Učinite što morate. Gdje nabaviti uran

Odakle je došao uran? Najvjerojatnije se pojavljuje u eksplozijama supernove. Činjenica je da za nukleosintezu elemenata težih od željeza mora postojati snažan tok neutrona, koji se događa upravo tijekom eksplozije supernove. Čini se da bi tada, tijekom kondenzacije iz oblaka novih zvjezdanih sustava formiranih od njega, uran, koji se skupio u protoplanetarnom oblaku i vrlo težak, trebao potonuti u dubinama planeta. Ali to nije slučaj. Uran je radioaktivni element i pri raspadu oslobađa toplinu. Proračuni pokazuju da kada bi uran bio ravnomjerno raspoređen po cijeloj debljini planeta, barem s istom koncentracijom kao na površini, tada bi emitirao previše topline. Štoviše, njegov protok bi trebao oslabiti kako se uran troši. Budući da se ništa slično ne opaža, geolozi vjeruju da je najmanje trećina urana, a možda i cijeli, koncentrirana u zemljinoj kori, gdje je njegov sadržaj 2,5 ∙ 10 –4%. Zašto se to dogodilo ne raspravlja se.

Gdje se kopa uran? Na Zemlji nema tako malo urana – po obilju je na 38. mjestu. Najveći dio ovog elementa nalazi se u sedimentnim stijenama - ugljičnim škriljcima i fosforitima: do 8 ∙ 10 –3 i 2,5 ∙ 10 –2%, respektivno. Ukupno, zemljina kora sadrži 10 14 tona urana, ali glavni je problem što je jako raspršen i ne stvara moćne naslage. Oko 15 minerala urana su od industrijskog značaja. Ovo je uranova smola - njegova osnova je četverovalentni uranov oksid, uran liskun - razni silikati, fosfati i složeniji spojevi s vanadijem ili titanom na bazi heksavalentnog urana.

Što su Becquerelove zrake? Nakon što je Wolfgang Roentgen otkrio X-zrake, francuski fizičar Antoine-Henri Becquerel zainteresirao se za sjaj uranovih soli, koji nastaje pod utjecajem sunčeve svjetlosti. Htio je znati ima li i ovdje rendgenskih zraka. Doista, bili su prisutni - sol je osvjetljavala fotografsku ploču kroz crni papir. U jednom od pokusa, međutim, sol nije bila osvijetljena, a fotografska je ploča i dalje potamnila. Kada se metalni predmet stavi između soli i fotografske ploče, ispod njega je bilo manje zamračenja. Posljedično, nove zrake uopće nisu nastale zbog pobuđivanja urana svjetlošću i nisu djelomično prošle kroz metal. U početku su se zvali "Becquerelove zrake". Naknadno je otkriveno da su to uglavnom alfa zrake s malim dodatkom beta zraka: činjenica je da glavni izotopi urana tijekom raspadanja emitiraju alfa česticu, a produkti kćeri također doživljavaju beta raspad.

Kolika je radioaktivnost urana? Uran nema stabilne izotope, svi su radioaktivni. Najdugovječniji je uran-238 s vremenom poluraspada od 4,4 milijarde godina. Slijedi uran-235 - 0,7 milijardi godina. Oboje prolaze kroz alfa raspad i postaju odgovarajući izotopi torija. Uran-238 čini preko 99% cjelokupnog prirodnog urana. Zbog ogromnog poluraspada, radioaktivnost ovog elementa je niska, a osim toga alfa čestice nisu u stanju prevladati stratum corneum na površini ljudskog tijela. Kažu da je IV Kurchatov, nakon rada s uranom, jednostavno obrisao ruke rupčićem i nije patio od bolesti povezanih s radioaktivnošću.

Istraživači su se više puta obraćali statistici bolesti radnika u rudnicima i pogonima za preradu urana. Na primjer, evo nedavnog članka kanadskih i američkih stručnjaka koji su analizirali podatke o zdravlju više od 17 tisuća radnika u rudniku Eldorado u kanadskoj pokrajini Saskatchewan za 1950.-1999. Istraživanje okoliša, 2014, 130, 43–50, DOI: 10.1016 / j.envres.2014.01.002). Polazili su od činjenice da zračenje najjače djeluje na krvne stanice koje se brzo množe, što dovodi do odgovarajućih vrsta raka. Statistike su pokazale da je učestalost raznih vrsta raka krvi među radnicima rudnika niža od prosjeka među Kanađanima. Pritom se glavnim izvorom zračenja ne smatra sam uran, već plinoviti radon koji on stvara i njegovi produkti raspadanja, koji mogu ući u tijelo kroz pluća.

Zašto je uran štetan?? Kao i drugi teški metali, vrlo je otrovan i može uzrokovati zatajenje bubrega i jetre. S druge strane, uran, kao raspršeni element, neizbježno je prisutan u vodi, tlu i, koncentrirajući se u lancu ishrane, ulazi u ljudsko tijelo. Razumno je pretpostaviti da su tijekom evolucije živa bića naučila neutralizirati uran u prirodnim koncentracijama. Uran je najopasniji u vodi, pa je SZO postavila granicu: isprva je bila 15 μg / l, no 2011. standard je povećan na 30 μg / g. U pravilu u vodi ima mnogo manje urana: u SAD-u u prosjeku 6,7 μg / L, u Kini i Francuskoj - 2,2 μg / L. Ali ima i jakih odstupanja. Tako je u nekim područjima Kalifornije sto puta više od standarda - 2,5 mg / l, au južnoj Finskoj doseže 7,8 mg / l. Istraživači pokušavaju shvatiti je li standard SZO prestrog kada proučavaju učinak urana na životinje. Evo tipičnog posla ( BioMed Research International, 2014., ID 181989; DOI: 10.1155 / 2014/181989). Francuski znanstvenici su devet mjeseci zalijevali štakore vodom s dodacima osiromašenog urana, i to u relativno visokoj koncentraciji - od 0,2 do 120 mg / l. Donja vrijednost je voda u blizini rudnika, gornja se nigdje ne nalazi - maksimalna koncentracija urana, izmjerena u Finskoj, iznosi 20 mg / l. Na iznenađenje autora - članak se zove: "Neočekivani izostanak primjetnog učinka urana na fiziološke sustave..." - uran praktički nije imao utjecaja na zdravlje štakora. Životinje su dobro jele, pravilno se udebljale, nisu se žalile na bolest i nisu umrle od raka. Uran se, kako i priliči, taložio prvenstveno u bubrezima i kostima te u stostruko manjoj količini u jetri, a njegovo je nakupljanje, očekivano, ovisilo o sadržaju u vodi. Međutim, to nije dovelo do zatajenja bubrega, pa čak ni do uočljive pojave bilo kakvih molekularnih biljega upale. Autori su predložili početak revizije strogih smjernica SZO-a. Međutim, postoji jedno upozorenje: učinak na mozak. U mozgu štakora urana je bilo manje nego u jetri, ali njegov sadržaj nije ovisio o količini u vodi. Ali uran je utjecao na rad antioksidativnog sustava mozga: aktivnost katalaze porasla je za 20%, glutation peroksidaze za 68-90%, aktivnost superoksid dismutaze pala je za 50% bez obzira na dozu. To znači da je uran očito izazivao oksidativni stres u mozgu i da je tijelo reagiralo na njega. Takav učinak - snažan učinak urana na mozak u nedostatku njegovog nakupljanja u njemu, usput, kao i na genitalijama - primijećen je i prije. Štoviše, voda s uranom u koncentraciji od 75-150 mg/L, kojom su istraživači sa Sveučilišta Nebraska hranili štakore šest mjeseci ( Neurotoksikologija i teratologija, 2005, 27, 1, 135-144; DOI: 10.1016 / j.ntt.2004.09.001), utjecao je na ponašanje životinja, uglavnom mužjaka, puštenih u polje: nisu prelazile linije kao kontrolni, ustajale su na stražnje noge i čistile svoje krzno. Postoje dokazi da uran također dovodi do oštećenja pamćenja kod životinja. Promjena ponašanja bila je u korelaciji s razinom oksidacije lipida u mozgu. Ispostavilo se da je uranova voda štakore učinila zdravim, ali glupim. Ti će nam podaci i dalje biti korisni u analizi takozvanog sindroma Zaljevskog rata.

Kontaminira li uran nalazišta plina iz škriljevca? Ovisi o tome koliko je urana u stijenama koje sadrže plin i kako je s njima povezan. Na primjer, docentica Tracy Bank sa Sveučilišta Buffalo istraživala je škriljevce ležišta Marcellus, koje se proteže od zapadnog New Yorka preko Pennsylvanije i Ohija do Zapadne Virginije. Pokazalo se da je uran kemijski vezan upravo s izvorom ugljikovodika (sjetite se da srodni ugljeni škriljevci imaju najveći sadržaj urana). Eksperimenti su pokazali da otopina korištena za lomljenje formacije savršeno otapa uran u sebi. “Kada uran u tim vodama ispliva na površinu, može uzrokovati onečišćenje okolnog područja. Ne predstavlja opasnost od zračenja, ali uran je otrovan element”, napominje Tracy Bank u sveučilišnom priopćenju od 25. listopada 2010. Detaljni članci o opasnosti od onečišćenja okoliša uranom ili torijom pri vađenju plina iz škriljevca još nisu pripremljeni.

Zašto je potreban uran? Ranije se koristio kao pigment za izradu keramike i stakla u boji. Sada je uran temelj atomske energije i nuklearnog oružja. Istodobno se koristi njegovo jedinstveno svojstvo - sposobnost dijeljenja jezgre.

