proatom.ru - сайт агентства ПРоАтом
Журналы Атомная стратегия 2021 год
  Агентство  ПРоАтом. 24 года с атомной отраслью!              
Навигация
· Главная
· Все темы сайта
· Каталог поставщиков
· Контакты
· Наш архив
· Обратная связь
· Опросы
· Поиск по сайту
· Продукты и расценки
· Самое популярное
· Ссылки
· Форум
Журнал
Журнал Атомная стратегия
Подписка на электронную версию
Журнал Атомная стратегия
Атомные Блоги





Подписка
Подписку остановить невозможно! Подробнее...
PRo Выставки
Testing&Control
Задать вопрос
Наши партнеры
PRo-движение
АНОНС
Вышло в свет второе издание двухтомника Б.И.Нигматулина. Подробнее
PRo Погоду

Сотрудничество
Редакция приглашает региональных представителей журнала «Атомная стратегия» и сайта proatom.ru. E-mail: pr@proatom.ru Савичев Владимир.
Время и Судьбы

[15/09/2005]     Уран – главный металл атомной энергетики

Эвелина Цегельник, инженер, г. Глазов

Немного о родителях

В России 28 сентября 2005 года впервые будет праздноваться профессиональный праздник – День работника атомной промышленности. Именно в этот день в 1942 году Госкомитет обороны СССР выпустил распоряжение «Об организации работ по урану» и одобрил создание при Академии наук специальной лаборатории атомного ядра.

Главный металл ядерной энергетики – уран – получил свое название от планеты Уран, открытой в 1781 году В. Гершелем и названной им в честь верховного божества древнегреческой мифологии бога Урана, владыки Неба, ставшего прародителем всех греческих богов. Можно сказать, что бог Уран, отец 45 детей, в представлении ученого выступил некой «фабрикой» по производству потомства. В атомной технике в роли такой фабрики выступает атомный реактор – настоящая фабрика новых элементов и изотопов периодической системы (в результате деления атомов урана получаются практически все элементы с массой от 70 до 160). История как самого урана, так и технологии его извлечения и производства связана с именами многих выдающихся химиков и физиков планеты. Это М.Г. Клапрот, Э. Пелиго, Мария и Жолио Кюри, И.В. Курчатов, Н.Н. Семенов, Ю.Б. Харитон, Б.П. Константинов, Я.Б. Зельдович, П.Л. Капица, Л.А. Арцимович, А.П. Александров, В.И. Вернадский, И.Е. Тамм, Я.И. Френкель, А.И. Алиханов, Л.С. Коловрат-Червинский и др. И первым в этом списке справедливо поставлено имя немецкого химика М.Г. Клапрота, открывшего элемент уран в 1789 году. Клапроту удалось выделить из так называемой «смоляной болванки» не сам уран, а его окисел. В металлическом состоянии уран был получен в 1841 году французским химиком Э. Пелиго при восстановлении тетрахлорида урана (UCl4) металлическим калием.

Судьба одаренного ребенка

Очень долго уран был интересен химикам исключительно в качестве ингредиента при производстве красок и стекла. Несколько позднее – в 1896 году было открыто явление радиоактивности урана (французский физик Анри Беккерель зафиксировал испускание урановой солью невидимых лучей, отличающихся сильной проникающей способностью), и начались работы по переработке урановых руд с целью извлечения урана для исследовательских целей и использования в медицине (рентген). В 1919 г. в Физико-техническом институте (РСФСР) удалось осуществить искусственное превращение атомных ядер путем бомбардировки ядер легких элементов альфа-частиц, испускаемых естественными радиоактивными веществами. Физические исследования урана развернулись по всему миру. В 1935 году Фредерик Жолио-Кюри, один из активных исследователей урана, получил Нобелевскую премию за открытие искусственной радиоактивности. Ученые долго не замечали способности ядер урана делиться. Ведь все другие элементы, облучающиеся нейтронами, превращались в более тяжелые ядра, и от урана ученые ожидали того же. В России только в 1939 году было открыто явление деления ядер, и с тех пор уран начал волновать ученых в качестве ядерного топлива, а политиков — в качестве «начинки» для атомной бомбы. В 1939–1940 гг. Ю.Б. Харитон и Я.Б. Зельдович впервые теоретически показали, что при небольшом обогащении природного урана ураном-235 можно создать условия для непрерывного деления атомных ядер, то есть придать процессу цепной характер.

Выбор профессии

В 1943 году группа советских физиков под руководством И.В. Курчатова осуществила монтаж модели реактора (графитовой призмы) для изучения замедления нейтронов и других нейтронно-физических процессов. Эти опыты позволили накопить данные, которые послужили основой для создания методов расчета атомных реакторов. В декабре 1944 года в институте Гиредмет был произведен первый в СССР слиток чистого металлического урана массой более 1 кг (в США слиток урана был получен уже в 1942 году, но на работу по его получению у американцев ушло в четыре раза больше времени, чем у советских ученых).

