چرا اورانیوم و ترکیبات آن خطرناک هستند؟ استخراج سنگ معدن اورانیوم چگونه اورانیوم به نظر می رسد.

در جست‌وجوی یک منبع انرژی ارزان‌تر که به محیط زیست، جهان آسیب نرساند جامعه علمیبه بخش انرژی هسته ای توجه کرد. امروزه تعداد راکتورهای هسته ای که برای تولید انرژی ساخته می شوند به صدها نفر می رسد. سنگ معدن اورانیوم به عنوان ماده خام برای تولید انرژی هسته ای استفاده می شود. حاوی موادی است که به خانواده اکتینیدها تعلق دارند. بر اساس برخی برآوردها، سنگ معدن اورانیوم زمین 1000 برابر بیشتر از طلا است. برای به دست آوردن سوخت برای نیروگاه های هسته ای پردازش می شود.

ویژگی های سنگ معدن اورانیوم

سنگ معدن اورانیوم به شکل آزاد آن یک فلز خاکستری-سفید است که می تواند مقدار نسبتاً زیادی ناخالصی های مختلف داشته باشد. شایان ذکر است که اورانیوم تصفیه شده خود یک ماده فعال شیمیایی در نظر گرفته می شود. با در نظر گرفتن عوامل فیزیکی، مکانیکی و خواص شیمیاییاورانیوم، ما به نکات زیر توجه می کنیم:

1. نقطه جوش این عنصر شیمیایی 4200 درجه سانتیگراد است که به طور قابل توجهی فرآیند پردازش آن را پیچیده می کند.
2. در هوا، اورانیوم اکسید می شود، می تواند در اسیدها حل شود و در برابر قرار گرفتن در معرض آب واکنش نشان دهد. با این حال، این عنصر شیمیایی با قلیاها تعامل ندارد که می توان آن را ویژگی آن نامید.
3. با قرار گرفتن در معرض خاص، این ماده به منبع کاملاً تبدیل می شود مقدار زیادانرژی. در این حالت مقدار نسبتاً کمی زباله تولید می شود که امروزه دفع آنها مشکلات زیادی را ایجاد می کند.

شایان ذکر است که بسیاری اورانیوم را یک عنصر شیمیایی کمیاب می دانند، زیرا غلظت آن در این حد است پوسته زمین 0.002٪ است. با چنین غلظت نسبتاً کمی از این عنصر شیمیایی، هنوز هیچ ماده جایگزینی پیدا نشده است. البته در حال حاضر ذخایر کافی برای استخراج مداوم اورانیوم و نیروگاه های هسته ای یا موتورها وجود دارد.

ذخایر اورانیوم

حدس زدن اینکه با چنین ذخایر نسبتاً کمی از ماده مورد نظر در روده های زمین و افزایش مداوم نیاز به مواد، هزینه آن در حال افزایش است دشوار نیست. اخیراً تعداد زیادی ذخایر اورانیوم کشف شده است؛ استرالیا پیشرو در تولید آن است. بررسی ها نشان می دهد که بیش از 30 درصد کل ذخایر در این کشور متمرکز شده است. بزرگترین سپرده ها در نظر گرفته می شوند:

1. بورلی؛
2. سد المپیک;
3. تکاور.

نکته جالب این است که قزاقستان رقیب اصلی استرالیا در زمینه استخراج سنگ معدن اورانیوم محسوب می شود. بیش از 12 درصد ذخایر جهان در این کشور متمرکز شده است. با وجود کافی منطقه بزرگروسیه تنها 5 درصد از ذخایر جهان را در اختیار دارد.

بر اساس برخی اطلاعات، ذخایر روسیه 400 هزار تن اورانیوم است. در پایان سال 2017، 16 میدان کشف و توسعه یافت. جالب توجه است که 15 مورد از آنها در Transbaikalia متمرکز شده اند. بیشتر سنگ معدن اورانیوم در میدان معدنی Streltsovsky متمرکز شده است.

همانطور که قبلا ذکر شد، سنگ معدن اورانیوم به عنوان سوخت استفاده می شود که جستجوی مداوم برای ذخایر آن را تعیین می کند. امروزه اورانیوم اغلب به عنوان سوخت موتورهای موشک استفاده می شود. در تولید سلاح های هسته ایاین عنصر برای افزایش قدرت آن استفاده می شود. برخی از تولید کنندگان از آن برای تولید رنگدانه هایی استفاده می کنند که در نقاشی استفاده می شود.

استخراج سنگ معدن اورانیوم

استخراج سنگ معدن اورانیوم در بسیاری از کشورها ایجاد شده است. شایان ذکر است که امروزه می توان از سه فناوری برای استخراج سنگ معدن استفاده کرد:

1. هنگامی که اورانیوم به سطح زمین نزدیک است، از فناوری کشف استفاده می شود. بسیار ساده است و نیازی به هزینه های زیادی ندارد. برای بالا بردن مواد اولیه از بیل مکانیکی و سایر تجهیزات ویژه مشابه استفاده می شود. پس از برداشت و بارگیری در کامیون های کمپرسی، به کارخانه های فرآوری تحویل داده می شود. توجه داشته باشید که این فناوری دارای معایب نسبتاً زیادی است، اما به دلیل سهولت تولید آن فراگیر شده است. در طول توسعه کانسارها، معادن معدنی به دست می آید که مساحت آنها می تواند به چندین کیلومتر مربع برسد. شایان ذکر است که این روش استخراج سنگ معدن صدمات جبران ناپذیری به محیط زیست وارد می کند. تعداد نسبتاً زیادی از شرکت های معدنی بزرگ در استخراج سطحی اورانیوم مشغول هستند.
2. هنگامی که سنگ معدن در عمق زمین قرار می گیرد، معادن ایجاد می شود. این فناوری برای پیاده سازی بسیار پیچیده است و همچنین شامل استخراج مکانیکی مواد می شود. تعداد بسیار زیادی معادن وجود دارد که در آنها اورانیوم و سایر سنگ‌های معدنی استخراج می‌شود. این روش استخراج سنگ با خطرات بسیار بالایی همراه است، زیرا حفره های گاز یا رودخانه های زیر آب ممکن است در اعماق زمین قرار داشته باشند. ریزش خزانه ها می تواند منجر به گلوله شدن معدن، مرگ کارگران و آسیب به تجهیزات گران قیمت شود. با این حال، اگر سنگ مورد نظر عمیقاً مدفون باشد، استخراج آن از طریق دیگری تقریبا غیرممکن است.
3. روش سوم تشکیل چاه هایی است که در آن پمپ می شود اسید سولفوریک. در نزدیکی چاهی که قبلاً حفر شده بود، یک چاه دوم ایجاد می شود که برای بالا بردن محلول از قبل به دست آمده در نظر گرفته شده است. پس از تکمیل فرآیند جذب، تجهیزاتی نصب می‌شوند که می‌توانند مواد رزین مانند را به سطح برسانند. پس از اینکه رزین به دست آمده به سطح بالا آمد، پردازش شده و اورانیوم جدا می شود.

شستشوی درجا

اخیراً روش سوم استخراج اورانیوم به طور فزاینده ای مورد استفاده قرار گرفته است. این به دلیل این واقعیت است که به شما امکان می دهد تا غلظت بالایی از ماده مورد نیاز را با حداقل محتوای عناصر شیمیایی آلاینده به دست آورید. با این حال، چنین فناوری نیاز به تحقیقات دقیق زمین شناسی دارد، زیرا حفاری چاه باید بر روی ذخایر مورد نظر انجام شود. ماده شیمیایی. در غیر این صورت، هنگام افزودن اسید، فرآیند جذب در غلظت کم اورانیوم زمان بسیار زیادی طول خواهد کشید.

در روسیه، در بیشتر موارد، استخراج اورانیوم با استخراج مکانیکی انجام می شود. علاوه بر این، استخراج مواد خام برای تولید سوخت هسته ای در چین و اوکراین انجام می شود.

اورانیوم از کجا آمد؟به احتمال زیاد، در هنگام انفجار ابرنواختر ظاهر می شود. واقعیت این است که برای سنتز هسته‌ای عناصر سنگین‌تر از آهن، باید جریان قدرتمندی از نوترون‌ها وجود داشته باشد که دقیقاً در طی یک انفجار ابرنواختری رخ می‌دهد. به نظر می رسد که پس از آن، در هنگام تراکم از ابر منظومه های ستاره ای جدید تشکیل شده توسط آن، اورانیوم که در یک ابر پیش سیاره ای جمع شده و بسیار سنگین است، باید در اعماق سیارات غرق شود. اما این درست نیست. اورانیوم یک عنصر رادیواکتیو است و هنگامی که تجزیه می شود گرما آزاد می کند. محاسبات نشان می دهد که اگر اورانیوم به طور مساوی در کل ضخامت سیاره توزیع شود، حداقل با همان غلظتی که در سطح آن وجود دارد، گرمای زیادی منتشر می کند. علاوه بر این، جریان آن باید با مصرف اورانیوم ضعیف شود. از آنجایی که چنین چیزی مشاهده نشده است، زمین شناسان بر این باورند که حداقل یک سوم اورانیوم، و شاید تمام آن، در پوسته زمین متمرکز شده است، جایی که محتوای آن 2.5∙10-4٪ است. اینکه چرا این اتفاق افتاده بحثی نیست.

