Размеры урана: Размеры Урана

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.

---

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 4

3=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.

Так как Уран состоит из довольно легких элементов, то его масса не столь велика, хотя, конечно, она больше земной. Масса урана оценивается в 8,68•10²⁵ кг, то есть в 14,5 земных масс.

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

Планеты-гиганты — урок. География, 5 класс.

Планеты-гиганты:

• находятся дальше от Солнца;
• состоят из веществ в газообразном и жидком состояниях;
• имеют большие размеры;
• обладают большим количеством спутников;
• все они имеют кольца;
• быстро вращаются вокруг своей оси.

 

Юпитер — самая большая планета Солнечной системы. Если сложить массы всех остальных планет, то масса Юпитера всё равно окажется больше. Белые полосы на Юпитере — это длинные слои облаков, которые опоясывают планету.

 

Большое Красное Пятно — самый примечательный объект на Юпитере. Оно было открыто ещё в \(1665\) году. Учёные считают что это огромный антициклон, который постоянно вращается в верхних слоях атмосферы Юпитера. Пятно за время наблюдений не раз меняло размеры, цвет, перемещалось в разные стороны, а иногда и вовсе исчезало.

 

Кольцо планеты узкое и состоит из мелких пылинок. У Юпитера больше всего спутников — \(69\). Самый крупный спутник Юпитера также является самым большим среди спутников всех остальных планет Солнечной системы — это Ганимед.

 

Галилеевы спутники Юпитера — \(4\) наиболее крупных спутника, открытые Галилео Галилеем в \(1610\) году. Слева направо, в порядке удаления от Юпитера: Ио, Европа, Ганимед, Каллисто.

Диаметр Юпитера — около \(140\) тыс. км. Год на планете длится около \(12\) земных лет, около своей оси Юпитер оборачивается менее чем за \(10\) часов. Среднее расстояние до Солнца — \(778\) млн км. Чтобы достичь Юпитера на космическом корабле, понадобится почти \(2\) года.

 

Планета названа в честь главного римского бога — Юпитера.

 

Юпитер — в древнеримской мифологии бог неба, дневного света, грозы, отец богов, верховное божество римлян.

 

Сатурн — необычная планета, окружённая красивыми кольцами, которые образуются системой тонких колечек. По мнению учёных, кольца состоят изо льда.

 

Температура на Сатурне — \(–\)\(170\) °С.

 

Диаметр Сатурна — около \(120\) тыс. км. Год на планете равен почти \(30\) земным годам, а продолжительность суток такая же, как и на Юпитере. Расстояние до Солнца — \(1427\) млн км.

 

 

У Сатурна известно \(62\) естественных спутника с подтверждённой орбитой. Большинство спутников имеет небольшие размеры и состоит из каменных пород и льда. Они очень светлые, имеют высокую отражательную способность. Самый большой из спутников — Титан.

 

Сатурн — один из древнейших древнеримских богов, бог земли и посевов. Символом Сатурна был серп, знак земледелия.

 

Уран — планета Солнечной системы, седьмая по удалённости от Солнца, третья по диаметру и четвёртая по массе. Уран — первая планета, открытая с помощью телескопа. Это было сделано в \(1781\) году английским астрономом Уильямом Гершелем. Названа планета в честь греческого бога неба Урана.

 

Уран — в древнегреческой мифологии олицетворение неба, супруг Геи (земли), относится к самому древнему поколению богов.

Уран — планета зеленоватого цвета. Кольца её состоят из мелкой пыли и твёрдых тёмных частичек. Температура верхнего слоя — \(–\)\(217\) °С.

 

Диаметр Урана — \(51\) тыс. км. Время вращения вокруг Солнца — \(84\) земных года, вокруг своей оси — \(17\) часов. Расстояние от Урана до Солнца равно \(2871\) млн км.

 

В системе Урана открыто \(27\) естественных спутников. Названия для них выбраны по именам персонажей произведений Уильяма Шекспира и Александра Поупа. Можно выделить пять основных, самых крупных, спутников: это Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон.

 

Сравнительные размеры Урана и шести его самых больших спутников. Слева направо: Пак, Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон

 

Нептун — восьмая планета Солнечной системы. Нептун также является четвёртой по диаметру и третьей по массе планетой. Нептун стал первой планетой, открытой благодаря математическим расчётам, а не путём регулярных наблюдений, и лишь позднее, в \(1846\) г., его удалось обнаружить с помощью телескопа.

 

Температура верхнего слоя Нептуна — \(–\)\(214\) °С. Диаметр планеты — \(49,5\) тыс. км. Расстояние до Солнца — \(4497\) млн км. Время вращения вокруг Солнца составляет почти \(165\) земных лет, вокруг своей оси — около \(16\) часов.

 

 

В настоящее время известно \(14\) спутников Нептуна. Крупнейший спутник Нептуна Тритон был открыт английским астрономом Уильямом Ласселом в \(1846\) году, всего через \(17\) дней после открытия планеты.

 

Планета была названа в честь римского бога морей. Её астрономический символ — стилизованная версия трезубца Нептуна.

 

 

Нептун — в древнеримской мифологии бог морей и потоков. Один из древнейших римских богов. Позднее был отождествлён с греческим богом Посейдоном.

Плутон — планета-карлик

 

Плутон — крупнейшая известная карликовая планета Солнечной системы, открытая в \(1930\) году. До \(2006\) г. его считали \(9\) планетой. На ассамблее Международного астрономического союза Плутон был исключён из списка планет и причислен к малым небесным телам Солнечной системы.

 

Один полный оборот Плутона вокруг Солнца составляет около \(250\) оборотов Земли. Он ещё не совершил полного оборота с момента своего открытия.

 

В настоящее время у Плутона известно \(5\) спутников: самый большой спутник Харон, а также четыре малых спутника: Гидра, Никта, Кербер и Стикс.

 

Плутон — в древнегреческой и римской мифологии одно из имён бога подземного царства и смерти.

Уран оказался властелином горячих «темных» колец, заявляют астрономы

https://ria.ru/20190621/1555796941.html

Уран оказался властелином горячих «темных» колец, заявляют астрономы

Уран оказался властелином горячих «темных» колец, заявляют астрономы — РИА Новости, 21.06.2019

Уран оказался властелином горячих «темных» колец, заявляют астрономы

Кольца Урана оказались крайне необычными по составу и облику – они сложены из очень темных, «горячих» и достаточно крупных фрагментов водяного льда и других… РИА Новости, 21.06.2019

2019-06-21T17:00

2019-06-21T17:00

2019-06-21T17:00

наука

астрономия

сша

космос — риа наука

alma

планеты

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdn25.img.ria.ru/images/155579/31/1555793198_0:21:609:364_1920x0_80_0_0_667f4c672e64182a9c72485b29a893c5.jpg

