Для чего уран нужен: Урановые подземелья: Уран — зачем он нужен и где его взять

Урановые подземелья: Уран — зачем он нужен и где его взять

Давайте вспомним кое-какие цифры – они понадобятся, чтобы лучше понимать, какое значение имеет урановая руда для атомного проекта.

Сколько руды требуется, чтобы получить низко обогащенный уран как топливо для АЭС? Принято считать, что топливный уран – это уран, содержание изотопа уран-235 в котором доведено до 4%. В природной руде этого изотопа всего 0,7%, то есть требуется увеличить его концентрация в 6 раз.

Напомню, что Европа и США до 80-х годов обогащали уран только на «сеточках», расходуя на эту работу гигантское количество электричества. Технологический момент, но, как говорится, с большими последствиями. Гексафторид природного урана можно «высасывать» по 235-му изотопу до упора – так, чтобы в «хвостах» его оставалось минимальное количество. Но что это значит в случае диффузионного метода? Большее количество «сеточек», большее количество емкостей под исходный гексафторид и, разумеется, большее количество затрат на электроэнергию. А это все увеличивает себестоимость, портит экономические показатели, снижая прибыль. Не интересно, в общем. Поэтому в западных «хвостах» урана-235 – 0,3%, а в дальнейшую работу уходит 0,4%. При таких «хвостах» картинка получается следующая: на 1 кг НОУ требуется 8 кг руды + 4,5 ЕРР (единиц разделительной работы).

У ватников картинка была и остается несколько иной – ведь работа наших «иголок» намного менее затратна. Помните – «игле» требуется в 20-30 раз меньше электроэнергии на 1 ЕРР. Экономить разделительную работу особого смысла не было, исходный гексфторид урана «выжимался» тщательнее: в наших «хвостах» остается 0,2% урана-235, в дальнейшую работу по обогащению уходило 0,5%. Казалось бы – разница всего 0,1%, зачем обращать внимание на такую мелочь? Да не все так просто: на наших «иголках» для получения 1 кг НОУ требуется 6,7 кг руды + 5,7 ЕРР. На 1,3 кг руды меньше – то есть мы к своим недрам относились значительно рачительнее, нежели демократы.

Но и это еще не все. 1 ЕРР на наших центрифугах стоит около 20 долларов, на «сеточках» 1 ЕРР стоила от 70 до 80. Значит, для Запада месторождение урана, в котором себестоимость руды, допустим, 100 долларов – очень дорого. Давайте на калькуляторе 1 кг НОУ посчитаем, чтобы понятно было.

1 кг НОУ = 8 кг руды + 4,5 ЕРР, то есть

1 кг НОУ = 8 х 100 + 4,5 х 70 = 1 115 долларов.

А теперь ставим наши цифры и получаем:

1 кг НОУ = 6,7 кг руды + 5,7 ЕРР

1 кг НОУ = 6,7 х 100 + 5,7 х 20 = 784 долларов

 

Значит, месторождение урана, которое для цивилизованного Запада было слишком дорогим для нас – самое то. Грубо – для нашей технологии урана на Земле БОЛЬШЕ, чем для западной. С того момента, когда Европа освоила центрифуги Циппе, запасы урана в мировой статистике резко увеличились, хотя братья-геологи для этого палец о палец не ударили: уже открытые ранее месторождения стали признавать коммерчески выгодными, вот и все. Но URENCO включила свои центрифуги в 80-е, а АЭС в Европе и в Штатах появились намного раньше, так ведь? Значит, с конца 40-х годов минувшего века месторождения урана эксплуатировались крайне размашисто, без экономии на природных рудах. Грубо говоря, Запад «убивал» одно месторождение за другим, перескакивая на новые. А жутко неэкономный Мордор никуда не торопился: нашли месторождение и высасывали его до донышка, без суеты и без спешки. При этом нельзя забывать о том, что все годы холодной войны ядерные страны очень активно наращивали запасы урана оружейного, высокообогащенного, а для этого уходит куда больше природной урановой руды. Грубо – на 1 кг ВОУ уходит 275 кг руды, а счет ВОУ в странах ядерного клуба шел на сотни тонн. А ВОУ это еще и не только оружие – на нем работают реакторы подлодок, на нем работает множество исследовательских реакторов. В общем, расходовало человечество свои урановые руды весьма и весьма интенсивно, и все, что мы с вами можем сказать в свое оправдание – не мы первыми начали.