اورانیوم از کجا استخراج می شود؟اورانیوم روی زمین خیلی کم نیست - از نظر فراوانی در جایگاه 38 قرار دارد. و بیشتر این عنصر در سنگ های رسوبی - شیل های کربنی و فسفریت ها یافت می شود: به ترتیب تا 8∙10-3 و 2.5∙10-2٪. در مجموع، پوسته زمین حاوی 1014 تن اورانیوم است، اما مشکل اصلی این است که بسیار پراکنده است و رسوبات قدرتمندی تشکیل نمی دهد. تقریباً 15 ماده معدنی اورانیوم دارای اهمیت صنعتی هستند. این قطران اورانیوم است - اساس آن اکسید اورانیوم چهار ظرفیتی، میکای اورانیوم - سیلیکات های مختلف، فسفات ها و ترکیبات پیچیده تر با وانادیوم یا تیتانیوم بر اساس اورانیوم شش ظرفیتی است.

پرتوهای بکرل چیست؟پس از کشف اشعه ایکس توسط ولفگانگ رونتگن، فیزیکدان فرانسوی آنتوان هانری بکرل به درخشش نمک های اورانیوم که تحت تأثیر نور خورشید رخ می دهد علاقه مند شد. او می خواست بفهمد آیا اینجا هم اشعه ایکس وجود دارد یا خیر. در واقع، آنها حضور داشتند - نمک صفحه عکاسی را از طریق کاغذ سیاه روشن کرد. با این حال، در یکی از آزمایش‌ها، نمک روشن نشد، اما صفحه عکاسی همچنان تاریک بود. هنگامی که یک جسم فلزی بین نمک و صفحه عکاسی قرار می گرفت، تیرگی زیر آن کمتر بود. بنابراین، پرتوهای جدید به دلیل تحریک اورانیوم توسط نور پدید نیامدند و تا حدی از فلز عبور نکردند. آنها در ابتدا "پرتوهای بکرل" نامیده می شدند. متعاقباً کشف شد که اینها عمدتاً پرتوهای آلفا با مقدار کمی پرتوهای بتا هستند: واقعیت این است که ایزوتوپ‌های اصلی اورانیوم یک ذره آلفا را در طول واپاشی منتشر می‌کنند و محصولات دختر نیز تجزیه بتا را تجربه می‌کنند.

اورانیوم چقدر رادیواکتیو است؟اورانیوم هیچ ایزوتوپ پایداری ندارد، همه آنها رادیواکتیو هستند. طولانی ترین اورانیوم 238 با نیمه عمر 4.4 میلیارد سال است. بعدی اورانیوم 235 - 0.7 میلیارد سال است. آنها هر دو تحت واپاشی آلفا قرار می گیرند و به ایزوتوپ های مربوط به توریم تبدیل می شوند. اورانیوم 238 بیش از 99 درصد کل اورانیوم طبیعی را تشکیل می دهد. به دلیل نیمه عمر بسیار زیاد، رادیواکتیویته این عنصر کم است و علاوه بر این، ذرات آلفا قادر به نفوذ به لایه شاخی در سطح بدن انسان نیستند. آنها می گویند که پس از کار با اورانیوم، I.V. Kurchatov به سادگی دستان خود را با یک دستمال پاک کرد و از هیچ بیماری مرتبط با رادیواکتیویته رنج نبرد.

محققان بارها به آمار بیماری های کارگران در معادن و کارخانه های فرآوری اورانیوم روی آورده اند. به عنوان مثال، در اینجا مقاله اخیر متخصصان کانادایی و آمریکایی است که داده های بهداشتی بیش از 17 هزار کارگر معدن الدورادو در استان ساسکاچوان کانادا را برای سال های 1950-1999 تجزیه و تحلیل کردند. تحقیقات محیطی، 2014، 130، 43-50، DOI:10.1016/j.envres.2014.01.002). آنها از این واقعیت نتیجه گرفتند که تابش قوی ترین اثر را بر تکثیر سریع سلول های خونی دارد که منجر به انواع سرطان های مربوطه می شود. آمارها نشان داده است که کارگران معدن به این بیماری مبتلا هستند انواع مختلفسرطان خون کمتر از میانگین کانادایی ها است. در این حالت، منبع اصلی تشعشعات، خود اورانیوم در نظر گرفته نمی شود، بلکه رادون گازی تولید شده و فرآورده های پوسیده آن است که می تواند از طریق ریه ها وارد بدن شود.

چرا اورانیوم مضر است؟? این فلز مانند سایر فلزات سنگین بسیار سمی است و می تواند باعث نارسایی کلیه و کبد شود. از سوی دیگر، اورانیوم به عنوان عنصری پراکنده، ناگزیر در آب، خاک وجود دارد و با تمرکز در زنجیره غذایی وارد بدن انسان می شود. منطقی است که فرض کنیم در فرآیند تکامل، موجودات زنده یاد گرفته اند اورانیوم را در غلظت های طبیعی خنثی کنند. اورانیوم خطرناک ترین در آب است، بنابراین سازمان جهانی بهداشت حدی را تعیین کرد: در ابتدا 15 میکروگرم در لیتر بود، اما در سال 2011 این استاندارد به 30 میکروگرم در گرم افزایش یافت. به عنوان یک قاعده، اورانیوم بسیار کمتری در آب وجود دارد: در ایالات متحده به طور متوسط ​​6.7 میکروگرم در لیتر، در چین و فرانسه - 2.2 میکروگرم در لیتر. اما انحرافات قوی نیز وجود دارد. بنابراین در برخی مناطق کالیفرنیا صد برابر بیشتر از استاندارد است - 2.5 میلی گرم در لیتر، و در جنوب فنلاند به 7.8 میلی گرم در لیتر می رسد. محققان با مطالعه تأثیر اورانیوم بر حیوانات در تلاشند تا بفهمند که آیا استاندارد WHO بسیار سخت‌گیرانه است یا خیر. اینجا یک کار معمولی است ( BioMed Research International, 2014, ID 181989; DOI: 10.1155/2014/181989). دانشمندان فرانسوی به مدت 9 ماه موش ها را با مواد افزودنی اورانیوم ضعیف شده و در غلظت های نسبتاً بالا - از 0.2 تا 120 میلی گرم در لیتر، تغذیه کردند. مقدار پایین تر، آب نزدیک معدن است، در حالی که مقدار بالاتر در هیچ کجا یافت نمی شود - حداکثر غلظت اورانیوم، اندازه گیری شده در فنلاند، 20 میلی گرم در لیتر است. در کمال تعجب نویسندگان - نام مقاله: "فقدان غیرمنتظره اثر قابل توجه اورانیوم بر سیستم های فیزیولوژیکی ..." - اورانیوم عملاً هیچ تأثیری بر سلامت موش ها نداشت. حیوانات خوب غذا می‌خوردند، به درستی وزن اضافه می‌کردند، از بیماری شکایت نمی‌کردند و از سرطان نمی‌مردند. اورانیوم، همانطور که باید باشد، عمدتاً در کلیه ها و استخوان ها و در مقادیر صد برابر کمتر در کبد رسوب می کرد و انتظار می رفت انباشت آن به محتوای موجود در آب بستگی داشت. با این حال، این منجر به نارسایی کلیه یا حتی ظاهر قابل توجه نشانگرهای مولکولی التهاب نشد. نویسندگان پیشنهاد کردند که بازبینی دستورالعمل های سختگیرانه WHO باید آغاز شود. با این حال، یک هشدار وجود دارد: تأثیر آن بر مغز. اورانیوم کمتری در مغز موش‌ها نسبت به کبد وجود داشت، اما محتوای آن به مقدار موجود در آب بستگی نداشت. اما اورانیوم بر عملکرد سیستم آنتی اکسیدانی مغز تأثیر گذاشت: فعالیت کاتالاز 20٪، گلوتاتیون پراکسیداز 68-90٪ افزایش یافت و فعالیت سوپراکسید دیسموتاز 50٪ بدون توجه به دوز کاهش یافت. این بدان معنی است که اورانیوم به وضوح باعث ایجاد استرس اکسیداتیو در مغز می شود و بدن به آن پاسخ می دهد. این اثر - تأثیر قوی اورانیوم بر مغز در غیاب انباشته شدن آن در آن، اتفاقاً و همچنین در اندام تناسلی - قبلاً مشاهده شده بود. علاوه بر این، آب با اورانیوم در غلظت 75 تا 150 میلی‌گرم در لیتر، که محققان دانشگاه نبراسکا به مدت شش ماه به موش‌ها تغذیه کردند. نوروتوکسیکولوژی و تراتولوژی، 2005، 27، 1، 135-144; DOI:10.1016/j.ntt.2004.09.001)، بر رفتار حیوانات، عمدتاً نر، که در مزرعه رها می‌شوند، تأثیر می‌گذارد: آنها از خطوط عبور می‌کنند، روی پاهای عقب خود می‌ایستند و خز خود را متفاوت از حیوانات کنترل می‌کنند. شواهدی وجود دارد که نشان می دهد اورانیوم همچنین منجر به اختلال حافظه در حیوانات می شود. تغییرات رفتاری با سطوح اکسیداسیون لیپید در مغز مرتبط بود. معلوم شد که آب اورانیوم موش ها را سالم، اما احمق کرده است. این داده ها در تحلیل به اصطلاح سندرم جنگ خلیج فارس برای ما مفید خواهد بود.