МОСКВА, 21 июн – РИА Новости. Кольца Урана оказались крайне необычными по составу и облику – они сложены из очень темных, «горячих» и достаточно крупных фрагментов водяного льда и других замороженных летучих веществ. Об этом свидетельствуют их инфракрасные снимки, опубликованные в Astronomical Journal.Седьмая планета Солнечной системы была открыта в 1781 году английским астрономом Уильямом Гершелем и названа в честь греческого бога неба Урана. Ее ось вращения наклонена к плоскости орбиты на 97,8 градуса, из-за чего большую часть года у ее полюсов царит либо полярный день, либо полярная ночь. Ни одна другая планета не вращается подобным образом.На этом странности Урана не заканчиваются — его магнитные и географические полюса сдвинуты относительно друг друга на 60 градусов, причем они меняются местами каждый земной день. Вдобавок, температура ядра и недр Урана оказалась неожиданно низкой, и они почти не выбрасывает тепла в окружающий космос, что не характерно для четырех других газовых гигантов.Все эти странности, как сейчас предполагают планетологи, связаны с тем, что в его недрах существует океан из очень густого рассола, а также с тем, что новорожденный Уран столкнулся с другими зародышами планет в первые мгновения своего существования. Это развернуло его часть протопланетного диска и привело к формированию причудливой системы лун, чьи орбиты повернуты в «неправильную» сторону.Ученые давно пытаются разгадать загадки космического «бога неба», однако пока многие из них остаются тайной для нас из-за того, что Уран, в отличие от Юпитера и Сатурна, изучал лишь один космический аппарат, «Вояджер-2». Этот зонд пролетел мимо него в 1986 году, получил первые детальные фотографии его колец и открыл две новых полосы из газа и пыли, которые оставались невидимыми для наблюдателей на Земле.В последующие годы астрономы неоднократно пытались изучить их структуру и раскрыть историю рождения, используя как мощные наземные обсерватории, так и орбитальный телескоп «Хаббл». Эти наблюдения помогли им открыть еще два кольца, однако их точный состав, температура и свойства оставались неизвестными для планетологов.Как это часто бывает, Мольтер и его коллеги совершенно случайно получили первые подробные данные по структуре колец Урана, их составу, массе, плотности и другим свойствам, экспериментируя с микроволновым телескопом ALMA и его оптическим «кузеном» VLT.Объединяя снимки, полученные этими обсерваториями, ученые пытались повысить четкость фотографий Урана. Вместо этого они неожиданно увидели очень четкие изображения крупнейших колец «бога неба», что позволило планетологам детально проанализировать их свойства.»Кольца Урана очень сильно отличаются от того, как выглядят аналогичные структуры на орбите Сатурна. И в оптическом, и в инфракрасном диапазоне они заметно темнее – они имеют почти угольно-черный окрас. Вдобавок, они заметно уже – самое широкое из них протянулось всего на 20-100 километров, что в тысячи раз меньше, чем у колец Сатурна», — продолжает Мольтер.Помимо этого, ученые смогли точно измерить температуру колец и размеры частиц в нем. Они оказались достаточно теплыми – их частицы нагреты до примерно 77 градусов Кельвина, что почти в полтора раза выше, чем температура верхних слоев атмосферы Урана.Планетологи связывают это с двумя вещами – медленным характером вращения колец и тем, что они состоят из крупных частиц, чьи размеры превышают сантиметр. В этом отношении Уран еще раз оказался «белой вороной» по сравнению с другими газовыми гигантами, чьи кольца состоят в основном из пыли и мелких льдинок.Пока, как отмечает Мольтер, эти изображения не позволяют понять, сформировались ли эти кольца недавно, как предполагают многие астрономы, или же они родились 4,5 миллиарда лет назад вместе с Ураном и его спутниками. Новые, более детальные снимки с ALMA помогут ученым рассмотреть отдельные кольца и приблизиться к получению ответа на этот вопрос.

https://ria.ru/20170626/1497311716.html

https://ria.ru/20180703/1523841583.html

сша

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2019

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdn24.img.ria.ru/images/155579/31/1555793198_0:0:609:457_1920x0_80_0_0_356fe2be6ece9ec677cc7f2e5961c99a.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

астрономия, сша, космос — риа наука, alma, планеты

МОСКВА, 21 июн – РИА Новости. Кольца Урана оказались крайне необычными по составу и облику – они сложены из очень темных, «горячих» и достаточно крупных фрагментов водяного льда и других замороженных летучих веществ. Об этом свидетельствуют их инфракрасные снимки, опубликованные в Astronomical Journal.

«Эти фотографии стали для нас большим достижением, учитывая то, какие инструменты были в нашем распоряжении. Я просто пытался увидеть планету с максимальным качеством, и на первых же снимках я увидел кольца. Это было просто потрясающе», — рассказывает Эдвард Мольтер (Edward Molter) из университета Калифорнии в Беркли (США).

Седьмая планета Солнечной системы была открыта в 1781 году английским астрономом Уильямом Гершелем и названа в честь греческого бога неба Урана. Ее ось вращения наклонена к плоскости орбиты на 97,8 градуса, из-за чего большую часть года у ее полюсов царит либо полярный день, либо полярная ночь. Ни одна другая планета не вращается подобным образом.

На этом странности Урана не заканчиваются — его магнитные и географические полюса сдвинуты относительно друг друга на 60 градусов, причем они меняются местами каждый земной день. Вдобавок, температура ядра и недр Урана оказалась неожиданно низкой, и они почти не выбрасывает тепла в окружающий космос, что не характерно для четырех других газовых гигантов.

26 июня 2017, 15:51НаукаПолюса Урана меняются местами каждый день, выяснили астрономы

Все эти странности, как сейчас предполагают планетологи, связаны с тем, что в его недрах существует океан из очень густого рассола, а также с тем, что новорожденный Уран столкнулся с другими зародышами планет в первые мгновения своего существования. Это развернуло его часть протопланетного диска и привело к формированию причудливой системы лун, чьи орбиты повернуты в «неправильную» сторону.

Ученые давно пытаются разгадать загадки космического «бога неба», однако пока многие из них остаются тайной для нас из-за того, что Уран, в отличие от Юпитера и Сатурна, изучал лишь один космический аппарат, «Вояджер-2». Этот зонд пролетел мимо него в 1986 году, получил первые детальные фотографии его колец и открыл две новых полосы из газа и пыли, которые оставались невидимыми для наблюдателей на Земле.

В последующие годы астрономы неоднократно пытались изучить их структуру и раскрыть историю рождения, используя как мощные наземные обсерватории, так и орбитальный телескоп «Хаббл». Эти наблюдения помогли им открыть еще два кольца, однако их точный состав, температура и свойства оставались неизвестными для планетологов.

Как это часто бывает, Мольтер и его коллеги совершенно случайно получили первые подробные данные по структуре колец Урана, их составу, массе, плотности и другим свойствам, экспериментируя с микроволновым телескопом ALMA и его оптическим «кузеном» VLT.

Объединяя снимки, полученные этими обсерваториями, ученые пытались повысить четкость фотографий Урана. Вместо этого они неожиданно увидели очень четкие изображения крупнейших колец «бога неба», что позволило планетологам детально проанализировать их свойства.

«Кольца Урана очень сильно отличаются от того, как выглядят аналогичные структуры на орбите Сатурна. И в оптическом, и в инфракрасном диапазоне они заметно темнее – они имеют почти угольно-черный окрас. Вдобавок, они заметно уже – самое широкое из них протянулось всего на 20-100 километров, что в тысячи раз меньше, чем у колец Сатурна», — продолжает Мольтер.

Помимо этого, ученые смогли точно измерить температуру колец и размеры частиц в нем. Они оказались достаточно теплыми – их частицы нагреты до примерно 77 градусов Кельвина, что почти в полтора раза выше, чем температура верхних слоев атмосферы Урана.

