Уран (элемент)

Статья на основе материалов из Википедии
Есть другие значения: Уран

Ура́н (устаревший вариант ура́ний[6]) — химический элемент с атомным номером 92 в периодической системе, атомная масса — 238,029; обозначается символом U (лат. Uranium), относится к семейству актиноидов. Уран — слаборадиоактивный элемент, он не имеет стабильных изотопов. Самыми распространёнными изотопами урана являются уран-238 (имеет 146 нейтронов, в природном уране составляет 99,3 %) и уран-235 (143 нейтрона, природная распространённость 0,7204 %[2]). Уран и его соединения ядовиты.

История

Ещё в древнейшие времена природная окись урана использовалась для изготовления жёлтой посуды. Так, возле Неаполя найден осколок жёлтого стекла, содержащий 1% оксида урана и датируемый 79 годом н. э. Первая важная дата в истории урана — 1789 год, когда немецкий натурфилософ и химик Мартин Генрих Клапрот восстановил извлечённую из саксонской руды настурана золотисто-жёлтую «землю» до чёрного металлоподобного вещества. В честь самой далёкой из известных тогда планет (открытой Гершелем восемью годами раньше) Клапрот, считая новое вещество элементом, назвал его ураном (этим он хотел поддержать предложение Иоганна Боде назвать новую планету «Уран» вместо «Звезда Георга», как предложил Гершель). Пятьдесят лет уран Клапрота числился металлом. Только в 1841 году французский химик (1811—1890) доказал, что, несмотря на характерный металлический блеск, уран Клапрота не элемент, а оксид UO2. В 1840 году Пелиго удалось получить атомарный уран — тяжёлый металл серо-стального цвета — и определить его атомный вес. Следующий важный шаг в изучении урана сделал в 1874 году Д. И. Менделеев. Опираясь на разработанную им периодическую систему, он поместил уран в самой дальней клетке своей таблицы. Прежде атомный вес урана считали равным 120. Менделеев удвоил это значение[7]. Через 12 лет его предвидение было подтверждено опытами немецкого химика Циммермана (J. Zimmermann)[8].

В 1896 году, исследуя уран, французский учёный Антуан Анри Беккерель случайно открыл радиоактивный распад. В это же время французскому химику Анри Муассану удалось разработать способ получения чистого металлического урана. В 1899 году Эрнест Резерфорд обнаружил, что излучение урановых препаратов неоднородно, что есть два вида излучения — альфа- и бета-лучи. Они несут различный электрический заряд; далеко не одинаковы их пробег в веществе и ионизирующая способность. В мае 1900 года, Поль Вийяр открыл третий вид излучения — гамма-лучи.

Резерфорд провёл в 1907 году первые опыты по определению возраста минералов при изучении радиоактивных урана и тория на основе созданной им совместно с Фредериком Содди теории радиоактивности.

Схема деления 235U

В 1938 году немецкие физики Отто Ган и Фриц Штрассман открыли непредсказанное явление, происходящее с ядром урана при облучении его нейтронами. Захватывая свободный нейтрон, ядро изотопа урана 235U делится, при этом выделяется (в расчёте на одно ядро урана) достаточно большая энергия, в основном за счёт кинетической энергии осколков и излучения. Позднее теория этого явления была обоснована Лизой Мейтнер и Отто Фришем и независимо от них Готтфридом фон Дросте и Зигфридом Флюгге[9]. Данное открытие явилось истоком как мирного, так и военного использования внутриатомной энергии.

В 1939—1940 годах 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.

Физические свойства

Уран — очень тяжёлый, серебристо-белый глянцевитый металл. В чистом виде он немного мягче стали, ковкий, гибкий, обладает небольшими парамагнитными свойствами. Температура плавления 1132,3 °C[10][11]. Уран имеет три кристаллические модификации:

== Химические свойства[12][13] ==

Характерные степени окисления

Уран может проявлять степени окисления от +3 до +6.

Степень окисления!! Оксид !! Гидроксид !! Характер !! Форма !! Примечание
+3Не существуетНе существует--U3+, UH3Сильный восстановитель
+4UO2Не существуетОсновныйUO2, галогениды
+5Не существуетНе существует--Галогенидыдиспропорционирует
+6UO3UO2(OH)2АмфотерныйUO22+ (уранил)
UO42- (уранат)
U2O72- (диуранат)
Устойчив на воздухе и в воде

Диаграмма Пурбе для урана.

Кроме того, существует оксид U3O8. Степень окисления в нём формально дробная, а реально он представляет собой смешанный оксид урана (IV) и (VI).

Нетрудно видеть, что по набору степеней окисления и характерных соединений уран близок к элементам VIB подгруппы (хрому, молибдену, вольфраму). Из-за этого его длительное время относили к этой подгруппе («размывание периодичности»).