Есть еще один момент, про который нужно знать. Когда нам говорят: «добыто столько-то тонн урановой руды», важно понимать, что речь идет не о горах каких-то там камушков или металлических слитках. В урановой промышленности все запасы руды традиционно пересчитывают в концентрат урана – если точнее, то U3 О8, закись-окись. Традиционно это был порошок желтого цвета и называли его «желтым кэком», но теперь это уже немножко устарело. В процессе обогащения руды применяется целый цикл ее обработки, одна из составных частей которого – обжиг. В последние годы на разных заводах применяют разные температуры, потому цвет концентрата урана получается самым разным – от темно-зеленого до черного. Но процедура обработки руды – отдельная тема, достаточно большая, а мы пока пробуем разобраться с месторождениями и добычей. Отложим, но запомним: все разговоры об урановой руде – это разговоры о концентрате урана. И это правильно – уж очень разными бывают эти руды, слишком разное количество урана в них имеется, так что без такой вот «стандартизации» было не обойтись.

Когда люди открыли этот вот металл и почему он, собственно говоря, называется «уран»? История давняя, но занимательная. Это сейчас мы с вами знаем, что такое радиация и вполне справедливо терпеть ее не можем и побаиваемся. А в раньшие времена человеки про радиацию знать ничего не знали – может, потому и не страдали от нее?. . Среди руд и минералов в серебряных шахтах средневековые горняки частенько находили черный тяжелый минерал – так называемую смоляную обманку. Точно известно, что обманку знали уже с 1565 года – тогда ее обнаружили в Рудных горах Саксонии, но какого-то особого применения для нее не придумали. В 1789 году этим минералом заинтересовался немецкий химик-аналитик Мартин Клапрот и решил ее как следует химически проанализировать. Руду в его лабораторию привезли из шахты Яхимово, что в нынешней Чехии. На минералах из того же Яхимиво делали позже свои открытия Беккерель и Кюри, так что предлагаю так и записать:

«родина» урана – Чехия.

Мартин Клапрот

Клапрот химичил весьма старательно: плавил минералы при разных температурах, с воздухом и без оного, поливал всякими кислотами и царской водкой, пока, в конце концов, не получил спекшуюся массу с отчетливо видимыми крупинками металла. Дело было в 1789 году – через 8 лет после того, как астрономы открыли неизвестную до того планету, названную ими Уран. Вот что писал по этому поводу сам Клапрот: «Ранее признавалось существование лишь 7 планет, соответствовавших 7 металлам, которые и носили названия планет. В связи с этим целесообразно, следуя традиции, назвать новый металл именем вновь открытой планеты. Слово «уран» происходит от греческого – «небо», и, таким образом, может обозначать небесный металл». С первооткрывателями не спорят – вот и имеем мы теперь дело с этим самым «небесным металлом».

Самому Клапроту, впрочем, получить чистый уран не удалось, этого добился только в 1840 году Э.М. Пелиго. В 1896 году Беккерель обнаружил, что соединения урана засвечивают фотобумагу – так начиналось исследование радиоактивности. К самому грозному и страшному оружию, к самому большому «запаснику энергии» человечество двигалось неторопливо…

Урановая руда

Урановой руды с точки зрения геологов на Земле – не просто много, а очень много. Но не всякий урановый минерал получает гордое название «руда»: минералы, в которых урана очень мало, а пустой породы очень много, рудами не считаются. Хорошими рудами считаются минералы, в которых урана больше 0,1% (1 кг на 1000 кг породы), но и тут есть исключения. Например, в Южной Африке, на месторождении Витватерсланда, уран добывают из руды, в которой его концентрация составляет всего 0,01%, причем добывают в промышленных масштабах. Как так? Да непрост этот небесный металл – нередко он содержится в тех же породах, где имеется золото. Раз уж из этой породы «выковыривают» золотишко, чего бы до кучи и уран не «наковырять» — вот такая логика. Золото как основная цель переработки руды, уран – как побочная. «Нередко» имеет и числовое значение: 12% добываемого в мире урана – побочный продукт на золотых и прочих приисках. В США, к примеру, уран получают из пород с концентрацией вообще в 0,008% — из фосфоритов Флориды. Основная добыча – фосфор, уран – до кучи… Ну, а если не касаться такой экзотики, то урановые руды по содержанию делят на 4 вида-сорта: богатые – с содержанием урана более 1%; рядовые – от 0,1 до 1,0%; бедные – от 0,03 до 0,1% и убогие – менее 0,03%.

А еще урановые руды подразделяют на 5 классов в зависимости от того, при помощи какой именно технологии добывается и перерабатывается небесный металл. Грубо – какие именно перерабатывающие заводы нужно создавать рядом с месторождениями. Это тоже такая традиция: поскольку концентрация урана всегда маленькая, миллионы тонн породы никто никуда возить и не думает. Шахта, рудник, карьер и впритык – все, что нужно для переработки.