Планетологи связывают это с двумя вещами – медленным характером вращения колец и тем, что они состоят из крупных частиц, чьи размеры превышают сантиметр. В этом отношении Уран еще раз оказался «белой вороной» по сравнению с другими газовыми гигантами, чьи кольца состоят в основном из пыли и мелких льдинок.

Пока, как отмечает Мольтер, эти изображения не позволяют понять, сформировались ли эти кольца недавно, как предполагают многие астрономы, или же они родились 4,5 миллиарда лет назад вместе с Ураном и его спутниками. Новые, более детальные снимки с ALMA помогут ученым рассмотреть отдельные кольца и приблизиться к получению ответа на этот вопрос.

3 июля 2018, 12:46НаукаУченые выяснили, что заставило Уран стать «лежебокой»

Планета Уран. Основные сведения о Уране. Атмосфера и поверхность Урана.

Подробно:

---

© Владимир Каланов,
сайт «Знания-сила».

Планета Уран

Уран — седьмая по расстоянию от Солнца планета Солнечной системы. Среднее расстояние Урана от Солнца составляет 2896,6 млн. км. Уран — крупная планета. Он относится к группе газообразных гигантов. Диаметр экватора планеты по уровню облаков равен 51200 км. У полюсо́в Уран сплюснут незначительно, поэтому диск Урана в телескоп виден как почти правильный круг с зеленовато-голубым оттенком. Объём Урана в 62,2 раза больше объёма Земли, а его масса больше земной только в 14,5 раза, потому что плотность вещества Урана небольшая, в среднем около 1,29 г/см³. Поэтому сила тяготения на Уране почти равна земной.

При хорошем зрении Уран можно увидеть на безоблачном ночном небе даже невооруженным глазом. Но если кому-то такая редкая возможность представится, то он увидит крошечный диск по светимости не выше звезды 6-й величины. Такая возможность скорее теоретическая, чем практическая, потому что Уран — очень далёкая планета.

Со времени открытия Урана в 1781 году и до момента посещения окрестностей планеты автоматической станцией «Вояджер-2» в 1986 году, т.е. в течение 205 лет знания астрономов об этой планете, кроме факта её существования, содержали только приблизительные сведения о её размерах, форме, составе атмосферы и траектории движения. Поэтому сразу оговоримся, что все приводимые в этой статье данные о строении, составе, физических сво́йствах, климатических условиях, особенностях движения Урана, а также сведения о его спутниках стали известны только после полёта «Вояджера-2». Результаты исследований, проведенных этим аппаратом, по праву считаются вторым открытием Урана. «Вояджер-2» стартовал 20 августа 1977 года с мыса Кана́верал (штат Флорида, США) и почти через 9 лет достиг окрестностей Урана. 24 января 1986 года «Вояджер-2» пролетел на расстоянии 81500 км от Урана (от поверхности облаков) со скоростью 46000 км/ч (13 км/с).

• В течение всего нескольких часов, пока длился пролёт «Вояджера-2» около Урана, на Землю поступил большой объём информации, которая стала основой современных знаний об этой планете.

Полёт «Вояджера-2» был спланирован в тот период, когда планеты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун расположились в пространстве почти на одной прямой, если смотреть с Земли. Такой феноменальный «парад планет» происходит один раз в 200 лет. Смелый до дерзости план специалистов НАСА состоял в том, чтобы за один полёт космического аппарата исследовать сразу четыре планеты. И этот план был успешно реализован. Покинув окрестности Урана, аппарат «Вояджер-2» через три с половиной года, в августе 1989 года, достиг планеты Нептун, пролетев над её северным полюсом на высоте всего 4500 км. Пролетая вблизи Юпитера и Сатурна, аппарат выполнил разгонные маневры, получив ускорение от гравитационных полей обеих этих планет. При отсутствии этих импульсов ускорения путь «Вояджера-2» до Урана вместо 9 лет продолжался бы около 30 лет.

И последнее в связи́ с миссией «Вояджера-2». В очередной раз планеты-гиганты построются для «парада» приблизительно только в 2185 году. До этого далёкого срока люди вряд ли смогут исследовать дальние планеты (Уран и Нептун) с помощью автоматических межпланетных аппаратов. Эти планеты находятся на таких огромных расстояниях от Земли, что без использования «эффекта пращи», т.е. без гравитационного разгона около Юпитера и Сатурна. Существующие в настоящее время ракетные системы не смогут дать аппарату необходимый импульс на старте, да и топлива не хватит для маневров на колоссальной по протяженности траектории движения к Урану или Нептуну.

Однако утверждать категорически это нельзя. Технический прогресс развивается на Земле стремительно, и вполне возможно, что в недалёком будущем появятся более мощные и надёжные средства исследования самых далёких планет и других космических объектов.

Атмосфера Урана достаточно плотная и состоит из молекулярного водорода (84%), гелия (14%), метана (2%) и незначительного количества окиси углерода, ацетилена и азота. Общий зеленовато-голубой оттенок атмосферы объясняется тем, что лучи красной части спектра поглощаются метаном, содержащимся в атмосфере. Высота атмосферного слоя оценивается примерно в 7000 км.

Температурный профиль тропосферы и нижней стратосферы Урана

На основании теоретических расчетов считается, что водные облака могут
находиться в промежутке с давлением от 50 до 100 бар, облака гидросульфида аммония — в диапазоне 20-40 бар, облака аммиака и сероводорода,
представляющие основной облачный слой, — в диапазоне 3-10 бар, метана — в диапазоне 1-2 бар.

Уран движется по своей орбите на очень большом (почти 3 млрд. км.) среднем расстоянии от Солнца и, естественно, получает очень мало солнечного тепла. Даже на дневной, освещенной стороне планеты температура постоянно не превышает в среднем 80° К (около минус 200°C). Тропосфера — самая нижняя и самая плотная часть атмосферы — характеризуется уменьшением температур с высотой. Температура падает от 320 К в самом начале тропосферы (на глубине в 300 км) до 53 К на высоте в 50 км.

Верхняя часть тропосферы закрыта слоем облаков. В этой части атмосферы находится слой, содержащий наибольшее, по сравнению с другими, более низкими частями атмосферы, количество метана, окиси углерода и азота. Давление здесь находится в пределах 1 — 2 бар.

Как мы увидим далее, природа распорядилась так, что за один оборот Урана вокруг Солнца оба полушария планеты в течение почти двадцати земных лет непрерывно попеременно освещены Солнцем или погружены в холодную тьму ночи. Логично предположить, что на «дневной» и «ночной» территориях разность температур должна быть если не огромной, то, во всяком случае, существенной. Но Уран человеческой логике не подчиняется. Оказалось, что разница температур на «дневной» и «ночной» сторонах планеты очень незначительная. Это стало одним из сюрпризов, которые Уран преподнёс астрономам. После таких фактов не кажется удивительным, что в верхней части атмосферы Урана над освещённым полушарием температура над различными районами от полюса до экватора практически одинакова, колебания составляют всего 4°C (от минус 208 до минус 212°C). Значит, на планете действует какой-то, пока неясный, механизм переноса тепла от более нагретых областей к менее нагретым.

Фото в условных цветах, позволяющее дифференцировать циркуляции атмосферных потоков.