آیا اورانیوم سایت های توسعه گاز شیل را آلوده می کند؟بستگی به این دارد که چه مقدار اورانیوم در سنگ های حاوی گاز وجود دارد و چگونه با آنها مرتبط است. به عنوان مثال، دانشیار تریسی بانک از دانشگاه بوفالو، شیل مارسلوس را مطالعه کرد که از غرب نیویورک تا پنسیلوانیا و اوهایو تا ویرجینیای غربی امتداد دارد. مشخص شد که اورانیوم از نظر شیمیایی دقیقاً به منبع هیدروکربن‌ها مرتبط است (به یاد داشته باشید که شیل‌های کربنی مرتبط بالاترین محتوای اورانیوم را دارند). آزمایشات نشان داده است که محلول مورد استفاده در هنگام شکست اورانیوم را کاملاً حل می کند. زمانی که اورانیوم موجود در این آب ها به سطح زمین می رسد، می تواند باعث آلودگی مناطق اطراف شود. تریسی بانک در بیانیه مطبوعاتی دانشگاه مورخ 25 اکتبر 2010 خاطرنشان می کند که این یک خطر تشعشع نیست، اما اورانیوم یک عنصر سمی است. هنوز هیچ مقاله مفصلی در مورد خطر آلودگی محیط زیست با اورانیوم یا توریم در طول تولید گاز شیل تهیه نشده است.

چرا اورانیوم مورد نیاز است؟قبلاً به عنوان رنگدانه برای ساخت سرامیک و شیشه های رنگی استفاده می شد. اکنون اورانیوم اساس انرژی هسته ای و سلاح های اتمی است. در این مورد، از ویژگی منحصر به فرد آن استفاده می شود - توانایی هسته برای تقسیم.

شکافت هسته ای چیست؟تجزیه یک هسته به دو قطعه بزرگ نابرابر. به دلیل این خاصیت است که در طول سنتز هسته در اثر تابش نوترون، هسته‌های سنگین‌تر از اورانیوم به سختی تشکیل می‌شوند. ماهیت پدیده به شرح زیر است. اگر نسبت تعداد نوترون ها و پروتون ها در هسته بهینه نباشد، ناپایدار می شود. به طور معمول، چنین هسته ای یا یک ذره آلفا - دو پروتون و دو نوترون، یا یک ذره بتا - یک پوزیترون منتشر می کند که با تبدیل یکی از نوترون ها به پروتون همراه است. در مورد اول، یک عنصر از جدول تناوبی به دست می آید، با فاصله دو سلول به عقب، در دوم - یک سلول به جلو. با این حال، علاوه بر گسیل ذرات آلفا و بتا، هسته اورانیوم قادر به شکافت - تجزیه به هسته دو عنصر در وسط جدول تناوبی، به عنوان مثال باریم و کریپتون است، که با دریافت یک نوترون جدید انجام می دهد. این پدیده اندکی پس از کشف رادیواکتیویته کشف شد، زمانی که فیزیکدانان تشعشعات تازه کشف شده را در معرض هر چیزی که می توانستند قرار دادند. در اینجا این است که چگونه اتو فریش، یکی از شرکت کنندگان در رویدادها، در این مورد می نویسد ("پیشرفت در علوم فیزیکی"، 1968، 96، 4). پس از کشف پرتوهای بریلیوم - نوترون ها - انریکو فرمی با آنها اورانیوم را به ویژه برای ایجاد واپاشی بتا تحت تابش قرار داد - او امیدوار بود که از آن برای بدست آوردن عنصر بعدی، نود و سوم، که اکنون نپتونیم نامیده می شود، استفاده کند. او بود که در اورانیوم تابیده شده کشف کرد نوع جدیدرادیواکتیویته، که با ظاهر عناصر ترانس اورانیوم همراه بود. در همان زمان، کاهش سرعت نوترون ها، که منبع بریلیم با لایه ای از پارافین پوشانده شده بود، این رادیواکتیویته القایی را افزایش داد. رادیو شیمیدان آمریکایی آریستید فون گروس پیشنهاد کرد که یکی از این عناصر پروتاکتینیوم است، اما او در اشتباه بود. اما اتو هان که در آن زمان در دانشگاه وین کار می کرد و پروتاکتینیم کشف شده در سال 1917 را زاییده فکر خود می دانست، به این نتیجه رسید که موظف است بفهمد چه عناصری به دست آمده است. هان به همراه لیز مایتنر، در آغاز سال 1938، بر اساس نتایج تجربی پیشنهاد کرد که کل زنجیره‌های عناصر رادیواکتیو به دلیل واپاشی‌های متعدد بتا هسته‌های جذب‌کننده نوترون اورانیوم 238 و عناصر دختر آن تشکیل شده‌اند. به زودی لیز مایتنر از ترس انتقام‌جویی احتمالی نازی‌ها پس از Anschluss اتریش، مجبور شد به سوئد فرار کند. هان، پس از ادامه آزمایشات خود با فریتز استراسمن، متوجه شد که در میان محصولات، عنصر شماره 56، باریم نیز وجود دارد که به هیچ وجه نمی توان آن را از اورانیوم به دست آورد: تمام زنجیره های آلفا واپاشی اورانیوم با سرب بسیار سنگین تر به پایان می رسد. محققان از نتیجه آنقدر شگفت زده شدند که آن را منتشر نکردند، آنها فقط نامه هایی به دوستانشان، به ویژه به لیز مایتنر در گوتنبرگ نوشتند. در آنجا، در کریسمس 1938، برادرزاده او، اتو فریش، او را ملاقات کرد، و با قدم زدن در مجاورت شهر زمستانی - او با اسکی، عمه پیاده - آنها در مورد احتمال ظهور باریم در هنگام تابش اورانیوم بحث کردند. نتیجه شکافت هسته ای (برای اطلاعات بیشتر در مورد لیز مایتنر، به "شیمی و زندگی"، 2013، شماره 4 مراجعه کنید). در بازگشت به کپنهاگ، فریش به معنای واقعی کلمه نیلز بور را در باند کشتی در حال عزیمت به ایالات متحده گرفتار کرد و به او درباره ایده شکافت گفت. بور در حالی که سیلی به پیشانی خود می زد، گفت: «اوه، ما چه احمقی بودیم! ما باید زودتر به این موضوع توجه می کردیم." در ژانویه 1939، فریش و مایتنر مقاله ای در مورد شکافت هسته های اورانیوم تحت تأثیر نوترون ها منتشر کردند. در آن زمان، اتو فریش قبلاً یک آزمایش کنترلی و همچنین بسیاری از گروه های آمریکایی که پیام بور را دریافت کرده بودند، انجام داده بود. آنها می گویند که فیزیکدانان درست در طول گزارش او در 26 ژانویه 1939 در واشنگتن در کنفرانس سالانه فیزیک نظری، زمانی که جوهر این ایده را درک کردند، شروع به پراکندگی در آزمایشگاه های خود کردند. پس از کشف شکافت، هان و استراسمن آزمایشات خود را تجدید نظر کردند و درست مانند همکارانشان دریافتند که رادیواکتیویته اورانیوم تابیده شده نه با ترانس اورانیوم، بلکه با تجزیه عناصر رادیواکتیو تشکیل شده در طول شکافت از وسط جدول تناوبی مرتبط است.

چگونه آن می رود واکنش زنجیره ایدر اورانیوم؟اندکی پس از اینکه امکان شکافت هسته‌های اورانیوم و توریم به‌طور تجربی اثبات شد (و هیچ عنصر شکافت‌پذیر دیگری در زمین به مقدار قابل توجهی وجود ندارد)، نیلز بور و جان ویلر، که در پرینستون کار می‌کردند، و همچنین، مستقل از آنها، فیزیکدان نظری شوروی Ya.I. Frenkel و آلمانی ها Siegfried Flügge و Gottfried von Droste نظریه شکافت هسته ای را ایجاد کردند. دو مکانیسم از آن پیروی کرد. یکی با آستانه جذب نوترون های سریع مرتبط است. بر اساس آن، برای شروع شکافت، یک نوترون باید انرژی نسبتاً بالایی داشته باشد، بیش از 1 مگا ولت برای هسته ایزوتوپ های اصلی - اورانیوم-238 و توریم-232. در انرژی های پایین تر، جذب نوترون توسط اورانیوم 238 دارای ویژگی تشدید کننده است. بنابراین، یک نوترون با انرژی 25 eV دارای سطح مقطعی است که هزاران بار بزرگتر از انرژی های دیگر است. در این حالت، شکافتی وجود نخواهد داشت: اورانیوم-238 تبدیل به اورانیوم-239 می شود که با نیمه عمر 23.54 دقیقه به نپتونیوم-239 تبدیل می شود که با نیمه عمر 2.33 روز به عمر طولانی تبدیل می شود. پلوتونیوم-239. توریم-232 به اورانیوم-233 تبدیل می شود.