В истории нацистской Германии документально зафиксировано, что немецкие ученые к 1945 году уже имели собственную атомную бомбу. Работы по созданию ядерного оружия нацистами велись с 1944 года: немецкие ученые вели эксперименты с тяжелой водой по расщеплению атома. В Германии в это время существовал экспериментальный ядерный реактор, и были созданы полигоны для испытания атомного оружия. Но для успешного завершения работ нацистам не хватало высокообогащенного урана, основные месторождения которого находились в Африке и Северной Америке. Во время второй мировой войны нацистские ученые проводили испытания ядерных устройств на заключенных концлагерей. Сотни людей погибли в ходе этих зловещих экспериментов. Но созданная немецкими учеными опытная атомная бомба оказалась слишком громоздкой для доставки по воздуху, и поэтому Гитлер отказался от ее применения (см. книгу немецкого историка Райнера Карлша «Бомба Гитлера»). Кроме того, в военной промышленности Германии ощущалась явная нехватка вольфрама — с 1943 года Португалия перестала экспортировать в нацистскую страну вольфрам (необходимый для производства бронебойных подкалиберных снарядов танковых и противотанковых пушек), и Гитлер вынужден был издать приказ по покрытию дефицита вольфрама ураном, который стали повсеместно добавлять в сплавы для производства сердечников снарядов. Для этих целей в 1943 г. было отгружено порядка 1200 тонн урана, накопленного в рамках программы по созданию немецкого ядерного оружия. Неизвестно, как бы далее сложилась мировая история, не окажись Гитлер таким слабым политиком. Немецкое правительство распыляло научные и материальные ресурсы сразу между несколькими программами вооружений, поэтому «Урановый проект» оказался (к счастью для мирового человечества) на задворках гитлеровского внимания. После захвата Германии советское правительство вывезло на территорию СССР все документы по «Урановому проекту», а также специалистов-ядерщиков, занятых в этом проекте (Адольф Тиссен, Макс Штеенбек и др.). В 1946 году специалисты института атомной энергии в Москве под руководством И.В. Курчатова, используя накопленный опыт советских и немецких специалистов, осуществили самоподдерживающую ядерную цепную реакцию. Был осуществлен физический пуск первого экспериментального реактора на тепловых нейтронах.



Рис. 1. Изделия из обедненного урана для защитной техники

Рост и возмужание

9 декабря 1946 года по Постановлению Совета Министров СССР было организовано производство урана на базе бывшего патронного завода № 544 (г. Глазов, Удмуртия) Министерства Вооружения СССР.

Но вопрос в министерстве решился –

Из руды извлекать здесь уран!

И по рельсам стальным устремился

В город Глазов людей караван.

Вышел город встречать пополненье

С керосиновой лампой в руке.

Без дорог был он, без освещенья,

В деревянном глухом сюртуке…

(Отрывок из баллады о заводе № 544 – слова автора)


В сентябре 1949 года на патронном заводе было параллельно запущено производство кальция, который был необходим для восстановления урана. В ноябре 1948 года на урановом производстве патронного завода № 544 был получен тетрафторид урана, из которого путем черновых и рафинировочных восстановительных плавок затем были получены урановые слитки. Ныне – это ОАО «Чепецкий механический завод».

Вот руду заменили уральцы

На урановый концентрат.

За ураном освоили кальций:

Монолит, медный сплав, дистиллят.

Получили и крупку и стружку,

Иодидный пруток. Наконец

День пришел, когда «лапотник русский»

Начал твэлы катать для АЭС.

(Отрывок из баллады о заводе № 544 – слова автора)


В апреле 1949 года в Институте теоретической и экспериментальной физики был введен в действие тяжеловодный исследовательский реактор для получения радиоактивных изотопов. Мощность реактора составляла 500 кВт. Топливом являлся природный уран. Максимальный поток тепловых нейтронов 2•1012 нейтрон/(см2•с). Реактор предназначался для проведения исследовательских работ. А 23 сентября 1949 года была успешно испытана первая советская атомная бомба. Немного позднее – 12 августа 1953 года в Советском Союзе была испытана термоядерная (водородная) бомба. Через год (27 июня 1954 года) в городе Обнинск была введена в строй первая в мире атомная электростанция мощностью 5000 кВт, положившая начало большому пути мировой атомной энергетики. Первая в мире атомная электростанция успешно проработала 48 лет (заглушен реактор был 29 апреля 2002 года). На первой в мире атомной электростанции использовался реактор канального типа на медленных (тепловых) нейтронах, замедлителем служил графит, теплоносителем – вода. Надо сказать, что путь превращения тепла в электрический ток сложный: пар – турбина – генератор. Из первого контура вода, охлаждающая реактор, под давлением 100 кгс/см2 при температуре 2800C поступала в парогенератор и отдавала тепло воде второго контура. Пар перегревался до 2700C под давлением 12 кгс/см2 и поступал в турбину.

Год спустя, в Физико-энергетическом институте в Обнинске был запущен первый экспериментальный реактор на быстрых нейтронах БР-1. А в 1960 году флагман ледокольного флота Советского Союза атомоход «Ленин» совершил свой первый рейс по Северному морскому пути. Атомная энергетическая установка ледокола мощностью 44000 л.с. позволяла ему двигаться по сплошному ледяному полю толщиной до трех метров, прокладывая дорогу караванам судов.

Длина ледокола равнялась 134 м, ширина 27,6 м, водоизмещением он был 16000 т, скорость по чистой воде ледокола составляла 18 узлов, реакторы были водо-водяного типа. Атомоход «Ленин» проложил дорогу будущему атомному флоту России. Созданием реакторов для подводных лодок в СССР занимался Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники.