Što je nuklearna fisija? Raspad jezgre na dva nejednaka velika dijela. Upravo zbog tog svojstva tijekom nukleosinteze uslijed zračenja neutrona s velikim poteškoćama nastaju jezgre teže od urana. Bit fenomena je sljedeća. Ako omjer broja neutrona i protona u jezgri nije optimalan, ona postaje nestabilna. Obično takva jezgra iz sebe izbacuje ili alfa česticu - dva protona i dva neutrona, ili beta česticu - pozitron, što je popraćeno transformacijom jednog od neutrona u proton. U prvom slučaju dobiva se element periodnog sustava, razmaknut dvije ćelije natrag, u drugom - jedna ćelija naprijed. No, osim emisije alfa i beta čestica, jezgra urana može se fisirati – raspadati se na jezgre dvaju elemenata u sredini periodnog sustava, na primjer barija i kriptona, što čini nakon što primi novi neutron. . Ovaj fenomen otkriven je ubrzo nakon otkrića radioaktivnosti, kada su fizičari novootkriveno zračenje izložili svemu što su morali. Ovako o tome piše Otto Frisch, sudionik događaja ("Uspekhi fizicheskikh nauk", 1968, 96, 4). Nakon otkrića berilijskih zraka - neutrona - Enrico Fermi ih je ozračio, posebice uran kako bi izazvao beta raspad - nadao se da će na njegov račun dobiti sljedeći, 93. element, koji se sada zove neptunij. Upravo je on otkrio novu vrstu radioaktivnosti u ozračenom uranu, koju je povezao s pojavom transuranskih elemenata. Istodobno, usporavanje neutrona, zbog čega je izvor berilija bio prekriven slojem parafina, povećalo je tu induciranu radioaktivnost. Američki radiokemičar Aristide von Grosse sugerirao je da je jedan od tih elemenata protaktinij, ali se prevario. No, Otto Hahn, koji je tada radio na Sveučilištu u Beču i smatrao je protaktinijem otkriven 1917. svojom zamisli, odlučio je da je dužan otkriti koji su elementi dobiveni u ovom slučaju. Zajedno s Lisom Meitner, početkom 1938. Hahn je na temelju rezultata eksperimenata sugerirao da nastaju cijeli lanci radioaktivnih elemenata koji nastaju višestrukim beta raspadom jezgri urana-238 i njegovih elemenata kćeri koji su apsorbirali neutron. Ubrzo je Lisa Meitner bila prisiljena pobjeći u Švedsku, bojeći se moguće odmazde od nacista nakon austrijskog anšlusa. Hahn je, nastavljajući svoje eksperimente s Fritzom Strassmannom, otkrio da se među proizvodima nalazi i barij, element s brojem 56, koji se nikako ne može dobiti iz urana: svi alfa raspadni lanci urana završavaju mnogo težim olovom. Istraživači su bili toliko iznenađeni rezultatom da ga nisu objavili, već su samo pisali pisma prijateljima, posebice Lisi Meitner u Göteborgu. Tamo ju je na Božić 1938. posjetio njezin nećak Otto Frisch, koji su šetajući okolicom zimskog grada - bio na skijama, a tetka pješice - razgovarali o mogućnosti pojave barija u zračenju urana zbog nuklearne fisije (za više informacija o Lisi Meitner vidi “Kemija i život”, 2013., br. 4). Vrativši se u Kopenhagen, Frisch je doslovno na ljestvama parobroda koji je krenuo u Sjedinjene Države uhvatio Nielsa Bohra i obavijestio ga o ideji fisije. Bohr se pljesnuo po čelu i rekao: “O, kakve smo mi budale bili! Trebali smo to primijetiti ranije." U siječnju 1939. objavljen je članak Frischa i Meitnera o fisiji jezgri urana neutronima. U to vrijeme Otto Frisch je već postavio probni eksperiment, kao i mnoge američke skupine koje su primile poruku od Bohra. Kažu da su se fizičari počeli razilaziti u svoje laboratorije upravo za vrijeme njegovog izvješća 26. siječnja 1939. u Washingtonu na godišnjoj konferenciji o teorijskoj fizici, kada su shvatili bit ideje. Nakon otkrića fisije, Hahn i Strassmann revidirali su svoje eksperimente i otkrili, baš kao i njihovi kolege, da radioaktivnost ozračenog urana nije povezana s transuranima, već s raspadom radioaktivnih elemenata koji nastaju tijekom fisije iz sredine periodnog sustava.

Kako je lančana reakcija u uranu? Ubrzo nakon što je eksperimentalno dokazana mogućnost fisije jezgri urana i torija (a na Zemlji nema drugih fisionih elemenata u značajnijoj količini), Niels Bohr i John Wheeler, koji su radili na Princetonu, a također neovisno o njima sovjetski teorijski fizičar J. I. Frenkel i Nijemci Siegfried Flügge i Gottfried von Droste stvorili su teoriju nuklearne fisije. Iz toga su slijedila dva mehanizma. Jedan je povezan s pragom apsorpcije brzih neutrona. Prema njemu, da bi pokrenuo fisiju, neutron mora imati prilično visoku energiju, više od 1 MeV za jezgre glavnih izotopa - urana-238 i torija-232. Pri nižim energijama, apsorpcija neutrona uranijem-238 ima rezonantni karakter. Na primjer, neutron s energijom od 25 eV ima područje hvatanja tisuće puta veće nego kod drugih energija. Istovremeno, neće doći do fisije: uran-238 će postati uran-239, koji će se s vremenom poluraspada od 23,54 minute pretvoriti u neptunij-239, onaj s poluživotom od 2,33 dana - u dugo- živio plutonij-239. Torij-232 će postati uran-233.

Drugi mehanizam je apsorpcija neutrona bez praga, nakon čega slijedi treći manje ili više rašireni fisijski izotop - uran-235 (kao i plutonij-239 i uran-233, kojih nema u prirodi): apsorbirajući bilo koji neutron, čak i spora, tzv. toplinska, s energijom kao za molekule koje sudjeluju u toplinskom gibanju - 0,025 eV, takva će se jezgra podijeliti. I ovo je vrlo dobro: toplinski neutroni imaju presjek hvatanja četiri puta veći od brzih, megaelektronvoltnih. To je značaj urana-235 za cijelu kasniju povijest atomske energije: to je ono što osigurava umnožavanje neutrona u prirodnom uranu. Nakon udara neutrona, jezgra urana-235 postaje nestabilna i brzo se dijeli na dva nejednaka dijela. Usput se emitira nekoliko (u prosjeku 2,75) novih neutrona. Ako padnu u jezgre istog urana, prouzročit će umnožavanje neutrona u geometrijskoj progresiji – dogodit će se lančana reakcija koja će uslijed brzog oslobađanja ogromne količine topline dovesti do eksplozije. Ni uran-238 ni torij-232 ne mogu raditi na ovaj način: nakon fisije emitiraju se neutroni prosječne energije od 1-3 MeV, odnosno ako postoji energetski prag od 1 MeV, značajan dio neutrona sigurno neće moći izazvati reakciju i neće biti umnožavanja. To znači da te izotope treba zaboraviti i neutrone usporiti do toplinske energije kako bi što učinkovitije stupili u interakciju s jezgrama urana-235. Istodobno, ne bi se smjelo dopustiti njihova rezonantna apsorpcija urana-238: uostalom, u prirodnom uranu ovaj izotop je nešto manji od 99,3% i neutroni se češće sudaraju s njim, a ne s ciljnim uranom-235. A djelujući kao moderator, moguće je održavati umnožavanje neutrona na konstantnoj razini i spriječiti eksploziju – kontrolirati lančanu reakciju.

Proračun koji su izvršili Ya.B. Zeldovich i Yu.B. Khariton iste kobne 1939. godine pokazao je da je za to potrebno koristiti moderator neutrona u obliku teške vode ili grafita i obogatiti prirodni uran uranom-235 pomoću najmanje 1,83 puta. Tada im se ova ideja učinila čistom fantazijom: „Treba napomenuti da otprilike dvostruko obogaćivanje onih prilično značajnih količina urana, koje su potrebne za provedbu lančane eksplozije,<...>je izuzetno težak zadatak blizak praktičnoj neizvedivosti." Sada je taj problem riješen, a nuklearna industrija serijski proizvodi uran za elektrane, obogaćen uranom-235 do 3,5%.

Što je spontana nuklearna fisija? Godine 1940. G.N. Flerov i K.A. Budući da ova fisija također proizvodi neutrone, ako im se ne dopusti odletjeti iz reakcijske zone, poslužit će kao pokretači lančane reakcije. Upravo se ovaj fenomen koristi za stvaranje nuklearnih reaktora.

Zašto je potrebna nuklearna energija? Zeldovich i Khariton bili su među prvima koji su izračunali ekonomski učinak atomske energije ("Uspekhi fizicheskikh nauk", 1940, 23, 4). “... Trenutačno je još uvijek nemoguće donijeti konačne zaključke o mogućnosti ili nemogućnosti provođenja reakcije nuklearne fisije s beskonačno razgranatim lancima u uranu. Ako je takva reakcija izvediva, tada se brzina reakcije automatski prilagođava kako bi se osigurao njezin nesmetani tijek, unatoč ogromnoj količini energije kojom eksperimentator raspolaže. Ova je okolnost izuzetno povoljna za energetsko iskorištenje reakcije. Stoga, dajmo - iako je ovo podjela kože neubijenog medvjeda - neke brojke koje karakteriziraju mogućnosti energetske upotrebe urana. Ako se proces fisije odvija na brzim neutronima, dakle, reakcija zahvaća glavni izotop urana (U238), tada<исходя из соотношения теплотворных способностей и цен на уголь и уран>cijena kalorije iz glavnog izotopa urana ispada oko 4000 puta jeftinija nego iz ugljena (osim, naravno, ako su procesi "izgaranja" i odvođenja topline znatno skuplji u slučaju urana nego u slučaju ugljena). U slučaju sporih neutrona, trošak kalorije "uranija" (na temelju gornjih brojki) bit će, uzimajući u obzir da je količina izotopa U235 0,007, već samo 30 puta jeftinija od kalorije "uglja". , pod svim ostalim jednakim uvjetima”.

Prvu kontroliranu lančanu reakciju proveo je 1942. Enrico Fermi na Sveučilištu u Chicagu, a reaktorom se upravljalo ručno – guranjem i izvlačenjem grafitnih šipki pri promjeni neutronskog toka. Prva elektrana izgrađena je u Obninsku 1954. godine. Osim za proizvodnju energije, prvi reaktori su također radili na proizvodnji plutonija za oružje.

Kako radi nuklearna elektrana? Većina reaktora sada radi na sporim neutronima. Obogaćeni uran u obliku metala, legure, na primjer s aluminijem, ili u obliku oksida gomila se u dugačke cilindre - gorive elemente. Ugrađuju se na određeni način u reaktor, a između njih se uvode šipke iz moderatora koje kontroliraju lančanu reakciju. Tijekom vremena, reaktorski otrovi, produkti fisije urana, također sposobni apsorbirati neutrone, nakupljaju se u gorivom elementu. Kada koncentracija urana-235 padne ispod kritične vrijednosti, element se stavlja iz pogona. Međutim, sadrži mnogo fisijskih fragmenata s jakom radioaktivnošću, koja se s godinama smanjuje, zbog čega elementi dugo oslobađaju značajnu količinu topline. Čuvaju se u spremnicima za hlađenje, a zatim ili zakopavaju ili ih pokušavaju ponovno obraditi - izvući neizgorjeli uran-235, nakupljeni plutonij (koristio se za izradu atomskih bombi) i druge izotope koji se mogu koristiti. Neiskorišteni dio šalje se na groblje.

U takozvanim brzim reaktorima, odnosno reaktorima za razmnožavanje, oko elemenata se ugrađuju reflektori od urana-238 ili torija-232. Oni usporavaju i šalju prebrze neutrone natrag u reakcijsku zonu. Neutroni usporeni do rezonancijskih brzina apsorbiraju imenovane izotope, pretvarajući se u plutonij-239 ili uran-233, koji mogu poslužiti kao gorivo za nuklearnu elektranu. Budući da brzi neutroni slabo reagiraju s uranom-235, njegova koncentracija mora biti značajno povećana, ali to se isplati jačim neutronskim tokom. Unatoč činjenici da se reaktori za razmnožavanje smatraju budućnošću nuklearne energije, jer daju više nuklearnog goriva nego što ga troše, eksperimenti su pokazali da je njima teško upravljati. Sada u svijetu postoji samo jedan takav reaktor - na četvrtom bloku nuklearne elektrane Beloyarsk.