مکانیسم دوم جذب غیر آستانه ای یک نوترون است، پس از آن سومین ایزوتوپ شکافت پذیر کم و بیش رایج - اورانیوم-235 (و همچنین پلوتونیوم-239 و اورانیوم-233 که در طبیعت یافت نمی شوند) دنبال می شود: با جذب هر نوترون، حتی آهسته، به اصطلاح حرارتی، با انرژی مانند مولکول های شرکت کننده در حرکت حرارتی - 0.025 eV، چنین هسته ای تقسیم می شود. و این بسیار خوب است: نوترون های حرارتی دارای سطح مقطع جذب چهار برابر بیشتر از نوترون های سریع و مگاالکترون ولت هستند. این اهمیت اورانیوم 235 برای کل تاریخ بعدی انرژی هسته ای است: این است که ضرب نوترون ها را در اورانیوم طبیعی تضمین می کند. هسته اورانیوم 235 پس از برخورد با نوترون ناپایدار می شود و به سرعت به دو قسمت نابرابر تقسیم می شود. در طول مسیر، چندین نوترون جدید (به طور متوسط ​​2.75) منتشر می شود. اگر آنها به هسته های همان اورانیوم برخورد کنند، باعث تکثیر نمایی نوترون ها می شوند - یک واکنش زنجیره ای رخ می دهد که به دلیل انتشار سریع مقدار زیادی گرما منجر به انفجار می شود. نه اورانیوم 238 و نه توریم 232 نمی توانند اینطور کار کنند: بالاخره در طول شکافت، نوترون ها با انرژی متوسط ​​1-3 مگا ولت ساطع می شوند، یعنی اگر آستانه انرژی 1 مگا ولت وجود داشته باشد، بخش قابل توجهی از نوترون ها قطعا قادر به ایجاد واکنش نخواهند بود و تولید مثلی نیز وجود نخواهد داشت. این بدان معناست که این ایزوتوپ‌ها باید فراموش شوند و نوترون‌ها باید به انرژی حرارتی کاهش یابند تا با هسته‌های اورانیوم 235 تا حد امکان تعامل داشته باشند. در عین حال، جذب رزونانس آنها توسط اورانیوم-238 مجاز نیست: از این گذشته، در اورانیوم طبیعی این ایزوتوپ کمی کمتر از 99.3٪ است و نوترون ها اغلب با آن برخورد می کنند و نه با اورانیوم-235 هدف. و با عمل به عنوان تعدیل کننده، می توان ضرب نوترون ها را در یک سطح ثابت نگه داشت و از انفجار جلوگیری کرد - واکنش زنجیره ای را کنترل کرد.

محاسباتی که توسط Ya. B. Zeldovich و Yu. B. Khariton در همان سال سرنوشت ساز 1939 انجام شد، نشان داد که برای این کار لازم است از یک تعدیل کننده نوترونی به شکل آب سنگین یا گرافیت استفاده شود و اورانیوم طبیعی با اورانیوم غنی شود. 235 حداقل 1.83 بار. سپس این ایده برای آنها خیالی محض به نظر می رسید: "باید توجه داشت که غنی سازی تقریباً دو برابر آن مقادیر نسبتاً قابل توجهی از اورانیوم که برای انجام یک انفجار زنجیره ای لازم است.<...>یک کار بسیار دشوار و تقریباً غیرممکن است.» اکنون این مشکل حل شده است و صنعت هسته ای در حال تولید انبوه اورانیوم غنی شده با اورانیوم 235 تا 3.5 درصد برای نیروگاه ها است.

شکافت هسته ای خود به خود چیست؟در سال 1940، G. N. Flerov و K. A. Petrzhak کشف کردند که شکافت اورانیوم می تواند خود به خود و بدون هیچ گونه تأثیر خارجی رخ دهد، اگرچه نیمه عمر بسیار طولانی تر از تجزیه آلفای معمولی است. از آنجایی که چنین شکافتی نوترون ها را نیز تولید می کند، اگر به آنها اجازه داده نشود از منطقه واکنش فرار کنند، به عنوان آغازگر واکنش زنجیره ای عمل خواهند کرد. این پدیده است که در ایجاد راکتورهای هسته ای استفاده می شود.

چرا انرژی هسته ای مورد نیاز است؟زلدویچ و خاریتون جزو اولین کسانی بودند که اثر اقتصادی انرژی هسته ای را محاسبه کردند (Uspekhi Fizicheskikh Nauk, 1940, 23, 4). «...در حال حاضر، هنوز نمی توان نتیجه گیری نهایی در مورد امکان یا عدم امکان انجام یک واکنش شکافت هسته ای با زنجیره های انشعاب بی نهایت در اورانیوم انجام داد. اگر چنین واکنشی امکان پذیر باشد، آنگاه سرعت واکنش به طور خودکار تنظیم می شود تا از پیشرفت هموار آن، علیرغم مقدار عظیم انرژی در اختیار آزمایشگر، اطمینان حاصل شود. این شرایط برای استفاده از انرژی واکنش بسیار مطلوب است. بنابراین اجازه دهید - اگرچه این تقسیم پوست یک خرس کشته نشده است - برخی از اعدادی که احتمال استفاده از انرژی از اورانیوم را مشخص می کند، ارائه کنیم. بنابراین، اگر فرآیند شکافت با نوترون‌های سریع پیش برود، واکنش ایزوتوپ اصلی اورانیوم (U238) را جذب می‌کند.<исходя из соотношения теплотворных способностей и цен на уголь и уран>هزینه یک کالری از ایزوتوپ اصلی اورانیوم تقریباً 4000 برابر ارزان تر از زغال سنگ است (مگر اینکه، البته، فرآیندهای "احتراق" و حذف گرما در مورد اورانیوم بسیار گران تر از در مورد زغال سنگ). در مورد نوترون های آهسته، هزینه یک کالری "اورانیوم" (براساس ارقام بالا) با در نظر گرفتن اینکه فراوانی ایزوتوپ U235 0.007 است، در حال حاضر فقط 30 برابر ارزان تر از کالری "زغال سنگ" است. همه چیزهای دیگر برابر باشند.»

اولین واکنش زنجیره ای کنترل شده در سال 1942 توسط انریکو فرمی در دانشگاه شیکاگو انجام شد و راکتور به صورت دستی کنترل شد - با فشار دادن میله های گرافیت به داخل و خارج با تغییر شار نوترون. اولین نیروگاه در اوبنینسک در سال 1954 ساخته شد. اولین راکتورها علاوه بر تولید انرژی، برای تولید پلوتونیوم با درجه سلاح نیز کار کردند.

نیروگاه هسته ای چگونه کار می کند؟امروزه بیشتر رآکتورها با نوترون های کند کار می کنند. اورانیوم غنی شده به شکل فلز، آلیاژی مانند آلومینیوم یا اکسید در سیلندرهای بلندی به نام عناصر سوختی قرار می گیرد. آنها به روش خاصی در راکتور نصب می شوند و میله های تعدیل کننده بین آنها قرار می گیرند که واکنش زنجیره ای را کنترل می کنند. با گذشت زمان، سموم راکتور در عنصر سوخت - محصولات شکافت اورانیوم، که همچنین قادر به جذب نوترون هستند، جمع می شوند. هنگامی که غلظت اورانیوم 235 به زیر سطح بحرانی می‌رسد، این عنصر از خدمت خارج می‌شود. با این حال، حاوی قطعات شکافت زیادی با رادیواکتیویته قوی است که در طول سال ها کاهش می یابد و باعث می شود که عناصر برای مدت طولانی مقدار قابل توجهی گرما از خود ساطع کنند. آنها در استخرهای خنک کننده نگهداری می شوند، و سپس یا دفن می شوند یا سعی می کنند فرآوری شوند - برای استخراج اورانیوم 235 نسوخته، پلوتونیوم تولید شده (از آن برای ساخت بمب اتمی استفاده می شد) و سایر ایزوتوپ هایی که می توان از آنها استفاده کرد. قسمت استفاده نشده به محل دفن فرستاده می شود.

در راکتورهای به اصطلاح سریع یا راکتورهای پرورش دهنده، بازتابنده هایی از اورانیوم 238 یا توریم 232 در اطراف عناصر نصب می شوند. آنها سرعت خود را کاهش می دهند و نوترون های خیلی سریع را به منطقه واکنش می فرستند. نوترون‌هایی که به سرعت رزونانس کاهش یافته‌اند، این ایزوتوپ‌ها را جذب می‌کنند و به ترتیب به پلوتونیوم ۲۳۹ یا اورانیوم ۲۳۳ تبدیل می‌شوند که می‌توانند به عنوان سوخت نیروگاه هسته‌ای عمل کنند. از آنجایی که نوترون های سریع با اورانیوم 235 واکنش ضعیفی نشان می دهند، غلظت آن باید به میزان قابل توجهی افزایش یابد، اما این با شار نوترونی قوی تر جواب می دهد. علیرغم این واقعیت که راکتورهای پرورش دهنده آینده انرژی هسته ای در نظر گرفته می شوند، زیرا آنها بیش از مصرف سوخت هسته ای تولید می کنند، آزمایش ها نشان داده اند که مدیریت آنها دشوار است. اکنون تنها یک رآکتور در جهان باقی مانده است - در چهارمین واحد نیروگاه بلویارسک NPP.

انرژی هسته ای چگونه نقد می شود؟اگر ما در مورد حوادث صحبت نکنیم، پس نکته اصلی در بحث های مخالفان انرژی هسته ای امروز پیشنهاد اضافه کردن هزینه های حفاظت از محیط زیست پس از از کار انداختن ایستگاه و هنگام کار با سوخت به محاسبه کارایی آن است. در هر دو مورد، چالش‌های دفع مطمئن زباله‌های رادیواکتیو به وجود می‌آیند و این هزینه‌هایی است که دولت متحمل می‌شود. این نظر وجود دارد که اگر آنها را به هزینه انرژی منتقل کنید، جذابیت اقتصادی آن از بین می رود.