В 1964 году в институте атомной энергии им. И.В. Курчатова было осуществлено прямое преобразование тепловой энергии, образующейся при делении ядра, в электрическую на экспериментальной энергетической установке «Ромашка». Ядерным топливом в «Ромашке» служил обогащенный дикарбид урана (загрузка 49 кг). Тепло такого ядерного реактора передавалось за счет теплопроводности материалов термоэлектрическому преобразователю, расположенному на внешней поверхности реактора, и дальше ребрам излучателя (эл. мощность установки 0,8 кВт). В этом же году на Урале была введена в строй Белоярская атомная электростанция им. И.В. Курчатова, на которой впервые в мире был осуществлен ядерный перегрев пара непосредственно в реакторе. В 1965 году в СССР вступила в строй атомная электростанция с кипящим реактором водо-водяного типа мощностью 50 000 кВт, а в 1968 году был осуществлен физический пуск атомного реактора на быстрых нейтронах БОР-60 мощностью 60000 кВт (НИИ Атомных реакторов, г. Димитровград). В настоящее время основными реакторами российских АЭС являются ВВЭР (водо-водяной энергетический реактор) и РБМК (реактор большой мощности канальный). Реактор – это сердце атомной электростанции. В его активной зоне поддерживается цепная реакция деления ядер урана.

Место рождения

В природе известно 14 геологических типов урановых руд и около 100 минералов урана. Промышленное значение имеют только двенадцать минералов. Главные минералы урановых руд – урановая смолка уранит (настуран) и карнотит (желтый урано-ванадиевый минерал, образующий вкрапленность мелких зерен в песчаниках). Другие минералы: урановые черни, тюямунит. Среднее содержание урана в земной коре 2,5•10-4% по массе. В ходе геологической истории содержание урана в земле постепенно уменьшается (за счет естественного радиоактивного распада). Наибольшими разведанными запасами урана обладают: Австралия (примерно 466 тысяч тонн, более 20% мировых запасов), Казахстан (18%), Канада (12%), Узбекистан (7,5%), Бразилия (7%), Нигер (7%), ЮАР (6,5%), США (5%), Намибия (3%), Украина (3%), Индия (2%). Крупное месторождение уранита Шинколобве находится в Демократической Республике Конго. Значительными запасами располагают также Китай (провинции Гуандун и Цзянси), Германия и Чехия. В США большая часть запасов урана сосредоточена в песчаниках с настураном, разработка которых ведется в штатах Аризона, Колорадо, Нью-Мексико, Техас, Юта, Вашингтон и Вайоминг. В Юте имеется крупное месторождение урановой смолки (Мэрисвейл). В России промышленные запасы урана сосредоточены в основном в пределах Стрельцовской кальдеры в Восточном Забайкалье и в Бурятии.



Табл. 1. Обогащение урана

Урановые руды служат сырьем для получения других радиоактивных элементов, таких как радий и полоний, и разных изотопов, в том числе легких изотопов урана. На карте мира остается еще много «белых пятен» там, где поисково-разведочные работы на уран почти не велись. Это Центральная Африка, бассейн реки Амазонки, арктическая зона России и Антарктида. Потенциальные запасы урана содержатся в России на Эльконском резервном урановом районе в зоне БАМа и тоже ждут своего освоения. В целом ситуация с сырьевой базой урана в России выглядит довольно напряженно (обеспеченность атомной промышленности ураном на 2020 г. составляет только 25%).

На этом фоне изучается возможность вовлечения в производство ядерного топлива минерально-сырьевой базы как обрабатываемых месторождений Стрельцовского рудного поля, так и других, ранее разведанных – Горного, Орловского, Березового и других, расположенных в Читинской области.

Для России при расчете потребностей в уране принят вариант развития, предложенный Минатомом и поддержанный Правительством РФ 25 мая 2000 года. Он предусматривает следующие значения годовых установленных мощностей, ГВт:

2010 г. – 32,0

2020 г. – 50,0

2030 г. – 65,0

2040 г. – 72,0

2050 г. – 90,0

На складах западных производителей, предприятий и в государственных хранилищах находится 168500 т урана. Складские запасы природного и низкообогащенного урана в России оцениваются зарубежными экспертами в 47 тысяч тонн. При таком количестве российские складские запасы будут полностью исчерпаны до 2014 г.



Табл. 2. Суммарные потребности в уране России и стран, обеспечиваемых российскими ТВЭЛ на период до 2050 г.

Для обеспечения гарантированных поставок урана и сдерживания цен на урановый концентрат необходимо в короткие сроки провести модернизацию и расширение имеющихся рудников для увеличения добычи урановых руд и срочно приступать к исследованию существующих до сих пор «белых пятен» на геологической карте мира. Так же необходимо учитывать и запасы урана, содержащиеся в мировом океане, так как нынешние разведанные месторождения гарантируют миру достаточную поставку урана только… на ближайшие 70–80 лет.



