Barva uranove rude. Glavne uporabe urana
Osiromašeni uran je mešanica uranovih izotopov in je sestavljena predvsem iz urana-238. Splošno sprejeto je, da je uran osiromašen, ko je delež urana-235 manjši od 0,711 % teže, kar povzroča sevanje. Hkrati se v vojaške namene praviloma uporablja osiromašeni uran z manj kot 0,3-odstotnim deležem.
Ali je osiromašeni uran radioaktiven?
Da bi to razumeli, je dovolj preučiti proces njegovega videza. Osiromašeni uran nastaja med bogatenjem urana za jedrske elektrarne ali vojaške namene. Da bi to naredili, je naravni uran obogaten z izotopom urana-235. Posledično se večina radioaktivnih izotopov (234 in 235) ekstrahira med procesom obogatitve in ostane z obogatenim uranom, osiromašeni uran pa ostane stranski produkt. Posledično je radioaktivnost osiromašenega urana približno 1,7-krat manjša od radioaktivnosti same uranove rude.
Kdaj je bil pridobljen prvi osiromašeni uran?
Leta 1940 so znanstveniki v ZDA in ZSSR na začetku programa jedrskega orožja v procesu bogatenja urana dobili stranski produkt - pozneje po analogiji imenovan - osiromašeni uran. V tistih letih je veljal za popolnoma neuporaben odpadek in je bil praviloma zakopan.
Kako se hrani osiromašeni uran?
95% osiromašenega urana je shranjenega v obliki trdnega monolita uranovega fluorida na prostem v posebnih zaprtih kovinskih posodah, brez dostopa kisika. V ZDA so leta 2005 uskladiščili 57.122 rezervoarjev, kar je skoraj 700.000 ton osiromašenega urana.
Kje se uporablja osiromašeni uran?
Uporaba osiromašenega urana je postala priljubljena zaradi njegove zelo visoke gostote (19,1 g/cm³) in velikega preseka zajetja nevtronov. Zato je uran našel uporabo na naslednjih področjih:
- V letalstvu in ladjedelništvu - kot protiuteži na letalih, raketnih stopnjah, v kobilicah jadrnic;
- V medicini - zaščita med obsevanjem (), sestavni del zobnega porcelana - za sijaj;
- V jedrski energiji je sestavni del MOX gorivo, zaščita pred radioaktivnimi snovmi;
- V industriji in radiografiji, zaščita pred radioaktivnimi snovmi. Vse do konca dvajsetega stoletja so barvam na steklu in porcelanu dodajali osiromašeni uran. Hkrati mnogi zmotno verjamejo, da je bil uran vsebovan v samem porcelanu. Vendar potem ne bi bilo tako vseprisotno, predvsem v laboratorijih – kemične lopatice, porcelanaste vrčke in kozarce, terilnike in tolkače izdelujejo iz navadnega porcelana brez dodatkov barvil;
- V vojaški sferi - za proizvodnjo školjk in oklepov.
Osiromašeni uran v izstrelkih
Vojska je ena prvih, ki uporablja odpadke obogatenega urana. Leta 1970 je Pentagon odkril, da njihovo strelivo ne more prebiti oklepa novih sovjetski tanki. Posledično je bil kot nov material za oklepne granate izbran osiromašeni uran - kot poceni in cenovno dostopen material visoke gostote - uran je po gostoti blizu zlata in volframa. To omogoča, da so manjši izstrelki po masi enaki večini drugih kovinskih izstrelkov, hkrati pa zmanjša aerodinamični upor. Zaradi nizke stopnje toksičnosti in radioaktivnosti so osiromašeni uran kasneje začeli uporabljati v ZDA, ZSSR, Veliki Britaniji in Franciji tako v oklepih kot v oklepne granate z visoko kinetično energijo. Podobno orožje z osiromašenim uranom je bilo uporabljeno v bombardiranju Jugoslavije v poznem dvajsetem stoletju, v obeh ameriških operacijah v Iraku.
Osiromašeni uran v oklepu tankov
Osiromašeni uran se ne uporablja samo v oklepnih granatah, ampak tudi v samem tankovskem oklepu kot plast med jeklenimi pločevinami. Tako Abramsovi tanki po letu 1998 v sprednjih delih stolpa nosijo osiromašeni uran - tako imenovano uranovo keramiko.
Ali se osiromašeni uran uporablja v jedrskem orožju?
Nenavadno je, da jedrsko orožje ne uporabljajo samo, ampak tudi izčrpano. Vendar se uporablja le kot lupina jedrskega naboja in kot ena od komponent jedrskega goriva, ki poveča moč eksplozije.
Ali je osiromašeni uran škodljiv?
Natančnih podatkov o dolgoročnih učinkih uporabe streliva z osiromašenim uranom na zdravje ljudi ni. Vendar pa so številni okoljevarstveniki izrazili zaskrbljenost zaradi možnih izbruhov raka na območjih, kjer se uporabljajo takšni izstrelki. Na primer, med operacijo v Iraku leta 1991 so ZDA uporabile približno 14.000 tankovskih granat z osiromašenim uranom in skoraj milijon 30-milimetrskih granat. Skupaj je bilo porabljenih skoraj 300 ton čistega osiromašenega urana. Po tej operaciji so številni vojaki zboleli za rakom.
Po bombardiranju Jugoslavije je bilo na njenem ozemlju odkritih 8 resno onesnaženih krajev, ki so bili pred tem bombardirani z granatami z osiromašenim uranom. Tako je bilo uslužbencem ZN prepovedano uporabljati vodo iz lokalnih virov. Povezava med vzroki in posledicami pa ni uradno dokazana.
Kemična toksičnost osiromašenega urana
Osiromašeni uran ne povzroča največje škode zaradi svoje radioaktivnosti, ampak zaradi svoje kemične toksičnosti. Pri zaužitju, zlasti v obliki soli, se uran kopiči v jetrih, vranici in ledvicah.
Nevarnost sevanja osiromašenega urana
Če je toksičnost osiromašenega urana največja, ko vstopi v telo v obliki tekočine, potem največjo sevalno škodo povzroči v stanju prahu. Alfa sevanje majhnih delcev osiromašenega urana v požiralniku in pljučih povzroča nastanek malignih rakavih tumorjev. Če govorimo o zunanjem sevanju osiromašenega urana, potem je to tako zanemarljivo, da ga lahko zaustavi že navaden list papirja. V bistvu je uran v telesu koncentriran v kosteh.