در میان حامیان انرژی هسته ای نیز مخالفت هایی وجود دارد. نمایندگان آن به منحصر به فرد بودن اورانیوم-235 اشاره می کنند که جایگزینی ندارد، زیرا ایزوتوپ های جایگزین شکافته شده توسط نوترون های حرارتی - پلوتونیوم-239 و اورانیوم-233 - به دلیل نیمه عمر هزاران ساله خود، در طبیعت یافت نمی شوند. و دقیقاً در نتیجه شکافت اورانیوم 235 به دست می آیند. اگر تمام شود، یک منبع طبیعی شگفت انگیز از نوترون ها برای یک واکنش زنجیره ای هسته ای ناپدید می شود. در نتیجه چنین اتلاف‌هایی، بشریت در آینده این فرصت را از دست خواهد داد که توریم 232 را که ذخایر آن چندین برابر اورانیوم است در چرخه انرژی وارد کند.

از نظر تئوری، شتاب دهنده های ذرات را می توان برای تولید شار نوترون های سریع با انرژی های مگاالکترون ولت استفاده کرد. با این حال، اگر به عنوان مثال، در مورد پروازهای بین سیاره ای با موتور هسته ای صحبت می کنیم، اجرای یک طرح با یک شتاب دهنده حجیم بسیار دشوار خواهد بود. کاهش اورانیوم 235 به چنین پروژه هایی پایان می دهد.

اورانیوم با درجه سلاح چیست؟این اورانیوم 235 بسیار غنی شده است. جرم بحرانی آن - به اندازه یک قطعه ماده که در آن یک واکنش زنجیره ای خود به خود رخ می دهد مطابقت دارد - به اندازه ای کوچک است که بتواند مهمات تولید کند. از چنین اورانیوم می توان برای ساخت بمب اتمی و همچنین به عنوان فیوز بمب گرما هسته ای استفاده کرد.

چه بلاهایی با استفاده از اورانیوم مرتبط است؟انرژی ذخیره شده در هسته عناصر شکافت پذیر بسیار زیاد است. اگر به دلیل نظارت یا عمد از کنترل خارج شود، این انرژی می تواند دردسرهای زیادی ایجاد کند. دو بدترین فاجعه هسته ای در 6 و 8 آگوست 1945 رخ داد، زمانی که نیروی هوایی ایالات متحده سقوط کرد. بمب های اتمیدر هیروشیما و ناکازاکی که منجر به کشته و زخمی شدن صدها هزار غیرنظامی شد. بلایا در مقیاس کوچکتر با حوادث در نیروگاه های هسته ای و شرکت های چرخه هسته ای همراه است. اولین حادثه بزرگ در سال 1949 در اتحاد جماهیر شوروی در کارخانه مایاک در نزدیکی چلیابینسک، جایی که پلوتونیوم تولید می شد، رخ داد. زباله های رادیواکتیو مایع به رودخانه تکا ختم شد. در سپتامبر 1957، انفجاری در آن رخ داد و مقدار زیادی مواد رادیواکتیو آزاد شد. یازده روز بعد، رآکتور تولید پلوتونیوم بریتانیا در Windscale سوخت و ابر همراه با محصولات انفجار از آنجا پراکنده شد. اروپای غربی. در سال 1979، یک راکتور در نیروگاه هسته ای جزیره تری میل در پنسیلوانیا سوخت. تصادفات در نیروگاه هسته ای چرنوبیل(1986) و نیروگاه هسته ای فوکوشیما (2011)، زمانی که میلیون ها نفر در معرض تشعشعات قرار گرفتند. اولین مناطق وسیعی را پر از زباله کرد و 8 تن سوخت اورانیوم و محصولات پوسیده را در نتیجه انفجار که در سراسر اروپا پخش شد، آزاد کرد. دوم آلوده شد و سه سال بعد از حادثه همچنان آب منطقه را آلوده می کند. اقیانوس آرامدر مناطق ماهیگیری رفع عواقب این حوادث بسیار پرهزینه بود و اگر این هزینه ها به هزینه برق تقسیم می شد، افزایش چشمگیری داشت.

موضوع جداگانه عواقب آن برای سلامتی انسان است. بر اساس آمارهای رسمی، بسیاری از افرادی که از بمباران جان سالم به در بردند یا در مناطق آلوده زندگی می کردند از تشعشعات بهره بردند - اولی امید به زندگی بالاتری دارند، دومی سرطان کمتری دارند و کارشناسان مقداری افزایش مرگ و میر را به استرس اجتماعی نسبت می دهند. تعداد افرادی که دقیقاً بر اثر حوادث و یا در نتیجه انحلال آنها جان خود را از دست داده اند به صدها نفر می رسد. مخالفان نیروگاه های هسته ای اشاره می کنند که این حوادث منجر به مرگ زودرس چندین میلیون نفر در قاره اروپا شده است، اما در زمینه آماری به سادگی قابل مشاهده نیستند.

حذف اراضی از استفاده انسان در مناطق حادثه خیز به یک نتیجه جالب می انجامد: آنها به نوعی ذخیره گاه طبیعی تبدیل می شوند که در آن تنوع زیستی رشد می کند. درست است، برخی از حیوانات از بیماری های مربوط به تشعشع رنج می برند. این سؤال که آنها چقدر سریع با پس‌زمینه افزایش‌یافته سازگار خواهند شد، همچنان باز است. همچنین عقیده ای وجود دارد که پیامد تابش مزمن "انتخاب برای احمق ها" است (نگاه کنید به "شیمی و زندگی"، 2010، شماره 5): حتی در مرحله جنینی، موجودات اولیه بیشتری زنده می مانند. به ویژه در رابطه با مردم، این امر باید منجر به کاهش توانایی های ذهنی در نسل متولد شده در مناطق آلوده در مدت کوتاهی پس از حادثه شود.

اورانیوم ضعیف شده چیست؟این اورانیوم 238 است که پس از جدا شدن اورانیوم 235 از آن باقی مانده است. حجم ضایعات حاصل از تولید اورانیوم و عناصر سوخت با درجه تسلیحات زیاد است - تنها در ایالات متحده، 600 هزار تن هگزا فلوراید اورانیوم انباشته شده است (برای مشکلات مربوط به آن، به Chemistry and Life، 2008، شماره 5 مراجعه کنید). . محتوای اورانیوم 235 در آن 0.2٪ است. این ضایعات یا باید تا زمان های بهتر ذخیره شوند، یعنی زمانی که راکتورهای نوترونی سریع ایجاد می شوند و امکان پردازش اورانیوم 238 به پلوتونیوم وجود خواهد داشت، یا به نحوی استفاده می شود.

برای آن کاربرد پیدا کردند. اورانوس مانند دیگران عناصر انتقالی، به عنوان کاتالیزور استفاده می شود. به عنوان مثال، نویسندگان مقاله در نانو ACSدر تاریخ 30 ژوئن 2014، آنها نوشتند که کاتالیزوری ساخته شده از اورانیوم یا توریم با گرافن برای کاهش اکسیژن و پراکسید هیدروژن "پتانسیل بسیار زیادی برای استفاده در بخش انرژی دارد." از آنجایی که اورانیوم چگالی بالایی دارد، به عنوان بالاست برای کشتی ها و وزنه تعادل برای هواپیماها عمل می کند. این فلز همچنین برای حفاظت در برابر تشعشع در دستگاه های پزشکی دارای منابع تشعشع مناسب است.

از اورانیوم ضعیف شده چه سلاح هایی می توان ساخت؟گلوله ها و هسته های پرتابه های زره ​​پوش. محاسبه در اینجا به شرح زیر است. هرچه پرتابه سنگین تر باشد، ارتفاع آن بالاتر است انرژی جنبشی. اما هرچه پرتابه بزرگتر باشد، تأثیر آن کمتر متمرکز می شود. این بدان معناست که فلزات سنگین با چگالی بالا مورد نیاز است. گلوله ها از سرب ساخته شده اند (شکارچیان اورال در یک زمان از پلاتین بومی نیز استفاده می کردند تا اینکه متوجه شدند این فلز گرانبها است)، در حالی که هسته های پوسته از آلیاژ تنگستن ساخته شده است. محیط بانان خاطرنشان می کنند که سرب خاک را در مکان های عملیات نظامی یا شکار آلوده می کند و بهتر است آن را با چیزی کم ضررتر به عنوان مثال تنگستن جایگزین کرد. اما تنگستن ارزان نیست و اورانیوم با چگالی مشابه، زباله مضری است. در عین حال، آلودگی خاک و آب مجاز به اورانیوم تقریباً دو برابر سرب است. این به این دلیل اتفاق می افتد که رادیواکتیویته ضعیف اورانیوم ضعیف شده (و همچنین 40٪ کمتر از اورانیوم طبیعی است) نادیده گرفته می شود و یک عامل شیمیایی واقعا خطرناک در نظر گرفته می شود: اورانیوم، همانطور که به یاد داریم، سمی است. در عین حال، چگالی آن 1.7 برابر بیشتر از چگالی سرب است، به این معنی که اندازه گلوله های اورانیوم را می توان به نصف کاهش داد. اورانیوم بسیار نسوز و سخت‌تر از سرب است - هنگام شلیک کمتر تبخیر می‌شود و وقتی به هدف برخورد می‌کند ریزذرات کمتری تولید می‌کند. به طور کلی گلوله اورانیوم آلودگی کمتری دارد محیطبا این حال، چنین استفاده ای از اورانیوم به طور قطعی شناخته نشده است.