Рис. 2. Слитки природного урана



Неуживчивый характер

Уран в любом виде представляет опасность для здоровья человека. Причем химическая токсичность урана представляет большую опасность, чем его радиоактивность. В человеческом организме естественным образом содержится в среднем примерно 90 микрограммов (мкг) урана. Он распределен в организме так: примерно 66% в скелете, 16% в печени, 8% в почках и 10% в других тканях. Человек может постепенно накапливать содержание урана в организме во время незащищенного контакта с металлическим ураном, причем риск для здоровья пропорционален степени облучения. Уран, как известно, испускает альфа-, бета- и гамма-излучение. Альфа-излучение – наиболее опасный фактор, так как задерживается клетками ткани и приводит к изменениям на клеточном уровне. Энергетика у каждого радионуклида своя. Воздействие обедненного урана на здоровье человека является разным в зависимости от химической формы, в которой он попадает в организм, и может вызываться как химическими, так и радиологическими механизмами. Очень подвержены влиянию радиации глаза человека. Наиболее уязвимая часть глаза – хрусталик. Он поглощает радиационные волны. Под воздействием радиации происходит постепенное помутнение хрусталика (погибшие клетки становятся непрозрачными). Разрастание помутневших участков приводит сначала к катаракте, а затем и к полной слепоте. Причем, чем больше доза, тем больше потеря зрения. Кроме глаз повышенной чувствительностью к облучению обладают репродуктивные органы (дозы свыше 2 грэев могут привести к постоянной стерильности мужчин). А если подвергнуть облучению беременную женщину между восьмой и пятнадцатой неделями беременности (в этот период у плода формируется кора головного мозга), то существует большая вероятность рождения умственно отсталого ребенка. Предельные нормы ионизирующего облучения: 1 мЗв за год для населения вообще и 20 мЗв в среднем за год на протяжении пяти лет для лиц, работающих в радиационной обстановке (НРБ–99). При больших дозах радиация вызывает повреждение ткани органов, может вызвать изменения на генетическом уровне и даже гибель организма. Повреждение генетического аппарата грозит врожденными пороками развития и другими наследственными заболеваниями в следующих и последующих поколениях.

В большую жизнь

Руда с природным естественным ураном содержит, как упоминалось выше, три изотопа: 238U (99,282%), 235U (0,712%) и 234U (0,006%). Изотоп 234U практически не используется. Для обогащения представляет интерес только изотоп 235U. По этому изотопу проводят обогащение топлива для атомных станций с тепловыми (медленными) нейтронами (реакторы ВВЭР, РБМК) и быстрыми нейтронами (реактор на быстрых нейтронах, например, Белоярская АЭС). В основном, руды выщелачивают раствором серной, иногда азотной кислот или растворами соды с переводом урана в кислый или содовый раствор. Для извлечения и концентрирования урана из растворов и пульп, а также очистки от примесей применяют сорбцию на ионообменных смолах и экстракцию органическими растворителями (трибутилфосфат (ТБФ), алкилфосфорные кислоты, амины). Далее из растворов добавлением щелочи осаждают уранаты аммония или натрия, или гидроокись урана. Для получения соединений высокой степени чистоты технические продукты подвергаются аффинажным операциям очистки, с получением UO3 или U3O8. Эти окислы затем восстанавливаются водородом или аммиаком до UO2 и затем (путем обработки газообразным фтористым водородом при температурах порядка 500–6000C) переводится в тетрафторид урана (UF4). По другой технологии тетрафторид урана получают при осаждении кристаллогидрата UF4•nH2O плавиковой кислотой из растворов с последующим обезвоживанием продукта при 4500C в токе водорода. В промышленности основным способом получения урана из тетрафторида урана является его кальцийтермическое или магнийтермическое восстановление с выходом урана в виде слитков массой до 1,5 тонн (слитки рафинируются в вакуумных печах). В бывшем СССР природный уран производился на девяти горно-обогатительных комбинатах. В настоящее время в России работают только три комбината: Приаргунское горно-химическое объединение, южноуральское ЗАО «Далур» и забайкальское ОАО «Хиагида». К 2015 году по прогнозу ЗАО «Далур» ежегодно будет давать 800 тонн, а ОАО «Хиагада» — 1000 тонн урана. С учетом работы Приаргунского горно-химического объединения объемы производства урана к 2015 г. составят пять тысяч тонн в год.

Основные российские предприятия-производители урана: «Уральский электрохимический комбинат» (г. Новоуральск), «Электрохимический завод» (г. Зеленогорск), «Ангарский электролизный химический комбинат» (г. Ангарск), «Сибирский химический комбинат» (г. Северск), «Чепецкий механический завод» (г. Глазов).