Однако и это еще не все виды классификации урановых руд: с той поры, как все мы живем в мире, где важнее всего прибыль, едва ли не главная классификация – по стоимости конечного продукта (того самого концентрата урана, желтого кека). Эдакий обобщающий показатель, при котором отбрасываются прочь все частности – какой была концентрация урана в руде, каким способом его добывали-очищали, во что обошлась инфраструктура. Не важно, что было ДО, важно, почем получился результат. Тут всего 3 категории: 1) месторождения, где себестоимость 1 кг концентрата менее 40 долларов за килограмм; 2) где себестоимость от 40 до 80 долларов за кило; 3) где себестоимость от 80 до 130 долларов за кило. Все, что дороже 130 долларов – на сегодня «нещитово», поскольку сильно дорого. Но надолго ли сохранится такое пренебрежение-верхоглядство? До 2006 года МАГАТЭ считало сверхдорогим уран и по цене свыше 80 долл/кг, а теперь решило, что надо по заслугам оценить центрифуги – низкая себестоимость обогащения позволяет совершенно спокойно использовать и руду дороже 80 долларов. Наши центрифуги 10-го поколения только начали эксплуатироваться, потому нельзя исключать, что через какое-то время и планка в 130 долларов перестанет быть «отсекающей». В царстве мрака и ужаса с рваной в клочья экономикой началась промышленная работа реактора на быстрых нейтронах БН-800, проектируется БН-1200, в 2020 планируется запуск еще и свинцового реактора по проекту «Прорыв», к 2030 есть надежда на реализацию замкнутого ядерного цикла.

Впрочем, давайте не будем пускаться в проекты и гипотезы – остановимся на том, что имеем на день сегодняшний. В 2006 году считалось, что на третьей от Солнца планете урановых руд имелось 5 000 000 тонн, следующий отчет МАГАТЭ выпустило в 2010 году. Именно в этом отчете впервые состоялось признание центрифуг как единственного на сегодня способе обогащения урана, впервые планка «отсечения» была поднята с 80 долл/кг до 130 долл/кг. Новая цифра запасов урановой руды на Земле – 6 306 300 тонн. Повторяю – это не прирост за счет новых месторождений, это состоявшийся перевод геологических руд в промышленные. И состоялся он по простой причине — МАГАТЭ признало: кроме центрифуг все – зло, и мы о нем больше не будем вспоминать. Прирост извлекаемых руд составил 26% — без дополнительных инвестиций в геологоразведку.

Не так часто в истории цивилизации развитие технологии оказывало серьезное влияние на геополитику, а уран и центрифуги – тот самый случай. Давайте на пальцах прикинем, что означает появление коммерческого интереса к урановым месторождениям, которые до того много лет оставались нетронутыми? Во-первых, страны «атомного клуба» увидели свой интерес в тех территориях, где находились эти месторождения. К примеру, месторождения в Кировоградской области стали интересны уже не только Украине… Во-вторых, страны, не входившие в «атомный клуб» увидели, что урана может хватить и на них. И это не мое теоретическое измышление: на только что прошедшей «Атомэкспо-2016» присутствовали делегации 52 стран, а атомная энергетика хоть в каком-то виде имелась только у 32. 20 стран – это новички, которые почувствовали перспективу.

Калькулятор

Что интересного в уране – пусть расскажет калькулятор. Имеем 6 306 300 тонн руды, в которой содержание урана-235 (который, собственно говоря, «горит» в реакторах АЭС) в среднем составляет 0,72%. Следовательно, если всю урановую руду пересчитать в уран-235 – у нас его 45 405 тонн. По энергетической стоимости 1 тонна урана-235 соответствует 2 000 000 тонн бензина. Соответственно, пересчет запасов урана-235 в нефтяной эквивалент – это 90,81 млрд тонн нефти. Много это или мало? Разведанных запасов нефти на Земле на сегодня – 200 млрд тонн. Запасы урана – почти половина, почти 50%. И каковы перспективы? Технология добычи нефти доведена практически до совершенства, технология ее переработки – аналогично. Чтобы увеличить запасы нефти, нужно либо а) продолжать искать новые и новые месторождения, что при нынешних ценах на углеводороды замедляется вот уже два года; б) соглашаться с тем, что нефть с годами будет только дорожать, поскольку ее остается все меньше. Сланцевая нефть, о которой так много говорят большевики, меньшевики и прочие – да, при нынешнем уровне цен не интересна, но рано или поздно наступит момент, когда и ее резервы придется пустить в ход, причем не только на территории США.

