Skąd wziął się uran? Najprawdopodobniej pojawia się w wybuchach supernowych. Faktem jest, że do nukleosyntezy pierwiastków cięższych od żelaza musi istnieć potężny strumień neutronów, który pojawia się właśnie podczas wybuchu supernowej. Wydawać by się mogło, że wówczas, kondensując się z obłoku utworzonych przez niego nowych układów gwiezdnych, uran, zebrawszy się w obłoku protoplanetarnym i będąc bardzo ciężkim, powinien zatonąć w głębinach planet. Ale tak nie jest. Uran jest pierwiastkiem radioaktywnym i podczas rozpadu wydziela ciepło. Z obliczeń wynika, że ​​gdyby uran był równomiernie rozłożony na całej grubości planety, przynajmniej w takim samym stężeniu jak na powierzchni, emitowałby za dużo ciepła. Co więcej, jego strumień powinien słabnąć w miarę zużywania się uranu. Ponieważ nic takiego nie obserwuje się, geolodzy uważają, że co najmniej jedna trzecia uranu, a może nawet całość, jest skoncentrowana w skorupie ziemskiej, gdzie jego zawartość wynosi 2,5 ∙ 10 –4%. Dlaczego tak się stało, nie jest omawiane.

Gdzie wydobywa się uran? Na Ziemi nie ma aż tak mało uranu – jest na 38 miejscu pod względem obfitości. Najwięcej tego pierwiastka znajduje się w skałach osadowych – łupkach węglowych i fosforytach: odpowiednio do 8 10 –3 i 2,5 ∙ 10 –2%. W sumie skorupa ziemska zawiera 10 14 ton uranu, ale głównym problemem jest to, że jest on bardzo rozproszony i nie tworzy potężnych złóż. Około 15 minerałów uranu ma znaczenie przemysłowe. Jest to żywica uranowa – oparta na czterowartościowym tlenku uranu, mika uranowa – różne krzemiany, fosforany i bardziej złożone związki z wanadem lub tytanem na bazie sześciowartościowego uranu.

Co to są promienie Becquerela? Po odkryciu promieni rentgenowskich przez Wolfganga Roentgena francuski fizyk Antoine-Henri Becquerel zainteresował się blaskiem soli uranu, który pojawia się pod wpływem światła słonecznego. Chciał wiedzieć, czy tu też są prześwietlenia. Rzeczywiście, byli obecni - sól oświetlała kliszę fotograficzną przez czarny papier. W jednym z eksperymentów sól nie została jednak oświetlona, ​​a płyta fotograficzna nadal pociemniała. Gdy pomiędzy solą a kliszę fotograficzną wsunięto metalowy przedmiot, pod nim było mniej ciemnienia. W konsekwencji nowe promienie w ogóle nie powstały z powodu wzbudzenia uranu przez światło i nie przeszły częściowo przez metal. Nazywano je początkowo „promieniem Becquerela”. Następnie odkryto, że są to głównie promienie alfa z niewielkim dodatkiem promieni beta: faktem jest, że główne izotopy uranu emitują cząstki alfa podczas rozpadu, a produkty pochodne również ulegają rozpadowi beta.

Jak wysoka jest radioaktywność uranu? Uran nie ma stabilnych izotopów, wszystkie są radioaktywne. Najdłużej żyjący to uran-238, którego okres półtrwania wynosi 4,4 miliarda lat. Dalej jest uran-235 - 0,7 miliarda lat. Oba ulegają rozpadowi alfa i stają się odpowiednimi izotopami toru. Uran-238 stanowi ponad 99% całego naturalnego uranu. Ze względu na ogromny okres półtrwania, radioaktywność tego pierwiastka jest niska, a dodatkowo cząstki alfa nie są w stanie pokonać warstwy rogowej na powierzchni ludzkiego ciała. Mówią, że IV Kurczatow po pracy z uranem po prostu wytarł ręce chusteczką i nie cierpiał na żadne choroby związane z radioaktywnością.

Badacze wielokrotnie sięgali do statystyk chorób pracowników w kopalniach uranu i zakładach przetwórczych. Na przykład, oto niedawny artykuł kanadyjskich i amerykańskich ekspertów, którzy przeanalizowali dane dotyczące stanu zdrowia ponad 17 tysięcy pracowników kopalni Eldorado w kanadyjskiej prowincji Saskatchewan w latach 1950-1999 ( Badania środowiskowe, 2014, 130, 43–50, DOI: 10.1016 / j.envres.2014.01.002). Wychodzili z tego, że promieniowanie najsilniej oddziałuje na szybko namnażające się komórki krwi, prowadząc do odpowiednich typów raka. Statystyki wykazały również, że zapadalność na różnego rodzaju nowotwory krwi wśród górników jest niższa niż średnia wśród Kanadyjczyków. W tym przypadku za główne źródło promieniowania uważa się nie sam uran, ale wytwarzany przez niego gazowy radon i produkty jego rozpadu, które mogą dostać się do organizmu przez płuca.

