Первые урановые месторождения в той части Средней Азии, которая входила в Российскую империю, были открыты в самом начале XX века. По инициативе академика В.И. Вернадского была организована экспедиция для поисков радия, сопутствующего урану. В результате были найдены небольшие месторождения на территории современного Таджикистана, в горном районе Карамазар (Табошар и Адрасман), и Киргизии (Тюя – Муюн) (рис.1).
Причем последний разрабатывался уже тогда для добычи радия, но отработка шла в мизерных объемах кустарным способом. В 1934 году было открыто новое, также несколько большое урановое месторождение Майли – Суу (рис. 2), а в 1938 году – Уйгурсай.
Первое – на территории современного Кыргызстана, второе – на территории современного Узбекистана.
В начале 1940 – х годов интерес к урану резко вырос и возникла острая потребность в нем, поскольку в США, Великобритании и Германии началась разработка ядерного оружия. СССР не мог игнорировать эту тему. В июле 1943 года Госкомитет обороны СССР издал постановление о начале геологоразведочных работ по урану. В СССР его тогда практически не было.
В начале урановой геологической разведкой ведал Госкомитет по делам геологии при Совнаркоме СССР. Однако опыт первых лет показал, что из-за особенностей урана им должна заниматься отдельная организация. Поэтому в октябре 1945 года специальным постановлением Совнаркома было сформировано Первое Главное геологоразведочное управление (Первый Главк) в Госкомитете по геологии. В течение двух лет ему передали около 200 геологоразведочных партий, был установлен особый порядок его финансирования и материально-технического снабжения.
Первый уран в СССР начали добывать сразу на всех пяти известных рудниках. Добыча велась вручную, руду вывозили во вьючных сумах на ишаках горными тропами. На базе этих месторождений возле Ленинабада (ныне Ходжент) было построено первое в СССР уранодобывающее предприятие – ставший знаменитым Комбинат № 6.
Поисковые работы были развернуты по всему СССР, в них участвовали дюжина экспедиций, носивших нейтральные названия – для конспирации. В Казахстане, работали Волковская экспедиция на юге и Степная – на Севере, в Узбекистане – Краснохолмская.
Кроме того, геологоразведку вели специалисты Комбината № 6, открывшие новые месторождения: Чаули, Алатаньга, Каттасай и др.
Главная трудность при поисках урана заключалась в том, что уран часто встречается в очень небольших концентрациях, прямых методов определения радиоактивности в СССР не было. Единственным инструментом был электроскоп. (Этот прибор использовали в школе на уроках физики, чтобы показать, как предмет теряет и приобретает заряд).
Однако электроскоп – лабораторный прибор. Поэтому найденные образцы приходилось доставлять в лабораторию, что тормозило процесс.
Обнаружение урана при помощи электроскопа выглядело следующим образом: по обследуемой площади шеренгой проходили операторы с радиометрами на базе электроскопов. Обнаруживший повышение радиоактивности оператор подавал сигнал, строй останавливался к оператору спешили инженер-геофизик и геолог, они проверяли аномалию и фиксировали ее флажком.
Затем движение продолжалось. На выявленных аномалиях копали канавы и шурфы. Если обнаруживалась значительная урановая минерализация, нередко сразу же начинали разрабатывать карьер или шахту и добывать руду. Такой метод разведки требовал больших затрат времени и труда, но давал результаты.
Переворот в поисках совершило появление приборов дистанционного измерения радиоактивности с использованием летательных аппаратов. Полевые радиометры создал сотрудник Всероссийского НИИ минерального сырья Александр Якубович в 1947 году. Через несколько лет был налажен их серийный выпуск. Маленькие самолеты (У – 2, а затем – АН– 2) укомплектовывались этими приборами и на высоте, не более 70 метров, облетали всю площадь поисков. Благодаря такой методике стала возможной быстрая оценка перспективы больших территорий. В результате было открыто несколько объектов: в 1950 году в Каракумах – месторождение Серное, в 1951 году в Кендыктауских горах в Казахстане – Курдай, в 1952 году – Меловое в Западном Казахстане и т.д.