Prepoved uporabe osiromašenega urana
Več kot 90 nevladne organizacije zagovarjal prepoved uporabe osiromašenega urana v proizvodnji orožja. To vprašanje je bilo večkrat izpostavljeno v ZN in Evropskem parlamentu. Vendar sta na primer Francija in Združeno kraljestvo v Evropski uniji vedno vložila veto na to vprašanje. S sklepom decembra 2008 Generalna skupščina ZN, da izvedejo dodatno študijo o posledicah uporabe orožja z osiromašenim uranom, je podprlo 141 držav, proti so bile štiri - Francija, Velika Britanija, ZDA in Izrael, še 34 se jih je vzdržalo, med njimi Rusija.
Kje je v Rusiji shranjen osiromašeni uran?
Ruske zaloge osiromašenega urana znašajo okoli 700 milijonov ton lastna proizvodnja in več kot 100 milijonov ton odkupljenih po simbolični ceni od evropskih podjetij. V Rusiji se osiromašeni uran uporablja ne le za skladiščenje, ampak tudi kot gorivo za hitre nevtronske reaktorje (). Poleg tega je osiromašeni uran podvržen postopku ponovne obogatitve - približno 15% gre v obogateni uran.
Ozemlja štirih predelovalnih podjetij se uporabljajo kot začetna mesta za skladiščenje osiromašenega urana:
- Novouralsk, regija Sverdlovsk – Uralski elektrokemijski kombinat
- Angarsk, regija Irkutsk - kemična tovarna za elektrolizo Angarsk
- Seversk, Tomska regija - Sibirski kemični kombinat
- Zelenogorsk, Krasnoyarsk regija– Elektrokemijska tovarna
Odkritje na planetarni ravni. Tako lahko imenujete odkritje znanstvenikov Urana. Planet so odkrili leta 1781.
Njeno odkritje je bilo razlog za imenovanje enega od elementi periodnega sistema. Uran kovina je bila izolirana iz smolne mešanice leta 1789.
Pomp okoli novega planeta se še ni polegel, zato je ideja o poimenovanju nove snovi ležala na površini.
Konec 18. stoletja še ni bilo koncepta radioaktivnosti. Medtem je to glavna lastnost zemeljskega urana.
Znanstveniki, ki so delali z njim, so bili obsevani, ne da bi vedeli. Kdo je bil pionir in kakšne so druge lastnosti elementa, bomo povedali naprej.
Lastnosti urana
Uran je element odkril Martin Klaproth. Zlil je smolo s kavstikom. Fuzijski produkt ni bil popolnoma topen.
Klaproth je spoznal, da ni domnevnih in v sestavi minerala. Nato je znanstvenik zagozdo raztopil.
Iz raztopine so padli zeleni šesterokotniki. Kemik jih je izpostavil rumeni krvi, to je kalijevemu heksacianoferatu.
Iz raztopine je izpadla rjava oborina. Klaproth je reduciral ta oksid z lanenim oljem in ga požgal. Imam prašek.
Moral sem ga že prižgati, mešati z rjavim. V sintrani masi so bila najdena zrna nove kovine.
Kasneje se je izkazalo, da ni čisti uran, in njegov dioksid. Ločeno je bil element prejet šele 60 let pozneje, leta 1841. In po nadaljnjih 55 letih je Antoine Becquerel odkril pojav radioaktivnosti.
Radioaktivnost urana zaradi sposobnosti jedra elementa, da zajame nevtrone in razpade. Ob tem se sprošča impresivna energija.
To je posledica kinetičnih podatkov sevanja in drobcev. Možno je zagotoviti neprekinjeno cepitev jeder.
Verižna reakcija se začne, ko je naravni uran obogaten s svojim 235. izotopom. To ni nekaj, kar je dodano kovini.
Ravno nasprotno, iz rude se odstranita nizko radioaktivni in neučinkoviti 238. nuklid ter 234. nuklid.
Njihovo mešanico imenujemo osiromašena, preostali uran pa obogatena. Točno to potrebujejo industrialci. Toda o tem bomo govorili v posebnem poglavju.
Uran seva, tako alfa kot beta z gama žarki. Odkrili so jih tako, da so videli učinek kovine na fotografski plošči, oviti v črno.
Postalo je jasno, da novi element nekaj oddaja. Medtem ko sta Curijeva raziskovala, kaj je, je Marie prejela odmerek sevanja, zaradi katerega je kemik zbolel za krvnim rakom, zaradi katerega je ženska leta 1934 umrla.
Beta sevanje lahko uniči ne samo Človeško telo ampak tudi sama kovina. Kateri element nastane iz urana? Odgovor: Brevi.
V nasprotnem primeru se imenuje protaktinij. Odkrit leta 1913, ravno med preučevanjem urana.
Slednja se brez zunanjih vplivov in reagentov spremeni v brevijo, le iz beta razpada.
Navzven uran - kemični element - barve s kovinskim leskom.
Tako izgledajo vsi aktinidi, ki jim pripada 92. snov. Skupina se začne z 90. številko in konča s 103.
Stoji na vrhu seznama radioaktivni element uran, deluje kot oksidant. Oksidacijska stanja so lahko 2., 3., 4., 5., 6.
To pomeni, da je kemično 92. kovina aktivna. Če uran zmeljete v prah, se bo na zraku spontano vžgal.
V svoji običajni obliki bo snov ob stiku s kisikom oksidirala in se prekrila s prelivajočim se filmom.
Če se temperatura dvigne na 1000 stopinj Celzija, kem. element uran Poveži z . Nastane kovinski nitrid. Ta snov rumena barva.
Vrzite ga v vodo in raztopite kot čisti uran. Razjedite ga in vse kisline. Element izpodriva vodik iz organskih snovi.
Uran ga na enak način potiska iz solnih raztopin,,,,,. Če takšno raztopino pretresemo, se bodo delci 92. kovine začeli svetiti.
uranove soli nestabilni, razpadejo na svetlobi ali v prisotnosti organskih snovi.
Element je ravnodušen morda le do alkalij. Kovina ne reagira z njimi.