Руда по существующей в настоящее время в России технологической цепочке перерабатывается вначале в концентрат (солевой или оксидный), затем направляется на экстракционно-сорбционный аффинаж (с получением двуокиси высокой чистоты) и последующее фторирование (с получением тетрафторида урана (UF4)). После чего тетрафторид урана переводят в гексафторид урана (UF6) путем фторирования в пламенном реакторе (с помощью элементарного фтора). Далее осуществляется изотопное разделение UF6 – отделяются легкие изотопы 235 и 234, а 238 – концентрируется. После изотопного разделения UF6 (в виде газа или жидкости) переводится в реакторе путем гидролиза, восстановления (водородом) и термообработки в диоксид урана керамического сорта (UO2). Затем UO2 поступает на прессование и спекание в керамические беспористые таблетки, которые затем в качестве ядерного горючего заряжают в твэлы (тепловыделяющие элементы) ядерных реакторов. Обогащение урана изотопом уран-235 для получения ядерного горючего осуществляется методом газовой термодиффузии, или центробежным методом, основанным на различии масс урана-235 и урана-238. В процессах разделения уран используется в виде летучего гексафторида урана (UF6). Россия разработала свое собственное ноу-хау, супперэффективную центрифужную технологию, отличную от технологий других уранпроизводящих стран (например, французы до сих пор обогащают уран на диффузионных линиях), благодаря которой обогащать уран дешевле и проще. Еще во времена СССР для разделения изотопов урана была внедрена уникальная технология с использованием центрифуг, вращающихся с огромной скоростью. Прочный и легкий сплав алюминия с цирконием, разработанный академиком И.Н. Фриндландером, позволил сделать большое количество центрифуг, с помощью которых вырабатывался уран, обогащенный изотопами U-235. Это был самый дешевый способ обогащения. Американский спутник-разведчик, сфотографировавший цех с центрифугами на Урале, не обнаружил на его крышке водяного бассейна охлаждения, и в США тотчас сделали вывод, что русские ученые разработали новую технологию обогащения урана, используемого для атомного оружия. Российская технология до сих пор является конкурентоспособной. Поэтому Россия

сегодня занимает лидирующие позиции на рынке «энергетического» урана и контролирует сорок процентов мирового рынка низкообогащенного урана. Кроме этого, Россия производит «энергетический» уран и путем разбавления (обеднения) оружейного урана природным ураном. Взамен поставляемого в США низкообогащенного энергетического урана, выработанного из обогащенного урана, Россия получает от США деньги и природный уран. А это важно, в свете ограниченности числа российских месторождений урана. Разработанные российскими специалистами универсальные российские технологии получения порошка диоксида урана керамического сорта позволяют использовать в качестве сырья любые урансодержащие материалы: гексафторид урана, оксиды урана, плавы уранилнитрата (регенерированное сырье), обороты топливных производств, в том числе содержащие гадолиний и эрбий, а также любые урансодержащие скрапы и материал твэлов.

Применение способностей

Применение урана обусловлено высоким удельным весом, способностью задерживать ионизирующее излучение, особыми механическими свойствами. Основное применение урана – производство ядерного топлива для АЭС (уран-235). Для ядерного реактора с водой под давлением установленной мощностью 1400 МВт требуется в год примерно 225 тонн природного урана для изготовления 50 новых топливных элементов, которые обмениваются на соответствующее число использованных твэлов (тепловыделяющих элементов). Для загрузки данного реактора необходимо около 130 тонн ЕРР (единица работы разделения)* и уровень затрат в 40 млн долл. в год. Концентрация урана-235 в топливе для атомного реактора 2–5%. Кроме того, уран-235 служит источником ядерной энергии в ядерном оружии. В атомной бомбе концентрация урана-235 превышает 75%. Уран-238 служит источником вторичного ядерного горючего (плутония). Из природного урана в России изготавливают слитки, прутки, плиты, диски и изделия любой сложной конфигурации. Наряду с продукцией из природного урана Россия выпускает изделия из обедненного металлического урана, а также широкую гамму сплавов на основе урана. В народном хозяйстве обедненный уран используется при изготовлении самолетных противовесов и противорадиационных экранов медицинской радиотерапевтической аппаратуры. Из обедненного урана, благодаря его уникальным свойствам можно изготавливать транспортные контейнеры для перевозки радиоактивных грузов и ядерных отходов, а также изделия надежной биологической защиты (например, защитные экраны). Ядерное приборостроение выпускает большое число разнообразных приборов, основанных на использовании радиоактивных изотопов и ядерных излучений, а также приборы для регистрации и исследования излучений (анализаторы, датчики, детекторы, усилители и т.п.). Высокочувствительные приборы с радиоактивными изотопами позволяют вести разведку полезных ископаемых. Радиационная техника разрабатывает аппараты, действия которых тоже основаны на использовании радиоактивных изотопов. С их помощью веществам придают новые свойства, получают информацию о качественных и количественных параметрах материалов и изделий (например, гамма-дефектоскопы, гамма-терапевтические аппараты, радиоактивные аппараты на принципе меченых соединений для клинического применения, изотопные иглы, зерна для введения в ткани и полости организма, изотопные инъекции и т.п.). Еще по спонтанному делению урановых ядер можно высчитывать возраст минералов (изотопы урана содержатся во многих породах). Формула расчета проста: возраст твердого тела пропорционален числу распавшихся в нем атомов урана, а это число определяется числом следов – треков, оставляемых осколками в веществе. По отношению концентрации урана к концентрации треков можно вычислить возраст любого древнего сокровища (вазы, украшения и т.п.). В геологии даже изобрели специальный термин «урановые часы». В военной промышленности обедненный уран используется, начиная с 60-х годов, когда выяснилось, что если добавить его в корпус боеголовки или снаряда, то бронебойные качества оружия резко возрастают. Наиболее распространен обедненный уран в производстве оружейных наконечников (стрел) для снарядов и пуль. Из-за своей высокой плотности и тугоплавкости, он, кроме того, используется в тяжелой танковой броне, противотанковых боеприпасах и ракетах. Снаряды, входящие в боекомплект 120-миллиметровой пушки танка М1А1 «Абрамс» были приняты на вооружение армии США еще в 1989 году и пущены ею в ход во время первой войны в Персидском заливе в 1991 г. Бронебойные подкалиберные снаряды с сердечником из обедненного урана были с успехом применены танкистами американских вооруженных сил в войне против Ирака. Урановый сердечник, попадая в лобовой броневой лист танка Т-72, прошивает его насквозь, вызывая детонацию боезапаса, и разрывая танк на куски. При ударе о броню развивается эндотермическая реакция, поэтому такие снаряды называют еще «бронепрожигающими». При попадании в броню такой снаряд (например, сплав урана с титаном) не ломается, а как бы самозатачивается, чем и достигается большая пробиваемость. Современные российские танки также имеют в боекомплекте бронебойные снаряды с урановым сердечником. Уран – элемент более тяжелый, чем свинец, он обладает большей массивной долей (находится в конце таблицы Менделеева), и поэтому его применение в сердечнике при повышенной прочности урана по отношению к свинцу позволяет достигать большей пробивающей способности. Из выстрелянного боеприпаса обедненный уран высвобождается в виде мелких частиц или пыли.