Свойства простого вещества

Химически уран весьма активен. Он быстро окисляется на воздухе и покрывается радужной плёнкой оксида. Мелкий порошок урана самовоспламеняется на воздухе, он зажигается при температуре 150—175 °C, образуя U3O8. Реакции металлического урана с другими неметаллами приведены в таблице.

Неметалл !! Условия !! Продукт
F2+20 oC, бурноUF6
Cl2180 oC для измельчённого
500—600 oC для компактного
Смесь UCl4, UCl5, UCl6
Br2650 oC, спокойноUBr4
I2350 oC, спокойноUI3, UI4
S250—300 oC спокойно
500 oC горит
US2, U2S3
Se250—300 oC спокойно
500 oC горит
USe2, U2Se3
N2450—700 oC
то же под давлением N
1300o
U4N7
UN2
UN
P600—1000 oCU3P4
C800—1200 oCUC, UC2

Вода способна разъедать металл, медленно при низкой температуре, и быстро при высокой, а также при мелком измельчении порошка урана: `\mathsf{U + 2H_2O \ \xrightarrow{t}\ UO_2 + 2H_2 \uparrow}`

В кислотах-неокислителях уран растворяется, образуя UO2 или соли U4+ (при этом выделяется водород). С кислотами-окислителями (азотной, концентрированной серной) уран образует соответствующие соли уранила UO22+
С растворами щелочей уран не взаимодействует.

При сильном встряхивании металлические частицы урана начинают светиться.

Соединения урана III

Соли урана(+3) (преимущественно, галогениды) — восстановители. На воздухе при комнатной температуре они обычно устойчивы, однако при нагревании окисляются до смеси продуктов. Хлор окисляет их до UCl4. Образуют неустойчивые растворы красного цвета, в которых проявляют сильные восстановительные свойства: `\mathsf{4UCl_3 + 2H_2O \rightarrow 3UCl_4 + UO_2 + 2H_2\uparrow}`

Галогениды урана III образуются при восстановлении галогенидов урана (IV) водородом: `\mathsf{2UCl_4 + H_2 \rightarrow 2UCl_3 + 2HCl}` (550—590 оC) или иодоводородом: `\mathsf{2UCl_4 + 2HI \rightarrow 2UCl_3 + 2HCl + I_2}` (500 оC)

а также при действии галогеноводорода на гидрид урана UH3.

Кроме того, существует гидрид урана (III) UH3. Его можно получить, нагревая порошок урана в водороде при температурах до 225 оС, а выше 350 оС он разлагается. Большую часть его реакций (например, реакцию с парами воды и кислотами) можно формально рассматривать как реакцию разложения с последующей реакцией металлического урана:

`\mathsf{UH_3 + 3HCl \rightarrow UCl_3 + 3H_2\uparrow}` `\mathsf{2UH_3 + 7Cl_2 \rightarrow 2UCl_4 + 6HCl}`

Соединения урана IV

Уран (+4) образует легко растворимые в воде соли зелёного цвета. Они легко окисляются до урана (+6)

Соединения урана V

Соединения урана(+5) неустойчивы и легко диспропорционируют в водном растворе: `\mathsf{2UO_2Cl \rightarrow UO_2Cl_2 + UO_2}` Хлорид урана V при стоянии частично диспропорционирует: `\mathsf{2UCl_5 \rightarrow UCl_4 + UCl_6}` а частично отщепляет хлор: `\mathsf{2UCl_5 \rightarrow 2UCl_4 + Cl_2}`

Соединения урана VI

Степени окисления +6 соответствует оксид UO3. В кислотах он растворяется с образованием соединений катиона уранила UO22+: `\mathsf{UO_3 + 2CH_3COOH \rightarrow UO_2(CH_3COO)_2 + H_2O}`

C основаниями UO3 (аналогично CrO3, MoO3 и WO3) образует различные уранат-анионы (в первую очередь, диуранат U2O72-). Последние, однако, чаще получают действием оснований на соли уранила:

`\mathsf{2UO_2(CH_3COO)_2 + 6NaOH \rightarrow Na_2U_2O_7 + 4CH_3COONa + 3H_2O}`

Из соединений урана (+6), не содержащих кислород, известны только гексахлорид UCl6 и фторид UF6. Последний играет важнейшую роль в разделении изотопов урана.

Соединения урана (+6) наиболее устойчивы на воздухе и в водных растворах.

Ураниловые соли, такие, как уранилхлорид, распадаются на ярком свету или в присутствии органических соединений.

Уран также образует ураноорганические соединения.