Odkritje urana je odkritje super težkega elementa. Njegova masa omogoča izolacijo kovine, natančneje mineralov z njo, iz rude.
Dovolj je, da ga zdrobite in zaspite v vodi. Najprej se bodo usedli delci urana. Tu se začne rudarjenje. Podrobnosti v naslednjem poglavju.
Kopanje urana
Po prejemu težke usedline industrijalci izlužijo koncentrat. Cilj je, da se uran raztopi. Uporablja se žveplova kislina.
Izjema je narejena za tar. Ta mineral je netopen v kislini, zato se uporabljajo alkalije. Skrivnost težav v 4-valentnem stanju urana.
Kislo izpiranje ne prehaja z , . V teh mineralih je tudi 92. kovina 4-valentna.
To obdelamo s hidroksidom, znanim kot natrijev hidroksid. V drugih primerih je čiščenje s kisikom dobro. Žveplove kisline ni treba posebej kopičiti.
Dovolj je, da rudo s sulfidnimi minerali segrejemo do 150 stopinj in vanjo pošljemo curek kisika. To povzroči nastanek kisline, ki se izpira Uran.
Kemični element in njegova uporaba povezana s čistimi oblikami kovine. Za odstranjevanje nečistoč se uporablja sorpcija.
Izvaja se na ionskih izmenjevalnih smolah. Primerno tudi za ekstrakcijo z organskimi topili.
Raztopini je treba dodati alkalijo, da oborimo amonijeve uranate, jih raztopimo v dušikovi kislini in izpostavimo.
Rezultat bodo oksidi 92. elementa. Segrejejo se na 800 stopinj in reducirajo z vodikom.
Nastali oksid se pretvori v uranov fluorid, iz katerega se s termično redukcijo kalcija pridobiva čista kovina. , kot vidite, ni preprosto. Zakaj se tako trudiš?
Uporaba urana
92. kovina je glavno gorivo za jedrske reaktorje. Vitka mešanica je primerna za stacionarne, obogateni element pa se uporablja za elektrarne.
235. izotop je tudi osnova jedrskega orožja. Iz 92. kovine je mogoče pridobiti tudi sekundarno jedrsko gorivo.
Tukaj je vredno zastaviti vprašanje, kateri element spremeni uran. Iz njegovega 238. izotopa dobimo še eno radioaktivno, supertežko snov.
Na samem 238 uran Super polovično življenje, traja 4,5 milijarde let. Tako dolgo uničenje vodi do nizke porabe energije.
Če upoštevamo uporabo uranovih spojin, pridejo prav njegovi oksidi. Uporabljajo se v steklarski industriji.
Oksidi delujejo kot barvila. Lahko se pridobi od bledo rumene do temno zelene. V ultravijoličnih žarkih material fluorescira.
Ta lastnost se ne uporablja samo v kozarcih, ampak tudi v uranovih glazurah za. Uranovi oksidi v njih so od 0,3 do 6%.
Posledično je ozadje varno, ne presega 30 mikronov na uro. Fotografija elementov urana, natančneje izdelki z njegovo udeležbo, so zelo barviti. Sijaj kozarcev in posod pritegne poglede.
Cena urana
Za kilogram neobogatenega uranovega oksida dajo okoli 150 dolarjev. Najvišje vrednosti so bile opažene leta 2007.
Potem je cena dosegla 300 dolarjev na kilogram. Razvoj uranovih rud bo ostal donosen tudi po ceni 90-100 konvencionalnih enot.
Kdo je odkril element uran, ni vedel, kakšne so njegove zaloge v zemeljski skorji. Zdaj so jih prešteli.
Velika polja z dobičkonosno proizvodno ceno bodo do leta 2030 izčrpana.
Če ne odkrijemo novih nahajališč ali ne najdemo alternativ kovini, se bo njena vrednost povečala.
V zadnjih nekaj letih postaja tema jedrske energije vse bolj aktualna. Za proizvodnjo atomske energije je običajno uporabiti material, kot je uran. Je kemijski element, ki spada v družino aktinidov.
Kemična aktivnost tega elementa določa dejstvo, da ni v prosti obliki. Za njegovo proizvodnjo se uporabljajo mineralne formacije, imenovane uranove rude. Koncentrirajo takšno količino goriva, ki nam omogoča, da menimo, da je pridobivanje tega kemičnega elementa ekonomsko racionalno in donosno. Na ta trenutek v črevesju našega planeta vsebnost te kovine presega zaloge zlata v 1000-krat(cm.). Na splošno so usedline tega kemičnega elementa v tleh, vodno okolje in rock cenjen na več kot 5 milijonov ton.
V prostem stanju je uran sivo-bela kovina, za katero so značilne 3 alotropske modifikacije: rombične kristalne, tetragonalne in telesno centrirane kubične mreže. Vrelišče tega kemičnega elementa je 4200°C.
Uran je kemično aktiven material. V zraku ta element počasi oksidira, zlahka se raztopi v kislinah, reagira z vodo, vendar ne deluje z alkalijami.
Uranove rude v Rusiji so običajno razvrščene po različnih merilih. Najpogosteje se razlikujejo po izobrazbi. Da, obstajajo endogene, eksogene in metamorfogene rude. V prvem primeru gre za mineralne tvorbe, nastale pod vplivom visoke temperature, vlažnost in taline pegmatita. Eksogene mineralne formacije urana se pojavljajo v površinskih razmerah. Lahko nastanejo neposredno na površini zemlje. To je posledica kroženja podzemne vode in kopičenja padavin. Metamorfogene mineralne tvorbe se pojavijo kot posledica prerazporeditve prvotno razporejenega urana.
Glede na stopnjo vsebnosti urana so te naravne tvorbe lahko:
- super bogat (več kot 0,3%);
- bogato (od 0,1 do 0,3%);
- navaden (od 0,05 do 0,1%);
- slabo (od 0,03 do 0,05%);
- zunajbilančne (od 0,01 do 0,03 %).
Sodobne uporabe urana
Danes se uran najpogosteje uporablja kot gorivo za raketne motorje in jedrske reaktorje. Glede na lastnosti tega materiala je namenjen tudi povečanju moči jedrskega orožja. Ta kemični element je našel svojo uporabo tudi v slikarstvu. Aktivno se uporablja kot rumeni, zeleni, rjavi in črni pigmenti. Uran se uporablja tudi za izdelavo jeder za oklepne izstrelke.