Kako se kritizira nuklearna energija? Osim nesreća, glavna točka u argumentima protivnika nuklearne energije danas je prijedlog da se u izračun njezine učinkovitosti dodaju troškovi zaštite okoliša nakon razgradnje elektrane i pri radu s gorivom. U oba slučaja postoje problemi pouzdanog odlaganja radioaktivnog otpada, a to su troškovi koje snosi država. Vjeruje se da će, ako ih prebacimo na cijenu energije, njegova ekonomska privlačnost nestati.

Protivljenje postoji i među pristašama nuklearne energije. Njegovi predstavnici ukazuju na jedinstvenost urana-235, za koji nema zamjene, jer alternativni izotopi koji se fisiraju toplinskim neutronima - plutonij-239 i uran-233 - odsutni u prirodi zbog poluraspada od tisuća godina. A dobivaju ih upravo kao rezultat fisije urana-235. Ako završi, nestat će izvrstan prirodni izvor neutrona za nuklearnu lančanu reakciju. Kao rezultat takve ekstravagancije, čovječanstvo će u budućnosti biti lišeno mogućnosti uključivanja torija-232 u energetski ciklus, čije su rezerve nekoliko puta veće od urana.

U teoriji, akceleratori čestica mogu se koristiti za generiranje toka brzih neutrona s megaelektronvoltnim energijama. Međutim, ako govorimo, na primjer, o međuplanetarnim letovima na atomskom motoru, tada će biti vrlo teško implementirati shemu s glomaznim akceleratorom. Osiromašenje urana-235 zaustavlja takve projekte.

Što je uran za oružje? To je visoko obogaćeni uran-235. Njegova kritična masa - odgovara veličini komada tvari u kojoj se spontano događa lančana reakcija - dovoljno je mala da napravi streljivo. Takav se uran može koristiti za izradu atomske bombe, kao i kao fitilj za termonuklearnu bombu.

Koje su katastrofe povezane s upotrebom urana? Energija pohranjena u jezgrama fisijskih elemenata je ogromna. Nakon što je pobjegla kontroli zbog previda ili zbog namjere, ova energija je sposobna napraviti mnogo nevolja. Dvije najgore nuklearne katastrofe dogodile su se 6. i 8. kolovoza 1945., kada je američko ratno zrakoplovstvo bacilo atomske bombe na Hirošimu i Nagasaki, usmrtivši i ranivši stotine tisuća civila. Katastrofe manjeg razmjera povezane su s nesrećama u nuklearnim elektranama i poduzećima nuklearnog ciklusa. Prva velika nesreća dogodila se 1949. u SSSR-u u tvornici Mayak u blizini Čeljabinska, gdje se proizvodio plutonij; tekući radioaktivni otpad dospio je u rijeku Techa. U rujnu 1957. na njemu se dogodila eksplozija s ispuštanjem velike količine radioaktivnog materijala. Jedanaest dana kasnije izgorio je britanski reaktor za proizvodnju plutonija u Windscaleu, oblak s produktima eksplozije raspršio se nad zapadnom Europom. Godine 1979. izgorio je reaktor u nuklearnoj elektrani Trimale Island u Pennsylvaniji. Najambicioznije posljedice bile su nesreće u nuklearnoj elektrani Černobil (1986.) i nuklearnoj elektrani u Fukushimi (2011.), kada su milijuni ljudi bili izloženi zračenju. Prvi je zasuo goleme zemlje, ispustivši 8 tona uranovog goriva s fisijskim produktima kao rezultat eksplozije, koja se proširila Europom. Drugi je zagađen i, tri godine nakon nesreće, nastavlja zagađivati vode Tihog oceana u ribolovnim područjima. Suočavanje s posljedicama ovih nesreća bilo je vrlo skupo, a kada bi se ti troškovi razložili na cijenu električne energije, znatno bi se povećali.

Posebno pitanje su posljedice po ljudsko zdravlje. Prema službenim statistikama, mnoge osobe koje su preživjele bombardiranje ili žive u kontaminiranim područjima imale su koristi od zračenja – prvi imaju duži životni vijek, drugi imaju manje karcinoma, a blagi porast smrtnosti stručnjaci povezuju s društvenim stresom. Broj ljudi koji su umrli upravo od posljedica nesreća ili uslijed njihove eliminacije kreće se na stotine. Protivnici nuklearnih elektrana ističu da su nesreće dovele do nekoliko milijuna prijevremenih smrti na europskom kontinentu, jednostavno su nevidljive na statističkoj pozadini.

Povlačenje zemljišta iz ljudske upotrebe u zonama nezgoda dovodi do zanimljivog rezultata: one postaju svojevrsni rezervati prirode u kojima raste biološka raznolikost. Istina, neke životinje pate od bolesti povezanih s zračenjem. Pitanje koliko će se brzo prilagoditi povećanoj pozadini ostaje otvoreno. Također postoji mišljenje da je posljedica kroničnog zračenja "odabir za budalu" (vidi "Kemija i život", 2010., br. 5): čak i u embrionalnoj fazi opstaju primitivniji organizmi. Konkretno, u odnosu na ljude, to bi trebalo dovesti do smanjenja mentalnih sposobnosti u generaciji rođenoj na kontaminiranim područjima ubrzo nakon nesreće.

Što je osiromašeni uran? Ovo je uran-238, koji je ostao nakon odvajanja urana-235 od njega. Količine otpada od proizvodnje urana za oružje i gorivnih elemenata su velike - samo u SAD-u nakupilo se 600 tisuća tona heksafluorida takvog urana (za probleme s njim vidi "Kemija i život", 2008, br. 5). Sadržaj urana-235 u njemu je 0,2%. Taj otpad se mora ili skladištiti do boljih vremena, kada će se stvoriti brzi reaktori i kada će se pojaviti mogućnost prerade urana-238 u plutonij, ili se nekako iskoristiti.

Našli su mu upotrebu. Uran se, kao i drugi prijelazni elementi, koristi kao katalizator. Na primjer, autori članka u ACS Nano od 30. lipnja 2014. pišu da katalizator izrađen od urana ili torija s grafenom za redukciju kisika i vodikovog peroksida "ima ogroman potencijal za energetske primjene". Budući da je uran gust, služi kao balast za brodove i kao protuteža za zrakoplove. Ovaj metal je također prikladan za zaštitu od zračenja u medicinskim uređajima s izvorima zračenja.

Koje se oružje može napraviti od osiromašenog urana? Meci i jezgre za oklopne granate. Izračun je sljedeći. Što je projektil teži, to je veća njegova kinetička energija. Ali što je veći projektil, to je manje koncentriran njegov utjecaj. To znači da su potrebni teški metali velike gustoće. Meci su napravljeni od olova (uralski lovci svojedobno su koristili i autohtonu platinu dok nisu shvatili da je to plemeniti metal), dok su jezgre čaura bile od legure volframa. Ekolozi ističu da olovo zagađuje tlo u mjestima neprijateljstava ili lova te bi ga bilo bolje zamijeniti nečim manje štetnim, na primjer, istim volframom. Ali volfram nije jeftin, a uran, slične gustoće, štetan je otpad. Istodobno, dopuštena kontaminacija tla i vode uranom je otprilike dva puta veća nego za olovo. To se događa zato što se zanemaruje slaba radioaktivnost osiromašenog urana (a ona je također 40% manja od prirodnog) i uzima se u obzir stvarno opasan kemijski faktor: uran je, kao što se sjećamo, otrovan. Istovremeno, njegova je gustoća 1,7 puta veća od olova, što znači da se veličina uranovih metaka može prepoloviti; uran je puno vatrostalniji i čvrstiji od olova – manje isparava kada se ispali, a kada pogodi metu, proizvodi manje mikročestica. Općenito, uranski metak manje zagađuje okoliš od olovnog, međutim, za takvu upotrebu urana nije pouzdano poznato.

No, poznato je da se ploče s osiromašenim uranom koriste za jačanje oklopa američkih tenkova (tomu doprinosi njegova visoka gustoća i točka taljenja), kao i umjesto legure volframa u jezgri za oklopne projektile. Uranova jezgra je također dobra jer je uran piroforan: njegove vruće male čestice nastale pri udaru o oklop buknu i sve zapale. Obje primjene smatraju se sigurnima od zračenja. Dakle, izračun je pokazao da će, čak i nakon godinu dana provedenih u tenku s uranskim oklopom napunjenim uranskim streljivom, posada dobiti samo četvrtinu dopuštene doze. A da bi se dobila godišnja dopuštena doza, potrebno je takvo streljivo pričvrstiti na površinu kože 250 sati.

Granate s uranovim jezgrama - za topove 30 mm zrakoplova ili za potkalibarsko topništvo - koristili su Amerikanci u nedavnim ratovima, počevši od iračke kampanje 1991. godine. Te su se godine izlile na iračke oklopne jedinice u Kuvajtu, a prilikom povlačenja 300 tona osiromašenog urana, od čega je 250 tona, odnosno 780 tisuća metaka, palo na topove zrakoplova. U Bosni i Hercegovini je tijekom bombardiranja vojske nepriznate Republike Srpske potrošeno 2,75 tona urana, a prilikom granatiranja Jugoslavenske vojske na Kosovu i Metohiji - 8,5 tona, odnosno 31 tisuću metaka. Budući da je SZO tada bio zabrinut za posljedice korištenja urana, provedeno je praćenje. Pokazalo se da se jedna salva sastojala od približno 300 metaka, od kojih je 80% sadržavalo osiromašeni uran. 10% je pogodilo mete, a 82% palo je u krugu od 100 metara od njih. Ostali su raštrkani u krugu od 1,85 km. Granata koja je pogodila tenk je izgorjela i pretvorila se u aerosol, a uranska granata probila je lake mete poput oklopnih transportera. Tako bi se jedna i pol tona granata u Iraku mogla pretvoriti u uranovu prašinu. Prema procjenama stručnjaka američkog strateškog istraživačkog centra "RAND Corporation", više se pretvorilo u aerosol, od 10 do 35% iskorištenog urana. Hrvat Asaf Duraković, hrvatski borac s uranskim streljivom, koji je radio u raznim organizacijama od bolnice King Faisal u Rijadu do Washingtonskog centra za medicinska istraživanja urana, smatra da je 1991. godine samo u južnom Iraku bilo 3-6 tona submikronskih čestica urana. nastala, koja se raspršila na širokom području, odnosno tamošnje zagađenje uranom usporedivo je s onim u Černobilu.

Atomska bomba Gubarev Vladimir Stepanovič

Gdje nabaviti uran?

Gdje nabaviti uran?

Uran je trebao stotine tona.

U SSSR-u je bilo samo nekoliko kilograma ...

Nalazišta urana bila su slabo proučena, nalazila su se u zabačenim područjima središnje Azije, a smatrala su se toliko siromašnim da su geolozi smatrali ludilom tamo započeti rudarenje.

Međutim, ubrzo su bili prisiljeni promijeniti svoje stajalište.

U ratom zahvaćenoj Europi posebni timovi - američki i naši - tražili su uran, s kojim su Nijemci radili. Dobili smo nešto od toga, ali Yankeesi su većinu toga odnijeli na svoje mjesto; uključujući i uran koji je bio u našoj zoni okupacije. Amerikanci su jednostavno zgrabili "žuti prah", natovarili ih na automobile i nestali. Naša skupina fizičara kasnila je samo nekoliko dana, rečeno im je da američkoj vojsci stvarno trebaju boje, ali kako možemo odbiti takvu sitnicu Saveznicima ?!