Рис. 3. Схема функционирования реактора ВВЭР-1000

Почем нынче таланты?

На мировом рынке урана эйфория спроса то и дело сменялась застоем. Так, если в начале 70-х годов в связи с широкими перспективами строительства новых АЭС и резким подорожанием нефти (1973 г.), спрос на уран был как никогда высок (что сопровождалось крупномасштабными поисково-разведочными работами на уран), то с 1979 года, после аварии на АЭС «Three Mile Island-2» в США, темпы строительства АЭС в Америке и Европе резко снизились. И как следствие – затоваривание рынка урана и существенное отставание спроса от предложения. Так, в 1980 году производство урана в западных странах составило 44 тыс. тонн, а потребности реакторов всего 22 тыс. тонн, и это привело к падению цен на уран и свертыванию поисково-разведочных работ на уран. Следующее падение спроса на уран было связано с аварией на Чернобыльской АЭС в 1986 г., когда целые страны отказались от строительства АЭС. Цены «спот» на урановый концентрат достигли к концу 2000 года самой низкой точки – 7 долл./а.ф. U3O8. Но зато, когда спрос на уран в 2004 году заметно вырос и составил 66,7 тысяч тонн, а его производство тянуло только на 33,78 тысяч тонн, то все недопоставки были покрыты за счет старых запасов и включая рециклированный вторичный материал. В 2004 году на пять ведущих в мире стран-продуцентов – Канаду, Австралию, Казахстан, Нигерию и Намибию приходилось почти 80% мирового производства урана. В настоящее время добыча урана из медно-урановой руды в Австралии идет на двух крупнейших в мире рудниках: рудник «Olympic Dam» (шт. Южная Австралия), компания «WMC Resources Ltd» — 4404 тонн U3O8 в год и рудник в Беверли, компания «Heathgate Resources Rty Ltd». Здесь же в Южной Австралии, недалеко от города Броккен-Хилл разрабатываются еще три новых месторождения (East Kalkaroo, Goulds Dam и Billeroo) с прогнозируемыми суммарными запасами 10310 т U3O8. Австралия обеспечивает треть мирового экспорта урана и обладает возможностями значительно увеличить его добычу при необходимости. В Намибии не так давно обнаружены новые месторождения урана общей площадью 68 квадратных километров в непосредственной близости к урановому руднику Рио-Тинто. Австралия в настоящее время ведет активные переговоры с Намибией по активным геологоразведочным работам на обнаруженных там новых радиометрических аномалиях. Несмотря на все это, по оценкам международных аналитиков на мировом рынке наблюдаются признаки нехватки урана. Например, российского складского запаса урана хватит только до 2012–2015 гг. Именно этими складскими запасами Россия покрывает в настоящее время дефицит урана. В России в 2005 году при планируемом потреблении урана в объеме 16 тысяч тонн и существующем производстве урана в 3,2 тыс. тонн, дефицит составит 12,8 тысяч тонн урана. А к 2020 году дефицит урана достигнет 15 тысяч тонн при объеме его производства 5,5 тысяч тонн. В связи с чем цены на уран опять начали ползти вверх и к концу марта 2005 г. цены «спот» на урановый концентрат достигли самой верхней отметки – 21,50 долл./а.ф. U3O8, а в апреле поднялись до 21,75 долл./а.ф. На рост цен повлияли также сбои в работе американских перерабатывающих заводов и сокращение поставок урана в западные страны из России. Кроме того, на рост цен на уран повлияло и планируемое строительство АЭС в Китае и ряде других стран.



Рис. 4. Изделия из обедненного урана для народного хозяйства

Исследуя рынки урана, их следует разбивать на разные категории. Первый рынок – производство природного урана. Он ограничивается добычей природного урана на трех российских комбинатах и тем ураном, который поступает из США в качестве платы за поставляемый туда Россией низкообогащенный «энергетический» уран. Второй рынок – это рынок услуг по обогащению природного урана (уран-235 в количестве 0,7% доводится до уровня энергетического с содержанием этого изотопа 4,5%). На этом рынке четыре крупных компании. Это Россия (ОАО «Техснабэкспорт», экспорт низкообогащенного топлива), США (USEC), Франция (AREVA) и англо-немецкая компания URENCO. На сегодняшний день общий оборот мирового рынка ядерных материалов для реакторов западного типа оценивается в 10 млрд долл. в год, из которых 40% приходится на рынок природного урана, имеющий тенденцию к росту. С учетом потребностей реакторов российского типа, совокупный годовой оборот мирового рынка по ядерным материалам оценивается в 11,5 млрд долл. в год. Третий рынок – производство твэлов (тепловыделяющих элементов) для ядерных реакторов. Здесь Россия (ОАО «ТВЭЛ», экспорт тепловыделяющих сборок) занимает пятую часть мирового рынка.