Kopanje uranove rude v Rusiji: kaj je potrebno za to?
Pridobivanje radioaktivnih rud poteka po treh glavnih tehnologijah. Če so nahajališča rude koncentrirana čim bližje površini zemlje, je za njihovo pridobivanje običajno uporabiti odprto tehnologijo. Gre za uporabo buldožerjev in bagrov, ki kopljejo luknje velika številka in pridobljene minerale naložijo v tovornjake. Nato gre v predelovalni kompleks.
Z globokim pojavom te mineralne tvorbe je običajno uporabiti tehnologijo podzemnega rudarjenja, ki omogoča ustvarjanje rudnika do globine 2 kilometrov. Tretja tehnologija se bistveno razlikuje od prejšnjih. Izpiranje na kraju samem za razvoj nahajališč urana vključuje vrtanje vrtin, skozi katere žveplova kislina. Nato se izvrta še ena vrtina, ki je potrebna za črpanje nastale raztopine na površino zemlje. Nato gre skozi postopek sorpcije, ki omogoča zbiranje soli te kovine na posebni smoli. Zadnja stopnja tehnologije SPV je ciklična obdelava smole z žveplovo kislino. Zahvaljujoč tej tehnologiji postane koncentracija te kovine največja.
Nahajališča uranovih rud v Rusiji
Rusija velja za eno vodilnih svetovnih proizvajalcev uranovih rud. V zadnjih nekaj desetletjih je Rusija po tem kazalniku dosledno med prvimi 7 vodilnimi državami.
Največja nahajališča teh naravnih mineralnih formacij so:
Največja nahajališča urana na svetu - vodilne države
Avstralija velja za vodilno svetovno rudarstvo urana. V tej državi je koncentriranih več kot 30% vseh svetovnih rezerv. Največja avstralska nahajališča so Olympic Dam, Beaverley, Ranger in Honeymoon.
Glavni tekmec Avstralije je Kazahstan, ki vsebuje skoraj 12 % svetovnih zalog goriva. Kanada in Južna Afrika vsebujeta vsaka 11 % svetovnih zalog urana, Namibija - 8 %, Brazilija - 7 %. Prvih sedem zapira Rusija s 5 %. Na lestvici najboljših so tudi države, kot so Namibija, Ukrajina in Kitajska.
Največja nahajališča urana na svetu so:
| Polje | Država | Začni obdelavo |
| Olimpijski jez | Avstralija | 1988 |
| Rossing | Namibija | 1976 |
| Reka MacArthur | Kanada | 1999 |
| Inkai | Kazahstan | 2007 |
| Dominion | Južna Afrika | 2007 |
| Ranger | Avstralija | 1980 |
| Kharasan | Kazahstan | 2008 |
Zaloge in obseg proizvodnje uranove rude v Rusiji
Raziskane zaloge urana pri nas so ocenjene na več kot 400.000 ton. Hkrati je kazalnik predvidenih virov več kot 830 tisoč ton. Od leta 2017 v Rusiji deluje 16 nahajališč urana. Poleg tega jih je 15 skoncentriranih v Transbaikaliji. Streltsovskoye rudno polje velja za glavno nahajališče uranove rude. V večini domačih nahajališč se rudarjenje izvaja po rudarski metodi.
- Uran je bil odkrit v 18. stoletju. Leta 1789 je nemškemu znanstveniku Martinu Klaprothu uspelo iz rude izdelati kovini podoben uran. Zanimivo je, da je ta znanstvenik tudi odkritelj titana in cirkonija.
- Uranove spojine se aktivno uporabljajo na področju fotografije. Ta element se uporablja za barvanje pozitivov in izboljšanje negativov.
- Glavna razlika med uranom in drugimi kemičnimi elementi je naravna radioaktivnost. Atomi urana se sčasoma neodvisno spreminjajo. Hkrati oddajajo človeškemu očesu nevidne žarke. Ti žarki so razdeljeni na 3 vrste - sevanje gama, beta, alfa (glej).
Koliko rude je potrebno za proizvodnjo nizko obogatenega urana kot goriva za jedrsko elektrarno? Splošno sprejeto je, da je gorivo uran uran, vsebnost izotopa urana-235 v katerem je 4%. V naravni rudi je ta izotop le 0,7%, kar pomeni, da je treba njegovo koncentracijo povečati za 6-krat.
Naj vas spomnim, da sta Evropa in ZDA do osemdesetih let prejšnjega stoletja bogatili uran samo na "omrežjih", pri čemer so za to delo porabili ogromno električne energije. Tehnološki moment, a, kot pravijo, z velikimi posledicami. Naravni uranov heksafluorid lahko "izsesava" 235. izotop, dokler se ne ustavi - tako da minimalna količina ostane v "repih". Toda kaj to pomeni v primeru difuzijske metode? Več »mrež«, več posod za originalni heksafluorid in seveda več stroškov energije. In vse to poveča stroške, pokvari ekonomski kazalci zmanjšanje dobička. Na splošno ni zanimivo. Zato v zahodnih "repih" urana-235 - 0,3%, 0,4% pa gre v nadaljnje delo. S takšnimi »repi« je slika naslednja: 1 kg NEU zahteva 8 kg rude + 4,5 SWU (separacijske delovne enote).
Za prešite jakne je bila slika in ostaja nekoliko drugačna - navsezadnje je delo naših "igel" veliko cenejše. Ne pozabite - "igla" zahteva 20-30 krat manj električne energije na 1 SWU. Prihranite ločevanje dela poseben pomen ni bilo, prvotni uranov heksafluorid je bil "iztisnjen" bolj previdno: 0,2% urana-235 ostane v naših "repih", 0,5% je šlo v nadaljnjo obogatitev. Zdi se, da je razlika le 0,1%, zakaj bi bili pozorni na takšno malenkost? Da, ni vse tako preprosto: na naših "iglah" za pridobitev 1 kg LEU potrebujemo 6,7 kg rude + 5,7 SWU. 1,3 kg manj rude – torej smo s svojim črevesjem ravnali veliko bolj preudarno kot demokrati.
