Открытие явления радиоактивности дало человечеству возможность генерировать большой объём энергии в мирных и военных целях. Но для реализации данного потенциала необходимо наукоёмкое промышленное производство радиоактивных материалов и жаропрочных сплавов для реакторов и тепловыделяющих сборок.
Уран: хранитель энергии
Все элементы периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева старше свинца, порядковый номер которого 82, радиоактивны. Уран с атомным номером 92 является наиболее крупным по величине атомного числа элементом из встречающихся на Земле: все остальные известные человечеству элементы с большими порядковыми номерами, начиная с нептуния, синтезированы искусственно.
Самым часто встречающимся радиоактивным элементом на Земле является изотоп урана с массовым числом 238 (уран-238). Его содержание в земной коре достаточно большое – около 3 граммов на одну тонну (к примеру, для золота кларковое число составляет 0,004 грамма на тонну).
Период полураспада урана-238 составляет около 4,5 миллиардов лет, что примерно соответствует возрасту Земли. То есть все ранее существовавшие на планете более тяжёлые и высокоэнергетичные изотопы радиоактивных элементов за миллиарды лет распада превратились в уран. В свою очередь, уран-238 также распадается на менее долгоживущие изотопы. А конечным продуктом процесса распада радиоактивных элементов является стабильный элемент: свинец-206.
Из-за длительного периода полураспада сам по себе уран слаборадиоактивен, поэтому необходимо его обогащение до урана-235 для использования в энергетических или военных целях, а также для синтеза иных элементов. Чтобы уран стал квалифицироваться как атомное топливо, нужно довести содержание урана-235 минимум до 5%, оружейный уран требует обогащения минимум до 90%.
В 2023 в мире было добыто 54,8 тысяч тонн природного (то есть необогащённого) урана. Россия в лице Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом» занимает 3-е место в мире по объёму добываемого урана (14% мирового рынка) и является мировым лидером по обогащению урана с долей рынка 36%.
Биржевая цена одного фунта (0,454 кг) природного урана с 2020 года выросла с 25 до 65 долларов США, а на пике превышала 100 долларов США.
Статус государства как ядерной державы и генерация на его территории наиболее дешёвого и одного из самых «чистых» видов электроэнергии – атомной – зависит от доступа к месторождениям урановых руд.
Со временем в процессе эксплуатации ядерное топливо теряет эффективность и его надо заменять. Только массовое внедрение ядерных реакторов на основе замкнутого ядерного цикла и технологии управляемого термоядерного синтеза создадут предпосылки для снижения спроса на уран.
22 сентября 2022 года энергоблок № 4 Белоярской АЭС с реактором БН-800 впервые в мире был выведен на 100% уровень мощности при полной загрузке активной зоны МОКС-топливом (ядерное топливо, в состав которого входят ранее отработавшие ядерные материалы), но в глобальном масштабе распространение подобных реакторов является вопросом отдалённой перспективы.
Нерадиоактивные металлы в атомной промышленности
Для генерации атомной энергии в мирных целях помимо добычи и обогащения урана требуется высокотехнологичное и наукоёмкое производство атомных реакторов, тепловыделяющих элементов и тепловыделяющих сборок, а также хранение и переработка отработавшего ядерного топлива.
Поэтому в атомной промышленности используется широкая номенклатура сплавов на основе многих металлов. Но наиболее важны 3 основных металла:
1. цирконий – пластичный, устойчивый к коррозии и температурным нагрузкам металл, который к тому же не поглощает нейтроны, выделяющиеся в процессе атомной реакции, является основным конструктивным материалом для тепловыделяющих сборок;
2. гафний, наоборот, активно захватывает нейтроны, что обусловливает его широкое применение в конструкции атомных реакторов;
3. свинец, будучи ближайшим нерадиоактивным «родственником» урана, хорошо защищает от альфа-, бета- и гамма-лучей, а также рентгеновского излучения.
Настоящая информация носит аналитический характер и не является индивидуальной инвестиционной рекомендацией. Финансовые инструменты либо сделки, упомянутые в настоящей информации, могут не соответствовать Вашему финансовому положению, цели (целям) инвестирования, допустимому риску, и (или) ожидаемой доходности. АО УК «Апрель Капитал» не несёт ответственности за возможные убытки в случае совершения сделок либо инвестирования в финансовые инструменты, упомянутые в настоящей информации.