Ядерная энергетика до сих пор является ведущей отраслью экономики. На ее долю приходится 25% в энергобалансах семнадцати государств мира, однако, нужно отметить нерешенные еще окончательно проблемы переработки и хранения отработавшего в реакторах урана. Эти проблемы во многом осложняют пока широкое распространение атомной энергетики и вызывают справедливые нарекания со стороны экологов.

*ЕРР — единица работы разделения (это энергия, которую надо затратить для превращения стандартного природного урана в 1 кг стандартного энергетического (низкообогащенного) урана в стандартных условиях). Стоимость одного ЕРР в мире колеблется от 70 до 120 долларов.

Журнал "Атомная стратегия" № 18, сентябрь 2005 г.  

 
Связанные ссылки
· Больше про Материаловедение
· Новость от PRoAtom


Самая читаемая статья: Материаловедение:
Уран – главный металл атомной энергетики

Рейтинг статьи
Средняя оценка работы автора: 4.84
Ответов: 142


Проголосуйте, пожалуйста, за работу автора:

Отлично
Очень хорошо
Хорошо
Нормально
Плохо

опции

 Напечатать текущую страницу Напечатать текущую страницу

"Авторизация" | Создать Акаунт | 15 Комментарии | Поиск в дискуссии
Спасибо за проявленный интерес

Re: Уран – главный металл атомной энергетики (Всего: 0)
от Гость на 24/07/2007
<Поэтому Россия сегодня занимает лидирующие позиции на рынке «энергетического» урана и контролирует сорок процентов мирового рынка низкообогащенного урана. Кроме этого, Россия производит «энергетический» уран и путем разбавления (обеднения) оружейного урана природным ураном. Взамен поставляемого в США низкообогащенного энергетического урана, выработанного из обогащенного урана, Россия получает от США деньги и природный уран. А это важно, в свете ограниченности числа российских месторождений урана.>

Известно, что Россия давно не контролирует ни "свою" атомную промышленность, ни "свои" запасы урана и плутония, что Минатом находиться в прямом подчинении Пентагона, а с запасами ядерного материала работают люди исключительно иностранного гражданства. Как "замечательно" что мы превращаем сверхдорогой обогащенный уран, нужный нам самим по зарез, в дешевый низкообогащенный, и притом еще вывозим по бросовой цене в США, вывозим «энергетический» уран, который нам нужен и которого нам не хватает в обмен на все тот же уран, только в куда меньших количествах - "замечательная" логика...


[ Ответить на это ]


Re: Уран – главный металл атомной энергетики (Всего: 0)
от Гость на 15/01/2008
Ну это не совсем так.Они просто контролируют нас ,ведь они не хотят второго Чернобыля, тем более они вкладывают деньги в вопросы ядерной безопасности России.


[
Ответить на это ]


Re: Уран – главный металл атомной энергетики (Всего: 0)
от Гость на 03/02/2008
Это именно так. Ваши "аргументы" - пропагандисткая дешевка. Никакого Чернобыля сейчас быть не может, все реакторы на быстых нейтронах закрыты, хотя они и так были надежны, если их специально не выводить из строя как в Чернобыле. И контролируют они не только АЭС, но и все атомное наше оружие, а вот мы ничего не контролируем - ни американские АЭС, ни их же атомные боеголовки (и свои собственные тоже). Вкладывают они нашие же деньги не в ядерную безопасности России, а в уничтожение нашей атомной промышленности, боеголовок, запасов урана и плутония, а наши АЭС сидят без финансирования, что действительно угрожает ядерной безопасности. Что действительно защищает Пентагон, так это безопасность военной гегемонии американской крупной буржуазии, свое право на фашисткий геноцид всякого, кто не желает стать их рабом, безопасность от нашего атомного оружия и атомного оружия стран "изгоев" (это те страны, что не сосут дяди Сэму). Они контролируют, чтобы наш уран, плутоний боеголовки, технологии и специалисты не попали к этим "изгоям". ФСБ, эти ЦРУшные шлюхи, сосут америкашкам, по стране свободно разуливают ЦРУшные агенты, которых никто не ловит, безпрепятственно получают ЛЮБЫЕ секретные сведенья, технологии, ядерные материалы, вывозят насильственно любых технических специалистов. А кого ловят? - все шпионские скандалы связаны со странами "изгоями": передача технологий в Китай, строительство АЭС в Иране (РФ поддержала американские ссанкции против нашего союзника, имеющего полное право не только на мирный атом, но и на самозащиту себя атомным оружием).


[
Ответить на это ]


Re: Уран – главный металл атомной энергетики (Всего: 0)
от Гость на 03/12/2008
Не мутите воду, если не разбираетесь в вопросе. От вашей глупости голова болит.