Dlaczego uran jest szkodliwy?? Podobnie jak inne metale ciężkie jest wysoce toksyczny i może powodować niewydolność nerek i wątroby. Z drugiej strony uran jako pierwiastek rozproszony jest nieuchronnie obecny w wodzie, glebie i koncentrując się w łańcuchu pokarmowym, dostaje się do organizmu człowieka. Rozsądnie jest założyć, że w procesie ewolucji istoty żywe nauczyły się neutralizować uran w naturalnych stężeniach. Najbardziej niebezpieczny jest uran w wodzie, dlatego WHO ustaliła limit: początkowo wynosił on 15 μg/l, ale w 2011 r. normę podniesiono do 30 μg/g. Z reguły w wodzie jest znacznie mniej uranu: w USA średnio 6,7 μg/L, w Chinach i Francji – 2,2 μg/L. Ale są też silne odchylenia. Tak więc w niektórych rejonach Kalifornii jest to sto razy więcej niż norma – 2,5 mg/l, a w południowej Finlandii sięga 7,8 mg/l. Badając wpływ uranu na zwierzęta, naukowcy próbują zrozumieć, czy standard WHO jest zbyt rygorystyczny. Oto typowa praca ( BioMed Research International, 2014, ID 181989; DOI: 10.1155 / 2014/181989). Przez dziewięć miesięcy francuscy naukowcy podlewali szczury wodą z dodatkami zubożonego uranu i to w stosunkowo wysokim stężeniu – od 0,2 do 120 mg/l. Dolna wartość to woda w pobliżu kopalni, górna nigdzie nie występuje - maksymalne stężenie uranu mierzone w Finlandii wynosi 20 mg/l. Ku zaskoczeniu autorów – artykuł nosi tytuł: „Nieoczekiwany brak zauważalnego wpływu uranu na układy fizjologiczne…” – uran nie miał praktycznie żadnego wpływu na zdrowie szczurów. Zwierzęta dobrze się odżywiały, prawidłowo przybierały na wadze, nie skarżyły się na choroby i nie umierały na raka. Uran, jak powinien być, odkładał się przede wszystkim w nerkach i kościach oraz w stokrotnie mniejszej ilości w wątrobie, a jego akumulacja, zgodnie z oczekiwaniami, zależała od zawartości wody. Nie doprowadziło to jednak do niewydolności nerek, ani nawet do zauważalnego pojawienia się jakichkolwiek molekularnych markerów zapalenia. Autorzy zaproponowali rozpoczęcie rewizji ścisłych wytycznych WHO. Jest jednak jedno zastrzeżenie: wpływ na mózg. W mózgach szczurów uranu było mniej niż w wątrobie, ale jego zawartość nie zależała od ilości w wodzie. Ale uran wpłynął na pracę układu antyoksydacyjnego mózgu: aktywność katalazy wzrosła o 20%, peroksydazy glutationowej o 68–90%, a aktywność dysmutazy ponadtlenkowej spadła o 50% niezależnie od dawki. Oznacza to, że uran wyraźnie powodował stres oksydacyjny w mózgu i organizm na niego reagował. Taki efekt - silny wpływ uranu na mózg przy braku jego akumulacji w nim, notabene, jak również w genitaliach - był już zauważony. Ponadto woda z uranem w stężeniu 75-150 mg/L, którą naukowcy z University of Nebraska karmili szczury przez sześć miesięcy ( Neurotoksykologia i teratologia 2005, 27, 1, 135-144; DOI: 10.1016 / j.ntt.2004.09.001), wpłynęły na zachowanie zwierząt, głównie samców, wypuszczanych na pole: nie przekraczały linii jak te kontrolne, stawały na tylnych łapach i czyściły swoje futro. Istnieją dowody na to, że uran prowadzi również do zaburzeń pamięci u zwierząt. Zmiana behawioralna korelowała z poziomem utleniania lipidów w mózgu. Okazuje się, że woda uranowa sprawiała, że ​​szczury były zdrowe, ale głupie. Dane te nadal będą nam przydatne w analizie tzw. syndromu wojny w Zatoce Perskiej.