Изотопы

Главная статья: Изотопы урана
Радиоактивные свойства некоторых изотопов урана (выделены природные изотопы):

Природный уран состоит из смеси трёх изотопов: 238U (изотопная распространённость 99,2745 %, период полураспада T1/2 = 4,468 лет), 235U (0,7200 %, T1/2 = 7,04 лет) и 234U (0,0055 %, T1/2 = 2,455 лет)[1]. Последний изотоп является не первичным, а радиогенным, он входит в состав радиоактивного ряда 238U[14].

Радиоактивность природного урана обусловлена в основном изотопами 238U и его дочерним нуклидом 234U. В равновесии их удельные активности равны. Удельная активность изотопа 235U в природном уране в 21 раз меньше активности 238U.

На данный момент известно 23 искусственных радиоактивных изотопа урана с массовыми числами от 217 до 242. Наиболее важный из них — 233U (T1/2 = 1,59лет) получается при облучении тория-232 нейтронами и способен к делению под воздействием тепловых нейтронов, что делает его перспективным топливом для ядерных реакторов. Наиболее долгоживущим из изотопов урана, не встречающихся в природе, является 236U с периодом полураспада 2,39 лет.

Изотопы урана 238U и 235U являются родоначальниками двух радиоактивных рядов. Конечными элементами этих рядов являются изотопы свинца 206Pb и 207Pb.

В природных условиях распространены в основном изотопы 234U, 235U и 238U с относительным содержанием 234U : 235U : 238U = 0,0054 : 0,711 : 99,283. Почти половина радиоактивности природного урана обусловлена изотопом 234U, который, как уже отмечено, образуется в ходе распада 238U. Для отношения содержаний 235U : 238U, в отличие от других пар изотопов и независимо от высокой миграционной способности урана, характерно географическое постоянство: 238U/235U = 137,88. Величина этого отношения в природных образованиях не зависит от их возраста. Многочисленные натурные измерения показали его незначительные колебания. Так, в роллах величина этого отношения относительно эталона изменяется в пределах 0,9959—1,0042[15], в солях — 0,996—1,005[16]. В урансодержащих минералах (настуран, урановая чернь, циртолит, редкоземельные руды) величина этого отношения колеблется в пределах 137,30—138,51, причём различие между формами UIV и UVI не установлено[17]; в сфене — 138,4[18]. В отдельных метеоритах выявлен недостаток изотопа 235U. Наименьшая его концентрация в земных условиях найдена в 1972 году французским исследователем Бужигесом в местечке Окло в Африке (месторождение в Габоне). Так, в природном уране содержится 0,720 % урана 235U, а в Окло оно составляет 0,557 %[19]. Это послужило подтверждением гипотезы о существовании природного ядерного реактора, который стал причиной выгорания изотопа 235U. Гипотеза была высказана американскими учёными , и , ещё в 1956 г. описавшим процесс[20]. Кроме этого, в этих же округах найдены природные ядерные реакторы: Окелобондо, Бангомбе (Bangombe) и другие. В настоящее время известно 17 природных ядерных реакторов, которые обычно объединяют под общим названием «Природный ядерный реактор в Окло».

Нахождение в природе

Уранинитовая руда

Уран является элементом с самым большим номером из встречающихся в больших количествах. Содержание в земной коре составляет 0,00027 % (вес.), концентрация в морской воде — 3,2 мкг/л[2] (по другим данным, 3,3·10{{{sort|01|alt=1}}}%[21]). Количество урана в литосфере оценивается в 3 или 4·10−4%[22].

Основная масса урана находится в кислых породах с высоким содержанием кремния. Значительная масса урана сконцентрирована в осадочных породах, особенно богатых органикой. В больших количествах как примесь уран присутствует в ториевых и редкоземельных минералах (алланит (Ca,LREE,Th)2(Al,Fe+3)3SiO4 Si2O7 OOH, монацит (La,Ce)PO4, циркон ZrSiO4, ксенотим YPO4 и др.). Важнейшими урановыми рудами являются настуран (урановая смолка, уранинит) и карнотит. Основными минералами-спутниками минералов урана являются молибденит MoS2, галенит PbS, кварц SiO2, кальцит CaCO3, гидромусковит и др.

Основными формами нахождений урана в природе являются уранинит, настуран (урановая смолка) и урановые черни. Они отличаются только формами нахождения; имеется возрастная зависимость: уранинит присутствует преимущественно в древних (докембрийских породах), настуран — вулканогенный и гидротермальный — преимущественно в палеозойских и более молодых высоко- и среднетемпературных образованиях; урановые черни — в основном в молодых — кайнозойских и моложе — образованиях преимущественно в низкотемпературных осадочных породах.

Месторождения

Крупнейшие запасы урана, с учетом резервных месторождений, имеют: Австралия, Казахстан (первое место в мире по добыче), Россия.