A to še ni vse. 1 SWU na naših centrifugah stane približno 20 dolarjev, na "mrežah" 1 SWU stane od 70 do 80. To pomeni, da je za Zahod nahajališče urana, v katerem je cena rude, recimo 100 dolarjev, zelo drago. Izračunajmo 1 kg LEU na kalkulatorju, da bo jasno.
1 kg LEU = 8 kg rude + 4,5 SWU, tj.
1 kg LEU \u003d 8 x 100 + 4,5 x 70 \u003d 1115 $.
In zdaj postavimo svoje številke in dobimo:
1 kg LEU = 6,7 kg rude + 5,7 SWU
1 kg LEU = 6,7 x 100 + 5,7 x 20 = 784 $
To pomeni, da je nahajališče urana, ki je bilo za nas predrago za civilizirani Zahod, prava stvar. Okvirno je na Zemlji VEČ urana za našo tehnologijo kot za zahodno tehnologijo. Od trenutka, ko je Evropa obvladala Zippejeve centrifuge, so se zaloge urana v svetovni statistiki dramatično povečale, čeprav bratje geologi za to niso niti mignili s prstom: prej odkrita nahajališča so se začela priznavati kot komercialno donosna, to je vse. Toda URENCO je svoje centrifuge vključil v 80. letih, jedrske elektrarne v Evropi in ZDA pa so se pojavile veliko prej, kajne? To pomeni, da so od konca 40. let prejšnjega stoletja nahajališča urana izkoriščali izjemno obsežno, brez varčevanja z naravnimi rudami. Grobo povedano, Zahod je "ubijal" eno področje za drugim in preskočil na nova. In strašno negospodarnemu Mordorju se ni mudilo: našli so nahajališče in ga posrkali na dno, brez hrepa in brez naglice. Ob tem ne smemo pozabiti, da vsa leta hladne vojne jedrske države zelo aktivno povečeval zaloge visoko obogatenega urana za orožje, kar zahteva veliko več naravne uranove rude. Okvirno se na 1 kg HEU porabi 275 kg rude, račun HEU v državah nuklearni klubšlo na stotine ton. In HEU ni le orožje, poganjajo ga podmorski reaktorji, poganjajo ga številni raziskovalni reaktorji. Na splošno je človeštvo svoje uranove rude porabljalo zelo, zelo intenzivno in vse, kar lahko rečemo v svojo obrambo, je, da nismo prvi začeli.
Vedeti morate še eno stvar. Ko nam rečejo, da je bilo izkopanih toliko ton uranove rude, je to pomembno razumeti pogovarjamo se ne o gorah nekakšnih kamenčkov ali kovinskih ingotov. V industriji urana se vse zaloge rude tradicionalno pretvorijo v uranov koncentrat – natančneje U3 O8, dušikov oksid. Tradicionalno je bil to rumen prah in so ga imenovali "rumeni kolač", zdaj pa je to že malo zastarelo. V procesu bogatenja rude se uporablja celoten cikel njene predelave, katerega ena od sestavin je praženje. AT Zadnja leta različni obrati uporabljajo različne temperature, zato je barva uranovega koncentrata zelo različna – od temno zelene do črne. Toda postopek predelave rude je posebna tema, precej velika, in za zdaj se poskušamo ukvarjati z nahajališči in proizvodnjo. Pustite to na stran, vendar ne pozabite: vse govorjenje o uranovi rudi je govorjenje o uranovem koncentratu. In prav je tako - te rude so zelo različne, vsebujejo preveč različne količine urana, zato brez takšne "standardizacije" ni šlo.
Kdaj so ljudje odkrili to kovino in zakaj se pravzaprav imenuje "uran"? Zgodba je stara, a zanimiva. Zdaj vsi vemo, kaj je sevanje in ga povsem upravičeno ne prenesemo in se ga bojimo. In v prejšnjih časih ljudje niso vedeli ničesar o sevanju - morda zato niso trpeli za njim? .. Med rudami in minerali v rudnikih srebra so srednjeveški rudarji pogosto našli težek črni mineral - tako imenovani katran. mešanica. Zagotovo je znano, da je zanka znana že od leta 1565 - takrat so jo odkrili v Rudnih gorah na Saškem, vendar zanjo niso našli nobene posebne aplikacije. Leta 1789 se je nemški analitski kemik Martin Klaproth začel zanimati za ta mineral in se odločil, da ga bo ustrezno kemijsko analiziral. Rudo so v njegov laboratorij pripeljali iz rudnika Jakhimovo v današnji Češki republiki. Becquerel in Curie sta pozneje odkrila minerale iz istega Jakhimiva, zato predlagam, da to zapišemo takole:
»Domovina« urana je Češka.
Martin Klaproth
Klaproth je zelo pridno delal: talil je minerale pri različnih temperaturah, z zrakom in brez njega, prelival najrazličnejše kisline in vodko, dokler ni na koncu dobil sintrane mase z dobro vidnimi kovinskimi zrnci. Bilo je leta 1789 - 8 let po tem, ko so astronomi odkrili prej neznan planet, ki so ga poimenovali Uran. Tukaj je o tem zapisal sam Klaproth: »Prej je bil priznan obstoj samo 7 planetov, kar je ustrezalo 7 kovinam, ki so nosile imena planetov. V zvezi s tem je po tradiciji priporočljivo novo kovino poimenovati po novoodkritem planetu. Beseda 'uran' izhaja iz grške besede za 'nebo' in se tako lahko nanaša na nebeško kovino." Ne prepirajo se z odkritelji - zato se zdaj ukvarjamo s to zelo "nebeško kovino".