اما مشخص است که صفحات ساخته شده از اورانیوم ضعیف شده برای تقویت زره تانک های آمریکایی (این امر با چگالی و نقطه ذوب بالای آن تسهیل می شود) و همچنین به جای آلیاژ تنگستن در هسته ها برای پرتابه های زره ​​پوش استفاده می شود. هسته اورانیوم نیز خوب است زیرا اورانیوم پیروفوریک است: گرم است ذرات ریزکه در اثر برخورد با زره ایجاد شد، شعله ور شد و همه چیز اطراف را آتش زد. هر دو کاربرد در برابر تشعشع ایمن در نظر گرفته می شوند. بنابراین، محاسبه نشان داد که حتی پس از یک سال نشستن در یک تانک با زره اورانیوم پر از مهمات اورانیوم، خدمه تنها یک چهارم دوز مجاز را دریافت می کنند. و برای دریافت دوز مجاز سالانه، باید چنین مهمات را به مدت 250 ساعت به سطح پوست بچسبانید.

گلوله‌های هسته‌های اورانیوم - برای توپ‌های هواپیمای 30 میلی‌متری یا زیر کالیبرهای توپخانه - توسط آمریکایی‌ها در جنگ‌های اخیر مورد استفاده قرار گرفته‌اند که با شروع عملیات عراق در سال 1991 شروع شد. در آن سال بر یگان‌های زرهی عراق در کویت باریدند و در هنگام عقب‌نشینی، 300 تن اورانیوم ضعیف‌شده که 250 تن یا 780 هزار گلوله آن به سمت هواپیما شلیک شد. در بوسنی و هرزگوین، در هنگام بمباران ارتش جمهوری صربستان به رسمیت شناخته نشده، 2.75 تن اورانیوم و در هنگام گلوله باران ارتش یوگسلاوی در منطقه کوزوو و متوهیا - 8.5 تن یا 31 هزار گلوله مصرف شد. از آنجایی که WHO در آن زمان نگران عواقب استفاده از اورانیوم بود، نظارت انجام شد. او نشان داد که یک گلوله شامل تقریباً 300 گلوله است که 80 درصد آن حاوی اورانیوم ضعیف شده است. 10 درصد اهداف را مورد اصابت قرار دادند و 82 درصد در فاصله 100 متری آنها سقوط کردند. بقیه در 1.85 کیلومتر پراکنده شدند. گلوله‌ای که به یک تانک اصابت کرد، سوخت و به آئروسل تبدیل شد؛ گلوله اورانیوم از میان اهداف سبک مانند نفربرهای زرهی نفوذ کرد. بنابراین، حداکثر یک و نیم تن گلوله می تواند به غبار اورانیوم در عراق تبدیل شود. به گفته کارشناسان مرکز تحقیقات استراتژیک آمریکا RAND Corporation، بیش از 10 تا 35 درصد اورانیوم مورد استفاده به آئروسل تبدیل شده است. آصاف دوراکوویچ، فعال کروات ضد مهمات اورانیوم، که در سازمان های مختلفی از بیمارستان ملک فیصل ریاض تا مرکز تحقیقات پزشکی اورانیوم واشنگتن کار کرده است، تخمین می زند که تنها در جنوب عراق در سال 1991، 3 تا 6 تن ذرات اورانیوم زیر میکرون تشکیل شده است. که در منطقه وسیعی پراکنده شده اند، یعنی آلودگی اورانیوم در آنجا با چرنوبیل قابل مقایسه است.

در سال های اخیر، موضوع انرژی هسته ای به طور فزاینده ای مطرح شده است. برای تولید انرژی هسته ای، استفاده از ماده ای مانند اورانیوم رایج است. این یک عنصر شیمیایی متعلق به خانواده اکتینیدها است.

فعالیت شیمیایی این عنصر این واقعیت را تعیین می کند که به شکل آزاد موجود نیست. برای تولید آن از سازندهای معدنی به نام سنگ معدن اورانیوم استفاده می شود. آنها چنان مقدار سوختی را متمرکز می کنند که به استخراج این عنصر شیمیایی اجازه می دهد تا از نظر اقتصادی منطقی و سودآور تلقی شود. در حال حاضر، در روده های سیاره ما، محتوای این فلز از ذخایر طلا فراتر می رود 1000 بار(سانتی متر. ). به طور کلی رسوبات این عنصر شیمیایی در خاک، محیط آبی و سنگ بیش از 5 میلیون تن.

در حالت آزاد، اورانیوم یک فلز خاکستری-سفید است که با 3 تغییر آلوتروپیک مشخص می شود: شبکه های مکعبی کریستالی لوزی، چهارضلعی و بدنه محور. نقطه جوش این عنصر شیمیایی است 4200 درجه سانتی گراد.

اورانیوم یک ماده شیمیایی فعال است. در هوا، این عنصر به آرامی اکسید می شود، به راحتی در اسیدها حل می شود، با آب واکنش می دهد، اما با قلیاها تعامل ندارد.

سنگ معدن اورانیوم در روسیه معمولاً بر اساس معیارهای مختلف طبقه بندی می شود. اغلب آنها از نظر تحصیلات متفاوت هستند. بله، وجود دارد سنگ معدن درون زا، اگزوژن و دگرگونی. در حالت اول، آنها تشکیلات معدنی هستند که تحت تأثیر دمای بالا، رطوبت و مذاب پگماتیت تشکیل شده اند. تشکیلات معدنی اورانیوم برون زا در شرایط سطحی رخ می دهد. آنها می توانند مستقیماً روی سطح زمین تشکیل شوند. این به دلیل گردش آب های زیرزمینی و تجمع رسوبات رخ می دهد. تشکیلات معدنی دگرگونی در نتیجه توزیع مجدد اورانیوم پراکنده اولیه ظاهر می شوند.

با توجه به سطح محتوای اورانیوم، این سازندهای طبیعی می توانند به شرح زیر باشند:

• فوق العاده ثروتمند (بیش از 0.3٪)؛
• ثروتمند (از 0.1 تا 0.3٪)؛
• خصوصی (از 0.05 تا 0.1٪)؛
• ضعیف (از 0.03 تا 0.05٪)؛
• خارج از ترازنامه (از 0.01 تا 0.03٪).

کاربردهای مدرن اورانیوم

امروزه از اورانیوم بیشتر به عنوان سوخت موتورهای موشکی و راکتورهای هسته ای استفاده می شود. با توجه به خواص این ماده، افزایش قدرت یک سلاح هسته ای نیز در نظر گرفته شده است. این عنصر شیمیایی در نقاشی نیز کاربرد خود را پیدا کرده است. به طور فعال به عنوان رنگدانه های زرد، سبز، قهوه ای و سیاه استفاده می شود. همچنین از اورانیوم برای ساخت هسته های پرتابه های زره ​​پوش استفاده می شود.

استخراج سنگ معدن اورانیوم در روسیه: برای این کار چه چیزی لازم است؟

استخراج سنگ معدن رادیواکتیو با استفاده از سه فناوری اصلی انجام می شود. اگر ذخایر سنگ معدن تا حد امکان نزدیک به سطح زمین متمرکز شوند، مرسوم است که از فناوری روباز برای استخراج آنها استفاده شود. این شامل استفاده از بولدوزرها و بیل مکانیکی است که حفره های بزرگی را حفر می کنند و مواد معدنی حاصل را در کامیون های کمپرسی بار می کنند. سپس به مجتمع پردازش فرستاده می شود.

هنگامی که این سازند معدنی در اعماق قرار دارد، مرسوم است که از فناوری استخراج زیرزمینی استفاده شود که شامل ایجاد یک معدن تا عمق 2 کیلومتر است. فناوری سوم به طور قابل توجهی با فناوری های قبلی متفاوت است. شستشوی درون زمینی برای توسعه ذخایر اورانیوم شامل حفاری چاه هایی است که اسید سولفوریک از طریق آن به ذخایر پمپ می شود. سپس چاه دیگری حفر می شود که برای پمپاژ محلول حاصل به سطح زمین ضروری است. سپس فرآیند جذب را طی می کند که امکان جمع آوری نمک های این فلز روی رزین مخصوص را فراهم می کند. آخرین مرحله فناوری SPV، عملیات حلقوی رزین با اسید سولفوریک است. به لطف این فناوری، غلظت این فلز به حداکثر می رسد.

ذخایر سنگ معدن اورانیوم در روسیه

روسیه یکی از رهبران جهان در استخراج سنگ معدن اورانیوم محسوب می شود. در طول چند دهه گذشته، روسیه به طور مداوم در بین 7 کشور برتر در این شاخص قرار گرفته است.

بزرگترین ذخایر این تشکیلات معدنی طبیعی عبارتند از:

بزرگترین ذخایر معدن اورانیوم در جهان - کشورهای پیشرو

استرالیا پیشرو جهان در استخراج اورانیوم است. بیش از 30 درصد از کل ذخایر جهان در این ایالت متمرکز شده است. بزرگترین ذخایر استرالیا عبارتند از المپیک دام، بورلی، رنجر و هانمون.

رقیب اصلی استرالیا قزاقستان است که تقریباً 12 درصد از ذخایر سوخت جهان را در خود جای داده است. کانادا و آفریقای جنوبی هر کدام دارای 11 درصد از ذخایر اورانیوم جهان، نامیبیا - 8 درصد، برزیل - 7 درصد هستند. روسیه با 5 درصد در رده هفتم اول قرار دارد. در فهرست رهبران کشورهایی مانند نامیبیا، اوکراین و چین نیز حضور دارند.