В месторождениях России содержится почти 550 тыс. тонн запасов урана, или немногим менее 10 % его мировых запасов; около 63 % их сосредоточено в Республике Саха (Якутия). Основными месторождениями урана в России являются: Стрельцовское, Октябрьское, Антей, Мало-Тулукуевское, Аргунское молибден-урановые в вулканитах (Забайкальский край), Далматовское урановое в песчаниках (Курганская область), Хиагдинское урановое в песчаниках (Республика Бурятия), Южное золото-урановое в метасоматитах и Северное урановое в метасоматитах (Республика Якутия)[23]. Кроме того, выявлено и оценено множество более мелких урановых месторождений и рудопроявлений[24].

Получение

Самая первая стадия уранового производства — концентрирование. Породу дробят и смешивают с водой. Тяжёлые компоненты взвеси осаждаются быстрее. Если порода содержит первичные минералы урана, то они осаждаются быстро: это тяжёлые минералы. Вторичные минералы урана легче, в этом случае раньше оседает тяжёлая пустая порода. (Впрочем, далеко не всегда она действительно пустая; в ней могут быть многие полезные элементы, в том числе и уран).

Следующая стадия — выщелачивание концентратов, перевод урана в раствор. Применяют кислотное и щелочное выщелачивание. Первое — дешевле, поскольку для извлечения урана используют серную кислоту. Но если в исходном сырье, как, например, в урановой смолке, уран находится в четырёхвалентном состоянии, то этот способ неприменим: четырёхвалентный уран в серной кислоте практически не растворяется. В этом случае нужно либо прибегнуть к щелочному выщелачиванию, либо предварительно окислять уран до шестивалентного состояния.

Не применяют кислотное выщелачивание и в тех случаях, если урановый концентрат содержит доломит или магнезит, реагирующие с серной кислотой. В этих случаях пользуются едким натром (гидроксидом натрия).

Проблему выщелачивания урана из руд решает кислородная продувка. В нагретую до 150 °C смесь урановой руды с сульфидными минералами подают поток кислорода. При этом из сернистых минералов образуется серная кислота, которая и вымывает уран.

На следующем этапе из полученного раствора нужно избирательно выделить уран. Современные методы — экстракция и ионный обмен — позволяют решить эту проблему.

Раствор содержит не только уран, но и другие катионы. Некоторые из них в определённых условиях ведут себя так же, как уран: экстрагируются теми же органическими растворителями, оседают на тех же ионообменных смолах, выпадают в осадок при тех же условиях. Поэтому для селективного выделения урана приходится использовать многие окислительно-восстановительные реакции, чтобы на каждой стадии избавляться от того или иного нежелательного попутчика. На современных ионообменных смолах уран выделяется весьма селективно.

Методы ионного обмена и экстракции хороши ещё и тем, что позволяют достаточно полно извлекать уран из бедных растворов (содержание урана — десятые доли грамма на литр).

После этих операций уран переводят в твёрдое состояние — в один из оксидов или в тетрафторид UF4. Но этот уран ещё надо очистить от примесей с большим сечением захвата тепловых нейтронов — бора, кадмия, гафния. Их содержание в конечном продукте не должно превышать стотысячных и миллионных долей процента. Для удаления этих примесей технически чистое соединение урана растворяют в азотной кислоте. При этом образуется уранилнитрат UO2(NO3)2, который при экстракции трибутил-фосфатом и некоторыми другими веществами дополнительно очищается до нужных кондиций. Затем это вещество кристаллизуют (или осаждают пероксид UO4·2H2O) и начинают осторожно прокаливать. В результате этой операции образуется трёхокись урана UO3, которую восстанавливают водородом до UO2.

На диоксид урана UO2 при температуре от 430 до 600 °C воздействуют газообразным фтористым водородом для получения тетрафторида UF4. Из этого соединения восстанавливают металлический уран с помощью кальция или магния.

Применение

Ядерное топливо

Наибольшее применение имеет изотоп урана 235U, в котором возможна самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция. Поэтому этот изотоп используется как топливо в ядерных реакторах, а также в ядерном оружии. Выделение изотопа 235U из природного урана — сложная технологическая проблема (см. разделение изотопов).

Приведём некоторые цифры для реактора мощностью 1000 МВт, работающего с нагрузкой в 80 %, и вырабатывающего 7000 ГВт·ч в год. Работа одного такого реактора в течение года требует 20 тонн уранового топлива с содержанием 3,5 % 235U, который получают после обогащения примерно 153 тонн природного урана.

Изотоп 238U способен делиться под влиянием бомбардировки высокоэнергетическими нейтронами, эту его особенность используют для увеличения мощности термоядерного оружия (используются нейтроны, порождённые термоядерной реакцией).

В результате захвата нейтрона с последующим β-распадом 238U может превращаться в 239Pu, который затем используется как ядерное топливо.

