыче и переработке урана может вынудить свернуть строительство ядерной энергетики уже в конце 1980-х, если не будет разработан коммерческий завод-размножитель.
Группа г-на Кляйна утверждала, что тип размножителя, разрабатываемый в Соединенных Штатах и нескольких других странах, который охлаждается расплавленным натрием, «будет производить электричество по стоимости, относительно не зависящей от стоимости урана.”
Они сказали, что это произошло из-за наличия огромных запасов плодородного материала.
Диоксид урана — обзор
NuScale: небольшой модульный реактор PWR
NuScale разработала небольшой модульный реактор с водой под давлением (PWR), и эта технология может стать одним из первых развернутых реакторов. В конструкции NuScale используется базовая технология PWR: обычный водяной теплоноситель, топливо из диоксида низкообогащенного урана (НОУ), оболочка из сплава циркония, и они работают при аналогичных температурах и давлениях.Однако первый реактор NuScale имеет множество конструктивных новшеств (https://www.nuscalepower.com/technology). Например, в нем используется так называемая интегрированная конструкция, в которой все компоненты теплоносителя первого контура находятся внутри корпуса высокого давления, а теплоноситель первого контура отводит энергию деления путем естественной циркуляции. Такой подход к проектированию исключает использование первичных насосов, клапанов, внешних трубопроводов и резервуаров, что повышает надежность установки, а также снижает затраты на строительство и техническое обслуживание.Корпус реактора расположен ниже уровня земли в бассейне с водой. Вода служит нескольким целям, включая пассивное охлаждение защитной оболочки и отвод остаточного тепла. То есть бассейн обеспечивает теплоотвод, способный поглощать все остаточное тепло, производимое полностью зрелым сердечником, в течение более 30 дней.
Каждый блок имеет мощность 60 МВт вместо 1000 МВт современных коммерческих реакторов. Относительно небольшая мощность на единицу имеет важные преимущества в плане безопасности (Ingersoll, 2021) и позволяет использовать модульную конструкцию.Каждый корпус реактора NuScale имеет диаметр 2,7 м, высоту 20 м и вес 590 метрических тонн. Модуль реактора будет сборным, доставлен железнодорожным вагоном, баржей или специальными грузовиками и собран на месте. Ожидается, что время строительства электростанции NuScale будет намного меньше, чем у обычных LWR.
NuScale делает ставку на то, что сходство с существующими технологиями означает, что они смогут использовать множество существующих цепочек поставок, и им не нужно будет приобретать материалы или топливо, недавно прошедшие квалификацию, что может занять много времени и денег.Точно так же база знаний для защиты ядерных материалов от распространения должна применяться к конструкции NuScale.
Исторически сложилось так, что строительство атомной электростанции было адаптировано к конкретному объекту, все строилось на месте, а многие элементы были перепроектированы и адаптированы для конкретной установки станции. В Соединенных Штатах и Западной Европе этот подход оказался очень медленным и дорогостоящим. Дизайн NuScale позволит избежать этой ловушки, поскольку все компоненты установки будут изготовлены на заводе и отправлены на место для сборки, хотя строительные работы по-прежнему будут зависеть от конкретной площадки, что может оказаться бременем времени и затрат (https: // www .nuscalepower.com/technology/fabrication-and-assembly). При большом количестве заводских заказов такой заводской подход должен снизить затраты и улучшить обучение и контроль качества.
Как уже говорилось, отслеживание нагрузки, вероятно, станет все более важным в энергосистеме с низким содержанием углерода. План по установке нескольких блоков на одном объекте обеспечивает детализированность выходной мощности. «Полная комплектация» — это двенадцать блоков по 60 МВт, что составляет электростанцию мощностью 720 МВт. Отдельные модули могут включаться или отключаться через ~ 1 день.Для более быстрого изменения мощности отдельные блоки могут быть увеличены или уменьшены, а для очень быстрых изменений они могут выполнить стратегию обхода пара. Неясно, будут ли эти подходы экономичными — это в конечном итоге будет зависеть от рынка и операционных затрат. Вместо изменения мощности тепло можно было бы направить на производственные процессы. Насколько хорошо это работает и насколько финансово жизнеспособным может быть этот подход, будет изучено Министерством энергетики США.
Поскольку модули независимы, их можно приобретать по отдельности или сериями, что может упростить финансирование.Стоимость отдельного модуля будет намного меньше, чем 12 за один раз, поэтому общий финансовый риск ниже, что могло бы позволить более высокие ставки по кредитам. Сочетание более низких капитальных затрат и лучших условий ссуды означает, что более мелким компаниям будет легче купить реактор. Дополнительные модули могут быть добавлены после того, как первый или несколько уже работают и приносят доход, что снова снижает финансовый риск и упрощает их покупку.
NuScale делает ставку на то, что сходство с существующей технологией LWR означает, что их конструкцию будет легче лицензировать и регулировать, поскольку NRC знаком с LWR.По-прежнему оставались серьезные различия, такие как использование одной диспетчерской для размещения до 12 модулей и сокращение зоны аварийного планирования (ЗЭП) до границы площадки, а не 10 миль. Наличие одной операционной повысит операционную эффективность и сократит количество фиксированных операций по эксплуатации и обслуживанию. Небольшой размер установки означает, что естественная конвекция может использоваться в чрезвычайных ситуациях для отвода остаточного тепла, а установки очень надежны, поэтому чрезвычайные ситуации никогда не выходят за пределы территории. NuScale подала заявку на сертификацию конструкции в январе 2017 года, а окончательный отчет об оценке безопасности был завершен и утвержден в сентябре 2020 года (https: // www.nrc.gov/reactors/new-reactors/smr/nuscale/review-schedule.html).
NuScale — это не только первый реактор нового типа, получивший сертификацию конструкции, но и в принципе у него уже есть заказчик. Компания Utah Associated Municipal Power Systems (UAMPS) планирует разместить 12 модулей в Национальной лаборатории Айдахо. Министерство энергетики предоставляет соответствующие средства для подготовки площадки и подачи заявки на комбинированную лицензию на эксплуатацию. Сначала планировалось, что UAMPS проголосует за окончательное уведомление о продолжении строительства в 2023 году с планами по вводу в эксплуатацию первой станции NuScale к 2026 году, но к августу 2020 года этот план был отложен до 2030 года и стал условным. после предоставления Министерством энергетики США 1 доллара США.4 B для компенсации растущих затрат (Cho, 2020; https://www.