В 1952 году в Узбекистане, в пустыне Кызылкум, в ходе агрофизических работ на склоне горного массива Букантау была выявлена интенсивная локальная аэродинамическая аномалия, а затем – еще одна. При наземной проверке установили, что руда есть не только на поверхности, но и в глубине.
Из-за удаленности объекта полноценные буровые работы удалось развернуть только в 1954 году. Их результаты подтвердили: открыто месторождение, имеющее промышленную ценность. Так был обнаружен Учкудук – «Три колодца» – первое месторождение инфильтрационного типа. В таких месторождениях урановая минерализация формируется в рыхлых песчаниковых породах на границе окисленных и не окисленных пород. По размеру оно также оказалось уникальным.
Для его отработки в 1958 году было принято решение построить Навоийский горно-металлургический комбинат. Метода скважинного подземного выщелачивания (СПВ) еще не существовало, поэтому отрабатывали Учкудук горным способом.
Суть метода СПВ такова: бурится скважина, в нее закачивается реактив, вокруг бурят еще несколько скважин, из которых откачивается раствор вместе с ураном. Для СПВ породы, в которых залегает месторождение, должны быть хорошо проницаемы, чтобы через них можно было прокачивать растворы.
Затем уран извлекается из раствора, остаток доукрепляют новой порцией реагента, после чего он снова закачивается в недра: система работает в замкнутом цикле. Метод выгоден еще и потому, что он производительный и легко автоматизируемый.
В настоящих условиях неустойчивого спроса проявилась еще одна полезная особенность метода: с помощью СПВ легко регулировать объем добычи без дополнительных затрат.
При горном способе это почти невозможно, потому что основные затраты на поддержание шахты приходится нести вне зависимости от добычи. При СПВ для растворения урана можно использовать как кислоту, так и щелочь. В западных странах в качестве реагента применили соду, однако в содовый раствор выщелачивается не только уран, но и радий – крайне опасный высокорадиоактивный элемент!!!! Чистый же уран малорадиоактивен.
В СССР стали применять серную кислоту. Она давала отличные экономические и экологические результаты будучи дешевой, растворяла уран, не выщелачивая радий. Нерастворимые сульфаты радия оставались в недрах.
После открытия Учкудука были организованы масштабные поисковые работы по всем Кызылкумам. В результате были обнаружены месторождения Суграды, Кетменчи, Сабырсай, Карамурун, Букинай и др. Однако, быстро выяснилось, что все эти месторождения имеют плохие горно-технологические характеристики: вмещающие породы рыхлые, неустойчивые, часто сильно обводненные.
Кроме того, на Сугралы подземные воды были горячими, их приходилось охлаждать, иначе температура в забоях доходила до 50°С.
В тоге работы оказались настолько дорогими, что добычу прекратили. Другие месторождения, открытые в Кызылкумах, также были признаны непромышленными из-за расчетной высокой стоимости строительства и эксплуатации рудников.
Ситуация с обеспечением предприятий сырьем сложилась парадоксальная: руда есть, но вовлекать в эксплуатацию новые месторождения дорого или даже невозможно. Упомянутый выше Комбинат № 6, у которого во второй половине 1960-х годов заканчивалась сырьевая база, рисковал остановиться.
Остро встал вопрос о разработке нового способа добычи. Начались работы по освоению способа СПВ. Такой способ уже был известен и применялся иногда для добычи соли и серы – но они растворяются в воде, а для урана надо было подбирать реактивы. Разрабатывали технологию специалисты Минсредмаша и Ленинабадского ГХК – геологи, гидрогеологи, химики – технологи.
В итоге Букинай стал одним из первых месторождений в Средней Азии, где было применено СПВ. От эксперимента никто ничего не терял – ранее объект был признан непригодным для горной добычи. Настоял на пробации СПВ Владимир Новосельцев – главный геолог Ленинабадского ГХК, горячий сторонник этого метода. Начали с небольшого участка. После успешной апробации метода в 1967 году его стали распространять на другие месторождения.
В 1980-х годах он стал основным на среднеазиатских месторождениях. Заинтересовались и новым методом в Казахстане.