Sam Klaproth pa ni uspel pridobiti čistega urana; to je uspelo šele leta 1840 E.M. Peligo. Leta 1896 je Becquerel odkril, da uranove spojine obsevajo fotografski papir – tako se je začelo raziskovanje radioaktivnosti. Do najmočnejšega in najstrašnejšega orožja, do največje "zaloge energije" se je človeštvo premikalo počasi ...
uranova ruda
Z vidika geologov na Zemlji uranove rude ni le veliko, ampak veliko. Toda vsak mineral urana ne dobi ponosnega imena "ruda": minerali, v katerih je zelo malo urana in veliko odpadne kamnine, se ne štejejo za rude. Za dobre rude se štejejo minerali, v katerih je več kot 0,1 % urana (1 kg na 1000 kg kamnine), vendar obstajajo izjeme. Na primer, v Južna Afrika, na nahajališču Witwatersland se uran pridobiva iz rude, v kateri je njegova koncentracija le 0,01 %, in se pridobiva v industrijskem obsegu. Kako to? Da, ta nebeška kovina ni preprosta - pogosto jo najdemo v istih kamninah, kjer je zlato. Ker se zlato "izbira" iz te skale, zakaj ga ne bi "pobrali" na kup in uran - to je logika. Zlato kot glavni namen predelave rude, uran kot postranski. "Pogosto" ima tudi številčno vrednost: 12 % urana, izkopanega na svetu, je stranski proizvod zlata in drugih rudnikov. V ZDA na primer uran pridobivajo iz kamnin s koncentracijo 0,008% na splošno - iz floridskih fosforitov. Glavna proizvodnja je fosfor, uran - na kup ... No, če se ne dotikate takšnih eksotičnih stvari, potem so uranove rude glede na njihovo vsebnost razdeljene v 4 vrste - stopnje: bogate - z vsebnostjo urana več kot 1 %; zasebniki - od 0,1 do 1,0%; revni - od 0,03 do 0,1% in revni - manj kot 0,03%.
In uranove rude so razdeljene v 5 razredov, odvisno od tega, katera tehnologija se uporablja za pridobivanje in predelavo nebesne kovine. Približno - kakšne predelovalne obrate bi morali ustvariti ob nahajališčih. To je tudi taka tradicija: ker je koncentracija urana vedno majhna, nihče ne pomisli, da bi kam prevažal milijone ton kamenja. Rudnik, rudnik, kamnolom in od konca do konca - vse, kar potrebujete za predelavo.
Vendar to niso vse vrste razvrstitev uranovih rud: ker vsi živimo v svetu, kjer je dobiček najpomembnejši, je morda glavna razvrstitev po ceni končnega izdelka (ta prav uranov koncentrat, rumena pogača). Nekakšen posploševalni kazalnik, v katerem so zavržene vse podrobnosti - kakšna je bila koncentracija urana v rudi, kako so jo kopali in čistili, koliko je stala infrastruktura. Ni pomembno, kaj se je zgodilo PREJ, pomembno je, kakšen je rezultat. Obstajajo samo 3 kategorije: 1) nahajališča, kjer je cena 1 kg koncentrata nižja od 40 USD na kg; 2) kjer je cena od 40 do 80 dolarjev na kilogram; 3) kjer je lastna cena od 80 do 130 dolarjev na kilogram. Vse, kar je dražje od 130 dolarjev, je danes "neščitno", ker je zelo drago. Kako dolgo pa bo trajala taka zanemarjenost-površnost? Do leta 2006 je IAEA menila, da je uran super drag in po ceni več kot 80 $/kg, zdaj pa se je odločila, da je treba centrifuge oceniti glede na njihove prednosti - nizki stroški obogatitve omogočajo varno uporabo rude. več kot 80 $. Naše centrifuge 10. generacije so se šele začele uporabljati, zato ni mogoče izključiti, da čez nekaj časa letvica 130 $ ne bo več "odrezana". V kraljestvu teme in groze z gospodarstvom, raztrganim na koščke, se je začelo industrijsko obratovanje hitrega nevtronskega reaktorja BN-800, projektira se BN-1200, leta 2020 je načrtovan tudi zagon vodilnega reaktorja v okviru projekta Proryv , do leta 2030 obstaja upanje za izvedbo zaprtega jedrskega cikla.
Vendar se ne spuščajmo v projekte in hipoteze – osredotočimo se na to, kar imamo danes. Leta 2006 je veljalo, da je na tretjem planetu od Sonca 5.000.000 ton uranovih rud, naslednje poročilo IAEA je bilo objavljeno leta 2010. Prav v tem poročilu so bile centrifuge prvič prepoznane kot edina metoda obogatitve urana danes, prvič je bila "cut-off" letvica dvignjena z 80 $/kg na 130 $/kg. Nova številka zalog uranove rude na Zemlji je 6.306.300 ton. Ponavljam - to ni povečanje zaradi novih nahajališč, to je pretvorba geoloških rud v industrijske. In zgodilo se je iz preprostega razloga - IAEA je priznala, da je vse, razen centrifug, zlo in tega se ne bomo več spominjali. Povečanje izkoristljivih rud je znašalo 26 % – brez dodatnih vlaganj v raziskovanje.
Ne tako pogosto v zgodovini civilizacije je razvoj tehnologije resno vplival na geopolitiko in uran in centrifuge so enak primer. Ugotovimo na prstih, kaj pomeni pojav komercialnega zanimanja za nahajališča urana, ki so do takrat ostala nedotaknjena dolga leta? Prvič, države "atomskega kluba" so videle svoj interes na tistih ozemljih, kjer so bila ta nahajališča. Na primer, nahajališča v Kirovogradski regiji so postala zanimiva ne le za Ukrajino ... Drugič, države, ki niso bile članice "atomskega kluba", so videle, da bi jim uran lahko zadostoval. In to ni moja teoretična izmišljotina: delegacije iz 52 držav so se udeležile pravkar preteklega Atomexpa-2016, le 32 držav je imelo jedrsko energijo vsaj v neki obliki, 20 držav je novink, ki so začutile obete.
Kalkulator
Kaj je zanimivega v uranu - naj pove kalkulator. Imamo 6.306.300 ton rude, v kateri je vsebnost urana-235 (ki pravzaprav »gori« v reaktorjih jedrskih elektrarn) v povprečju 0,72%. Torej, če vso uranovo rudo pretvorimo v uran-235, ga imamo 45.405 ton. Kar zadeva stroške energije, 1 tona urana-235 ustreza 2.000.000 tonam bencina. Skladno s tem je pretvorba zalog urana-235 v naftni ekvivalent 90,81 milijarde ton nafte. Je to veliko ali malo? Raziskane zaloge nafte na Zemlji danes znašajo 200 milijard ton. Zaloge urana so skoraj polovične, skoraj 50-odstotne. In kakšni so obeti? Tehnologija pridobivanja olja je pripeljana skoraj do popolnosti, tehnologija njegove predelave je podobna. Da bi povečali zaloge nafte, je treba: a) nadaljevati z iskanjem novih in novih nahajališč, kar se pri trenutnih cenah ogljikovodikov že dve leti upočasnjuje; b) se strinjate, da se bo nafta z leti samo dražila, saj je je vedno manj. Nafta iz skrilavca, o kateri toliko govorijo boljševiki, menjševiki in drugi, pri trenutni cenovni ravni ni zanimiva, a prej ali slej bo prišel trenutek, ko bo treba uporabiti njene zaloge, in to ne samo v ZDA.