А вот с ураном – несколько иная картина, куда как менее однозначная. Нам пока еще не раскрыли информацию о том, какой будет себестоимость 1 ЕРР на последних поколениях центрифуг Росатома – а мы уже видели, как технология обогащения может увеличить резервы урановой руды. Эксплуатация БН-800 только-только началась, БН-1200 пока еще только в чертежах, результаты проекта «Прорыв» мы увидим только в 2020 году. Но давайте без лишней скромности (сколько можно, в конце-то концов) констатируем исторический факт: за все время существования атомного проекта ошибок в развитии технологий со стороны бывшего Министерства среднего машиностроения, бывшего Министерства атомной энергетики и нынешнего Росатома – не было. Отдельные недочеты, огрехи – да, были, но генеральная линия развития, скажем прямо, не ломалась ни разу.

Причин не верить в то, что борьба Росатома за замкнутый ядерный цикл закончится успехом – на мой, конечно, взгляд — просто нет. Вам такое заявление кажется излишне смелым? А давайте оглядимся вокруг, на минуточку позволив себе забыть, что главное достижение человечества – свежая модель айфона. В надежность наших технологий не просто верят, а подписывают контракты на строительство АЭС не только «старые клиенты» — такие, как Венгрия, Иран и Финляндия, Китай и Индия. Впервые появятся АЭС в Египте, во Вьетнаме, в Белоруссии, в Турции, в Бангладеш, в Индонезии – и это будут АЭС российского производства. Значит, не я один верю в наши технологии, в их поступательное развитие. И не у одного у меня зреет уверенность в том, что при очередном скачке развития технологий запасы урана могут оказаться бОльшими, чем запасы углеводородов… И не будем скидывать со счетов еще один возможный резерв урана – новые месторождения. Есть, к примеру, такая страна, где уровень освоения территории геологической разведкой до сих пор не сильно превышает 60% — Россия. Есть страны, где вообще не до геологической разведки – например, Афганистан, Эритрея.

Но рассмотрение перспектив атомной энергетики – отдельная и очень серьезная тема, которую стоит оставить на потом. А эта заметка – вводная к «Урановым подземельям», в которой я хочу предложить посмотреть: что было, что стало, и как мы докатились до жизни такой. Ну и, само собой – без рассказов о новых айфонах от велико-могучих США дело тоже не обойдется. Их есть у меня и, как обычно, придумывать ничего не потребовалось.

Перспективы урана как надежного источника энергии

Материал из Бюллетеня МАГАТЭ

29.06.2018

Ноа Мэйхью, Бюро общественной информации и коммуникации

Хотя запасов урана хватит по меньшей мере на 100 лет, в настоящее время ведутся поиски альтернативных методов использования мировых урановых ресурсов. (Фото: «Орано»)

По данным Международного энергетического агентства, к 2030 году глобальное потребление энергии может возрасти на 18 %, а к 2050 году — на 39 %. Возрастет потребность в различных источниках энергии, в том числе ядерной энергетике и, следовательно, в уране.

«По мере ввода новых и вывода устаревших энергетических реакторов надежность поставок и эффективное освоение ресурсов урана станут важнейшими факторами, от которых в ближайшие десятилетия будут зависеть энергопоставки, — заявила г-жа Адриенн Хэнли, специалист по урановым ресурсам МАГАТЭ. — Мы полагаем, что топливо на основе урана останется основным и надежным источником энергии для низкоуглеродной ядерной энергетики. То, как мы будем использовать этот вид топлива, в значительной степени будет зависеть от появления новых технологий и стратегий рационального использования природных ресурсов».

Даже по низкому сценарию будущего ядерной энергетики МАГАТЭ, согласно которому ее доля снизится с сегодняшних 11 % от энергетической корзины до всего 6 % к 2015 году, объем генерирующих мощностей возрастет на 24 %. Согласно высокому сценарию, объем ядерной энергетики увеличится в 2,8 раз, а ее доля глобального энергетического рынка возрастет до 13,7 % к 2050 году.

В связи с тем, что в ядерной энергетике развиваются новые технологии, некоторые из которых потребляют меньше урана или могут в качестве топлива использовать материалы, которые сейчас относятся к ядерным отходам, увеличение производства ядерной энергии не обязательно повлечет пропорциональное увеличение спроса на добываемый уран. Тем не менее, ожидается, что спрос на него все равно возрастет.

Каким образом отрасль будет удовлетворять растущий спрос? Хотя запасов урана, доступных с использованием технологий, применяющихся в горнодобывающей промышленности, хватит по крайней мере на 100 лет, в настоящее время ведутся исследования альтернативных методов добычи мировых запасов урана.