На первых урановых месторождениях Казахстана, открытых в коренных скальных породах, возможна была только горная отработка. Самое первое крупное казахстанское месторождение – Курдай, обнаруженное в 1951 году и расположенное на Курдайском перевале, между Бишкеком и Алматы, отработали открытым способом.
До использования СПВ казахстанский уран в рыхлых осадках в расчет не брали. Например, не взяли в отработку месторождение Уванас, открытое в 1963 году. Но когда СПВ показал свою эффективность, об Уванасе вспомнили, провели успешный натурный опыт – и в 1978 году утвердили запасы и передали месторождение как сырьевую базу киргизскому заводу в Кара-Балте.
Однако огромные площади рыхлых отложений в Чу-Сарысуйской впадине и бассейне Сырдарьи оставались загадкой. Месторождений типа Учкудука, которые выходили бы на поверхность, в этой области не было, приходилось искать под землей – бурить. И находки порой бывали неожиданными.
В 1972 году геологи при поисках подземных вод обнаружили в пробуренных скважинах радиоактивность. Шли массовые поиски урана, и геологическим организациям другого профиля было дано указание проводить гама-каротаж во всех скважинах. Так было выявлено месторождение Канжуган.
К тому времени перспективность СПВ уже стала общепризнанной; геологоразведочные партии Первого главка начали искать уран в осадочных бассейнах. В конце 1960 – 1970-х годах начальник Волковской экспедиции Иван Дмитриевич Рогозин организовал поиски в Казахстане, в Чу-Сарысуйской и Илийской впадинах. С другой стороны хребта Каратау, в Сырдарьинской впадине, такие же работы вела Краснохолмская экспедиция, базировавшаяся в Ташкенте.
В те годы в казахстанской части бассейна Сырдарьи были уже открыты месторождения Карамурун, Южный Карамурун, Ирколь, Харасан и Заречное.
В Чу-Сарысуйской впадине – Мынкудук, Канжуган, Моинкум, Инкай Буденовское и т.д.
Статус месторождения (представления о его размере, содержаниях и прочих параметрах) прямо зависел от профессионализма геологов.
Проблема заключалась в том, что основная руда локализовалась в песчано-гравийных отложениях, и обеспечить требуемый выход керна – не менее 75% по рудному интервалу – оказалось не просто. Если бы выход оказался ниже, данные по скважине были бы заблокированы. Но благодаря общим усилиям специалистов экспедиции: Сергея Михайловича Сушко и Евгения Андреевича Петричука, а также технологической группы, которую возглавлял Владимир Ильич Нестеренко, – все получилось: запасы утвердили, месторождение было признано и вовлечено в отработку, – вспоминает В. Язиков.
Акдала – первый был выполнен с нарушением технологии, и месторождение забраковали. Повторный опыт оказался успешным, и месторождение позднее было вовлечено в отработку.
В Киргизии также нашли месторождения пластово-инфильтрационного типа, похожие на узбекистанские и казахстанские. Но урановые месторождения, такие как Туракавакское и Джильское, формировались в угленосном разрезе. Извлекать из них уран было проблематично, поскольку в присутствии угля, сильного восстановителя, уран выщелачивается плохо. Сначала уголь пробовали сжигать и извлекать уран из золы, но при этом происходило заражение топок радием. Поэтому перешли на классическую кислотную схему извлечения.
Значение метода СПВ. В первые годы внедрения СПВ в первом Главке к данным геологов о месторождениях под СПВ относились недоверчиво, потому что в месторождениях под горную добычу содержание урана как правило, выше.
Вскоре, стало понятно, что подземное выщелачивание гораздо экономичнее, и вернули в единый план. В Казахстане его выполняли в основном за счет месторождений под СПВ.
В целом внедрение СПВ радикально трансформировало урановую отрасль. Благодаря резкому снижению себестоимости в отработку были вовлечены месторождения, считавшиеся ранее нерентабельными. С учетом уже добытых объемов, ресурсы урана в Среднеазиатском регионе бывшего СССР превысили 1000000 тонн. Основная их часть – запасы для подземного выщелачивания, эксплуатация которых вносит сейчас немалый вклад в экономику Казахстана и Узбекистана. Многие российские специалисты и рабочие в тяжелых природных условиях создавали своим самоотверженным трудом уникальную сырьевую базу среднеазиатских республик.