[
Ответить на это ]


Re: Уран – главный металл атомной энергетики (Всего: 0)
от Гость на 14/09/2011
Это правильно. Уран, который мы, якобы, продаем американцам, на самом деле обошелся нам дороже, чем рыночная стоимость урана подобного обогащения. Мы затратили ЕРР на то, чтобы довести его до 99,9999% по U235, а потом еще дополнительно провели работу по доведению его до 3-5%. Двойная работа. А отдаем по дешевке. Это преступление в масштабах страны.


[
Ответить на это ]


Re: Уран – главный металл атомной энергетики (Всего: 0)
от Гость на 24/01/2009
Отличная статья нет слов!!!!!
Доступно все и понятно!!!!!!!!!!!
Успехов в дальнейшем!!!!!!!!!!!


[ Ответить на это ]


Re: Уран – главный металл атомной энергетики (Всего: 0)
от Гость на 17/10/2009
что такое а.ф. и цена "спот"? 


[
Ответить на это ]


Re: Уран – главный металл атомной энергетики (Всего: 0)
от Гость на 28/12/2011
Я могу догадываться что цена "спот" - это цена на месте, на точке, без посредника, без биржи. Ну а а.ф. наверное атомная фракция, т.е. содержание конкретного изотопа или элемента в материале. Но лучше поищите ответ в интернете. (прим.: я не автор статьи).


[
Ответить на это ]


Re: Уран – главный металл атомной энергетики (Всего: 0)
от Гость на 28/12/2011
Пардон. Исправлю. Как может оказаться, а.ф. это английский фунт веса. Согласно учебникам есть две системы единиц измерения, СИ - систем интернациональ предложенная французами и система английских единиц. Так что это фунт веса.


[
Ответить на это ]


Re: Уран – главный металл атомной энергетики (Всего: 0)
от Гость на 28/07/2010
Прекрасная статья. Всё на месте, всё понятно. Ничего лишнего.
Спасибо!


[ Ответить на это ]


Re: Уран – главный металл атомной энергетики (Всего: 0)
от Гость на 06/12/2010
К рис. 2 Правильно было бы написать - слитки из природного урана, поскольку из заголовка можно понять, что природный уран так в слитках и находится в природе как самородное золото


[ Ответить на это ]


Re: Уран – главный металл атомной энергетики (Всего: 0)
от Гость на 24/02/2011
"Мария и Жолио Кюри" позабавило, дальше читать не стал...


[ Ответить на это ]


Re: Уран – главный металл атомной энергетики (Всего: 0)
от Гость на 28/12/2011
Маленькая деталь: описывая процесс поражения снарядом цели вы пишите что реакция эндотермическая, поэтому такие снаряды называют еще «бронепрожигающими». Если они жгут броню, то они выделяют тепло. А значит реакция экзотермическая, а не эндотермическая. Экзо, экзит, exit, выход (тепла). Или я что то не совсем понимаю.

А вообщем статья понравилась. Если пишете на общую аудиторию включая студентов, то пострарайтесь еще немного упростить технические описания процессов. Но все таки неплохо и в большей степени доступно. Пожалуйста пишите болюше. Спасибо Эвелина.


[ Ответить на это ]


Re: Уран – главный металл атомной энергетики (Всего: 0)
от Гость на 16/10/2012
<!-- @page { size: 21cm 29.7cm; margin: 2cm } P { margin-bottom: 0.21cm } --> Статья про уран сродни бомбе: та лежит себе спокойно, пока не рванёт... Вот и отзывы на статью пришли далеко не сразу... Когда мы пишем, то часто предполагаем реакцию других. Когда реакция совпадает с ожидаемой – хорошо. А если нет... Какой бы не была причина — она существует, можно просто принять это как данность … и пригласить почитать что-нибудь другое. Спасибо всем. Эвелина.


[
Ответить на это ]


Re: Уран – главный металл атомной энергетики (Всего: 0)
от Гость на 15/11/2013
"Бронепрожигающие" снаряды исторически возникли в умах прапорщиков, которые глядя на пробитую бронеплиту на полигоне видели "оплавленные" края. У них даже термин такой есть "бронепрожигающий эффект", правда про кумулятивные БЧ. Про "самозатачивание" уранового снаряда это вообще песня. Ну, в смысле автор не представляя себе механизм бронепробития и пользуется слухами, что для инженера вряд ли правильно. Никакого "прожигания" брони, по крайней мере штатными боеприпасами в природе не существует.
Природный уран - альфаизлучатель.
Гитлер никогда не делал атомную бомбу, и лучшие немецкие физики в 1945 году даже теоретически не представляли как она работает. Думаю, что здесь уместнее довериться Лесли Гровсу и почитать "Now it can be told".
В общем очень много небрежностей на основании которых делаются далеко идущие в сторону выводы.



[
Ответить на это ]






Информационное агентство «ПРоАтом», Санкт-Петербург. Тел.:+7(921)9589004
E-mail: info@proatom.ru, webmaster@proatom.ru. Разрешение на перепечатку.
За содержание публикуемых в журнале информационных и рекламных материалов ответственность несут авторы. Редакция предоставляет возможность высказаться по существу, однако имеет свое представление о проблемах, которое не всегда совпадает с мнением авторов Открытие страницы: 0.13 секунды
Рейтинг@Mail.ru