Уран должен восприниматься как низкоуглеродный вид топлива, использование которого может способствовать достижению многих целей Организации Объединенных Наций в области устойчивого развития и выполнению обязательств в сфере борьбы с изменением климата. Харикришнан Тулсидас, сотрудник по экономическим вопросам Европейской экономической комиссии Организации Объединенных Наций

Уран из морской воды

Одним из таких методов является добыча урана из морской воды, в которой растворено более 4 миллиардов тонн урана, что значительно превышает объем подтвержденных запасов урана на суше. Помимо прочего, добыча урана из морской воды обещает стать безопасным для экологии и устойчивым источником урана, дополняющим мировые месторождения суши.

В теории извлекать уран из морской воды в промышленных количествах проще, чем из руды. Содержащийся в морской воде уран возникает в результате устойчивых химических реакций между водой и породами, содержащими уран. Со временем объем извлеченного урана будет возобновляться благодаря вымыванию из горных пород. Если эти исследования увенчаются успехом, мы получим практически неиссякаемый источник урана.

Разрабатываемые методики извлечения урана из морской воды предусматривают покрытие полиэтиленовых волокон, получаемых из обычного пластика, амидоксимой, которая притягивает диоксид урана и связывает его с волокнами. В кубометре воды содержится около трех миллиграммов урана, то есть примерно одна крупица соли на литр. Волокна погружаются в воду примерно на месяц, затем ученые поднимают их на поверхность и обрабатывают кислотой для отделения урана, после чего волокна могут использоваться повторно.

Хотя этот метод разрабатывается уже не первое десятилетие, его коммерческое применение пока не кажется рентабельным из-за низкой стоимости урана, а также больших запасов в обычных рудниках. За последние пять лет стоимость добычи урана из морской воды снизилась в четыре раза и составила 440 долл. США за килограмм. Однако чтобы этот метод начал применяться в промышленном масштабе, цена должна опуститься существенно ниже.

Более эффективное использование урана

Не менее важным, чем наличие надежного источника урана, является его эффективное и рациональное использование. В мире возрос интерес к использованию малых модульных реакторов (ММР), так как они позволяют гибко подходить к выбору величины мощностей и предназначены для широкого круга пользователей и применений. Одно из преимуществ ММР (в зависимости от используемой технологии) заключается в том, что для достижения той же мощности требуется меньше урана.

Широкое распространение ММР может существенно изменить структуру спроса и повлиять на предсказуемость рынка. Сегодня отрасль удовлетворяет стабильный спрос на большие реакторы, потребность в которых значительно отличается от возможного спроса на малые реакторы.

Помимо развития новых технологий, позволяющих добывать больше урана, ядерной энергетике придется внедрять рациональные методы обращения с ресурсами, — заявила Хэнли. В последние годы МАГАТЭ совместно с Европейской экономической комиссией Организации Объединенных Наций (ЕЭК ООН) занимается вопросами рационального использования ресурсов, в том числе анализирует их социальные и экономические аспекты, технологическую осуществимость и достоверность оценок.

«Уран должен восприниматься как низкоуглеродный вид топлива, использование которого может способствовать достижению многих целей Организации Объединенных Наций в области устойчивого развития и выполнению обязательств в сфере борьбы с изменением климата», — заявил Харикришна Тулсидас, сотрудник по экономическим вопросам ЕЭК ООН. «Новые технологии должны сыграть важнейшую роль в создании устойчивых моделей производства урана».

Эта статья публиковалась в Бюллетене МАГАТЭ «Уран: от разведки до реабилитации» в июне 2018 года.

Ресурсы по теме

29.06.2018

Уран | Определение, свойства, использование и факты

уран

Смотреть все СМИ

Ключевые люди:

Фрэнк Гарольд Спеддинг Анри Беккерель Уиллард Фрэнк Либби Сирил Стэнли Смит Отто Роберт Фриш

Похожие темы:

урановая серия уран-238 уран-239 уран-233 уран-235

См. весь связанный контент →

4 марта 2023 г., 14:18 по восточноевропейскому времени (AP)

Глава ядерной службы ООН говорит, что Иран обещает расширить доступ для инспекторов

камеры и другое оборудование для наблюдения на его ядерных объектах

28 февраля 2023 г., 20:53 по восточноевропейскому времени (AP)

Отчет ООН: в Иране обнаружены частицы урана с обогащением до 83,7%

частицы урана с обогащением до 83,7% на иранском подземном ядерном полигоне Фордо

24 февраля 2023 г. , 7:36 по восточноевропейскому времени (AP)

Иран называет утверждения о 84% обогащении урана «заговором» до чистоты 84%

23 февраля 2023 г., 21:28 по восточноевропейскому времени (AP)

Иран признает обвинение в обогащении урана до 84% чистоты впервые, что сделает Исламскую Республику как никогда близкой к оружейному материалу

Сводка

Прочтите краткий обзор этой темы

уран (U) , радиоактивный химический элемент актиноидного ряда периодической таблицы, атомный номер 92. Является важным ядерным топливом.