В средних широтах с запада на восток дуют сильные ветры, часто с ураганной скоростью до 550-600 км/ч. В нижних широтах ветры слабее, до 350 км/ч, и дуют они вдоль экватора в обратном направлении. Судя по снимкам, переданным «Вояджером-2» и сделанным с Земли с помощью телескопов, ураганы на Уране бушуют непостоянно, временами атмосфера затихает, а потом снова «просыпается», создавая вихри и приводя в движение облака́ и более низкие слои. Возможно, это объясняется невысоким уровнем энергии внутренних источников тепла на планете. Считается, что только 30% тепла выделяется из недр планеты, остальные 70% приносит солнечная радиация. Но это очень немного. Для сравнения укажем, что Уран получает от Солнца примерно в 400 раз меньше тепла, чем Земля.

Понятие поверхности для Урана, как и для других газообразных планет, строго говоря, неприменимо. В качестве поверхности мы обычно воспринимаем верхний облачный слой атмосферы. Существует ли на Уране что-либо наподобие земной тверди, об этом можно только гадать и строить гипотезы. Думается однако, что такое занятие не очень продуктивно.

© Владимир Каланов,
«Знания-сила»

Уважаемые посетители!

У вас отключена работа JavaScript. Включите пожалуйста скрипты в браузере, и вам откроется полный функционал сайта!

Уран. Почему нам пора отправляться к этой планете

• Ричард Холлингэм
• для BBC Future

4 сентября 2014

Автор фото, SPL

До сих пор маршруты межпланетных экспедиций пролегали в стороне от Урана. Ситуация может измениться, пишет корреспондент BBC Future, если проект полета к далекому ледяному гиганту с токсичной атмосферой получит официальное одобрение.

За десятилетия изучения космоса Уран никогда не пользовался особо пристальным вниманием космических агентств – при планировании межпланетных полетов его неизменно обходили стороной. Земля отправляла экспедиции на Меркурий, Марс, Венеру, Сатурн и Юпитер. Даже к Плутону, который лишился статуса планеты восемь лет назад, прямо сейчас летит автоматический зонд. Уран же лишь раз удостоился мимолетного визита – в 1986 г. мимо него прошел аппарат Voyager 2 на пути к границам Солнечной системы.

Необычная планета

Такое невнимание к Урану несправедливо. В действительности это одна из наиболее интересных и удивительных среди известных нам планет.

«Уран отличается от других планет Солнечной системы, — говорит Ли Флетчер, научный сотрудник Оксфордского университета. – Он относится к одному из самых необычных типов небесных тел».

Уран в 60 раз превосходит Землю по размерам. Он представляет собой массу токсичных газов, таких как метан, аммиак и сероводород, сконцентрированных вокруг небольшого каменного ядра.

«На поверхности газовых планет, подобных Урану, не найти ни твердой почвы, ни жидкости, — объясняет Флетчер. – Там не существует четких границ между состояниями материи – по мере продвижения вглубь планеты вещество постепенно переходит от газообразного состояния к жидкому, а затем — к некоему подобию твердого тела».

Зима длиной в 42 года

Вокруг Урана обращаются 26 небольших спутников. У него имеется система из нескольких колец (менее эффектных, чем у Сатурна), а также слабая магнитосфера. Еще одной особенностью Урана является то, что он «лежит на боку». Всем планетам Солнечной системы свойственно некоторое отклонение оси вращения от плоскости орбиты – на Земле, например, эффект от такого отклонения наблюдается в виде смены времен года. У Урана же ось вращения ориентирована почти точно на Солнце. По словам Флетчера, это очень необычно.

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

Уран (второй слева, на фоне Юпитера) в 60 раз больше нашей планеты

«Вообразите мир, в котором зима длится 42 земных года, в течение которых Солнце ни разу не восходит над горизонтом, — говорит он. – При этом часть атмосферы не нагревается десятилетиями, что может привести к очень любопытным изменениям в ее свойствах».

Флетчер входит в состав международной научной группы, которая полагает, что Уран слишком долго был обделен вниманием. Команда включает ученых и инженеров из Европы, США и ряда других стран, в том числе — Японии. Они работают над проектом стоимостью 600 млн долларов, который собираются представить на рассмотрение Европейского космического агентства (ЕКА).

Суть предложения заключается в том, чтобы в ближайшие 10 лет отправить к Урану автоматическую станцию. Аппарат должен будет провести исследования атмосферы и магнитосферы планеты, а также сделать детальные снимки ее поверхности.

Кроме того, ученые собираются сравнить атмосферу Урана, представляющую собой «законсервированную» смесь газов, с атмосферами Земли и Юпитера в надежде получить более полное представление о том, в каких условиях произошло формирование Солнечной системы.

Автор фото, Getty

Подпись к фото,

Уран лишь раз удостоился мимолетного визита – в 1986 г. мимо него прошел аппарат Voyager 2

«Информация об Уране – один из недостающих элементов в нашем знании об образовании Вселенной, — говорит Флетчер. – Изучение структуры Урана, анализ состава его атмосферы и протекающих в ней процессов помогли бы нам составить более полную картину того, как возникают планеты».

Он добавляет: «Если мы не до конца понимаем принципы формирования планет в Солнечной системе, вряд ли нам удастся понять, как это происходит в других зведных системах».

Трудная задача

Почему же за всю историю космических исследований только одна экспедиция наведалась к Урану, да и то мимоходом? Причина проста — до него чрезвычайно трудно добраться.

Начать с того, что планета находится почти в 3 млрд км от Солнца, то есть в 20 раз дальше, чем Земля. При нынешнем уровне развития земных технологий любому космическому аппарату понадобится до 15 лет, чтобы долететь до Урана.

Учитывая, что на таком расстоянии энергия Солнца очень слаба, вместо солнечных батарей придется использовать источник ядерной энергии, который сложнее спроектировать и эксплуатировать.

На таком удалении аппарата от Земли возникнет и проблема с передачей и получением данных. Что выбрать – огромную антенну-тарелку на внешней поверхности станции или гигантский приемопередатчик на Земле? Или и то, и другое?

Автор фото, SPL

Подпись к фото,

Уран (на рис. третий справа) находится почти в 3 млрд км от Солнца, то есть в 20 раз дальше, чем Земля.

Еще одно серьезное препятствие – необходимость обеспечить постоянную работу центра управления экспедицией (включая группы специалистов, отвечающих за стадию полета и собственно за изучение Урана) в течение 10 или более лет от старта до прибытия на место.

И ведь мы еще даже не начали обсуждать бортовое оборудование экспедиции.

«Растущий энтузиазм»

Несмотря на то, что космические агентства рассматривают экспедицию на Уран в числе приоритетных, предыдущие подобные проекты, предложенные на рассмотрение ЕКА и американского НАСА, так и не были воплощены в жизнь – включая проект Uranus Pathfinder («Исследователь Урана»), разработанный европейскими учеными в 2010 г. Где гарантия того, что нынешнее предложение ожидает успех?

«В 2010-м мы представили слегка сырой план экспедиции», — признается Крис Эрридж из Университетского колледжа Лондона, один из руководителей нынешнего проекта. Он отвечает на мои вопросы из Вашингтона, где находится на совещании по планированию будущей экспедиции.

«На этот раз у нас есть четкое понимание того, какие эксперименты мы собираемся проводить и какое оборудование для этого необходимо», — говорит он.

Детально проработанное предложение по экспедиции к Урану необходимо отправить в ЕКА до января 2015 г. «Нам предстоит гигантский объем работ: необходимо продумать все аспекты, от того, какую ракету-носитель использовать, до выбора орбиты вокруг Урана и приборов, которые нужно установить на аппарат, — говорит Эрридж. — Но мы отмечаем растущий энтузиазм по поводу нашего проекта».