بزرگترین ذخایر اورانیوم جهان عبارتند از:

رشته	یک کشور	شروع به پردازش کنید
سد المپیک	استرالیا	1988
روسینگ	نامیبیا	1976
رودخانه مک آرتور	کانادا	1999
اینکای	قزاقستان	2007
سلطه	آفریقای جنوبی	2007
تکاور	استرالیا	1980
خراسان	قزاقستان	2008

ذخایر و حجم تولید سنگ معدن اورانیوم در روسیه

ذخایر اکتشاف شده اورانیوم در کشور ما بیش از 400 هزار تن برآورد شده است. در عین حال منابع پیش بینی شده بیش از 830 هزار تن است. تا سال 2017، 16 ذخایر اورانیوم در روسیه وجود دارد. علاوه بر این، 15 مورد از آنها در Transbaikalia متمرکز شده اند. ذخایر اصلی سنگ معدن اورانیوم را میدان سنگ Streltsovskoe می دانند. در اکثر کانسارهای داخلی تولید به روش شفت انجام می شود.

• اورانیوم در قرن هجدهم کشف شد. در سال 1789 دانشمند آلمانی مارتین کلاپروت موفق به تولید اورانیوم فلز مانند از سنگ معدن شد. جالب اینجاست که این دانشمند کاشف تیتانیوم و زیرکونیوم نیز هست.
• ترکیبات اورانیوم به طور فعال در زمینه عکاسی استفاده می شود. این عنصر برای رنگ آمیزی مثبت و تقویت نگاتیو استفاده می شود.
• تفاوت اصلی بین اورانیوم و سایر عناصر شیمیایی رادیواکتیویته طبیعی آن است. اتم های اورانیوم در طول زمان به طور مستقل تغییر می کنند. در عین حال، آنها پرتوهای نامرئی برای چشم انسان ساطع می کنند. این پرتوها به 3 نوع تقسیم می شوند - پرتوهای گاما، بتا و آلفا (نگاه کنید به).

هنگامی که عناصر رادیواکتیو جدول تناوبی کشف شد، انسان در نهایت به یک کاربرد برای آنها دست یافت. این اتفاق با اورانیوم افتاد. هم برای اهداف نظامی و هم برای اهداف صلح آمیز استفاده می شد. سنگ معدن اورانیوم فرآوری شد و عنصر حاصل در صنایع رنگ و لاک و شیشه استفاده شد. پس از کشف رادیواکتیویته آن، شروع به استفاده در این سوخت چقدر تمیز و سازگار با محیط زیست است؟ این هنوز مورد بحث است.

اورانیوم طبیعی

اورانیوم به شکل خالص در طبیعت وجود ندارد - این جزئی از سنگ معدن و مواد معدنی است. سنگ معدن اصلی اورانیوم کارنوتیت و پیچبلند است. همچنین ذخایر قابل توجهی از این کانی استراتژیک در کانی های خاکی کمیاب و ذغال سنگ نارس - اورتیت، تیتانیت، زیرکون، مونازیت، زنوتیم یافت شد. رسوبات اورانیوم را می توان در سنگ هایی با محیط اسیدی و غلظت بالایی از سیلیکون یافت. همراهان آن کلسیت، گالن، مولیبدنیت و غیره است.

ذخایر و ذخایر جهانی

تا به امروز، ذخایر بسیاری در لایه ای 20 کیلومتری از سطح زمین کاوش شده است. همه آنها حاوی تعداد زیادی تن اورانیوم هستند. این مقدار می تواند برای صدها سال آینده انرژی بشر را تامین کند. کشورهای پیشرو که در آنها سنگ معدن اورانیوم در بیشترین حجم یافت می شود استرالیا، قزاقستان، روسیه، کانادا، آفریقای جنوبی، اوکراین، ازبکستان، ایالات متحده آمریکا، برزیل، نامیبیا هستند.

انواع اورانیوم

رادیواکتیویته خواص یک عنصر شیمیایی را تعیین می کند. اورانیوم طبیعی از سه ایزوتوپ تشکیل شده است. دو نفر از آنها بنیانگذاران سریال رادیواکتیو هستند. ایزوتوپ های طبیعی اورانیوم برای تولید سوخت برای واکنش های هسته ای و تسلیحات استفاده می شود. اورانیوم-238 همچنین به عنوان ماده خام برای تولید پلوتونیوم-239 عمل می کند.

ایزوتوپ های اورانیوم U234 هسته های دختر U238 هستند. آنها به عنوان فعال ترین شناخته می شوند و تابش قوی را ارائه می دهند. ایزوتوپ U235 21 برابر ضعیف تر است، اگرچه با موفقیت برای اهداف فوق استفاده می شود - توانایی پشتیبانی بدون کاتالیزور اضافی را دارد.

علاوه بر ایزوتوپ های طبیعی، ایزوتوپ های مصنوعی اورانیوم نیز وجود دارد. امروزه 23 مورد از آنها شناخته شده است که مهمترین آنها U233 است. آن را با توانایی خود در فعال شدن تحت تأثیر نوترون های آهسته متمایز می کند، در حالی که بقیه به ذرات سریع نیاز دارند.

طبقه بندی سنگ معدن

اگرچه اورانیوم تقریباً در همه جا یافت می شود - حتی در موجودات زنده - اقشاری ​​که در آن یافت می شود می توانند از نظر نوع متفاوت باشند. روش های استخراج نیز به این بستگی دارد. سنگ معدن اورانیوم بر اساس پارامترهای زیر طبقه بندی می شود:

1. شرایط تشکیل - سنگ معدن درون زا، اگزوژن و دگرگونی.
2. ماهیت کانی سازی اورانیوم کانی اولیه، اکسید شده و مخلوط اورانیوم است.
3. سنگدانه ها و دانه بندی مواد معدنی - بخش های درشت دانه، دانه متوسط، دانه ریز، دانه ریز و پراکنده سنگ معدن.
4. سودمندی ناخالصی ها - مولیبدن، وانادیم و غیره.
5. ترکیب ناخالصی ها کربنات، سیلیکات، سولفید، اکسید آهن، کاستوبیولیت است.

بسته به نحوه طبقه بندی سنگ معدن اورانیوم، روشی برای استخراج عنصر شیمیایی از آن وجود دارد. سیلیکات با اسیدهای مختلف تصفیه می شود، محلول های کربنات - سودا، کاستوبیولیت با احتراق غنی می شود و اکسید آهن در کوره بلند ذوب می شود.

سنگ معدن اورانیوم چگونه استخراج می شود؟

مانند هر کسب و کار معدن، فن آوری و روش های خاصی برای استخراج اورانیوم از سنگ وجود دارد. همه چیز به این بستگی دارد که کدام ایزوتوپ در لایه لیتوسفر قرار دارد. سنگ معدن اورانیوم به سه روش استخراج می شود. جداسازی یک عنصر از سنگ زمانی که محتوای آن 0.05-0.5٪ باشد از نظر اقتصادی امکان پذیر است. روش های استخراج معدن، معدن و لیچینگ وجود دارد. استفاده از هر یک از آنها به ترکیب ایزوتوپ ها و عمق سنگ بستگی دارد. استخراج سنگ معدن اورانیوم در ذخایر کم عمق امکان پذیر است. خطر قرار گرفتن در معرض تابش حداقل است. هیچ مشکلی در مورد تجهیزات وجود ندارد - بولدوزر، لودر و کامیون کمپرسی به طور گسترده استفاده می شود.

استخراج معدن پیچیده تر است. این روش زمانی استفاده می شود که المان تا عمق 2 کیلومتری رخ دهد و از نظر اقتصادی سودآور باشد. سنگ باید حاوی غلظت بالایی از اورانیوم باشد تا بتواند ارزش استخراج را داشته باشد. این ادیت حداکثر ایمنی را فراهم می کند، این به دلیل روش استخراج سنگ معدن اورانیوم در زیر زمین است. به کارگران لباس مخصوص ارائه می شود و ساعات کار به شدت محدود است. معادن مجهز به آسانسور و تهویه پیشرفته هستند.

لیچینگ - سومین روش - از نظر زیست محیطی و ایمنی کارکنان شرکت معدنی تمیزترین روش است. یک محلول شیمیایی ویژه از طریق سیستمی از چاه های حفر شده پمپ می شود. در شکل گیری حل می شود و با ترکیبات اورانیوم اشباع می شود. سپس محلول خارج شده و به کارخانه های فرآوری فرستاده می شود. این روش پیشرفته تر است، به شما امکان می دهد هزینه های اقتصادی را کاهش دهید، اگرچه وجود دارد کل خطمحدودیت های.

سپرده در اوکراین

معلوم شد که این کشور صاحب خوش شانس ذخایر عنصری است که از آن تولید می شود.طبق پیش بینی ها، سنگ معدن اورانیوم اوکراین حاوی 235 تن مواد خام است. در حال حاضر تنها رسوبات حاوی حدود 65 تن تایید شده است. مقدار مشخصی قبلا توسعه یافته است. مقداری از اورانیوم در داخل استفاده می شد و مقداری نیز صادر می شد.

ذخایر اصلی منطقه سنگ معدن اورانیوم Kirovograd در نظر گرفته می شود. محتوای اورانیوم کم است - از 0.05 تا 0.1٪ در هر تن سنگ، بنابراین هزینه مواد بالا است. در نتیجه، مواد خام حاصل در روسیه با میله های سوخت نهایی برای نیروگاه ها مبادله می شود.