U kolovozu 1945. I.V. Staljin je tražio detaljne informacije o stanju stvari i o rezultatima istraživanja atomskog problema. I.V. Kurchatov i I.K. Kikoin je pripremio "Pomoć".

Staljin je zatražio proračune potrebnih materijala i sredstava za proizvodnju 100 atomskih bombi. Profesori Kurchatov i Kikoin u svom "Helpu" navode da je za to potrebno oko 230 tona metalnog urana.

A koliko je urana bilo u SSSR-u?

Kurchatov i Kikoin daju točne podatke:

“Godine 1944. u SSSR-u su poduzeća Narodnog komesarijata za Meta rudarila 1519 tona uranove rude i proizvela samo 2 tone uranovih soli.

Godine 1945. ta su poduzeća prebačena u NKVD SSSR-a i planira se ekstrahirati 5000 tona rude i 7 tona urana u kemijskim spojevima. Godine 1946. kapacitet poduzeća će se povećati na 125 tisuća tona rude i do 50 tona urana... Razvijena je tehnologija za dobivanje metalnog urana i uranovih spojeva, s izuzetkom urana visoke čistoće potrebnog za uran-grafitni kotao.

Dojam je da u zemlji ima vrlo malo nalazišta urana. A oni koji imaju male rezerve ruda, a koncentracija urana u njima je zanemariva.

Odjeljak "Resursi urana u SSSR-u i inozemstvu" Kurchatov i Kikoin su napisali suhoparno, ali se ipak osjeća uzbuna iza kratkih fraza.

O rezervama urana se kaže kako slijedi:

“Do 1944. praktički nije bilo istraživanja urana.

Trenutno, istražene rezerve urana u SSSR-u u svim kategorijama (osim pretpostavljenih) iznose 300 tona i nalaze se u dva ležišta: Tabošar (Tadžik SSR) - 262 tone i Maili-Suu (Kirgiška SSR) - 32 tone…

Ozbiljan nedostatak naših nalazišta urana je nizak sadržaj urana u rudi (0,08 - 0,2%), što ograničava ekstrakciju urana iz rude.

S obzirom na to, još uvijek je moguće dobiti samo 100-120 tona urana od 300 tona istraženih rezervi”.

60 geološke stranke 1945. tražile su nova ležišta urana. Radili su na Baltiku i Srednjoj Aziji, na Kavkazu i sjevernom Uralu. No, pobjedničkih izvještaja još nije bilo... Zato je Staljinovu posebnu pozornost privukao "strani" dio "Reference" Kurčatova i Kikoina.

pisalo je:

“U srpnju ove godine. NKVD je identificirao i iz Njemačke izvukao 3,5 tona metalnog urana i 300 tona njegovih spojeva, od kojih možemo dobiti 150-200 tona metalnog urana.

Taj su uran Nijemci uklonili iz Belgije.

Potraga za sirovinama urana u Njemačkoj se nastavlja."

Nažalost, u Njemačkoj više nije bilo urana.

"Bilješka" spominje ležišta u Bugarskoj i Čehoslovačkoj. Jedan od njih je predodređen da igra važnu ulogu u "Atomskom projektu SSSR-a":

“Čehoslovačka ima dobro poznato nalazište urana u Joachimstalu.

Prije su se ovdje kopali srebro i kobalt, a zatim radij.

Rezerve urana, prema literaturnim podacima, iznose oko 1000 tona s prosječnim sadržajem od 0,85%.

NKVD SSSR-a šalje skupinu naših stručnjaka da se upoznaju s područjem i saznaju svrsishodnost sudjelovanja SSSR-a u njegovom razvoju."

Doslovno nekoliko dana kasnije, 30. kolovoza, L.P. Beria prima informacije iz Dresdena putem HF-a od P.Ya. Mešik i S.P. Aleksandrova. Prezime jednog od najbližih Berijinih pomoćnika - Meshika - susrećemo se mnogo puta u povijesti Atomskog projekta. Zvat će ga "psom NKVD-a", a on će se tako zvati. Kasnije će nestati zajedno sa svojim šefom...

S.P. Aleksandrov - rudarski inženjer, profesor, kandidat znanosti. Godine 1937. "povučen" je u sustav NKVD-a, gdje je služio. Bio je iskusan i obrazovan stručnjak, pa ga je Meshik poveo sa sobom.

Tako su Mešik i Aleksandrov izvijestili:

“Moskva, NKVD SSSR-a - drugu Beriju L.P.

Memorandum.

Prema vašim uputama, uspjeli smo istražiti rudno ležište Iokhimstalskoe (Yakhimovskoe) A-9 u Čehoslovačkoj..."

Da vas podsjetim: "A-9" je uran.

“Osobno smo se s grupom naših stručnih djelatnika uspjeli upoznati s geološkim kartama, planovima geodezije, statističkim i ekonomskim podacima, obići glavne rudarske radove, pregledati građevine na površini, promotriti rad pogona za preradu, kontaktirati broj stručnjaka i rudnika i odmarališta...”

Predstavnici Atomskog projekta morali su djelovati oprezno i u isto vrijeme vrlo odlučno. Bilo im je jasno da su nacisti ukazali posebnu pažnju na ovo ležište, pa je to još jedan dokaz da se u Njemačkoj pokušavalo stvoriti nuklearno oružje.

"2. Za vrijeme okupacije Čehoslovačke, poduzeće Jokhimstal (Jachymov) modernizirala je Njemačka. Od 1939. do 1945. godine U ovo poduzeće uloženo je najmanje 2 milijuna felgi, uglavnom u rudarske i prerađivačke strojeve.

3. Kao rezultat modernizacije, cijelo poduzeće je trenutno u izvrsnom tehničkom stanju.

4. Stvarni kapacitet poduzeća je 2-3 puta veći od stvarnog, godišnji kapacitet se lako može povećati na 6-9 g radija godišnje i, sukladno tome, na 20-30 tona A-9 ... "

Mešik i Aleksandrov shvaćaju da su potrebni neki novi oblici odnosa između SSSR-a i Čehoslovačke, jer nije stvar samo u rudniku, u radiju, već iu ljekovitim vodama, koje su odavno poznate diljem Europe.

"osam. U radu rudnika Jáchymov postoje dva izvora visokoradioaktivnih voda - ime Curie i ime Becquerel. Vode ovih izvora su, nakon ruda radija, drugi mineral poduzeća koji ispumpava na površinu i služi kao ljekovita osnova za visoko razvijeno ljetovalište europskog značaja.…

Kao rezultat obavljenog posla, mi i naši stručnjaci prikupili smo vrijedne statističke, geološke i druge podatke, kao i iskopane uzorke ruda i koncentrata. Nakon što smo tako završili prvi dio vašeg zadatka, naime, utvrdivši trenutno stanje i izglede rudnog ležišta Yokhimstal (Yakhimovskoe) A-9, prelazimo na provedbu drugog dijela zadatka, odnosno pregovore u Pragu kroz veleposlanik SSSR-a druže Zorin o koncesiji poduzeća radija Yokhimstal (Yakhimov) od strane SSSR-a ili o drugim oblicima ovladavanja sirovinama Yakhimov ... "

Vrlo malo vremena prolazi, a rad u Čehoslovačkoj naglo se širi. Sam Staljin je 15. ožujka 1946. potpisao dekret o povećanju proizvodnje A-9 u rudniku Yakhimovsky. Tamo se prenosi nova oprema, šalju se stručnjaci za rudarstvo, proširuju se geološka istraživanja. Za Stalnu čehoslovačko-sovjetsku komisiju (ovaj oblik suradnje je stvoren) dodjeljuju se "prehrambene kartice povećane norme - za 700 osoba". i "kartice s posebnom listom hrane - za 200 osoba."

U Ukrajini je bjesnila glad, najteža situacija razvijala se u zemljama istočne Europe, pa stoga Staljin osobno mora potpisati dokument o tome koliko će dati radnicima, inženjerima i zaposlenicima prehrambenog poduzeća Jachymov. Konkretno, od travnja 1946. svaki mjesec:

"... b) dodatna posebna jela prema listi br. 01-50 drugih toplih jela sa 100 g kruha - 500 slova" A "uz pretplatu - 5 slova" B "sa suhim obrocima - 25 ... "

Uran iz Čehoslovačke danas se često spominje u dokumentima Atomskog projekta, budući da je korišten i u prvom nuklearnom reaktoru u Europi, koji je pokrenuo I.V. Kurčatov na periferiji Moskve, te u prvom industrijskom reaktoru, gdje je proizveden plutonij za prvu atomsku bombu, te u prvoj nuklearnoj elektrani na svijetu.

Iz knjige SSSR-a. 100 pitanja i odgovora autor Proshutinsky V

"Zašto je bilo potrebno preuzeti na sebe vođenje Olimpijskih igara, ako se, kako se pokazalo, ne možete nositi s pripremama za nju bez pomoći Zapada?" - Ova izjava je neutemeljena. Osvrnimo se na činjenice: organizatori Olimpijade su se od samog početka fokusirali prvenstveno na

Iz knjige The Atomic Project: The Mystery of the "Forty" autor Novoselov V.N.

Poglavlje 7 URAN JE POSTAVLJEN... NA MAGARCI Dok je na periferiji Moskve rastao prvi znanstveni centar za proučavanje problema urana, potraga za uranovom rudom trajala je tisućama kilometara od glavnog grada. Za rad prvog eksperimentalnog atomskog reaktora najmanje sto

Iz knjige Arctic Shadows of the Third Reich Autor Kovalev Sergej Aleksejevič

Poglavlje 12 URAN GOVORIO RUSKI S GRAFITOM! Reorganizacija upravljanja Programom br. 1 donijela je pozitivne rezultate. Ubrzani su radovi na izradi prvog eksperimentalnog reaktora. U Laboratorij br. 2 redovito se doprema puno grafita i urana.

Iz knjige Contracting on Mussolini autor Feldman Alex

Krstarica "Indianapolis" i nestali uran Trećeg Reicha U ovu knjigu uključite poglavlje o jednom od najpogubnijih (prema podacima otkrivenim u SSSR-u. - Auth.) Znanstvena istraživanja Trećeg Reicha omogućila su pobliže ispitivanje ... tajne smrti u posljednjim mjesecima Druge

Iz knjige Tajne stranice Velikog Domovinskog rata Autor Bondarenko Aleksandar Julijevič

Jedanaesti dio. Nemojte ga uzeti živog. Saveznici su također saznali za uhićenje Mussolinija. Obavještajne službe Sjedinjenih Država i Velike Britanije po svaku cijenu pokušavale su se izvući jedna ispred druge u potjeri za Duceom, a nisu se ustručavale dezinformirati jedni druge, zaboravljajući da su suborci

Iz knjige Sivi vuk. Let Adolfa Hitlera od Dunsten Simona

Treća sesija: "Parada planeta" - "Uran", "Mars" i "Mali Saturn" Dana 16. studenog 2002., uoči 60. godišnjice prijelaza sovjetskih trupa u protuofenzivu na Staljingrad, održana je redovita " okrugli stol“ održan je sastanak posvećen grandioznoj bici na Volgi, koja je pož

Iz knjige Atomska bomba Autor Gubarev Vladimir Stepanovič

Poglavlje 9 Novac, rakete i uran Nakon istodobnog poraza Grupe armija Centar u Bjelorusiji i Grupe armija B u Normandiji, Martin Bormann se uvjerio u potrebu ubrzanja razvoja operacija Orlov let i Tierra del Fuego. Za to je organizirao hitan sastanak.