Даже если ЕКА одобрит проект, станция будет запущена не раньше 2020 г. и достигнет Урана в середине 2030-х. И все же для Флетчера это все равно будет означать реализацию заветной мечты. «Сейчас мне 30 с небольшим лет, — говорит он. – Надеюсь, когда станция долетит до Урана, я по-прежнему буду заниматься космическими исследованиями – просто мне к тому времени стукнет уже 60 с чем-то».

Он подчеркивает: «Эпоха планетарных исследований не окончена. Люди продолжают работать над интересными идеями, подобными нашей».

Движение, размеры, масса Урана

Уран движется вокруг Солнца по эллиптической орбите, большая полуось которой (среднее гелиоцентрическое расстояние) в 19,182 больше, чем у Земли, и составляет 2871 млн. км. Эксцентриситет орбиты равен 0,047, то есть орбита довольно близка к круговой. Плоскость орбиты наклонена к эклиптике под углом 0,8°. Один оборот вокруг Солнца Уран совершает за 84,01 земного года. Период собственного вращения Урана составляет приблизительно 17 часов. Существующий разброс при определении значений этого периода обусловлен несколькими причинами, из которых основными являются две: газовая поверхность планеты не вращается как единое целое и, кроме того, на поверхности Урана не обнаружено заметных локальных неоднородностей, которые помогли бы уточнить длительность суток на планете.

Вращение Урана обладает рядом отличительных особенностей: ось вращения почти перпендикулярна (98°) к плоскости орбиты, а направление вращения противоположно направлению обращения вокруг Солнца, то есть обратное (из всех других больших планет обратное направление вращения наблюдается только у Венеры).

У большинства планет ось вращения почти перпендикулярна плоскости эклиптики, но ось Урана почти параллельна этой плоскости. Причины «лежачего» обращения Урана точно неизвестны. Зато в действительности существует спор: какой из полюсов Урана — северный. Разговор этот отнюдь не подобен спору о палке с двумя концами и двумя началами. То, как же на самом деле сложилась такая ситуация с вращением Урана, очень многое значит в теории возникновения всей Солнечной системы. Почти все гипотезы подразумевают вращение планет в одну сторону. Если Уран образовался, лежа на боку, то это сильно не состыкуется с догадками о происхождении нашей планетной системы. Правда, сейчас все больше полагают, что такое положение Урана — результат столкновения с большим небесным телом на ранних стадиях формирования планеты. Подобная же проблема связана и с Венерой, которая хоть и не лежит на боку, но так же вращается в обратную сторону.

Уран относят к числу планет-гигантов: его экваториальный радиус (25600 км) почти в четыре раза, а масса (8,7*10²⁵ кг) — в 14,6 раза больше, чем у Земли. При этом средняя плотность Урана (1,26 г/см³) в 4,38 раза меньше, чем плотность Земли. Относительно малая плотность типична для планет-гигантов: в процессе формирования из газово-пылевого протопланетного облака наиболее легкие компоненты (в первую очередь, водород и гелий) стали для них основным «строительным материалом», тогда как планеты земной группы включают заметную долю более тяжелых элементов.

 

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 валентной оболочки

Рассчитанные значения орбитальных радиусов валентной оболочки, R _max

Таблица: орбитальные радиусы валентной оболочки для урана.

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

Изображение, показывающее периодичность валентного s-орбитального радиуса для химических элементов в виде шариков с кодировкой размера на сетке периодической таблицы.

Ссылки

Значения R _max для валентных орбиталей нейтральных газовых элементов взяты из ссылки 1.

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 по 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

В этой таблице показаны радиусы Полинга для урана

Ион	Радиус полинга / м	Ссылка периодичности
U (I)	–

Уран Краткая информация

Краткая информация об уране

Собрание фактов об уране, DUF ₆ и инвентаризация DUF ₆ Министерства энергетики США.

За прошедшие годы Министерство энергетики получило многочисленные запросы от общественности, особенно от детей школьного возраста, которые были заинтересованы в получении дополнительной информации об инвентаризации обедненного гексафторида урана Департаментом и, в конечном итоге, о том, как правительство собирается решить эту проблему. из этого устаревшего материала. Департамент собрал следующие «забавные факты», чтобы представить в перспективе характеристики этого материала в терминах, узнаваемых из повседневной жизни.Мы надеемся, что вы найдете эти «забавные факты» интересными и заставляющими задуматься, с точки зрения понимания задач, стоящих перед Департаментом при управлении этим материалом и обеспечении его окончательного преобразования и утилизации.

Открытие урана

Уран был открыт в 1789 году немецким химиком Мартином Клапротом, который выделил оксид урана, анализируя образцы урана из серебряных рудников Иоахимсаля в бывшем Королевстве Богемия, расположенном на территории современной Чешской Республики.

Открытие деления урана

Только в 1938 году было обнаружено, что уран может расщепляться с выделением энергии, то есть деления. Этого добились Отто Хан и Фриц Штрассман.

Открытие радиоактивности урана

Анри Антуан Беккерель обнаружил радиоактивность урана в 1896 году.

DUF

₆ Сравнение веса цилиндров

Крейсер класса «Тикондерога» по весу примерно равен 706 баллонам обедненного гексафторида урана (DUF ₆ ).Потребовалось бы более 70 крейсеров, чтобы весить больше, чем запасы нации в ₆ немецких франков! Военно-морской флот владеет всего 27 крейсерами типа Ticonderoga.

DUF

₆ Сравнение веса цилиндров

7142 цилиндра DUF ₆ весит столько же, сколько авианосец класса «Нимиц». Весь инвентарь, состоящий из 57 634 баллонов, весит больше, чем все восемь авианосцев класса «Нимиц» вместе взятых!

DUF

₆ Цилиндры

Укладка 57 600 стандартных цилиндров DUF ₆ цилиндров встык из конца в конец сделали бы башню высотой 720 000 футов! Это более 136 миль в высоту!

Энергия из урана

Одна тонна природного урана может производить более 40 миллионов киловатт-часов электроэнергии.Это эквивалентно сжиганию 16 000 тонн угля или 80 000 баррелей нефти.

Выделение урана

Уран был выделен в 1841 году французским химиком Эженом Пелиго.

Наименование урана

Уран был назван в честь планеты Уран, открытой всего восемью годами ранее в 1781 году.

Природное содержание урана

Концентрация — уран занимает 48-е место среди самых распространенных элементов, обнаруженных в естественных породах земной коры.

Ядерная энергия и выбросы углерода

Атомные электростанции помогли избежать 90 процентов всех выбросов углерода в США.С. Энергетический сектор с 1981 по 1994 год.

Один фунт урана

Из одного фунта урана получится шар диаметром всего 1,3 дюйма. Сделайте знак «ОК» указательным и большим пальцами, чтобы увидеть, насколько большим будет этот мяч.

Цена урана

Цена на уран составляла примерно 10,75 долларов за фунт в начале 2003 года. К середине 2006 года цена поднялась примерно до 45 долларов за фунт. В начале 2007 года цена приближалась к 100 долларам за фунт.

Атомные электростанции США

В настоящее время работает 104 U.S. атомные электростанции, производящие более 20 процентов электроэнергии в США.

Содержание урана

Урана в 40 раз больше естественного содержания, чем серебра.