Уран составляет около двух частей на миллион земной коры. Некоторыми важными урановыми минералами являются настуран (нечистый U ₃ O ₈ ), уранинит (UO ₂ ), карнотит (ванадат калия и урана), аутунит (фосфат кальция и урана) и торбернит (фосфат меди и урана).

. Эти и другие извлекаемые урановые руды как источники ядерного топлива содержат во много раз больше энергии, чем все известные извлекаемые месторождения ископаемого топлива. Один фунт урана дает столько же энергии, сколько 1,4 миллиона килограммов (3 миллиона фунтов) угля.

Викторина «Британника»

Викторина «118 названий и символов периодической таблицы»

Для получения дополнительной информации о месторождениях урановой руды, а также о методах добычи, переработки и извлечения см. переработка урана. Сравнительные статистические данные по добыче урана см. в табл. .

Уран

страна	добыча на шахте в 2013 г. (метрические тонны)	% мировой добычи полезных ископаемых
*Оценивать.
Источник: Всемирная ядерная ассоциация, Добыча урана в мире (2014 г. ).
Казахстан	22 574	37,9
Канада	9332	15,6
Австралия	6350	10,6
Нигер*	4528	7.6
Намибия	4315	7.2
Россия	3135	5.3
Узбекистан*	2400	4.0
Соединенные Штаты	1835	3. 1
Китай*	1450	2,4
Малави	1132	1,9
Украина	1075	1,9
Южная Африка	540	0,9
Индия*	400	0,7
Чешская Республика	225	0,4
Бразилия	198	0,3
Румыния*	80	0,1
Пакистан*	41	0,1
Германия	27	0,0
мировой итог	59 637	100

Уран — это плотный твердый металлический элемент серебристо-белого цвета. Он пластичен, податлив и способен хорошо полироваться. На воздухе металл тускнеет, а в мелкодисперсном виде воспламеняется. Это относительно плохой проводник электричества. Хотя обнаружен (1789 г.) немецким химиком Мартином Генрихом Клапротом, который назвал его в честь недавно открытой планеты Уран, сам металл был впервые выделен (1841 г.) французским химиком Эженом-Мельхиором Пелиго восстановлением тетрахлорида урана (UCl ₄ ) калием.

Формулировка периодической системы русским химиком Дмитрием Менделеевым в 1869 году привлекла внимание к урану как к самому тяжелому химическому элементу, положение, которое он занимал до открытия первого трансуранового элемента нептуния в 1940. В 1896 году французский физик Анри Беккерель открыл в уране явление радиоактивности — термин, впервые использованный в 1898 году французскими физиками Марией и Пьером Кюри. Позднее это свойство было обнаружено во многих других элементах. В настоящее время известно, что уран, радиоактивный во всех своих изотопах, естественным образом состоит из смеси урана-238 (99,27%, период полураспада 4 510 000 000 лет), урана-235 (0,72%, период полураспада 713 000 000 лет) и уран-234 (0,006 процента, период полураспада 247 000 лет).

Эти длительные периоды полураспада делают возможным определение возраста Земли путем измерения количества свинца, конечного продукта распада урана, в некоторых урансодержащих породах. Уран-238 является материнским, а уран-234 — одной из дочерних в ряду радиоактивного распада урана; уран-235 является родоначальником ряда распада актиния. См. также актиноидный элемент.

Элемент уран стал предметом интенсивного изучения и широкого интереса после того, как немецкие химики Отто Ган и Фриц Штрассман открыли в конце 1938 года явление ядерного деления урана при бомбардировке медленными нейтронами. Американский физик итальянского происхождения Энрико Ферми предположил (в начале 1939 г.), что нейтроны могут быть среди продуктов деления и, таким образом, могут продолжать деление как цепную реакцию. Американский физик венгерского происхождения Лео Силард, американский физик Герберт Л. Андерсон, французский химик Фредерик Жолио-Кюри и их коллеги подтвердили (1939) это предсказание; более поздние исследования показали, что при делении выделяется в среднем 2

1 / ₂ нейтронов на атом. Эти открытия привели к первой самоподдерживающейся цепной ядерной реакции (2 декабря 1942 г.), первому испытанию атомной бомбы (16 июля 1945 г.), первой атомной бомбе, сброшенной во время войны (6 августа 1945 г.), первому атомному двигателю. подводная лодка (1955 г.) и первый полномасштабный атомный электрогенератор (1957 г.).