Toda z uranom - nekoliko drugačna slika, veliko manj nedvoumna. Nismo še razkriti, kolikšen bo strošek 1 SWU na najnovejših generacijah Rosatomovih centrifug - in že smo videli, kako lahko tehnologija obogatitve poveča zaloge uranove rude. Delovanje BN-800 se je šele začelo, BN-1200 je še samo v risbah, rezultate projekta Proryv bomo videli šele leta 2020. Pa naj brez pretirane skromnosti (kolikor se le da na koncu) pove zgodovinsko dejstvo: ves čas obstoja jedrskega projekta ni bilo nobenih napak pri razvoju tehnologij s strani nekdanjega ministrstva za srednje strojegradnjo, nekdanjega ministrstva za atomsko energijo in sedanjega Rosatoma. Določene pomanjkljivosti, pomanjkljivosti - ja, bile so, toda splošna linija razvoja, priznajmo si, se ni niti enkrat zlomila.
Preprosto ni razlogov, da ne bi verjeli, da se bo boj Rosatoma za zaprt jedrski cikel končal z uspehom – po mojem mnenju seveda. Se vam zdi ta izjava preveč drzna? In poglejmo okoli sebe in si za trenutek dovolimo pozabiti, da je glavni dosežek človeštva najnovejši model iPhone. Ne samo, da verjamejo v zanesljivost naših tehnologij, ampak podpisujejo pogodbe za gradnjo jedrskih elektrarn, ne le »stare stranke« – kot so Madžarska, Iran in Finska, Kitajska in Indija. Prvič se bodo jedrske elektrarne pojavile v Egiptu, Vietnamu, Belorusiji, Turčiji, Bangladešu, Indoneziji - in to bodo ruske jedrske elektrarne. Torej nisem edini, ki verjame v naše tehnologije, v njihove progresivni razvoj. In nisem edini, ki je prepričan, da se lahko z naslednjim preskokom v razvoju tehnologije izkaže, da bodo zaloge urana večje od zalog ogljikovodikov ... In ne pozabimo na še eno možno zalogo urana - nova nahajališča. Obstaja na primer država, kjer stopnja razvoja ozemlja z geološkimi raziskavami še vedno ne presega 60% - Rusija. Obstajajo države, kjer sploh ni časa za geološka raziskovanja - na primer Afganistan, Eritreja.
Toda razmišljanje o možnostih jedrske energije je ločena in zelo resna tema, ki jo je treba pustiti za pozneje. In ta opomba je uvodna opomba v Uranium Dungeons, v kateri želim ponuditi, da vidimo: kaj je bilo, kaj je postalo in kako smo prišli do takega življenja. In seveda tudi brez zgodb o novih iPhonih iz mogočnih ZDA ne bo šlo. Imam jih in kot ponavadi si ni bilo treba ničesar izumiti.
V stiku z
Članek govori o tem, kdaj je bil odkrit tak kemični element, kot je uran, in v katerih panogah se ta snov uporablja v našem času.
Uran - kemični element energetske in vojaške industrije
Ljudje so ves čas poskušali najti visoko učinkovite vire energije in v idealnem primeru ustvariti tako imenovano.Na žalost je bila nemožnost njenega obstoja teoretično dokazana in utemeljena že v 19. stoletju, vendar znanstveniki še vedno niso izgubili upanja, da bodo spoznali sanje o nekakšni napravi, ki bi bila sposobna izdati veliko število»čiste« energije zelo dolgo.
Delno je to oživelo z odkritjem snovi, kot je uran. Kemični element s tem imenom je bil osnova za razvoj jedrskih reaktorjev, ki v našem času oskrbujejo z energijo celotna mesta, podmornice, polarne ladje itd. Res je, da njihove energije ni mogoče imenovati "čista", vendar v zadnjih letih številna podjetja razvijajo kompaktne "atomske baterije" na osnovi tritija za široko prodajo - nimajo gibljivih delov in so varne za zdravje.
Vendar pa bomo v tem članku podrobno analizirali zgodovino odkritja kemičnega elementa, imenovanega uran, in reakcijo cepitve njegovih jeder.
Opredelitev
Uran je kemični element z atomskim številom 92 in periodni sistem Mendelejev. Njegova atomska masa je 238,029. Označena je s simbolom U. V normalnih pogojih je gosta, težka kovina srebrne barve. Če govorimo o njegovi radioaktivnosti, potem je sam uran element s šibko radioaktivnostjo. Prav tako ne vsebuje popolnoma stabilnih izotopov. In uran-338 velja za najbolj stabilnega od obstoječih izotopov.
S tem, kar je dani element, smo ugotovili, zdaj pa razmislite o zgodovini njegovega odkritja.
Zgodba
Takšna snov, kot je naravni uranov oksid, je bila ljudem znana že od pradavnine in stari rokodelci so jo uporabljali za izdelavo glazure, s katero so prekrili različno keramiko za vodoodpornost posod in drugih izdelkov ter njihovega okrasja.
Pomemben datum v zgodovini odkritja tega kemičnega elementa je bilo leto 1789. Takrat je kemiku in v Nemčiji rojenemu Martinu Klaprothu uspelo pridobiti prvi kovinski uran. In novi element je dobil ime v čast planeta, odkritega osem let prej.