Урановый бейсбол

Мяч высшей лиги весит около 5,25 унции. Урановый бейсбольный мяч будет весить более 8,5 фунтов!

Точка горения урана

Мелкодисперсный уран легко горит на воздухе при температуре от 150 до 175 градусов Цельсия (от 300 до 350 градусов по Фаренгейту).

Плотность урана

Уран очень плотный.При 19 граммах на кубический сантиметр он в 1,6 раза плотнее свинца. Плотность увеличивает вес. Например, в то время как галлон молока весит около 8 фунтов, контейнер с ураном на галлон будет весить около 150 фунтов.

Урановое стекло

Уран использовался для окрашивания стекла почти 2 тысячелетия. Стеклянный объект цвета урана был найден недалеко от Неаполя, Италия, и датирован примерно 79 годом нашей эры.Оксид урана, добавленный в стекло, дает оттенок от желтого до зеленоватого.

Пропорции изотопа урана

Уран природного происхождения — 99.2745 процентов урана-238, при этом уран-235 (изотоп, производящий энергию) составляет около 0,720 процента, а уран-234 заполняет остаток менее 0,0055 процента.

Температура плавления урана

Уран кипит при температуре около 3818 градусов по Цельсию (около 6904 градусов по Фаренгейту).

Урановое ядро ​​

В ядре атома урана-238 содержится 92 протона и 146 нейтронов.

Объем МЭ DUF

₆ Запас

Уран, находящийся в инвентаризации Департамента DUF ₆ , если преобразовать его в металл, получился бы куб примерно 30 метров (около 95 футов) с каждой стороны.

Объем МЭ DUF

₆ Запас

Если преобразовать в металлический уран, весь уран в инвентаре нации DUF ₆ покроет футбольное поле на глубине около 15 футов. Чтобы весить столько же, потребуется вода высотой почти 290 футов на том же поле!

Масса ДОЭ ДУФ

₆ Инвентарный

704 000 метрических тонн гексафторида урана в инвентаре Департамента — это более 1,5 МИЛЛИАРДА фунтов! Для сравнения: Великая пирамида Египта весит более 10 миллиардов фунтов.

Масса ДОЭ ДУФ

₆ Инвентарный

704 000 метрических тонн DUF ₆ содержат около 476 000 метрических тонн урана и 228 000 метрических тонн фтора. На английском это означает более 1 миллиарда фунтов урана и более 500 миллионов фунтов фтора!

Вес урана

Галлон молока весит около 8 фунтов. Кусок металлического урана размером с кувшин для молока весит более 150 фунтов!

Мировое производство урана

Мировое производство урана в 2001 году составило 35 767 метрических тонн или 78 тонн.9 миллионов фунтов.

Мировое производство ядерной энергии

Во всем мире насчитывается 441 атомная электростанция, которые производят около 16 процентов мировой электроэнергии.

Как уран превращается в ядерное топливо

Уран — основное топливо для ядерных реакторов, и его можно найти во многих местах по всему миру. Для производства топлива уран добывается и проходит очистку и обогащение перед загрузкой в ​​ядерный реактор.

Таблетки ядерного топлива, каждая гранула — размером не больше кубика сахара — содержит столько же энергии, сколько тонна угля (Изображение: Казатомпром)

Добыча урана

Уран содержится в небольших количествах в большинстве горных пород и даже в морской воде. Урановые рудники работают во многих странах, но более 85% урана производится в шести странах: Казахстане, Канаде, Австралии, Намибии, Нигере и России.

Исторически сложилось так, что обычные мины (например,г. открытый или подземный) были основным источником урана. После добычи руда измельчается в мельнице, куда добавляется вода для получения суспензии из мелких частиц руды и других материалов. Суспензию выщелачивают серной кислотой или щелочным раствором для растворения урана, оставляя нерастворенными оставшуюся породу и другие минералы.

Однако более половины урановых рудников в мире в настоящее время используют метод, называемый выщелачиванием на месте, когда добыча осуществляется без какого-либо серьезного нарушения грунта.Вода, вводимая с кислородом (или щелочью, кислотой или другим окислительным раствором), циркулирует через урановую руду, извлекая уран. Затем урановый раствор перекачивается на поверхность.

Раствор урана из шахт затем отделяется, фильтруется и сушится с получением концентрата оксида урана, который часто называют «желтым кеком».

«Yellowcake» — один из первых шагов на пути к производству ядерного топлива (Изображение: Казатомпром)

Обогащение

Подавляющее большинство ядерных энергетических реакторов используют в качестве топлива изотоп уран-235; однако он составляет только 0.7% добытого природного урана, поэтому его необходимо увеличить с помощью процесса, называемого обогащением. Это увеличивает концентрацию урана-235 с 0,7% до 3–5%, что является уровнем, используемым в большинстве реакторов.

Небольшое количество реакторов, особенно реакторы CANDU из Канады, работают на природном уране, который не требует обогащения.

Процесс обогащения требует, чтобы уран находился в газообразной форме. Это достигается с помощью процесса, называемого конверсией, когда оксид урана превращается в другое соединение (гексафторид урана), которое представляет собой газ при относительно низких температурах.

Гексафторид урана подается в центрифуги с тысячами быстро вращающихся вертикальных трубок, которые отделяют уран-235 от более тяжелого изотопа урана-238. Центрифуги разделяют уран на два потока: один поток обогащается ураном-235; другой состоит из «хвостов», содержащих более низкую концентрацию урана-235 и известных как обедненный уран (DU).

Группа центрифуг на обогатительной фабрике (Изображение: Urenco)

Производство ядерного топлива

Обогащенный уран транспортируется на завод по изготовлению топлива, где он превращается в порошок диоксида урана.Затем из этого порошка прессуют маленькие топливные гранулы и нагревают до твердого керамического материала. Затем таблетки вставляются в тонкие трубки, известные как топливные стержни, которые затем группируются вместе, образуя топливные сборки. Количество топливных стержней, используемых для изготовления каждой тепловыделяющей сборки, колеблется от примерно 90 до более 200, в зависимости от типа реактора. После загрузки топливо обычно остается в активной зоне реактора в течение нескольких лет.

Ядерное топливо в виде порошка и таблеток (Изображение: Urenco)

Около 27 тонн урана — около 18 миллионов топливных таблеток, размещенных в более чем 50 000 топливных стержнях — требуется каждый год для реактора с водой под давлением мощностью 1000 МВт (эл.).Напротив, угольной электростанции эквивалентного размера требуется более двух с половиной миллионов тонн угля для производства такого же количества электроэнергии.

Топливная сборка, обычно длиной несколько метров, может годами находиться в реакторе, производя огромное количество низкоуглеродной электроэнергии (Изображение: Framatome)

---

Вас также может заинтересовать

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 преобразуется 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. Изготовитель 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 для замены одной трети 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.
• Каждая атомная станция хранит отработанное топливо, поскольку промышленность ожидает завершения строительства либо консолидированного промежуточного хранилища, либо постоянного хранилища для захоронения федеральным правительством.