Czy uran zanieczyszcza tereny z gazem łupkowym? Zależy to od tego, ile uranu znajduje się w skałach zawierających gaz i jak jest z nimi związany. Na przykład, adiunkt Tracy Bank z University of Buffalo badał łupki złoża Marcellus, które rozciągają się od zachodniej części Nowego Jorku przez Pensylwanię i Ohio do Zachodniej Wirginii. Okazało się, że uran jest chemicznie ściśle związany ze źródłem węglowodorów (należy pamiętać, że pokrewny łupek węglowy ma największą zawartość uranu). Eksperymenty wykazały, że roztwór użyty do szczelinowania formacji doskonale rozpuszcza sam uran. „Kiedy uran w tych wodach wydostaje się na powierzchnię, może powodować zanieczyszczenie otaczającego obszaru. Nie ma ryzyka związanego z promieniowaniem, ale uran jest pierwiastkiem trującym ”- zauważa Tracy Bank w komunikacie prasowym uniwersytetu z dnia 25 października 2010 r. Szczegółowe artykuły na temat ryzyka zanieczyszczenia środowiska uranem lub torem przy wydobyciu gazu łupkowego nie zostały jeszcze przygotowane.

Dlaczego uran jest potrzebny? Wcześniej był używany jako pigment do wyrobu ceramiki i kolorowego szkła. Teraz uran jest podstawą energii atomowej i broni jądrowej. Jednocześnie wykorzystywana jest jego unikalna właściwość - zdolność jądra do dzielenia się.

Co to jest rozszczepienie jądrowe? Rozpad jądra na dwa nierówne duże kawałki. To właśnie z powodu tej właściwości podczas nukleosyntezy w wyniku napromieniowania neutronami z dużym trudem powstają jądra cięższe od uranu. Istota zjawiska jest następująca. Jeśli stosunek liczby neutronów i protonów w jądrze nie jest optymalny, staje się niestabilny. Zwykle takie jądro wyrzuca z siebie albo cząstkę alfa – dwa protony i dwa neutrony, albo cząstkę beta – pozyton, czemu towarzyszy przemiana jednego z neutronów w proton. W pierwszym przypadku uzyskuje się element układu okresowego, odsunięty o dwie komórki do tyłu, w drugim - o jedną komórkę do przodu. Jednak oprócz emisji cząstek alfa i beta jądro uranu jest zdolne do rozszczepienia - rozpadu na jądra dwóch pierwiastków znajdujących się w środku układu okresowego, na przykład baru i kryptonu, co czyni po otrzymaniu nowego neutron. Zjawisko to zostało odkryte wkrótce po odkryciu radioaktywności, kiedy fizycy wystawili nowo odkryte promieniowanie na wszystko, co było potrzebne. Tak pisze o tym uczestnik wydarzeń Otto Frisch („Uspechi fizicheskikh nauk”, 1968, 96, 4). Po odkryciu promieni berylu - neutronów - Enrico Fermi napromieniował je, w szczególności uran, aby wywołać rozpad beta - miał nadzieję na zdobycie kolejnego, 93. pierwiastka, teraz zwanego neptunem, jego kosztem. To on odkrył nowy rodzaj radioaktywności w napromieniowanym uranie, co wiązał z pojawieniem się pierwiastków transuranu. Jednocześnie spowolnienie neutronów, dla których źródło berylu pokryto warstwą parafiny, zwiększyło tę indukowaną radioaktywność. Amerykański radiochemik Aristide von Grosse zasugerował, że jednym z tych pierwiastków jest protaktyn, ale się pomylił. Ale Otto Hahn, który wówczas pracował na Uniwersytecie Wiedeńskim i uważał odkryte w 1917 roku protaktynium za jego pomysł, zdecydował, że jest zobowiązany dowiedzieć się, jakie pierwiastki uzyskano w tym przypadku. Wraz z Lisą Meitner na początku 1938 r. Hahn zasugerował na podstawie wyników eksperymentów, że powstają całe łańcuchy pierwiastków promieniotwórczych, powstające w wyniku powtarzających się rozpadów beta jąder uranu-238 i jego pierwiastków potomnych, które wchłonęły neutron. Wkrótce Lisa Meitner została zmuszona do ucieczki do Szwecji, obawiając się represji ze strony nazistów po Anschlussie Austrii. Hahn, kontynuując swoje eksperymenty z Fritzem Strassmannem, odkrył, że wśród produktów znajduje się również bar, pierwiastek o numerze 56, którego w żaden sposób nie można uzyskać z uranu: wszystkie łańcuchy rozpadu alfa uranu kończą się znacznie cięższym ołowiem. Badacze byli tak zaskoczeni wynikiem, że go nie opublikowali, pisali jedynie listy do przyjaciół, w szczególności do Lisy Meitner w Göteborgu. Tam w Boże Narodzenie 1938 roku odwiedził ją jej siostrzeniec, Otto Frisch, i podczas spaceru w okolicach zimowego miasta - był na nartach, jego ciotka na piechotę - dyskutowali o możliwości pojawienia się baru z napromieniowania uranu z powodu rozszczepienia jądra (więcej informacji o Lisie Meitner, patrz „Chemia i życie”, 2013, nr 4). Wracając do Kopenhagi, Frisch dosłownie złapał Nielsa Bohra na drabinie parowca odlatującego do Stanów Zjednoczonych i poinformował go o pomyśle rozszczepienia. Bohr klepnął się w czoło i powiedział: „Och, jakimi byliśmy głupcami! Powinniśmy byli to zauważyć wcześniej ”. W styczniu 1939 roku opublikowano artykuł Frischa i Meitnera na temat rozszczepiania jąder uranu przez neutrony. W tym czasie Otto Frisch zorganizował już eksperyment testowy, podobnie jak wiele amerykańskich grup, które otrzymały wiadomość od Bohra. Mówią, że fizycy zaczęli rozchodzić się do swoich laboratoriów już podczas jego raportu 26 stycznia 1939 r. w Waszyngtonie na dorocznej konferencji na temat fizyki teoretycznej, kiedy zrozumieli istotę idei. Po odkryciu rozszczepienia Hahn i Strassmann zrewidowali swoje eksperymenty i stwierdzili, podobnie jak ich koledzy, że radioaktywność napromieniowanego uranu jest związana nie z transuranami, ale z rozpadem pierwiastków promieniotwórczych powstałych podczas rozszczepienia ze środka układu okresowego.