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Деление происходит с помощью медленных нейтронов в относительно редком изотопе урана-235 (единственном встречающемся в природе делящемся материале), который необходимо отделить от имеющегося в изобилии изотопа урана-238 для его различных применений. Однако уран-238 после поглощения нейтронов и отрицательного бета-распада превращается в синтетический элемент плутоний, который расщепляется медленными нейтронами. Следовательно, природный уран можно использовать в реакторах-конвертерах и реакторах-размножителях, в которых деление поддерживается редким ураном-235, а плутоний производится одновременно путем трансмутации урана-238. Делящийся уран-233 можно синтезировать для использования в качестве ядерного топлива из неделящегося изотопа тория-232, которого много в природе. Уран также важен как первичный материал, из которого синтетические трансурановые элементы были получены в результате реакций трансмутации.

Уран, который является сильно электроположительным, реагирует с водой; он растворяется в кислотах, но не в щелочах. Важными степенями окисления являются +4 (как в оксиде UO ₂ , тетрагалогенидах, таких как UCl ₄ , и зеленый водный ион U ^{4 +} ) и +6 (как в оксиде UO ₃ ). , гексафторид UF ₆ и желтый ион уранила UO ₂ ²⁺ ). В водном растворе уран наиболее стабилен в виде уранил-иона, который имеет линейную структуру [O=U=O] ²⁺ . Уран также находится в состоянии +3 и +5, но соответствующие ионы нестабильны. Красный ион U ³⁺ медленно окисляется даже в воде, не содержащей растворенного кислорода. Цвет иона UO ₂ ⁺ неизвестен, т.к. он подвергается диспропорционированию (UO ₂ ⁺ одновременно восстанавливается до U ^{4 +} и окисляется до UO ^{4 +} четно) 60 5 _{2 9000 в очень разбавленных растворах.}

Соединения урана использовались в качестве красителей для керамики. Гексафторид урана (UF ₆ ) представляет собой твердое вещество с необычно высоким давлением пара (115 торр = 0,15 атм = 15 300 Па) при 25 ° C (77 ° F). UF ₆ химически очень реакционноспособен, но, несмотря на свою коррозионную активность в парообразном состоянии, UF ₆ нашел широкое применение в газодиффузионном и газоцентрифужном методах отделения урана-235 от урана-238.

Металлоорганические соединения представляют собой интересную и важную группу соединений, в которых металл-углеродные связи связывают металл с органическими группами. Ураноцен представляет собой уранорганическое соединение U(C ₈ H ₈ ) ₂ , в котором атом урана расположен между двумя органическими кольцевыми слоями, относящимися к циклооктатетраену C ₈ H ₈ . Его открытие в 1968 году открыло новую область металлоорганической химии.

,. Атомное состояние

Элементы.0075

Точка кипячения	3818 ° C (6904 ° F)
Специфический вес	19.05
СТВОС	+3, +45, +68, +68, +68, +68, +68, +68, +68, +68, +68, +68, +68, +68, +68, +68, +68, +68, +68, +68, +68, +68, +68, +68, +68, +68, +68, +687, +68, +68, +68, +68, +68, +68, +68, +68, +68, +687, +687, +687, +687, +687, +68,
[RN] 5 F 3 6 D 1 7 S 2

9023

.

.

.

. | Экологическая медицина

• Learning Objectives
• Definition
• Milling and Radioactive Wastes
• Three Types of Natural Uranium
• Processing
• Natural Uranium
• Enriched Uranium
• Depleted Uranium
• Key Points
• Progress Check

Course: WB 1524
CE Исходная дата: 6 мая 2009 г.
CE Дата обновления: 6 мая 2012 г.
CE Дата истечения срока действия: 6 мая 2014 г.
Скачать версию для печати pdf icon[PDF – 439 КБ]

По завершении этого раздела вы сможете

• описать уран.

Уран встречается в природе в очень небольших количествах в виде минералов, но он может быть переработан в металл серебристого цвета. Горные породы, почва, поверхностные и подземные воды, воздух, растения и животные содержат различное количество урана. Типичные концентрации в большинстве материалов составляют несколько частей на миллион.

Если количество и концентрация урана достаточно велики, его можно добывать в коммерческих целях. После добычи урансодержащей руды ее превращают в диоксид урана или другие химические формы с помощью серии химических процессов, известных как измельчение. Остаток, остающийся после извлечения урана, называется хвостами обогащения. Хвосты комбината содержат меньшие концентрации урана, других естественно радиоактивных отходов, таких как радий и торий, и технологических химикатов. Затем измельченный уран обрабатывается для его дальнейшей очистки и подготовки части для производства топлива для ядерных реакторов или оружейного материала. Остаток используется в промышленности и военных целях. Конкретную информацию о расположении и статусе площадок урановых заводов и хвостохранилищ можно найти в Комиссии по ядерному регулированию США 9.0065 Информационный бюллетень о хвостах уранового комбината Внешний значок [NRC 2006].