Iz knjige autora

gdje kupiti uran? Još u ljeto 1943. I.V. Kurčatov je u svom Memorandumu o radu Laboratorija br. 2 napisao V. M. Molotov: “Da bi se napravio kotao od metalnog urana i mješavine urana s grafitom, potrebno je akumulirati 100 tona urana u narednim godinama. Istražene rezerve ovog

Iz knjige autora

tko će TRAŽITI URAN? Do zime 1944. postalo je jasno da je situacija s uranom jednostavno katastrofalna. Beria je, upoznavši se s detaljima cijelog atomskog projekta, brzo utvrdio da bi svi napori za stvaranje novog oružja bili uzaludni ako bi pouzdan

Iz knjige autora

"Izjednačite uran sa zlatom..." Ovaj put, L.P. Beria traži od predsjednika Vijeća ministara SSSR-a I.V. Staljin da promijeni proceduru obračuna, skladištenja, transporta i distribucije urana. U svom pismu on pojašnjava: „Dekretom Vijeća narodnih komesara SSSR-a od 23. rujna 1944. br. 1279-378 ss.

Geolozi s nekoliko američkih, njemačkih i švicarskih sveučilišta rekli su da postoji potreba za promišljanjem uvjeta u kojima se mogu formirati naslage urana. O svom istraživanju govorili su u časopisu Nature Communications.

Jedna od najčešćih vrsta ležišta urana koje se koriste u nuklearnim elektranama su takozvana infiltracijska naslaga pješčenjaka. Uran se vadi iz minerala uraninita (s idealiziranom formulom UO2, u prirodi sadrži i UO2 i UO3), koji se nalazi u valjkastim naslagama u pješčenjaka na velikim dubinama. Vjeruje se da se naslage urana stvaraju milijunima godina kao rezultat reakcija anorganskih spojeva.

Znanstvenici su pronašli nove dokaze da živi mikroorganizmi, bakterije, mogu stvarati drugačiju vrstu urana, koji nije u kristalnom obliku. Kemijska i fizikalna svojstva ovog spoja razlikuju ga od uraninita, nastalog iz anorganske tvari. Do ovog su zaključka znanstvenici došli proučavajući sastav urana u razvojnim i nerazvijenim područjima ležišta u Wyomingu, gdje je pronađen nekristalni oblik urana biološkog podrijetla. Ovo otkriće omogućilo je znanstvenicima pretpostavku da se uran može prirodno formirati u rudnim naslagama uz sudjelovanje mikroorganizama.

Znanstvenici su ispitivali uzorke iz naslaga valjaka s dubine od 200 metara. Utvrdili su, uključujući i izotopskom analizom, da je 89% urana u uzorcima bilo sadržano u nekristalnom obliku, a stvaranje takvih oblika urana povezano je s organskom tvari ili anorganskim karbonatima. Većina urana koji su geolozi otkrili na području u kojem se nalazi ležište nastalo je prije oko 3 milijuna godina kao rezultat aktivnosti mikroorganizama, što je dovelo do taloženja urana.

Obilje takvog biogenog, nekristaliničnog urana moglo bi imati implikacije na sanaciju okoliša rudarskih operacija i na rudarske prakse općenito, kažu znanstvenici. Na primjer, biogeni nekristalni uran vjerojatno će tvoriti oblike topive u vodi, za razliku od svog kristalnog dvojnika uraninita. To bi moglo utjecati na ekološku mobilnost urana, što bi rezultiralo povećanom vjerojatnošću onečišćenja vodonosnika pitke vode.

Znanstvenici se nadaju da će u budućnosti istražiti podrijetlo valjkastih naslaga u drugim ležištima urana kako bi procijenili globalni značaj njihovih rezultata za pojašnjenje teorije nastanka urana, kao i za njegovu ekološku migraciju i s tim povezanu sigurnu rekultivaciju rudarskih radova. . Za to je, između ostalog, važno razumjeti jesu li mikrobi koji danas proizvode uran isti kao oni koji su ga formirali u zemljinoj kori prije tri milijuna godina.

Na internetu su neka gospoda mnogo puta na razne načine ispričala priču da je Rusija navodno prodala "posljednju uranovu majicu" zlim Amerikancima, i to za pjesmu, a sada nemamo za proizvodnju urana i plutonija za oružje. atomske bombe. Općenito, "svi polimeri su naljutili".

Da bih govorio o tome kako stvari stvarno stoje, počet ću sa slikom koja prikazuje ukupan broj nuklearnih bojevih glava u Rusiji i Sjedinjenim Državama. Slika, kao što je lako vidjeti, prikazuje stanje za 2009. godinu. Kao što vidite, daleko smo ispred Sjedinjenih Država po broju bojnih glava (uključujući i taktičke bojeve glave - više od četiri puta). Na slici je također lako vidjeti da je od 13.000 bojnih glava 8.160 bojnih glava, jednostavno nemamo gdje staviti – za njih nema projektila. A situacija je i u Sjedinjenim Državama slična.

Istodobno, do kraja 1985. SSSR je, na vrhuncu svoje slave, imao oko 44 000 nuklearnih bojevih glava. A čak i tada, neke od njih nisu imali gdje staviti. Sjedinjene Države su 1965. dosegle vrhunac od 32.000 nuklearnih punjenja, zatim su počele postupno smanjivati broj punjenja, ali su se ipak do 1995. našle u situaciji sličnoj našoj s nedostatkom projektila za punjenja.

Treba razumjeti da nuklearni naboj sam po sebi nije vječan - on se postupno pogoršava tijekom skladištenja, njegovi fisijski materijali, zbog samoraspadanja, postupno se truju nastalim izotopima itd. Postalo je jasno da se s takvim viškom starih bojnih glava moraju zbrinuti, a oružni uran i plutonij koji su iz njih uklonjeni ili ponovno očišćeni za korištenje u oružane svrhe, ili, što je jeftinije, razrijediti nisko obogaćenim urana i koristi se kao gorivo u nuklearnim elektranama.

Od 1991. godine situacija je bila sljedeća: Sjedinjene Države posjedovale su oko 600 tona urana za oružje i oko 85 tona plutonija. SSSR je, s druge strane, uspio proizvesti oko 1100-1400 tona urana za oružje i 155 tona plutonija.

Zasebno, mora se reći da je do 1995. jedino poduzeće za obogaćivanje u Sjedinjenim Državama, koje je bilo odgovorno i za proizvodnju urana za oružje i za opskrbu urana u reaktorima za nuklearne elektrane u Sjedinjenim Državama - sadašnji USEC tvrtka - bila je strukturna jedinica američkog Ministarstva energetike (DOE). Istodobno, broj vlastitih SWU-a (postrojenja za obogaćivanje fisijskih materijala), kojima su Sjedinjene Američke Države raspolagale do 1991. (a ovo je jedino postrojenje za difuziju plinova u Paducahu) bio je samo 8,5 milijuna JZU. A potražnja za svim nuklearnim reaktorima izgrađenim do 1979. u Sjedinjenim Državama (nakon 1979. u Sjedinjenim Državama reaktori nisu izgrađeni - a o tome više u nastavku) bila je, prema procjeni, od 11 do 12 milijuna JZU godišnje.

A s ovom jedinom tvornicom u Paducahu, poput usamljenog bazena u kadi, Sjedinjene Države pokrile su i proizvodnju urana za oružje i proizvodnju reaktorskog urana. Jeste li sada iznenađeni da je maksimalni broj bojnih glava kojima su Sjedinjene Države raspolagale iz nekog razloga bio ne na kraju Hladnog rata, nego još 1965. godine? Da, da – od 1965. nuklearne elektrane u Sjedinjenim Državama počele su trošiti više urana nego što su Sjedinjene Države imale vremena obogatiti. I Sjedinjene Države počele su pokrivati razliku oslobađanjem urana i plutonija za oružje s njegovom naknadnom upotrebom u gorivu za nuklearne elektrane.

Već 1979. Sjedinjene Države su shvatile da, ako se stvari nastave ovako, riskiraju da uopće ostanu bez nuklearnog oružja. I bili su prisiljeni zaustaviti gradnju nuklearne elektrane. Za to je korišten zgodan izgovor - nesreća u nuklearnoj elektrani Threemile Island. Teoretičari zavjere kažu da je nesreća bila namještena, kritičniji ljudi kažu da je bila slučajna, ali je bila jako raspuhana u medijima.

Međutim, nuklearne elektrane koje su već izgrađene postupno su jele američke nuklearne zalihe a američki poslovni ljudi ih nisu namjeravali zatvoriti, kao što to čine glupi Japanci ili Nijemci. Morao sam tražiti izvor zaliha dodatnih količina nuklearnog goriva.

Od 1987. Sjedinjene Države i SSSR usvojili su niz zajedničkih sporazuma, koji se ponekad kombiniraju u svojevrsni koordinirani program "Smanjenje prijetnje suradnje". U tim je sporazumima bilo puno političkog brbljanja, ali njihovo je glavno značenje za Sjedinjene Države bilo ekonomsko. Sastojao se od oslobađanja zaliha urana i plutonija za oružje za pokrivanje nestašice goriva za američke nuklearne elektrane. U veljači 1993. Rusija i Sjedinjene Američke Države potpisale su sporazum o prodaji 500 tona urana dobivenog iz starih nuklearnih bojevih glava (tzv. HEU-LEU sporazum, ili "megatona za megavate"). Provedba sporazuma predviđena je za dugo razdoblje (više od 10 godina), a ukupni iznos ugovora procjenjuje se na 12 milijardi dolara. To je upravo onaj dogovor o kojem naši protralopolimeri tako rado viču - kažu, dali smo SAD-u svoj oružni uran, 500 tona, "nema ga, gazda!" itd.

Dobro, prvo, nitko nije slao uran za oružje u SAD ... Oružni uran ima stupanj obogaćivanja veći od 90%, ali se u SAD isporučuje u razrijeđenom obliku (osiromašeni ili prirodni uran), pa je koncentracija U-235 u dobivenoj smjesi bila oko 4%. Štoviše, vjeruje se da je Rusija jednostavno prevarila Sjedinjene Države opskrbljujući uglavnom konvencionalno nisko obogaćeno gorivo urana.

Kako bismo razumjeli situaciju, izvijestit ću vas o malo poznatoj činjenici da su Sjedinjene Američke Države u sklopu programa Cooperative Threat Reduction program zaustavile posljednji reaktor za proizvodnju plutonija još 1992. godine. U Rusiji je posljednji takav reaktor (u Železnogorsku) ugašen tek u travnju 2010. godine. Pa čak i tada samo zato što Rusija na putu ima moćni komercijalni reaktor koji prima veliku količinu plutonija praktički besplatno, uz proizvodnju energije. Ne pristaje li to dobro prodaji "ekstra" materijala za oružje?

