Как добывается радиоактивный уран и для чего он используется?
Уран — радиоактивный металл, который сложно добывается и дорого стоит. ☢ Сам по себе он бесполезен, но после процесса обогащения становится ядерным топливом и мощным оружием. Рассказываем, как он добывается, используется и так далее.
Образец урана — нужного в промышленности, но опасного для здоровья химического элемента
Уран является редким и дорогим радиоактивным металлом, который окрашен в серебристый цвет. Раньше он использовался в качестве красящего вещества для изготовления керамики и цветного стекла. Однако, сегодня уран высоко ценится за способность его ядер к делению и выделению тепла — этот материал является основой атомной энергетики и атомного оружия. Существует мнение, что в будущем уран можно будет использовать для создания ракетных двигателей. Получается, что этот радиоактивный химический элемент играет в науке и даже в жизни обычных людей очень большую роль — от него зависит не только добыча электроэнергии и уровень вооружения, но и способность людей в будущем посещать далекие планеты вроде Марса и так далее. Поэтому, давайте выясним, как добывается уран, сколько он стоит и другую интересную информацию.
Как добывается уран?
Уран является редким радиоактивным металлом, по распространенности он находится на 38 месте. Его довольно много в земной коре, однако он очень рассеян и не образует мощных месторождений. В чистом виде он практически не встречается, поэтому его выделяют из минералов. Наиболее распространенным минералом урана считается урановая смолка, которая также известна как настуран. Помимо самого урана, в состав этого минерала входят радий, актиний, полоний и другие элементы — продукты радиоактивного распада его изотопов. Примерно 99,4% земного урана представляет собой уран-238, оставшиеся 0,6% приходятся на уран-235.
Настуран — минерал, содержащий в себе уран
Так как уран является радиоактивным металлом, его месторождения можно найти при помощи оборудования для измерения уровня радиации. Но добыча этого металла — очень опасная затея, потому что радиация вредит человеческому здоровью. Так как уран играет очень большую роль в современной промышленности, без его добычи никуда.
Существует три основных вида добычи урана:
- открытый, применяемый в случаях, когда урановая руда находится на поверхностных слоях земной коры. Рабочие копают бульдозерами большую яму, загружают руду в грузовики и отправляют в перерабатывающий комплекс;
- подземный, применяемый при глубоком расположении радиоактивного материала. Рабочие бурят вертикальную шахту глубиной до двух километров и поднимают руду при помощи специальных грузовых лифтов. Порода измельчается и очищается от примесей, в результате чего остается только осадок солей урана — он называется желтый кек (yellow cake) и после процесса прокаливания превращается в закись-окись урана, которым торгуют на бирже;
- скважинное подземное выщелачивание, которое в корне отличается от первых двух способов. В этом случае рабочие бурят 6 скважин по углам шестиугольника, через которые в руду закачивают серную кислоту. После этого, в центре фигуры бурят еще одну дыру, которая используется для извлечения насыщенного солями урана раствора. Он пропускается через специальные колонны, чтобы соли урана остались только на специальной смоле. Далее из смолы изготавливается желтый кек, а из него — закись-окись урана.
Процесс добычи урана из карьера
Опасность урана для здоровья человека
Уран опасен не только потому, что обладает ионизирующим излучением — он является тяжелым металлом, имеющим свойство накапливаться в организме. Ионизирующее излучение провоцирует развитие раковых заболеваний, что многим из нас уже хорошо известно. А накапливание в организме тяжелых металлов ведет к их разрушению: в опасности находятся головной мозг, сердце, легкие, почки и другие важные органы человеческого организма. А если уран попадает в организм беременной женщины или ребенка, могут возникнуть серьезные проблемы в развитии. Опасные частицы урана могут проникнуть в тело самыми разными способами: при заглатывании, вдыхании и даже через трещины на коже.
Уран может нанести серьезный вред здоровью
Что такое обогащение урана?
В природном уране содержится три изотопа: уран-238, уран-235 и уран-234. Выше я уже отметил, что большая часть земного урана представляет собой изотоп 238, который достаточно стабилен и не способен к самостоятельному поддержанию цепной ядерной реакции. Чтобы создать ядерное топливо, среди всех изотопов нужно выделить именно изотоп уран-235 — этот процесс и называется обогащением урана.
Уран-235 является самым ценным изотопом
Разделить изотопы очень сложно. Так как изотопы урана 238, 235 и 243 это одни и те же химические элементы, их свойства одинаковы и даже разница в атомной массе составляет всего лишь около 1%. Несмотря на это, именно на разнице в массе атомов изотопов и заключается суть большинства методов обогащения. Самый простой и распространенный способ разделения изотопов — это газовая диффузия. Технология подразумевает помещение газообразного соединения урана в центрифугу, где инерция заставляет тяжелые молекулы концентрироваться у стенки центрифуги. Известно, что 235-й изотоп немного легче 238-го из-за разницы в количестве нейтронов в ядре, поэтому во время работы центрифуги он остается в середине, а более тяжелые липнут к стенкам.
Газовые центрифуги для обогащения урана
Где добывается больше всего урана?
Уран можно найти практически в любой точке земного шара, но лидерами по его добыче являются Австралия, Канада и Казахстан. В некоторые годы в список самых крупных производителей урана попадают Китай и некоторые африканские страны. Безусловным лидером по запасам урана в мире уже много лет является Австралия. Если верить данным Всемирной ядерной ассоциации, в этой стране хранится около 31% всех мировых запасов урана. В этом нет ничего удивительного, потому что на территории Австралии имеется целых 19 месторождений урана. Среди них есть шахта Олимпик Дам, где ежегодно добывается до 3 000 тонн сырья для ядерного топлива.
Австралийская шахта Олимпик Дам
Как можно понять, Россия редко оказывается лидером в добыче урана. Но не все так плохо — страна занимает первое место по производству обогащенного урана, что является еще более сложной задачей, чем добыча. В большом успехе России в обогащении урана тоже нет ничего удивительного, потому что страна сама производит газовые центрифуги и владеет 40% мировых мощностей для обогащения химического элемента.
В России больше всего урана добывается в Краснокаменске
Читайте также: Что делать во время ядерного взрыва?
Сколько стоит уран?
Сырьем для изготовления ядерного топлива является закись-окись урана. Урановый рынок находился в не лучшем состоянии после ужасной аварии на японской атомной электростанции «Фукусима-1» в 2011 году. Но в 2020 году ситуация стала улучшаться и стоимость урана значительно возросла. По данным за начало марта 2022 года, цена за фунт (0,4 килограмма) закиси-окиси урана составляет около 48 долларов.
В продажу уран поступает в виде «таблеток»
Сообщается, что в основном уран необходим для питания 437 атомных энергоблоков, находящихся в разных уголках нашей планеты. Если верить открытым источникам, каждый год они потребляют до 62,5 тысяч тонн урана.
Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на наш Telegram-канал. Там вы найдете анонсы свежих новостей нашего сайта!
Если вам интересно, как работают атомные электростанции, рекомендую почитать этот материал. Также можете почитать о том, что будет, если на АЭС полностью отключат электричество — вот ссылка.