Уран-233, искусственно получаемый в реакторах из тория (торий-232 захватывает нейтрон и превращается в торий-233, который распадается в протактиний-233 и затем в уран-233), может в будущем стать распространённым ядерным топливом для атомных электростанций (уже сейчас существуют реакторы, использующие этот нуклид в качестве топлива, например, KAMINI в Индии) и производства атомных бомб (критическая масса около 16 кг).

Уран-233 также является наиболее перспективным топливом для газофазных ядерных ракетных двигателей.

Тепловыделяющая способность урана

Люди еще не научились полностью утилизировать заключенную в уране потенциальную энергию. Величина выделившейся в ядерном реакторе полезной энергии урана характеризуется понятием глубины выгорания. Глубина выгорания это суммарная энергия, отданная килограммом урана за все время работы в реакторе, от свежего топлива до утилизации. Измеряют глубину выгорания обычно в таких единицах как мегаватт-часы тепловой энергии на килограмм топлива (МВт*час/кг). Иногда ее приводят в пересчете к реакторному урану того обогащения которое загружается в реактор, не учитывая обедненный уран в отвалах обогатительных производств. Иногда в пересчете на природный уран.

Глубина выгорания ограничена особенностями конкретного типа реактора, конструктивной целостностью топливной матрицы и накоплением паразитных продуктов ядерных реакций. Глубина выгорания в пересчете на природный уран в современных энергетических реакторах достигает 10 МВт*сутки/кг и более (то есть 240 МВт*час/кг и более). Для сравнения, типичное тепловыделение природного газа 0,013 МВт*час/кг, то есть примерно в 20000 раз меньше.

Существуют проекты значительно более полного использования урана за счет трансмутации Урана-238 в плутоний. Наиболее проработанным является проект так называемого замкнутого топливного цикла на основе реакторов на быстрых нейтронах. Также развиваются проекты на основе гибридных термоядерных реакторов.

Геология

Основное применение урана в геологии — определение возраста минералов и горных пород с целью выяснения последовательности протекания геологических процессов. Этим занимается геохронология. Существенное значение имеет также решение задачи о смешении и источниках вещества.

В основе решения задачи лежат уравнения радиоактивного распада: `^{206}\mathsf{Pb}_{r} = ^{238}\mathsf{U}_{o}(e^{\lambda_{8}t}-1),` `^{207}\mathsf{Pb}_{r} = ^{235}\mathsf{U}_{o}(e^{\lambda_{5}t}-1),` где 238Uo, 235Uo — современные концентрации изотопов урана; `\lambda_{8}` ; `\lambda_{5}` — постоянные распада атомов соответственно урана 238U и 235U.

Весьма важным является их комбинация: `\frac{^{206}Pb_{r}}{^{207}Pb_{r}}= K_{o}^{U}{\frac{( e^{\lambda_{8}t} -1)}{( e^{\lambda_{5}t} -1)}}` . Здесь `K_{o}^{U}= \frac{^{238}U_{o}}{^{235}U_{o}} = 137{,}88`

В связи с тем, что горные породы содержат различные концентрации урана, они обладают различной радиоактивностью. Это свойство используется при выделении горных пород геофизическими методами. Наиболее широко этот метод применяется в нефтяной геологии при геофизических исследованиях скважин, в этот комплекс входит, в частности, γ — каротаж или нейтронный гамма-каротаж, гамма-гамма-каротаж и так далее.[25]. С их помощью происходит выделение коллекторов и флюидоупоров[26].

Другие сферы применения

Обеднённый уран

Главная статья: Обеднённый уран
После извлечения 235U и 234U из природного урана, оставшийся материал (уран-238) носит название «обеднённый уран», так как он обеднён 235-м изотопом. По некоторым данным, в США хранится около 560 000 тонн обеднённого гексафторида урана (UF6). Обеднённый уран в два раза менее радиоактивен, чем природный уран, в основном за счёт удаления из него 234U.

Из-за того, что основное использование урана — производство энергии, обеднённый уран — малополезный продукт с низкой экономической ценностью.

Сколь-нибудь эффективным ядерным топливом обеднённый уран может служить только в редких экстремальных условиях, например, в пучке быстрых нейтронов. В таком качестве обеднённый уран используется только в термоядерном оружии — обеднённые урановые элементы в составе термоядерного заряда, не являясь необходимыми для, собственно, реакции ядерного синтеза, могут обеспечивать до 80 % суммарной энергии заряда.

В обычных же условиях, использование обеднённого урана связано в основном с его большой плотностью и относительно низкой стоимостью. Обеднённый уран используется для радиационной защиты (как это ни странно), — используется чрезвычайно высокое сечение захвата, и как балластная масса в аэрокосмических применениях, таких, как рулевые поверхности летательных аппаратов. В первых экземплярах самолёта «Боинг-747» содержалось от 300 до 500 кг обеднённого урана для этих целей (с 1981 года Боинг применяет вольфрам)[27]. Ещё этот материал применяется в высокоскоростных роторах гироскопов, больших маховиках, как балласт в космических спускаемых аппаратах и гоночных яхтах, болидах формулы-1, при бурении нефтяных скважин.