Drugo, Rusi su bacili SAD na sirovine. ... U 90-ima, nakon odvajanja Ukrajine i Kazahstana, Rusija jednostavno nije imala dovoljno prirodnog urana da u potpunosti iskoristi svoje kapacitete za obogaćivanje. Vlastita proizvodnja prirodnog urana u Rusiji bila je koncentrirana na jednom objektu - ležištu Priargunskoye, gdje je iskopano samo oko 2500 tona rude, a bilo je potrebno najmanje 7000 tona godišnje. Zašto pustiti ultracentrifuge da miruju?

Stoga je Amerikancima rečeno da Rusija navodno nema dovoljno prirodnog urana da razrijedi komponentu oružja. Kako bi se osigurala barem neka provedba programa (a u prvih 6 godina ugovora isporučeno je samo 50 tona HEU-a, razrijeđenog svakojakom prljavštinom), 1999. američka vlada uvjerava najveće zapadne proizvođače u prirodni uran - Cameco (Kanada), Cogema (sada Areva, Francuska) i Nukem (Njemačka) za prodaju Rusiji po posebnoj cijeni od 118.000 tona prirodnog urana! Razmislite samo o ovoj brojci - ovo je sirovina za 17 godina punog opterećenja naših centrifuga. A SAD su nam to pružile.

Zašto? Budući da je situacija s gorivom u Sjedinjenim Državama bila apsolutno katastrofalna.

Godine 1998. (to jest, godinu dana prije nego što su Sjedinjene Države bile prisiljene organizirati isporuku uranove rude Rusiji), američka vlada je provela svoj HEU-LEU program, prebacujući 174 tone urana za oružje u civilni sektor (trećina ruskog dvadesetogodišnjeg programa!).

Godine 2005. Ministarstvo energetike SAD-a ponovno je najavilo prijenos dodatnih 40 tona "podstandardnog" visoko obogaćenog urana za razrjeđivanje prirodnim uranom. Ova količina urana iz nekog razloga se pokazala jako "pokvarenom" izotopom 236U, zbog čega je za nju najavljen poseban program "miješanja" - BLEU (Blended Low-Enriched Uranium).

HEU-LEU program o normalnom uranu za oružje nastavilo je Ministarstvo energetike SAD-a 2008. godine, kada je istom američkom izvođaču, TVA, koji je probavio posljednju seriju ispodstandardnog urana, ponuđena još 21 tona urana za oružje. I još 29,5 tona normalnog urana za oružje razrijeđeno je od strane drugih poduzetnika američkog Ministarstva energetike.

Ukupno su za razdoblje 1993.-2013. Sjedinjene Države za svoje nuklearne elektrane, uz ruske 500 tona virtualnog HEU-a, koristile još 201,2 tone svog stvarnog visoko obogaćenog urana.

Valja naglasiti da je sav taj uran završio kao gorivo za reaktore zapadnog tipa. Odnosno, oko 700 tona urana za oružje bilo je kisikov jastuk koji je održavao američku (i, šire gledano, cijelu zapadnjačku!) proizvodnju nuklearne energije u posljednjih 20 godina.

Međutim, svemu dobrom dođe kraj. Završio je i HEU-LEU program. Da, da – iako formalno još uvijek radi do 2014., stvarne količine ruskog goriva u okviru ovog programa već su blizu nule. No ruske zalihe HEU-LEU osiguravale su oko 12% svjetske potražnje za reaktorskim uranom i 38% potražnje za reaktorskim uranom u samim Sjedinjenim Državama.

Pa čime će SAD naplatiti svoje reaktore?

Mislim da neću puno pogriješiti ako to kažem Sjedinjene Države sada nemaju više od 300 tona plutonija i urana za oružje, uključujući i ono što još uvijek možete "ubrati" od starih, ali još nerastavljenih bojnih glava, a da ne dotaknete strateških 1500 bojnih glava i još nekoliko taktičkih. Zamijenimo li ruski program s ovih 300 tona, ova količina izotopa bit će dovoljna za 6 godina. A onda je već potrebno graditi centrifuge, pokretati reaktore za razmnožavanje, kupovati uran po tržišnim cijenama na međunarodnom tržištu - općenito, raditi, raditi i opet raditi.

A debeli pindosi ne žele raditi. Stoga, da se Fukushima nije dogodila, Amerikanci su je trebali organizirati. Niste li vi u Njemačkoj organizirali Zelenu stranku s njihovim idiotskim programom da “zatvore sve nuklearne elektrane” i započnu zabavne eksperimente s proizvodnjom električne energije pomoću vjetra i sunca? Plaćaju li prosvjede Indijanaca protiv otvaranja već gotove nuklearne elektrane? Jeste li platili zatvaranje izvrsne nuklearne elektrane u Litvi?

Ruske zalihe urana za oružje kreću se od oko 780 tona., što, primjerice, mirno kaže tako upućena osoba kao što je predsjednik kanadske tvrtke Cameco Jerry Grundy. Ovaj Kanađanin jako dobro poznaje taj posao – od 1999. godine pa sve do danas isporučuje prirodni uran u Rusiju po “posebnim cijenama”. Osjetio je te ruske "jebene polimere" na vlastitoj koži.

Zapravo, situacija za Sjedinjene Države i Zapad u cjelini je puno gora. Činjenica je da se razumna industrija centrifugalnog obogaćivanja u zapadnim zemljama (uglavnom za sada zahvaljujući naporima europskih tvrtki Areva i Urenco) još uvijek stvara, a već su predviđena postrojenja za difuziju plinova USEC (SAD) i sama Areva. zatvaranje u razdoblju 2015.-2017. zbog ekstremnog stupnja istrošenosti opreme koja prijeti nesrećama, na čijoj će pozadini Černobil izgledati kao slatka šala.

Može li se reći koliko će uran koštati sutra i tko će što vrijediti na svijetu kada dođe nuklearno jutro? Da, možete. Štoviše, čak su i nelogične i sulude radnje Njemačke i Japana, koje su počinile "ekonomski hara-kiri" pred našim očima, dugo bile proračunate, uzete u obzir i, štoviše, najvjerojatnije na nekim mjestima prepoznate kao ispravne i potpuno u skladu s "zahtjev revolucionarnog trenutka".

Na slici je nuklearni svijet 2010. godine. Prije Fukushime i prije "njemačkog konsenzusa" 2011., koji je Njemačkoj ostavio jadan "panj" svoje nekada moćne nuklearne generacije, istodobnim smanjenjem broja pogonskih jedinica sa 17 na 9.Štoviše, "Zeleni" su tražili zatvaranje svih nuklearnih elektrana općenito.

Nadolazeća zima će, naravno, svijetu dodati statistiku o tome koliko su mreže za proizvodnju i distribuciju stabilne u prisutnosti tako ugodnih izvora kao što su energija vjetra i sunca u dispečeru i kontroli, te u nedostatku nuklearne energije koja nije prihvatljiva za okoliš. elektrane. Njemačka će nam svima dati primjer, haha.

U međuvremenu, njemačka industrija već aktivno kupuje (iznenađenje! Iznenađenje!) rezervne plinske klipne jedinice koje rade na plin (Gazprom trlja ručke i broji buduću dobit), a proizvodne tvrtke govore o korisnosti stalne jedinice za proizvodnju plinske energije (Gazprom počinje trljati ručke tri puta brže), koji barem brzo može pokupiti "padajuće hlače" od tako vrućih i prevrtljivih tipova poput vjetra i sunca. I da, tko bi rekao - termoelektrane na ugljen ne mogu dobiti snagu onoliko brzo koliko je to potrebno sa stajališta stabilnosti mreža, dakle, neće nikoga spasiti.

Za ovu zbrku, naravno, kriv je Putin osobno i njegov agent utjecaja - skrivena kriptokomunistica Angela Merkel. A ne agenti utjecaja Sjedinjenih Država, koji (SAD) očajnički trebaju izrađivati nuklearno gorivo za svoje nuklearne elektrane. Jednostavno zato što se većina reaktora nalazi u Sjedinjenim Državama – tamo ih radi 104. Za usporedbu, u Francuskoj (koja pokriva 3/4 svojih energetskih potreba na račun nuklearnih elektrana) ima 59 reaktora, dok ih je u Rusiji samo 31.

Inače, nesreća u Černobilu 1986. bila je vrlo zgodna za Sjedinjene Države. Toliko je zgodno i dogodilo se u pravo vrijeme da postoje velike sumnje u njegovu nesreću.

Situacija s odbacivanjem atomske energije u Japanu općenito izgleda kao izlazak izvan granica dobra i zla.... Zemlja koja je imala gotovo trećinu proizvodnje električne energije iz nuklearnih reaktora, nakon posljedica nesreće u Fukušimi, što je za Sjedinjene Države jednako zgodno i pravovremeno, u ovom trenutku radi samo 2 reaktora od 54... Alternativnu energiju, od koje onda možete strugati nove kilovate, prvo morate dovesti na japanske otoke, a sada je, na pozadini Kine i Indonezije, koje grabuljaju sav ugljen u azijsko-pacifičkoj regiji, isključivo prirodno plin. Štoviše - najskuplji, ukapljeni. Mislite li da će biti dobro za japansko gospodarstvo, koje je ionako nekonkurentno u odnosu na Južnu Koreju i Kinu, ako njezini troškovi i dalje rastu zbog potrošnje skupog ukapljenog plina?

U međuvremenu, s postrojenjima za obogaćivanje u Sjedinjenim Državama, situacija je na oprezu. “Odmah nakon privatizacije USEC-a počele su se iznositi razne optužbe protiv njega, od nekompetentnosti do nepoštenog dogovaranja i podmićivanja... Financijska situacija korporacije je vrlo teška, a budućnost programa obogaćivanja urana u Sjedinjenim Državama je u pitanju ... Visoki režijski troškovi i zastarjele tehnologije 50-ih godina pretvorile su posao USEC-a u neprofitabilan i potpuno ovisan o ruskim subvencijama “, piše Bulletin of the Atomic Scientists u svibnju 2002.

Od tada se malo toga promijenilo. “Operativne organizacije (u SAD-u) mrze USEC. Rusi mrze USEC. Američko ministarstvo energetike mrzi USEC", - kaže britanski list Financial Times. I u tim uvjetima sveopće mržnje, korporacija za obogaćivanje redovito odgađa datume početka rada tvornice Pikton, stalno preračunava na gore predračun izgradnje, a također trajno zahtijeva dodatne injekcije iz saveznog proračuna.

Sjedinjene Države su izgubile mnoge pozicije u ciklusu goriva i ovise o uvozu. Pretvorba urana za oružje gotovo je jedino područje ciklusa nuklearnog goriva gdje se tvrtka iz Sjedinjenih Država još uvijek može natjecati sa stranim dobavljačima. I to nije moje mišljenje - to je mišljenje atomske tvrtke "ConverDyn" iz samih SAD-a.