دومین سپرده بزرگ Novokonstantinovskoye است. محتوای اورانیوم موجود در سنگ این امکان را فراهم می کند که هزینه را تقریباً 2 برابر در مقایسه با Kirovograd کاهش دهد. با این حال، از دهه 90 هیچ توسعه ای انجام نشده است، تمام معادن زیر آب رفته اند. به دلیل بدتر شدن روابط سیاسی با روسیه، اوکراین ممکن است بدون سوخت باقی بماند

سنگ معدن اورانیوم روسیه

برای استخراج اورانیوم فدراسیون روسیهدر بین سایر کشورهای جهان در جایگاه پنجم قرار دارد. مشهورترین و قدرتمندترین آنها عبارتند از: Khiagdinskoye، Kolichkanskoye، Istochnoye، Koretkondinskoye، Namarusskoye، Dobrynskoye (جمهوری بوریاتیا)، Argunskoye، Zherlovoye. در منطقه چیتا، 93 درصد کل اورانیوم استخراج شده روسیه (عمدتاً با روش های معدن و معدن) استخراج می شود.

وضعیت در مورد ذخایر در بوریاتیا و کورگان کمی متفاوت است. سنگ معدن اورانیوم روسیه در این مناطق به گونه ای ته نشین می شود که امکان استخراج مواد خام از طریق لیچینگ را فراهم می کند.

در مجموع، ذخایر 830 تنی اورانیوم در روسیه پیش‌بینی می‌شود و حدود 615 تن ذخایر تایید شده وجود دارد. اینها همچنین ذخایر در یاکوتیا، کارلیا و سایر مناطق هستند. از آنجایی که اورانیوم یک ماده خام استراتژیک جهانی است، اعداد ممکن است نادرست باشند، زیرا بسیاری از داده ها طبقه بندی شده است و تنها دسته خاصی از مردم به آن دسترسی دارند.

سنگ معدن اورانیوم (a. سنگ معدن اورانیوم؛ n. Uranerze؛ f. minerais uraniferes, minerais d"uranium؛ i. minerales de urania, minerales uraniсos) - تشکیلات معدنی طبیعی حاوی اورانیوم در چنین غلظت ها، مقادیر و ترکیباتی که تولید صنعتی آن در آنها انجام می شود. از نظر اقتصادی امکان پذیر است.

مواد معدنی اصلی: اکسیدها - اورانینیت، قطران اورانیوم، اورانیوم سیاه. سیلیکات - تابوت؛ تیتانات ها - برانریت؛ سیلیکات های اورانیل - اورانوفان، بتااورانوتیل؛ وانادات اورانیل - کارنوتیت، تیویامونیت؛ اورانیل فسفات - اوتنیت، توربرنیت. علاوه بر این، اورانیوم موجود در سنگ معدن اغلب بخشی از مواد معدنی حاوی P، Zr، Ti، Th و TR (فلوراپاتیت، لوکسن، مونازیت، زیرکون، اورتیت، توریانیت، داویدیت و غیره) است یا در حالت جذب شده در مواد کربنی قرار دارد.

سنگ معدن اورانیوم معمولاً متمایز می شود: فوق غنی (بیش از 0.3٪ U)، غنی (0.1-0.3٪)، معمولی (0.05-0.10٪)، ضعیف (0.03-0.05٪) و خارج از ترازنامه (0.01-0.03٪). ). ذخایر بسیار بزرگ شامل ذخایر اورانیوم با ذخایر (هزار تن) بیش از 50، بزرگ - از 10 تا 50، متوسط ​​- از 1 تا 10، کوچک - 0.2-1.0 و بسیار کوچک - کمتر از 0.2 است.

سنگ معدن اورانیوم از نظر شرایط تشکیل، ماهیت وقوع، ترکیب معدنی، وجود اجزای مرتبط و روش های توسعه متفاوت است. سنگ معدن اورانیوم رسوبی (هم‌زایی برون‌زا) شامل ذخایر پالئوژن از نوع آلی-فسفاته (رسوب‌های ریزه‌های استخوان ماهی غنی‌شده در U و TR) و کنگلومراهای کوارتز-ریزه‌ای اورانیوم دار پروتروزوییک اولیه در نواحی دریاچه الیوت در کانادا (Thawith) است. Zr، Ti)، Witwatersrand در آفریقای جنوبی (با Au) و Jacobina در برزیل (با Au). سنگ معدن، به عنوان یک قاعده، معمولی و فقیر است. در میان رسوبات نفوذی (اپی ژنتیک اگزوژن) رسوبات نفوذی خاک، مخزن و شکاف وجود دارد. پیشرو در میان آنها نهشته های تابوت-چرنیه از نوع نفوذ بستر هستند، جایی که سنگ معدن اورانیوم در سنگ های نفوذ پذیر حوضه های آرتزین رخ می دهد و توسط مرزهای مناطق اکسیداسیون بستر کنترل می شود. رسوبات سنگ معدن به شکل رول (جسم هلالی شکل دراز) یا عدسی هستند. سنگ‌های معدنی عمدتاً معمولی و ضعیف هستند، گاهی اوقات با Se، Re، Mo، V، Sc (رسوب‌های مناطق خشک CCCP، وایومینگ، نیجر) پیچیده هستند.

در میان نهشته‌های نفوذی خاک، عمدتاً ذخایر اورانیوم زغال‌سنگ مورد توجه صنعتی قرار می‌گیرند که اورانیوم و کانی‌سازی همراه آن در سقف لایه‌ها، در تماس با ماسه‌های اکسید شده و همچنین نهشته‌های نزدیک سطحی کانسنگ‌های کارنویت در کالکریت قرار دارند. و «هیپکریت» (تشکیل‌های خاک کربناته و گچی دره‌های رودخانه‌ای) در استرالیا (کانسار ییلیری) و نامیبیا. این گروه در مجاورت نهشته‌های اورانیوم-قیر چینه‌ای در سنگ‌های خاک‌زا و کربناته است، جایی که مواد معدنی با کریت‌ها و آنتراکسولیت‌های حاوی پیچ‌بلند (رسوب‌های کمربند Grante در ایالات متحده آمریکا، Banata در رومانی) نشان داده می‌شوند. این اجسام سنگی، همراه با نمونه های نفوذی، گاه در نهشته های نوع ماسه سنگی (کانسنگ های معمولی و ضعیف) ترکیب می شوند. مشابه‌های دگرگون‌شده احتمالی آن‌ها، ذخایر منطقه سنگ فرانس‌ویل در گابن، از جمله ذخایر منحصربه‌فرد Oklo است. رسوبات هیدروترمال (درجه حرارت متوسط-پایین اپی ژنتیک درون زا) عمدتاً رگه‌ها و رگه‌ها هستند که کمتر ورقه‌ای هستند. آنها به اورانیوم مناسب (شامل رگه های کربنات اورانیوم)، مولیبدن-اورانیوم (اغلب با سرب، آس، روی و سایر کالکوفیل ها)، تیتانیوم-اورانیوم، فسفر-اورانیوم (با Zr، Th) تقسیم می شوند. مواد معدنی اصلی: پیچبلند، کوفینیتیت، برانریت (در سنگ معدن اورانیوم-توریم)، ​​فلوراپاتیت حاوی اورانیوم (در سنگ معدن فسفر-اورانیوم). سیلیکات های اورانیل ثانویه، فسفات های اورانیل و آرسنات های اورانیل در مناطق اکسیداسیون ایجاد می شوند. سنگ معدن معمولی و غنی است. این گروه شامل نهشته‌های ساختارهای آتشفشانی-تکتونیکی و سنگ‌های زیرزمینی تعدادی از مناطق CCCP، کوه‌های سنگ معدن، مناطق توده مرکزی، بیورلاج و دریاچه خرس بزرگ در کانادا، ایالات متحده آمریکا (مریسویل)، استرالیا (مناطق کوه ایسا و وست مورلند) است. . در مجاورت این گروه، کانسارهای متاسوماتیک از نوع "عدم انطباق" وجود دارد که در کانادا (دریاچه خرگوش، دریاچه کی، و غیره مناطق سنگ معدن) و شمال استرالیا (منطقه رودخانه تمساح) شناسایی شده است. آنها با کنترل کانی سازی توسط سطوح با عدم انطباق چینه شناسی، مورفولوژی ورقه مانند یا ورقه ای و محتوای اورانیوم بالا در سنگ معدن ها (0، n - n٪) مشخص می شوند. کانی های اصلی سنگ: پیچبلند، اورانینیت، کوفینیتیت، برانریت. کانسار چینه ای منحصر به فردی از سنگ معدن پیچیده در استرالیا کشف شده است.صنایع اورانیوم.

در دهه 80 سنگ معدن اورانیوم با هزینه استخراج کمتر از 80 دلار / کیلوگرم اورانیوم برای استخراج سودآور بود. مجموع ذخایر و منابع اورانیوم، با احتساب پتانسیل، در کشورهای صنعتی سرمایه داری و در حال توسعه 14 میلیون تن (بدون اورانیوم مرتبط) تخمین زده می شود. ذخایر اصلی سنگ معدن اورانیوم (هزار تن) در این کشورها در استرالیا (465)، کانادا (180)، آفریقای جنوبی، نیجر، برزیل، ایالات متحده آمریکا (133) و نامیبیا متمرکز است. تقریباً 31 درصد از کل ذخایر را کانسارهای نوع «عدم انطباق»، 25 درصد از نوع «ماسه سنگ»، 16 درصد کنگلومراهای اورانیوم دار، 14 درصد از نوع «پورفیری» و غیره تشکیل می دهند.

تولید سالانه جهانی کنسانتره اورانیوم در این کشورها در سال 1988، 37.4 هزار تن اورانیوم در هزینه متوسط 30 دلار به ازای هر کیلوگرم (اوایل 1989).