Уран – редкий и дорогостоящий радиоактивный металл серебристого цвета.
Удивительно, что относительно недавно его использовали с целью окрашивания в процессе производства керамических изделий. Сегодня уран приобрёл истинную ценность, ведь человечество осознало его действительно полезные способности. Ядра урана активно делятся и выделяют тепло. Уран – основа атомной энергетики.
Действительно, химический элемент, о котором мы рассуждаем сегодня, несёт колоссальную роль. Он позволяет нам добывать необходимый объём электроэнергии, совершенствовать вооружение, приближает возможность космических путешествий.
Давайте же разберёмся, каким способом добывают уран❓
Урана много, но он широко распределён. Мощные месторождения практически отсутствуют, поэтому учёные научились выделять его из минералов.
Самый распространённый минерал урана – урановая смолка, известная как настуран. Настуран пестрит радием, актинием, полонием и другими элементами – продуктами радиоактивного распада.
На поиски урана отправляются с оборудованием, который проявляет чувствительность к радиации. Современная промышленность не была бы таковой без этого металла, поэтому разработка урановых месторождений ведётся по сей день. Его добывают открытым и подземным способом, а также скважинным подземным выщелачиванием. С первым всё понятно, впрочем, как и со вторым. А вот скважинное подземное выщелачивание существенно отличается от двух предыдущих способов.
Рабочим предстоит выбурить 6 скважин по углам массивного шестиугольника. Через скважины в руду попадает серная кислота. Затем в центре фигуры бурится очередная дыра, используемая с целью извлечения насыщенного солями уранового раствора. Раствор приходится пропускать через специализированные колонны. Соли урана остаются лишь на специальной смоле. Из этой самой смолы делается жёлтый кек, а из кека – закис-окись урана.
Следом рассмотрим немаловажный вопрос обогащения.
Природный уран содержит ровно 3 изотопа, в числе которых уран-238, уран-235 и уран-234. Представьте только, где-то 99,4% земного урана составляет уран-238, отличающийся нестабильностью и неспособностью к самостоятельному поддержанию цепной ядерной реакции. Учёные нашли решение: чтобы получить ядерное топливо, среди всех изотопов придётся выделить именно изотоп уран-235 – то есть обогатить уран.
Изотопы плохо поддаются разделению, точнее говоря, это сложный процесс. По сути изотопы урана 238, 235 и 243 – одни и те же химические элементы. Даже свойства их одинаковы, а погрешность в атомной массе составляет всего 1%. Однако именно в этой крошечной разнице заключается вся суть обогащения.
Простым и распространённым способом разделения изотопов считается газовая диффузия. Газообразное соединение урана помещается в центрифугу, а далее работает инерция. Она приводит к концентрации тяжёлых молекул рядом со стенками центрифуги. 235-й изотоп чуть-чуть легче, чем 238-й. Поэтому он остаётся в центре, а более тяжёлые распространяются по сторонам.
В Российской Федерации находятся самые крупные производственные мощности по обогащению урана. У нас самая совершенная и высокорентабельная центрифужная технология. Учёные обеспечили низкую себестоимость услуг, а производители – твёрдую репутацию надёжных поставщиков. С преимуществами атомной отрасли нашей страны на мировом урановом рынке сложно побороться и даже к ним приблизиться.
Один из самых ярких представителей отечественной промышленности – АО «Производственное объединение “Электрохимический завод”». Здесь впервые в России приступили к переработке обеднённого гексафторида урана.
Заводчане могут похвастаться уникальной для российской атомной отрасли установкой «W-ЭХЗ», которая способна переводить химически опасный обеднённый гексафторид урана в максимально безопасную для долговременного хранения форму – закись-окись урана.
Как мы говорили, самая распространённая технология промышленного обогащения урана – центробежная. Она популярна из-за значительно меньшего потребления электроэнергии на единицу продукции в сравнении со старой газодиффузионной технологией. Степень обогащения одинаковая, но электроэнергии тратится в разы меньше.
Мысль об использовании гравитационных или центробежных сил для разделения газовых смесей с разными молекулярными массами посетила Бредига ещё в 1895-м. Он проверил её экспериментально. Когда открыли изотопы химических элементов, Линдеман и Астон в 1919 году предложили использование центрифуги для разделения изотопов. Но лучше обратимся к отечественной истории освоения. В Советском Союзе к исследованиям по разделению изотопов урана приступили в 1943 году. С 1949 по 1962 год в СССР запустили 4 диффузионных завода по обогащению урана. А с июня 1964 года уже на Электрохимическом заводе приступили к эксплуатации газовых центрифуг.
Нерешаемые задачи рано или поздно перестают быть таковыми. Кто знает, что ожидать от будущего🙃