К началу страницы

Природный уран представляет собой смесь трех типов (или изотопов) урана, обозначаемых как ²³⁴ U, ²³⁵ U и ²³⁸ U, и читается как уран два тридцать четыре и т. д. Все три изотопа химически ведут себя одинаково, поэтому любое их сочетание будет иметь одинаковый химический эффект на здоровье человека.

Но это разные радиоактивные материалы с разными радиоактивными свойствами. Вот почему мы должны смотреть на фактическое процентное содержание трех изотопов в образце урана, чтобы определить, насколько он радиоактивн.

Хотя природный и обедненный уран (обсуждается далее) в первую очередь представляют химическую опасность, следующие несколько абзацев описывают радиологическую природу токсикологически важных изотопов урана, поскольку изотопы рассматриваются в некоторых исследованиях воздействия на здоровье.

Радиоактивные элементы – это элементы, которые подвергаются самопроизвольному превращению (распаду), при котором энергия высвобождается (излучается) либо в виде частиц, таких как альфа- или бета-частицы, либо в виде электромагнитного излучения с энергиями, достаточными для ионизации, например гамма-излучения. или рентген. Это преобразование или распад приводит к образованию различных элементов, некоторые из которых сами по себе могут быть радиоактивными, и в этом случае они также будут распадаться. Процесс продолжается до тех пор, пока не будет достигнуто стабильное (нерадиоактивное) состояние.

Когда атом любого из этих изотопов урана распадается, он испускает альфа-частицу (ядро атома гелия) и превращается в радиоактивный изотоп другого элемента. Процесс продолжается через ряд радионуклидов, пока не будет достигнут стабильный нерадиоактивный изотоп свинца. Радионуклиды в этих рядах преобразования (например, радий и радон) испускают альфа-, бета- и гамма-излучения с энергиями и интенсивностью, которые уникальны для отдельного радионуклида [ATSDR 2008b].

Кроме того, каждый изотоп имеет различный радиологический период полураспада или время, необходимое для трансформации половины атомов радионуклида. ²³⁴ U имеет самый короткий период полураспада и, следовательно, является наиболее радиоактивным, за ним следуют ²³⁵ U и ²³⁸ U. из разных изотопов. Если фракция ²³⁵ U увеличена, то она называется обогащенным ураном. Однако, если часть ²³⁵ U уменьшен, его называют обедненным ураном. Обедненный уран менее радиоактивен, чем природный уран, а обогащенный уран более радиоактивен, чем природный уран. Когда обогащенный уран имеет чистоту 90 259 235 90 260 U 97,5%, такой же вес обогащенного урана примерно в 75 раз более радиоактивен, чем природный уран. Это связано с тем, что обогащение также увеличивает концентрацию ²³⁴ U, который является наиболее радиоактивным из трех изотопов урана. Природный уран обычно примерно в два раза более радиоактивен, чем обедненный уран. Промышленные процессы производят другие изотопы урана, называемые 9.0259 232 U, ²³³ U и ²³⁶ U. Они также намного более радиоактивны, чем природный уран.

К началу страницы

Природный уран радиоактивен, но представляет большую химическую опасность, поскольку его период полураспада очень велик. Когда уран испускает радиацию, он превращается в другое вещество (например, в радон). В отличие от других видов излучения, альфа-излучение, обычно испускаемое ураном, не может проходить через твердые предметы, такие как бумага или кожа человека. Очень небольшое количество природного урана используется для изготовления некоторых глазурей для керамических украшений, лампочек, фотохимикатов и предметов домашнего обихода. Некоторые удобрения содержат немного большее количество природного урана.

К началу страницы

Обогащенный уран содержит больше делящегося ²³⁵ U, который является источником энергии для реакторов и оружия. Низкообогащенный уран используется в гражданских реакторах. Высокообогащенный уран используется в военно-морских реакторах и для производства оружия.

Начало страницы

Обедненный уран (ОУ) образуется как побочный продукт процесса обогащения урана и обладает примерно 60% радиоактивности природного урана. Благодаря своей высокой плотности он может использоваться в качестве материала для защиты от радиации, в качестве пенетраторов в пушечных снарядах и в качестве противовесов для поверхностей управления самолетами.

Поэтому ОУ используется на вертолетах и ​​самолетах. Он также используется вооруженными силами в качестве щита для защиты армейских танков и в качестве частей пуль и ракет, чтобы помочь им пройти сквозь бронетехнику противника. ОУ может загрязнять раны и внедряться в мягкие ткани, где прямой контакт с его высокоэнергетическими альфа-частицами может со временем стать источником системного воздействия.