Tako je naporan rad s uranom za oružje bio koristan za Rusiju, a u Sjedinjenim Državama, zahvaljujući njemu, ubrzala se degradacija nuklearne industrije. Perjanica američkog obogaćivanja je tvrtka USEC, nakon što je rad programa HEU-LEU u dubokoj krizi, a Rusija iz nekog razloga još uvijek ima gotovo 800 tona besplatnog oružnog urana.

Nastavljajući priču o tehnologijama zatvorenog nuklearnog ciklusa, želio bih u mozaik činjenica o reaktorima, izotopima i tehnološkim konceptima staviti glavnu ciglu, bez koje je vrlo teško zamisliti cjelovitu sliku onoga što svi sudionici u utrku u svijetlu budućnost mirnog atoma žele dobiti.

Govorim o gorivu.

Oko goriva i njegove obrade unutar zatvorenog ciklusa nuklearnog goriva vrti se cijela intriga budućnosti nuklearne energije. O tome kako će i koliko učinkovito biti organizirana prerada istrošenog nuklearnog goriva ovisi i hoće li zatvoreni ciklus nuklearnog goriva postati tehnologija budućnosti ili će ostati “papirnati tigar” koji nikada neće moći uhvatiti najviše pospani miš.

Dakle, na ekranu su žestoki momci!

S desne strane je uran za oružje, s lijeve strane je plutonij za oružje. Ovako izgledaju u životu, u formi čisti metališto jesu. I s uranom za oružje i s plutonijem za oružje preporučuje se rukovanje samo u posebnim zaštitnim rukavicama, a plutonij također treba čuvati u hermetički zatvorenom pakiranju - najsitnije čestice plutonija, zbog njegove prirodne hlapljivosti i visoke radioaktivne toksičnosti (više od 1000 puta veći od takvog za uran) može se lako nataložiti u bronhima i plućima i nakon toga uzrokovati nepovratna oštećenja dišnih organa.
Istodobno, kao i mnogi drugi teški metali, plutonij i uran se iznimno slabo uklanjaju iz ljudskog tijela – čak i nakon 40 godina samo polovica tih elemenata bit će uklonjena iz ljudske jetre.
Općenito, i plutonij i uran u svom gorivu, kemijski i izotopski čistom stanju, već zahtijevaju vrlo pažljivo i pažljivo rukovanje.

Ali problemi koje treba riješiti kada se koriste u zatvorenom ciklusu nuklearnog goriva još su teži ...

Zašto je ZYATZ potreban? A o čemu se radi – o zatvorenom nuklearnom ciklusu? Što zatvaramo u ovom ciklusu i što je to nuklearna alkemija koja nam pomaže doslovno "iz ničega napraviti gorivo"?

ZNFC je u svojoj biti, u svojoj verziji od urana, trajan, višestupanjski i naporan proces pretvorbe urana u plutonij.
I spaljivanje rezultirajućeg plutonija zajedno s uranom, što nam opet daje dodatni količine plutonija dobivene, opet, iz urana.
U okviru izotopske mehanike, tu sam magiju već nekako analizirao ovdje.

U okviru korištenja i prerade goriva, ovaj "izotopski okrugli ples" izgleda još zanimljivije.
Prvo, današnji dizajni reaktora uključuju periodično punjenje i istovar nuklearnog goriva. Zbog činjenice da se plutonij ne nalazi u našoj "divljoj prirodi", reaktor je napunjen prirodni ili obogaćeni uran.
Danas samo jedna vrsta industrijskih reaktora u svijetu radi na prirodnom uraniju - kanadski CANDU reaktori i njihovi klonovi u nekoliko drugih zemalja (na primjer, Indija):

Ovo je, zapravo, jedini reaktor s teškom vodom do sada – danas to mogu samo CANDU reaktori rade na prirodnom uranu bez potrebe za bilo kakvim kompliciranim procesima odvajanja izotopa urana – bilo u modernim centrifugama ili u postrojenjima za plinsku difuziju koja su sada stvar prošlosti.
Osim toga, CANDU reaktori, u principu, mogu čak i "pojesti" uz malo modifikacije i finog podešavanja, čak istrošeno nuklearno gorivo(SNF) iza reaktora s vodom pod tlakom tipa VVER ili PWR.

"NS? A kako je – ponovno izgorjeti ono što je već izgorjelo? “ – pitat će čitatelj. I sigurno će biti u pravu – u slučaju nafte, plina ili ugljena. Ta kemijska goriva zapravo potpuno izgaraju u procesu proizvodnje energije. Ali u slučaju nuklearnog goriva, kako je govorio drug Staljin: "nije bilo tako, nije bio savsem".

Stvar je u tome da niti jedan od reaktora gorivo ne izgori u potpunosti... U nekom trenutku, sadržaj fisijskog izotopa u jezgri jednostavno padne ispod određene kritične razine i samoodrživa lančana reakcija jednostavno postaje nemoguća - čak i na apsorpcijskim šipkama koje su potpuno izvučene iz jezgre, neutroni iz fisije neka jezgra 235 U jednostavno ne može pronaći sljedeće jezgre za nastavak lančane reakcije.
Stvar je u tome da, kao što sam već napisao u svom članku o mehanici izotopa, dio neutrona iz lančane reakcije fisije urana neizbježno apsorbiraju strukture reaktora, dio odgađaju moderator i rashladna tekućina, a znatan dio neutrona polako pretvara 238 U sadržan u gorivim šipkama u isti 239 Pu, što je prikazano na našoj gornjoj slici.
Štoviše, vrlo je važno napomenuti da je takav proces postupne pretvorbe urana u plutonij u tijeku od prve sekunde od trenutka kada je počela nuklearna reakcija u jezgri nuklearnog reaktora.
To jest, unatoč činjenici da za pokretanje reakcije fisije čovječanstvo još uvijek ima jednu "nuklearnu utakmicu" u obliku lako djeljivog izotopa 235 U, čak i u modernim reaktorima s vodom pod pritiskom kao što su VVER ili PWR ne gori samo uran 235 U... U njima, počevši od prve sekunde od početka lančane reakcije, počinje se stvarati (i gorjeti!) drugi "čvrst tip" - plutonij.

Kojom se vrijednošću karakterizira postotak izgaranja goriva? Kao što možete zamisliti, vaganje "izgorjelog" gorivnog elementa praktički je beskorisno - za razliku od automobila od visokokvalitetnog ugljena, koji se gotovo u potpunosti pretvara u oblik ugljičnog dioksida (CO 2), ostavljajući nam samo šaku nezapaljivog pepela, goriv element praktički ne gubi svoju izvornu masu.
Sva njegova početna masa, s izuzetkom gubitaka neutrona i malog oslobađanja inertnih plinova koji nastaju kao produkti reakcije, ostaje unutar gorivne šipke.
Stoga su, kako bi izmjerili postotak izgaranja početnog goriva, atomski znanstvenici došli do lukavog parametra: megavata dnevno po toni goriva ili skraćeno - MW dan / tona.
Ovaj se parametar može mjeriti izravno, mjerenjem trenutne snage reaktora i znajući vrijednost njegovog punog početnog opterećenja. Razumljivo, zbog činjenice da gorivo u reaktoru postupno izgara i degradira, pod svim ostalim jednakim uvjetima, “svježe” nuklearno gorivo proizvodi veću trenutnu vrijednost MW · dana po toni od potrošenog.
Stoga se za “podešavanje” reaktora po snazi, ovisno o “svježini” goriva, koriste posebne upravljačke šipke (apsorberi neutrona) koji preuzimaju dio viška neutronskog toka iz svježeg goriva.
Relativno govoreći, upijajuće šipke su "prigušni ventil" reaktora, koji, ovisno o stupnju njegovog otvaranja, omogućuje nuklearnom gorivu da manifestira sav potencijal lančane reakcije koji mu je dostupan.

Na dnu - jezgra reaktora s gorivim šipkama, na vrhu - kanali za upravljačke šipke.
Model presjeka malog reaktora. Mjerilo 1:1.

Do danas, međutim, glavni ograničavajući čimbenik za stupanj izgaranja nuklearnog goriva nipošto nije mogućnost upravljanja reaktorom kontrolnim šipkama. Upravljačke šipke reaktora nikako nisu na "gornjoj polici" ("plin do kvara, a onda ćemo vidjeti") na kraju kampanje korištenja nuklearnog goriva u reaktoru.
Glavno ograničenje dubine izgaranja nuklearnog goriva danas je povezano s nakupljanje produkata fisije... Kao rezultat svake fisije jezgre urana, umjesto jednog atoma nastaju dva nova, čiji je ukupni volumen otprilike dvostruko veći od volumena odvojenog atoma, budući da svi atomi kemijskih elemenata općenito imaju približno isti volumeni. Osim toga, novi atomi, koji su fisijski fragmenti, pripadaju drugim kemijskim elementima, zbog čega se ne mogu smjestiti u čvorove kristalne rešetke urana.
Pa za užinu, kao što sam već spomenuo, neki od proizvoda fisije su plinovi (uglavnom inertni kripton i ksenon, kao i sveprisutni helij), koji nesretni TVEL dodatno napuhuju iznutra.
Budući da svi ovi procesi dovode do povećanja volumena materije unutar gorivne šipke, dubina sagorijevanja nuklearnog goriva danas je ograničena isključivo tlakom produkta reakcije unutar gorivne šipke - i sposobnošću njegovog dizajna da izdrži taj pritisak. .
Sami gorivi štapovi, elementarni građevni blokovi nuklearnog goriva, već su prošli kroz moj blog. Evo ih:

Riječ je o malim "tabletama" u koje se u proces izrade nuklearnog goriva stavlja obogaćeni uran ili u budućnosti zatvoreni nuklearni gorivni ciklus, miješano uran-plutonijevo gorivo. Druga opcija se također naziva MOX (ili MOX) gorivo, skraćeno za miješane okside.
To je gorivo od metalnog oksida (iako, u većoj mjeri ne miješano, već isključivo uranovo) gorivo koje danas koristi većina nuklearnih elektrana. Zašto?

Stvar je u tome da je čisti, metalni uran doista "tvrd momak". Integralna dubina izgaranja za metalni uran je ukupno 3000-3500 MW · dan / t. Nakon ovog trenutka, produkti reakcije raspadaju čisto uransko gorivo, poput kapljice nikotina - jadnog hrčka iz poznate anegdote.
Budući da fisiju 1 grama urana prati oslobađanje oko 1 MW · dana energije, lako je izračunati koliko se grama urana može izgorjeti od početne tone, jednostavnim pisanjem grama potrošenog urana umjesto megavata -dani toplinske energije. Evo takvog malog trika atomske aritmetike. Oni koji žele mogu, u skladu s jednim gramom urana, s jednim megavat-danom energije, vidjeti glazbu univerzalnih sfera i ruke našeg Gospodina, ali samo ću reći: ispalo je super, zgodno je brojati.
Dakle, korištenjem metalnih uranovih gorivih šipki, moguće je, u idealnom slučaju, sagorjeti oko 3500 grama (3,5 kilograma) urana po kampanji reaktora iz svake tone urana koja je prvobitno ubačena u reaktor.
U slučaju da bez daljnjega ubacimo u naš reaktor konvencionalni prirodni uran, tako su obično činili - gorivne šipke su formirane od jednostavnog metalnog uranovog goriva i sagorijevale su otprilike polovicu količine svjetlosti, "gorući" izotop 235 U sadržan u prirodnom uranu.
Dakle, u istrošenom nuklearnom gorivu reaktora prirodnog urana ostaje 0,2-0,3% izotopa 235 U. Ponovno obogaćivanje takvog urana za sada nije ekonomski izvedivo, stoga obično ostaje u obliku otpada (ili osiromašenog) tzv. ) uran. Međutim, otpadni uran iz takvih reaktora, zajedno s jalovinom plinskih centrifuga i odlagalištima plinodifuzijskih postrojenja, može se kasnije lako koristiti kao plodni materijal u reaktorima za razmnožavanje u
brzi neutroni.