Skoraj 50 let je takrat pridobljeni uran veljal za čisto kovino, vendar je leta 1840 francoski kemik Eugene-Melchior Peligot uspel dokazati, da material, ki ga je pridobil Klaproth, kljub ustrezni zunanji znaki, sploh ni kovina, ampak uranov oksid. Malo kasneje je isti Peligo prejel pravi uran - zelo težko kovino siva barva. Takrat je bila prvič določena atomska teža takšne snovi, kot je uran. Kemični element je leta 1874 umestil Dmitrij Mendelejev v svojo znamenito periodni sistem elementov, Mendelejev pa je dvakrat podvojil atomsko težo snovi. In šele 12 let kasneje je bilo eksperimentalno dokazano, da se v svojih izračunih ni zmotil.
radioaktivnost
Toda res veliko zanimanje za ta element v znanstvenih krogih se je začelo leta 1896, ko je Becquerel odkril dejstvo, da uran oddaja žarke, ki so jih po raziskovalcu poimenovali - Becquerelovi žarki. Kasneje je ena najbolj znanih znanstvenic na tem področju, Marie Curie, ta pojav poimenovala radioaktivnost.
Naslednji pomemben datum v študiji urana se šteje leto 1899: takrat je Rutherford odkril, da je sevanje urana nehomogeno in se deli na dve vrsti - žarke alfa in beta. In leto kasneje je Paul Villar (Villard) odkril tretjo, zadnjo vrsto radioaktivnega sevanja, ki ga danes poznamo - tako imenovane žarke gama.
Sedem let pozneje, leta 1906, je Rutherford na podlagi svoje teorije o radioaktivnosti izvedel prve poskuse, katerih namen je bil določiti starost različnih mineralov. Te študije so med drugim postavile temelje za oblikovanje teorije in prakse
Cepitev uranovih jeder
Toda verjetno najpomembnejše odkritje, zahvaljujoč kateremu se je začelo široko rudarjenje in bogatenje urana tako v miroljubne kot vojaške namene, je proces cepitve uranovih jeder. Zgodilo se je leta 1938, odkritje sta izvedla nemška fizika Otto Hahn in Fritz Strassmann. Kasneje je ta teorija dobila znanstveno potrditev v delih več nemških fizikov.
Bistvo mehanizma, ki so ga odkrili, je bilo naslednje: če je jedro izotopa urana-235 obsevano z nevtronom, potem ko zajame prosti nevtron, se začne deliti. In kot zdaj vsi vemo, ta proces spremlja sproščanje ogromne količine energije. To se zgodi predvsem zaradi kinetične energije samega sevanja in drobcev jedra. Zdaj vemo, kako pride do cepitve urana.
Odkritje tega mehanizma in njegovi rezultati so izhodišče za uporabo urana tako v miroljubne kot vojaške namene.
Če govorimo o njegovi uporabi v vojaške namene, je bila prvič predstavljena teorija, da je mogoče ustvariti pogoje za tak proces, kot je neprekinjena cepitvena reakcija uranovega jedra (ker je za detonacijo jedrske bombe potrebna ogromna energija). sta dokazala sovjetska fizika Zeldovich in Khariton. Toda za ustvarjanje takšne reakcije je treba uran obogatiti, saj je v normalnem stanju želene lastnosti ne poseduje.
Seznanili smo se z zgodovino tega elementa, zdaj bomo ugotovili, kje se uporablja.
Uporaba in vrste uranovih izotopov
Po odkritju takega procesa, kot je verižna cepitvena reakcija urana, so se fiziki soočili z vprašanjem, kje ga je mogoče uporabiti?
Trenutno obstajata dve glavni področji uporabe izotopov urana. To je miroljubna (ali energetska) industrija in vojska. Tako prvi kot drugi uporabljata reakcijo izotopa urana-235, razlikuje se le izhodna moč. Preprosto povedano, v jedrskem reaktorju ni treba ustvariti in vzdrževati tega procesa z enako močjo, kot je potrebna za izvedbo eksplozije jedrske bombe.
Tako so bile navedene glavne industrije, v katerih se uporablja reakcija cepitve urana.
Toda pridobivanje izotopa urana-235 je izjemno zapletena in draga tehnološka naloga in vsaka država si ne more privoščiti gradnje obogatitvenih obratov. Na primer, za pridobitev dvajsetih ton uranovega goriva, v katerem bo vsebnost izotopa urana 235 od 3 do 5%, bo treba obogatiti več kot 153 ton naravnega, "surovega" urana.
Izotop urana-238 se uporablja predvsem pri načrtovanju jedrskega orožja za povečanje njegove moči. Ko zajame nevtron, čemur sledi proces beta razpada, se lahko ta izotop sčasoma spremeni v plutonij-239 – običajno gorivo za večino sodobnih jedrskih reaktorjev.
Kljub vsem pomanjkljivostim tovrstnih reaktorjev (visoki stroški, zahtevnost vzdrževanja, nevarnost nesreče) se njihovo delovanje zelo hitro povrne, proizvedejo pa neprimerljivo več energije kot klasične termo ali hidroelektrarne.
Reakcija je omogočila tudi ustvarjanje jedrsko orožje množično uničenje. Drugače je velika sila, relativna kompaktnost in dejstvo, da lahko naredi velike površine zemlje neprimerne za človeško bivanje. Res je, v sodobnem atomsko orožje uporablja se plutonij, ne uran.
osiromašeni uran
Obstaja tudi takšna sorta urana kot osiromašeni. Je zelo drugačen nizka stopnja radioaktivnost, zato ni nevarna za ljudi. Ponovno se uporablja v vojaški sferi, na primer dodajajo ga oklepu ameriškega tanka Abrams, da mu dajo dodatno moč. Poleg tega v skoraj vseh visokotehnoloških vojskah najdete različne.Poleg velike mase imajo še eno zelo zanimivo lastnost - po uničenju izstrelka se njegovi drobci in kovinski prah spontano vnamejo. In mimogrede, prvič je bil tak projektil uporabljen med drugo svetovno vojno. Kot lahko vidimo, je uran element, ki se uporablja na različnih področjih človekove dejavnosti.
Zaključek
Po mnenju znanstvenikov okoli leta 2030 vse velika nahajališča urana, nakar se bo začel razvoj njegovih težko dostopnih plasti in cena narasla. Mimogrede, za ljudi je popolnoma neškodljiv - nekateri rudarji že več generacij delajo na njegovi proizvodnji. Zdaj smo ugotovili zgodovino odkritja tega kemičnega elementa in kako se uporablja reakcija cepitve njegovih jeder.
Mimogrede, znano zanimivo dejstvo- uranove spojine za dolgo časa uporabljali kot barve za porcelan in steklo (do 50. let 20. stoletja t.i.