1: Ионный размер ионов урана

Месторождение Проминент-Хилл — это крупное месторождение оксида железа Cu-Au (IOCG), расположенное в олимпийской провинции IOCG в Южной Австралии. Месторождение приурочено к брекчированным осадочным породам и структурно подстилающим лавам ок.1.6 млрд. Лет старых вулканических образований хребта Гавлер. Обе породы изменены и минерализованы, образуя характерные гематитовые брекчии. Они расположены в подошве Южного надвига, отделяющей вмещающую породу в подошве от палеопротерозойских метаосадочных пород в висящей стене. Метаосадочные породы были прорваны гранитами хильтабской свиты, которые являются магматическими с вулканитами хребта Гавлер и показывают широко распространенные богатые магнетитом изменения. Хозяйственное оруденение сформировалось в ходе двухэтапного процесса.Ранний пирит и незначительный халькопирит откладывались из умеренно восстановленных флюидов во время сульфидной стадии I и располагались в субэкономических магнетитовых скарнах и во вмещающих брекчированных осадочных породах. Эта дорудная стадия была перекрыта экономически важными сульфидами стадии II, отложившимися из гипогенных окисленных флюидов, в конечном итоге поступивших с палеоповерхности. Высокосортные медные руды содержат преимущественно халькоцит, борнит, халькопирит и жильные минералы, включая флюорит, барит и небольшой кварц, вмещающие ассоциации флюидных включений, связанных с минерализацией.Петрография, микротермометрия и микроанализ LA-ICP-MS были использованы для характеристики сообществ включений флюидов до, после и после минерализации. Результаты позволяют различить четыре концевых элемента жидкости (A, B, C и D). Флюид А является основным рудным флюидом и заключен во флюорите и барите, срастающемся с сульфидами меди в матрице брекчии. Он слабосоленый (≤ 10 мас.% Экв. NaCl) и содержит низкие концентрации K, Pb, Cs и Fe (600 ppm), но богат Cu (1000 ppm) и U (0,5-40 ppm). Магматическое происхождение солености подтверждается низким молярным отношением Br / Cl, равным 0.003. Мы предполагаем, что запас растворенных веществ был получен из неглубоких флюидов распада и дегазации вулканических пород позднего хребта Голера и последующего полного окисления флюида через контакт с атмосферным кислородом. Флюид А мигрировал через окисленные водоносные горизонты к участку месторождения Проминент-Хилл, где он стал основным двигателем медной минерализации на стадии II. Флюид B встречается во флюидных включениях в сидеритовых + кварцсодержащих жилах, пересекающих гематитовую брекчию. Это наиболее соленый флюид с общей концентрацией NaCl + CaCl2 от 36 до 45 мас.% и низкое массовое отношение Ca / Na, равное 0,3. Флюид B богат калием, Fe, Pb и Cs и содержит умеренное количество меди (~ 70 частей на миллион). Его состав типичен для умеренно восстановленного магмато-гидротермального рассола, модифицированного взаимодействием флюид-порода. Флюид C состоит из флюидных включений флюорита и барита в рудах, содержащих борнит + халькоцит. Это кальциево-натриевый рассол с содержанием NaCl + CaCl2 от 16 до 28 мас.%, С повышенным соотношением Ca / Na (0,6) и высоким соотношением Br / Cl, характерным для бассейновых рассолов с остаточной выпью. Он довольно богат Cu (~ 200 частей на миллион) и, вероятно, внес металлы в экономическую минерализацию.Флюид D заключен во включениях флюорита в поздних жилах, пересекающих гематитовую брекчию. Общая соленость NaCl + CaCl2 составляет от 19 до 30 мас.%, А концентрации K, Mn, Cs и Pb аналогичны таковым во флюиде C. Флюид D представляет собой рассол фундамента с характерным высоким соотношением Ca / Na около 2. и содержит умеренное количество Cu (~ 100 ppm). Высококачественная медная минерализация на месторождении Проминент-Хилл возникла в основном из магматических компонентов, включая как металлические запасы (Cu, Au и U), так и серу.Существенным фактором, контролирующим высокосортную минерализацию IOCG, было массовое окисление магматической меди и серы в результате извержений вулканов на хребте Голер: вулканические газы вступили в реакцию с атмосферным кислородом на поверхности Земли или вблизи нее, например, в кислой среде вулканического озера. Окисленные поверхностные флюиды, заряженные Cu, U и сульфатом и высокой кислотностью, затем проникли во вмещающие породы на Проминент-Хилл и стали восстановлены двухвалентным железом в остаточном магматическом рассоле, в немагматическом рассоле бассейна и минералами, содержащими двухвалентное железо.Сульфиды меди и гематит осаждаются в зоне смешения флюидов и при взаимодействии флюидов с нейтрализующими кислотами пластами вмещающих пород. Ограниченное количество сульфидов для рудного минерального комплекса лоу-сульфидейшн поступало в неизвестных в настоящее время пропорциях из магматихидротермального пирита, полученного на дорудной стадии минерализации, и из магматического сульфата, восстановленного водным Fe2 + для осаждения гематита. Факторами, имеющими отношение к разведке высокосортных медных руд типа Prominent Hill, являются комбинация (1) активного вулканизма на поздних стадиях вулканической провинции Gawler Range, (2) границы раздела флюидов между глубинными рассолами и кислыми, окисленными на поверхности но магматически заряженная вода в качестве основного рудного флюида и (3) отображаемый градиент кислотной нейтрализации в брекчированных и химически активных вмещающих породах, в идеале содержащих карбонаты и некоторое количество более раннего пирита.

A.E.C. Выявляет размер запасов урана

Комиссия по атомной энергии сообщила, что у нее уже имеется большой запас сырья, которое могло бы значительно снизить как экономические затраты, так и воздействие на окружающую среду от внедрения в девяностые 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 гораздо 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 как побочный продукт 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 заводов-производителей, 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, создающим топливо. Накопленный уран-238 почти в 10 раз превышает спрос на уран, ожидаемый в 1980 году.

Тем не менее, 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, действующих в Теннесси, Кентукки и Огайо. Плодородный уран 238 является побочным продуктом их деятельности.

Количество плодородного урана, уже находившегося 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 ушел в отставку 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.

Ядерный топливный цикл — Управление энергетической информации США (EIA)

Ядерный топливный цикл состоит из начальных, этапов, которые подготавливают уран для использования в ядерных реакторах, и конечных этапов, этапов для безопасного обращения, подготовки и утилизации использованных — или отработавших — но все еще высокорадиоактивных отработанных ядерных материалов. топливо.

Уран является наиболее широко используемым топливом на атомных электростанциях для деления ядер.Атомные электростанции используют в качестве топлива определенный тип урана — U-235, поскольку его атомы легко расщепляются. Хотя уран примерно в 100 раз более распространен, чем серебро, U-235 относительно редок и составляет чуть более 0,7% от природного урана. Урановый концентрат отделяется от урановой руды на урановых заводах или от пульпы на установках подземного выщелачивания. Затем он перерабатывается на установках по конверсии и обогащению, что увеличивает уровень U-235 до 3–5% для коммерческих ядерных реакторов, и превращается в топливные таблетки и топливные стержни реакторов на заводах по изготовлению реакторного топлива.

Ядерное топливо загружается в реакторы и используется до тех пор, пока тепловыделяющие сборки не станут высокорадиоактивными и должны быть удалены для временного хранения и возможного захоронения. Химическая обработка отработавшего топливного материала для извлечения любого оставшегося продукта, который может снова подвергнуться делению в новой тепловыделяющей сборке, технически возможна, но не разрешена в Соединенных Штатах.