Сердечники бронебойных снарядов

Сердечник (вкладыш) снаряда калибра 30 мм (пушки GAU-8 самолёта A-10) диаметром около 20 мм из обеднённого урана

Самое известное применение обеднённого урана — в качестве сердечников для бронебойных снарядов. Большая плотность (в три раза тяжелее стали) делает закалённую урановую болванку чрезвычайно эффективным средством для пробивания брони, аналогичным по эффективности более дорогому и ненамного более тяжёлому вольфраму. Тяжёлый урановый наконечник также изменяет распределение масс в снаряде, улучшая его аэродинамическую устойчивость.

Подобные сплавы типа «Стабилла» применяются в стреловидных оперённых снарядах танковых и противотанковых артиллерийских орудий.

Процесс разрушения брони сопровождается измельчением в пыль урановой болванки и воспламенением её на воздухе с другой стороны брони (см. Пирофорность). Около 300 тонн обеднённого урана остались на поле боя во время операции «Буря в Пустыне» (по большей части это остатки снарядов 30-мм пушки GAU-8 штурмовых самолётов A-10, каждый снаряд содержит 272 г уранового сплава). Усовершенствованные американские танки M1A1, снабжённые 120-мм орудиями сражались с иракскими Т-72. В этих боях американские силы применяли снаряды с обеднённым ураном M829A1, которые показали высокую эффективность. Снаряд, прозванный «серебряной пулей», был способен пробить эквивалент 570 мм брони с расстояния в 2000 метров, что делало его на стандартной дистанции эффективным даже против T-80[28].

Такие снаряды были использованы войсками НАТО в боевых действиях на территории Косово[29]. После их применения обсуждалась экологическая проблема радиационного загрязнения территории страны.

Впервые уран в качестве сердечника для снарядов был применён в Третьем рейхе.

Обеднённый уран используется в современной танковой броне, например, танка M-1 «Абрамс».

Физиологическое действие

В микроколичествах (10−5—10−8 %) обнаруживается в тканях растений, животных и человека. В наибольшей степени накапливается некоторыми грибами и водорослями. Соединения урана всасываются в желудочно-кишечном тракте (около 1 %), в лёгких — 50 %. Основные депо в организме: селезёнка, почки, скелет, печень, лёгкие и бронхо-лёгочные лимфатические узлы. Содержание в органах и тканях человека и животных не превышает 10−7 г.

Уран и его соединения токсичны. Особенно опасны аэрозоли урана и его соединений. Для аэрозолей растворимых в воде соединений урана ПДК в воздухе 0,015 мг/м³, для нерастворимых форм урана ПДК 0,075 мг/м³. При попадании в организм уран действует на все органы, являясь общеклеточным ядом. Уран, как и многие другие тяжёлые металлы, практически необратимо связывается с белками, прежде всего с сульфидными группами аминокислот, нарушая их функцию. Молекулярный механизм действия урана связан с его способностью подавлять активность ферментов. В первую очередь поражаются почки (появляются белок и сахар в моче, олигурия). При хронической интоксикации возможны нарушения кроветворения и нервной системы.

Разведанные запасы урана в мире

Главная статья: Уран по странам

Количество урана в земной коре примерно в 1000 раз превосходит количество золота, в 30 раз — серебра, при этом данный показатель приблизительно равен аналогичному показателю у свинца и цинка. Немалая часть урана рассеяна в почвах, горных породах и морской воде. Только относительно небольшая часть концентрируется в месторождениях, где содержание данного элемента в сотни раз превышает его среднее содержание в земной коре[30]. Разведанные мировые запасы урана в месторождениях составляют 5,4 млн тонн.

Месторождения урана

Добыча урана в мире

10 стран, дающих 94 % мировой добычи урана

Согласно «Красной книге по урану»[4], выпущенной ОЭСР, в 2005 г. добыто тонн урана (в 2003 — тонны). Согласно данным ОЭСР, в мире функционирует 440 реакторов коммерческого назначения и около 60 научных, которые потребляют в год 67 тысяч тонн урана. Это означает, что его добыча из месторождений обеспечивала лишь 60 % объёма его потребления (на 2009 год эта доля возросла до 79 %[31]). Остальной уран, потребляемый энергетикой, или 17,7 %, поступает из вторичных источников.

Нет АЭС, планируется строительство.}}

Добыча U по странам в тоннах по состоянию на 2005, 2009 и 2012 гг.

Добыча по компаниям на 2006, 2009 и 2011 годы в тоннах

[5]

Данные по ARMZ border даны с учётом приобретённой в 2010 году компанией Uranium One border.