Zbog tako niske vrijednosti i apsolutnog (u MW · danima) i relativnog (ne više od 50%) izgaranja nuklearnog goriva, rad reaktora s prirodnim uranom pretvara se u pravi pakao za operatere.
Zapravo, rad s reaktorom s prirodnim uranom je stalna, svakodnevna zamjena istrošenog nuklearnog goriva svježim. Ako ste pogledali fotografiju CANDU reaktora i pomislili da je ovo trenutak njegovog rijetkog i rijetkog održavanja, onda vas moram razočarati.
Reaktori s prirodnim uranom moraju se gotovo stalno puniti gorivom. Dakle, u zaštitnim odijelima, u respiratorima i rukavicama, uz poštivanje svih mjera opreza pri radu sa svježim, a posebno s istrošenim nuklearnim gorivom, koje je već pokupilo neutrone, nabubrilo od produkta reakcije i inertnih plinova i malo svijetli u mraku .

Međutim, za spojeve urana, izgaranje nuklearnog goriva može biti mnogo veće. Na primjer, uranijev oksid je vrlo porozna tvar i stoga može akumulirati mnogo više od metalnog urana, fisijskih produkata i inertnih plinova unutar gorivnog elementa bez vidljivih poremećaja u obliku gorivnog elementa - do 40 000 MW - do 100 000 MW · dan / t.
Lako je izračunati da takve vrijednosti dubine izgaranja (prema pravilu "megavat-dani su jednaki gramu urana") odgovaraju izgaranju gorivnih elemenata od 40 do 100 kilograma od 235 U po tona.
S obzirom da danas moderni reaktori s vodom pod tlakom rade na obogaćenom uraniju s postotkom izotopa 235 U u granici od 3,5-4,5%, to nas dovodi do paradoksa: čini se da moderni VVER i PWR reaktori sagorijevaju lagani izotop 235 U još više nego što im je dano u početnom učitavanju nuklearnog goriva.

Međutim, u stvarnosti to nije tako.
Danas, zapravo, kada se koristi uran s obogaćenjem od 3,5-4,5% u izotopu 235 U, oko 50% energije dodijeljena tijekom kampanje punjenja takvog reaktora, nastaje zbog fisije atoma izotopa plutonija- 239 Pu proizvedeno izravno u TVEL-u.
To je to momci.
Plutonij nam već daje (danas!) oko polovice sve energije, koji izvlačimo iz procesa fisije teških jezgri.

Uzimajući u obzir doprinos plutonija radu reaktora obogaćenog urana, možete, na temelju postignutog izgaranja nuklearnog goriva i izračunatog doprinosa plutonija tom oslobađanju topline, izračunati koliko urana zapravo sagorijeva moderni reaktor s vodom pod pritiskom u svojim "peći" .
Mislim da će i vas rezultat iznenaditi.
Moderni reaktori odlaze oko polovice početnog sadržaja urana u svježem gorivu jednostavnim slanjem u istrošeno nuklearno gorivo. TVEL i gorivi sklopovi jednostavno propadnu prije nego što lančana reakcija stigne sagorjeti sav lagani uran izotopa 235 U koji se nalazi u reaktoru!

Ovo nije kolačić, već čovjek - na sreću, ne Gordon Freeman.
Metalni plutonij bez zaštitnog filma.

Zbog kontroliranog izgaranja 235 U i vješte zamjene spaljenog urana plutonijem svježe proizvedenim izravno u gorivnom elementu iz 238 U, sada se duljina trajanja rada reaktora obogaćenog urana korak po korak povećava. Istodobno, zanimljivo je da ukupna razina obogaćivanja goriva nipošto ne raste tako značajno kao trajanje kampanje rada reaktora pri jednom opterećenju.

Na početku rada reaktora standardna kampanja za VVER i PWR smatrala se 12-mjesečnom, jednogodišnjom kampanjom.
Sredinom 1980-ih, u Sjedinjenim Državama, na jednoj od postaja s reaktorom Westinghouse PWR 4-petlje, pokrenuta je proširena kampanja, s konačnim prijelazom na 18-mjesečni ciklus nuklearnog goriva. Nakon znanstvene potkrijepljenosti pilot rada, sve nuklearne elektrane s PWR-om u Sjedinjenim Državama započele su prijelaz na 18-mjesečni gorivni ciklus, dovršavajući ga u potpunosti do 1997.-98., nešto kasnije taj je proces započeo u svim jedinicama svijeta s reaktori s vodom pod pritiskom, osim ruskih.

Na primjer, u Francuskoj su do kraja 1990-ih svi reaktori s kapacitetom od preko 900 MW prešli na kampanju od 18 mjeseci. U kasnim 1990-im i ranim 2000-ima, mnogi zapadni PWR-ovi počeli su prelaziti na ciklus od 24 mjeseca, ali većina tih reaktora ima 900 MW ili manje. Tako su zapadne PWR-ove s kapacitetom blizu VVER-1000 gotovo dva desetljeća karakterizirala 18-mjesečna kampanja goriva, s tendencijom prelaska na periodičnost punjenja jezgre od 24 mjeseca. S druge strane, reaktori VVER-1000 počeli su prijelaz na 18-mjesečni gorivni ciklus tek 2008. godine (1. blok NE Balakovo), a planirano je da se taj proces u potpunosti završi 2014. godine.
Zašto ruski nuklearni znanstvenici tako sporo prelaze na dugoročne kampanje u ruskim reaktorima hlađenim vodom pod pritiskom? Uostalom, upravo visok ICUF, smanjenje troškova održavanja reaktora i njegovog zastoja te smanjenje doza zračenja operativnog osoblja - to je smisao prijelaza na duge kampanje punjenja nuklearnim gorivom .

Sve je u razlici u inženjerskim pristupima i dizajnu ruskog VVER-a i zapadnog PWR-a. U tim se reaktorima koriste različiti gorivi sklopovi (FA) u koje su pakirane gorivne šipke. To su oni vrlo ozloglašeni "kvadrati" i "šesterokuti" o kojima svi mediji tako dugo govore. Evo vizualne usporedbe:

Ovo je presjek jezgri dvaju reaktora usporedive snage - ruskog VVER-1000 (1000 MW električne snage) i američkog Westinghouse PWR 4-petlje (1100 MW električne snage). Kao što vidite, američki "brat" VVER-a puno je deblji u struku.
Promjer zapadnog PWR-a obično je 4,83 metra pa čak i više, dok trup VVER-a ima promjer od samo 4,535 m. Vjeruje se da je takav promjer trupa VVER-a bio postavljen, kao i uvijek, "razdaljinom između okrajaka drevnih Rimski konji" (točnije, sljedeća su pravila za prijevoz željeznicom SSSR-a), međutim, općenito, na izbor takvog rasporeda reaktora utjecala je i druga kvaliteta heksagonala, odnosno šesterokutnog slaganja gorivnih sklopova u jezgri.
Kvadratno pakiranje gorivih sklopova vrlo je inferiorno od šesterokutnog u smislu neravnomjernosti protoka rashladne tekućine preko poprečnog presjeka gorivih sklopova - kvadrat se dobro hladi na uglovima, ali vrlo slabo - u sredini gorivih sklopova . No, šesterokut ruskog gorivnog sklopa je po obliku mnogo bliži idealnom krugu, zbog čega je hlađenje šesterokutnog, šesterokutnog gorivnog sklopa mnogo ujednačenije. Stoga su se u zapadnim sklopovima u početku koristile rešetke-pojačivači instalirani na gorivim sklopovima za miješanje rashladne tekućine unutar poprečnog presjeka sklopa.

Međutim, kao iu svakom stvarnom životu - svako inženjersko rješenje ima svoju "tamnu" stranu. Dobivši mnoge prednosti zbog dobrog, kompaktnog pakiranja gorivnih sklopova u jezgri reaktora - u smislu težine konstrukcije, snage pumpe, izmjene topline između vode i gorivih sklopova, sovjetski su dizajneri dobili veće vrijednosti specifičnog toplinskog opterećenja za VVER od onih dobivenih u zapadnom PWR-u: zapadni reaktor ima specifično toplinsko opterećenje od 100 kW/l rashladne tekućine, dok VVER već ima 110 kW/l.
Zbog ove neugodne činjenice, sovjetski, a zatim ruski, šesterokutni sklopovi prošli su vrlo dug put poboljšanja kvalitete.

Zbog tako intenzivnog toplinskog načina rada jezgre reaktora, ukupna stopa nezgoda sklopova tipa "šesterokut" za cijelo razdoblje "atomske ere" bila je povijesno u prosjeku viši nego zapadni "trg". postoji veliko i poduže izvješće IAEA-e o tome što je, kamo i kada "teklo" iz gorivnih sklopova u reaktorima raznih izvedbi i s različitim tipovima gorivnih sklopova, svi naknadni podaci su iz njega.

No do 2006. ruski stručnjaci su prilagodili šesterokutne gorivne sklopove za VVER-ove tako da smo imali 9 smanjenje tlaka gorivnih sklopova, u prosjeku diljem svijeta - 10, au SAD-u - 17 "kvadratnih" curenja na 1000 komada utovarenih u reaktor.

I to unatoč činjenici da je čak i desetljeće ranije situacija bila drugačija: šesterokutni gorivni sklopovi iz VVER-a dali su curenje i kvarove u 39 slučajeva od 1000, u SAD-u PWR-ovi s "kvadratnim" gorivom iscurili su u 20 slučajeva na svakih tisuću gorivih sklopova , au Japanu je bilo samo 0,5 curenja gorivnih sklopova na svakih 1000 jedinica.

Kao ovo.
Čvrsti momci su kritični za nuklearno doba. Reaktor bi sada trebao služiti najmanje 60 godina, gorivni sklop će u bliskoj budućnosti osigurati izgaranje goriva od više od 40.000 MW · dan/t, reaktorska kampanja će definitivno dosegnuti 24 mjeseca, a ICUF bi samouvjereno trebao koračati preko 90. % oznaka.

Pa, polovica sve energije primljene danas od atoma umjetnog plutonija koje proizvodi samo čovječanstvo uskoro će se neminovno pretvoriti u tri četvrtine, a možda čak i premašiti oznaku od 90%, slijedeći ICUM nuklearnih elektrana.

I tu konačno dolazimo do ZYATZ-a. Što je počelo davno, a danas je u Belgiji potpuno neprimjetno...