Источник: Центр радиационной науки и инженерии Государственного университета Пенсильвании (общественное достояние)

Начальная стадия ядерного топливного цикла

Разведка

Ядерный топливный цикл начинается с разведки урана и разработки рудников для добычи урановой руды.Для обнаружения урана используются различные методы, такие как радиометрические исследования с воздуха, химический отбор проб подземных вод и почв, а также разведочное бурение, чтобы понять лежащую в основе геологию. После того, как залежи урановой руды обнаружены, разработчик рудника обычно проводит более близкорасположенное бурение в закладке, или эксплуатационное бурение, чтобы определить, сколько урана доступно и сколько может стоить его извлечение.

Добыча урана

• подземная добыча
• добыча открытым способом
• разработка решений на месте (на месте)
• кучное выщелачивание

До 1980 г. большинство U.S. уран добывался открытым и подземным способом. Сегодня большая часть урана в США производится с использованием технологии добычи из раствора, обычно называемой выщелачиванием на месте (ISL) или извлечением на месте (ISR). В ходе этого процесса извлекается уран, который покрывает частицы песка и гравия подземных водоемов. Частицы песка и гравия подвергаются воздействию раствора с немного повышенным pH за счет использования кислорода, углекислого газа или каустической соды. Уран растворяется в грунтовых водах, которые откачиваются из резервуара и обрабатываются на урановой мельнице.Кучное выщелачивание включает распыление кислого жидкого раствора на груды измельченной урановой руды. Раствор стекает через измельченную руду и выщелачивает уран из породы, который извлекается из-под кучи. Кучное выщелачивание больше не используется в США.

Источник: Комиссия по ядерному регулированию США (общественное достояние)

В 2020 году около 48,6 миллиона фунтов урана (эквивалент U ₃ O ₈ ) было загружено в коммерческий U.С. Ядерные энергетические реакторы.

Производство урана

После извлечения урановой руды из карьера или подземного рудника она перерабатывается в урановый концентрат на урановой фабрике. Руда измельчается, измельчается и измельчается в мелкий порошок. К тонкому порошку добавляются химические вещества, что вызывает реакцию, отделяющую уран от других минералов. Подземные воды от операций по добыче раствора циркулируют через слой смолы для извлечения и концентрирования урана.

Несмотря на название, концентрированный урановый продукт обычно представляет собой вещество черного или коричневого цвета, называемое желтый кек (U ₃ O ₈ ). Добытая урановая руда обычно дает от одного до четырех фунтов U ₃ O ₈ на тонну руды, или от 0,05% до 0,20% желтого кека. Твердые отходы карьерных и подземных горных работ называются хвостами мельницы . Обработанная вода от добычи раствора возвращается в резервуар подземных вод, где процесс добычи повторяется.

Конверсия урана

Следующим этапом в ядерном топливном цикле является преобразование желтого кека в газ гексафторид урана (UF ₆ ) на конвертерной установке. В природе встречаются три формы (изотопы) урана: U-234, U-235 и U-238. Современные конструкции ядерных реакторов в США требуют более высокой концентрации (обогащения) изотопа U-235 для эффективной работы. Газообразный гексафторид урана, производимый в конвертерной установке, называется природным UF ₆ , поскольку исходные концентрации изотопов урана не меняются.

Обогащение урана

После конверсии газ UF ₆ направляется на завод по обогащению, где отдельные изотопы урана разделяются с получением обогащенного UF ₆ , в котором концентрация U-235 составляет от 3% до 5%.

В США используются два типа процессов обогащения урана: газовая диффузия и газовая центрифуга. В настоящее время в Соединенных Штатах имеется одна действующая обогатительная фабрика, в которой используется процесс газовой центрифуги.Обогащенный UF ₆ запечатывают в канистры и дают ему остыть и затвердеть перед транспортировкой на завод по сборке твэлов ядерного реактора поездом, грузовиком или баржей.

Лазерное разделение изотопов на атомарном пару (AVLIS) и молекулярное лазерное разделение изотопов (MLIS) — это новые технологии обогащения, которые в настоящее время разрабатываются. Эти процессы обогащения на основе лазера позволяют достичь более высоких коэффициентов начального обогащения (разделения изотопов), чем процессы диффузии или центрифугирования, и могут производить обогащенный уран быстрее, чем другие методы.

Реконверсия урана и изготовление ядерного топлива

После обогащения уран готов к превращению в ядерное топливо. На установке по изготовлению ядерного топлива UF ₆ в твердой форме нагревается до газообразной формы, а затем газ UF ₆ химически обрабатывается с образованием порошка диоксида урана (UO ₂ ). Затем порошок прессуется и превращается в маленькие керамические топливные гранулы. Таблетки складываются и запечатываются в длинные металлические трубки диаметром около 1 сантиметра, образуя топливные стержни.Затем топливные стержни объединяются вместе, чтобы образовать тепловыделяющую сборку. В зависимости от типа реактора каждая тепловыделяющая сборка содержит от 179 до 264 топливных стержня. Типичная активная зона реактора содержит от 121 до 193 тепловыделяющих сборок.

У реактора

Когда тепловыделяющие сборки изготовлены, грузовики доставляют их на площадки реактора. Топливные сборки хранятся на объекте в бункерах для хранения свежего топлива и до тех пор, пока они не потребуются операторам реактора. На этом этапе уран лишь умеренно радиоактивен, и практически все излучение содержится в металлических трубках.Обычно операторы реакторов меняют около одной трети активной зоны реактора (от 40 до 90 тепловыделяющих сборок) каждые 12-24 месяца.

Активная зона реактора представляет собой цилиндрическую конструкцию пучков твэлов диаметром около 12 футов и высотой 14 футов, заключенных в стальной корпус высокого давления со стенками толщиной в несколько дюймов. Активная зона реактора практически не имеет движущихся частей, за исключением небольшого количества управляющих стержней, которые вставляются для регулирования реакции ядерного деления. Размещение тепловыделяющих сборок рядом друг с другом и добавление воды инициируют ядерную реакцию.

Ядерная тепловыделяющая сборка

Источник: Комиссия по альтернативным источникам энергии и атомной энергии, Франция (общественное достояние)

Заключительная стадия ядерного топливного цикла

Промежуточное хранение и окончательная утилизация в США

После использования в реакторе тепловыделяющие сборки становятся высокорадиоактивными, и их необходимо удалить и хранить под водой на площадке реактора в бассейне с отработавшим топливом в течение нескольких лет.Даже несмотря на то, что реакция деления остановилась, отработанное топливо продолжает выделять тепло в результате распада радиоактивных элементов, которые образовались при расщеплении атомов урана. Вода в бассейне служит как для охлаждения топлива, так и для блокировки выхода радиации. С 1968 г. по 31 декабря 2017 г. в общей сложности 276 879 тепловыделяющих сборок были выгружены и хранились на площадках 119 закрытых и действующих коммерческих ядерных реакторов в США.

В течение нескольких лет отработавшее топливо охлаждается в бассейне и может быть перемещено в контейнер для хранения сухих контейнеров на площадке электростанции.Многие операторы реакторов хранят свое старое отработавшее топливо в этих специальных уличных бетонных или стальных контейнерах с воздушным охлаждением. Узнайте больше о хранении отработавшего топлива.

Заключительным этапом ядерного топливного цикла является сбор отработавших тепловыделяющих сборок из мест временного хранения для окончательного захоронения в постоянном подземном хранилище. В настоящее время в Соединенных Штатах нет постоянного подземного хранилища высокоактивных ядерных отходов.

Последнее обновление: 21 июня 2021 г.

.