Также в 2012 году появилась информация о возможном слиянии урановых подразделений BHP Billiton и Rio Tinto border border и доведения совместной добычи до 8000 тонн в год.

Уран для «научных и военных» целей

Большая часть урана для «научных и военных» целей извлекается из старых ядерных боеголовок:

  • по договору СНВ-II 352 тонны — из оговорённых 500 (несмотря на то, что договор не вступил в силу, в связи с выходом России из договора 14 июня 2002)
  • по договору СНВ-I (вступил в силу 5 декабря 1994 года, истёк 5 декабря 2009 года) с российской стороны 500 тонн,
  • по договору СНВ-III (ДСНВ) — договор подписан 8 апреля 2010 года в Праге. Договор сменил истёкший в декабре 2009 года СНВ-I.

Добыча в СССР

В СССР основными уранорудными регионами были Украинская ССР (месторождение Желтореченское, Первомайское и другие), Казахская ССР (Северный — Балкашинское рудное поле и другие; Южный — Кызылсайское рудное поле и другие; Восточный; все они принадлежат преимущественно вулканогенно-гидротермальному типу); Забайкалье (Антей, Стрельцовское и другие); регион Кавказских Минеральных Вод (Рудник № 1 в горе Бештау и Рудник № 2 в горе Бык); Средняя Азия, в основном Узбекская ССР с оруденениями в чёрных сланцах с центром в г. Учкудук. Имеется масса мелких рудопроявлений и проявлений.

Добыча в России

В России основным урановорудным регионом осталось Забайкалье. На месторождении в Забайкальском крае (около города Краснокаменска) добывается около 93 % российского урана. Добычу осуществляет шахтным способом «Приаргунское производственное горно-химическое объединение» (ППГХО), входящее в состав ОАО «Атомредметзолото» (Урановый холдинг).

Остальные 7 % получают методом подземного выщелачивания ЗАО «Далур» (Курганская область) и ОАО «Хиагда» (Бурятия).

Полученные руды и урановый концентрат перерабатываются на Чепецком механическом заводе.

По годовому производству урана (около 3,3 тысячи тонн) Россия занимает 4-е место после Казахстана. Годовое же потребление урана в России сейчас составляет 16 тысяч тонн и складывается из расходов на собственные АЭС в объёме 5,2 тысячи тонн, а также на экспорт тепловыделяющих средств (5,5 тысячи тонн) и низкообогащенного урана (6 тысяч тонн)[32].

Добыча в Казахстане

Главная статья: Казатомпром
В Казахстане сосредоточена примерно пятая часть мировых запасов урана (21 % и 2-е место в мире). Общие ресурсы урана порядка 1,5 млн тонн, из них около 1,1 млн тонн можно добывать методом подземного выщелачивания[33].

В 2009 году Казахстан вышел на первое место в мире по добыче урана (добыто 13 500 тонн)[34].

Добыча на Украине

Основное предприятие — Восточный горно-обогатительный комбинат в городе Жёлтые Воды.

Стоимость

Согласно справочнику CRC Handbook of Chemistry and Physics 2004 года, рыночная стоимость обеднённого металлического урана (99,7% U-238) составляла 6 центов США за 1 грамм, причём уран поставляется в запаянной стеклянной оболочке, с аргоновой атмосферой. Cтоимость килограмма урана природного изотопного состава (необогащенного) в виде закиси-окиси урана U3O8 достигла пиковых $300 в середине 2007 года[35], в дальнейшем понижалась, некоторое время колебалась в районе $80 за кг, но весной 2014 года снизилась ниже $70 за кг[36]. В конце 2016 года котировки урана на спотовом рынке снизились до рекордного уровня — 18,75 доллара за фунт[37], что составляет 41 долл./кг. При этом следует понимать, что открытого мирового рынка урана как такового не существует, в отличие, например, от золота.

Все месторождения разбиты на четыре ценовые категории по себестоимости добычи: до 40 долл./кг, до 80, до 130 и до 260. Первая категория (до 40 долл./кг), по мнению вице-председателя урановой группы Александра Бойцова, теряет актуальность: таких запасов уже почти нигде нет, кроме Канады и Казахстана, да и там остатки. К 2030 г. будут полностью отработаны крупные и доступные месторождения с запасами до 80 долл./кг, и в освоение начнут вовлекаться труднодоступные месторождения с себестоимостью производства более 130 долл./кг урана[38].