Учитывая вышесказанное, радиация — это природное явление, полезные свойство которой применяются в следующих целях: плавучие АЭС, подводные лодки, прогноз землетрясений, ледоколы, радиоизотопные сигнализаторы обледенения.
С некоторыми результатами использования радиационных технологий мы сталкиваемся напрямую, например, в медицине.
Рентген. Флюорография. Здесь используется свойство рентгеновского излучения проникать сквозь материалы. Чем плотнее материя (например, кости), тем меньше частиц проходит через нее (рис.3, а – в).
Зная сколько излучения прошло насквозь – мы сможем получить очертания костей и наших внутренних органов.
Компьютерная томография. По сути, тот же рентген, только результатом будет не снимок, а трехмерная картина (проекция) на мониторе (рис. 4, а – г.) Оборудование само вращается вокруг пациента, сканируя нужные участки тела.
Магнитно-резонансная томография (МРТ). Как известно, человек состоит на 70% из воды. В молекуле воды находятся два атома водорода. Каждый атом водорода имеет свое направление, определяемое вращением единственного электрона.
Если атом «повернуть специальной радиоволной», то в плотных тканях он быстрее вернется в исходное положение.
Скорость возвращения атома в свое первоначальное положение – индикатор плотности ткани в МРТ.
Электроны атомов водорода со своим слабым магнитным полем, в нем пытаются выстроиться по линии действия нашего большого магнита (рис.5 и 6).
На короткое время аппаратом МРТ излучаются дополнительные радиоволны, которые «поворачивают» орбиты электронов атомов водорода и сразу отпускают их.
Чем дольше атом возвращается в исходное положение, тем в менее плотной ткани он находится.
Улавливая эти колебания, магнитно-резонансный томограф исследует наш организм с высокой точностью.
На рис.7, а – в представлено конструктивное исполнение аппаратов МРТ различных производителей.
Радионуклидная диагностика. Суть метода заключается в том, что если молекулу глюкозы пометить радиоактивным атомом и ввести в организм, то современные томографы покажут на экране все злокачественные опухоли. Так как клетки опухоли активнее здоровых тканей накапливают глюкозу. Накопление меченного препарата или его недостаток в органах сразу становится виден на карте и говорит о нарушениях.
Лучевая терапия. Клетки нашего организма жизнеспособны. Они могут восстанавливать повреждения. Если повреждения очень сильные, то клетка не сможет восстановиться и умирает. На этом и построена лучевая терапия.
Для этого клетки злокачественной опухоли облучают с разных направлений. Наибольшему облучению подвергаются больные ткани и минимальному – здоровые.
Брахитерапия – способ облучения опухолей от микроисточников, вводимых непосредственно в больные ткани.
Микрокапсулы находятся в теле пациента несколько суток, после чего извлекаются. Опухоли разрушаются от такой низкой дозы излучения (рис.8).
Метод протонной терапии. Суть метода заключается в том, что атомы опухоли «обстреливают» протонами – тяжелыми частицами. Это стрельба радиоуправляемыми гранатами, только размером с атом. Метод отличается высокой точностью, так как можно задавать направление и место остановки. В этом случае мы получаем возможность иметь область разрушения больных клеток в глубине здоровой ткани, не разрушая ее саму (рис.9).
При терапии с помощью радиационных технологий здоровые клетки максимально уберегаются от воздействия сильной дозы облучения.
На рис.10, а – д показаны современные медицинские аппараты в которых реализуется метод протонной терапии.
Таким образом, радиация – это обычное природное явление, такое как дождь, снег, Солнце. Она может приходить к нам от Солнца, из космоса, из-под наших ног, из окружающих предметов и даже от находящегося рядом человека.
Радиоактивные элементы являются ровесниками Земли. Мы знаем о радиации относительно недавно. Радиация, прирученная человеком, дает нам энергию, свет, тепло и защиту от злокачественных опухолей.
Материалы собраны, систематизированы и подготовлены, доцентом кафедры электроэнергетики ФГБОУ ВО «ЛГУ им. В. Даля» к.т.н. Парсентьевым Олегом Сергеевичем.