См. также

Примечания

  1. The Element Uranium / Thomas Jefferson National Accelerator Facility - Office of Science Education — 2018-03-15
  2. Техническая энциклопедия — 24 — Уран столб. 596…597
  3. — Уран Толковый словарь русского языка / под ред. Ушакова
  4. Уран (хим. элемент) / Большая Советская Энциклопедия — 2013-01-31
  5. Uranium — Grenthe I., Drożdżyński J., Fujino T.,
  6. Siegfried Flügge, Energetische Betrachtungen zu der Entstehung von Barium bei der Neutronenbestrahlung von Uran — Zeitschrift für Physikalische Chemie B — 4 — 274—280, 1939
  7. Изотопы: свойства, получение, применение. В. 2 т — 2 / Под ред. В. Ю. Баранова — М : ФИЗМАТЛИТ, 2005 — ISBN 5-9221-0523-X — 638
  8. Уран / Свойства химических элементов — 2009-06-11
  9. Неорганическая химия — 2 — М : Мир, 1966 — 206—223
  10. Кац Дж., Рабинович Е. Химия урана — М : Изд-во иностранной литературы, 1954
  11. В урановых рудах в следовых количествах присутствует уран-236, образующийся из урана-235 при нейтронном захвате; в ториевых рудах имеются следы урана-233, возникающего из тория-232 после нейтронного захвата и двух последовательных бета-распадов. Однако содержание этих изотопов урана настолько мало, что может быть обнаружено лишь в специальных высокочувствительных измерениях.
  12. Isotopic fractionatio of uranium related to role feature in Sandstone, Shirley Basin, Wyoming — Economic Geology, 1964 — 59 — 4 — 570—585
  13. Evolution of the isotopic composition of uranium and thorium in Soil profiles — Bull.Geol.Soc.Am., 1966 — 77 — 9 — 987—1004
  14. Изотопное фракционирование природного урана — Фрунзе : Илим, 1975
  15. Isotopic composition and distribution of lead, uranium, and thorium in a precambrian granite — Bull. Geol. Soc. Am., 1956 — 66 — 9 — 1131—1148
  16. Изотопные исследования «природного ядерного реактора» — Геохимия, 1977 — 7 — 976—991
  17. Архивированная копия — Мешик Алекс. — Древний ядерный реактор — В мире науки. Геофизика — 2006 — 2 — 2017-10-04 — 2007-10-20
  18. Technical data for the element Uranium in the Periodic Table — en — 2018-03-17
  19. Радиохимический словарь элементов, 1968 : Атомиздат — Уран
  20. Уран / Информационно-аналитический центр «Минерал»
  21. Наумов С. С. — http://www.wdcb.ru/mining/articls/uran/S-0.doc Сырьевая база урана — Горный журнал — 12, 1999
  22. Хмелевской В. К. Геофизические методы исследования земной коры. Международный университет природы, общества и человека «Дубна», 1997.
  23. Справочник по геологии нефти и газа / Под ред. Еременко Н. А — М : Недра, 1984
  24. 747 Tail Assembly Counterweights / Боинг — 1994 — en
  25. Урановые «серебряные пули»: почему никто не любит сражаться с американскими танками — Кайл Мизоками (Kyle Mizokami) — ИноСМИ.Ru — 2017-03-28 — 2017-03-28 — ru
  26. Архивированная копия — Characterisation of projectiles composed of depleted uranium — Pöllänen D.,
  27. Добыча урана в мире
  28. World Nuclear Association. Supply of Uranium. 2011.
  29. — http://www.geoim.ru/content/view/588/284/ Минерально-сырьевая база и производство урана в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке — Минеральные ресурсы России. Экономика и управление — 1, 2008
  30. Добыча урана в Казахстане. Доклад Мухтара Джакишева
  31. Казахстан вышел на первое место по добыче урана в мире — Конырова — К — 2009-12-30 / Информационное агентство TREND — ru — 2009-12-30
  32. Historical Ux Price Table — Ux Consulting - The Nuclear Fuel Price Reporter — 2009-09-29 Цены на сайте приведены в долларах за фунт
  33. Ux Prices — Ux Consulting - The Nuclear Fuel Price Reporter — 2014-07-06. Цены на сайте приведены в долларах за фунт
  34. Настольная книга уранодобытчика / Страна Росатом
  35. Устойчивое развитие мировой урановой промышленности: вызов времени

Литература

Ссылки

Ядерные технологии
Инженерия
Материалы
Ядерная энергетика{{Navbox subgroups
Ядерная медицина{{Navbox subgroups
Ядерное оружие
История (Разработка · Ядерная гонка · Ядерный клуб) · Ядерная война · Ядерный взрыв (Поражающие факторы ядерного взрыва) · Ядерное испытание · Перевозка · Распространение · Список ядерных испытаний
Энергетика
структура по продуктам и отраслям
Электроэнергетика:
электроэнергия
{{Navbox subgroup
Теплоснабжение:
теплоэнергия
{{Navbox subgroup
Топливная
промышленность
:
топливо
{{Navbox subgroup
:
{{Navbox subgroup