Jak działa reakcja łańcuchowa w uranie? Wkrótce po tym, jak eksperymentalnie udowodniono możliwość rozszczepienia jąder uranu i toru (a innych pierwiastków rozszczepialnych nie ma na Ziemi w znaczącej ilości), Niels Bohr i John Wheeler, którzy pracowali w Princeton, a także niezależnie od nich, sowiecki fizyk teoretyczny J. I. Frenkel oraz Niemcy Siegfried Flügge i Gottfried von Droste stworzyli teorię rozszczepienia jądrowego. Wynikły z tego dwa mechanizmy. Jeden jest związany z progową absorpcją szybkich neutronów. Według niego, aby zainicjować rozszczepienie, neutron musi mieć dość wysoką energię, ponad 1 MeV dla jąder głównych izotopów - uranu-238 i toru-232. Przy niższych energiach absorpcja neutronu przez uran-238 ma charakter rezonansowy. Tak więc neutron o energii 25 eV ma pole przekroju poprzecznego wychwytywania tysiące razy większe niż przy innych energiach. Jednocześnie nie będzie rozszczepienia: uran-238 stanie się uranem-239, który z okresem półtrwania 23,54 minuty zamieni się w neptun-239, ten z okresem półtrwania 2,33 dnia - w długi- żył plutonem-239. Tor-232 zamieni się w uran-233.

Drugi mechanizm to bezprogowa absorpcja neutronu, a następnie trzeci, mniej lub bardziej powszechny izotop rozszczepialny - uran-235 (a także pluton-239 i uran-233, które są nieobecne w naturze): po wchłonięciu dowolnego neutronu, nawet powolny, tzw. termiczny, z energią jak dla cząsteczek biorących udział w ruchu termicznym - 0,025 eV, takie jądro rozpadnie się. I to bardzo dobrze: neutrony termiczne mają obszar przechwytywania cztery razy większy niż szybkie, megaelektronowoltowe. Takie jest znaczenie uranu-235 dla całej późniejszej historii energii atomowej: to właśnie zapewnia namnażanie się neutronów w naturalnym uranie. Po uderzeniu neutronu jądro uranu-235 staje się niestabilne i szybko dzieli się na dwie nierówne części. Po drodze emitowanych jest kilka (średnio 2,75) nowych neutronów. Jeśli wpadną w jądra tego samego uranu, spowodują zwielokrotnienie neutronów w postępie geometrycznym - nastąpi reakcja łańcuchowa, która doprowadzi do wybuchu z powodu szybkiego uwolnienia ogromnej ilości ciepła. Ani uran-238, ani tor-232 nie mogą działać w ten sposób: po rozszczepieniu emitowane są neutrony o średniej energii 1-3 MeV, to znaczy, jeśli istnieje próg energetyczny 1 MeV, znaczna część neutronów na pewno nie będzie być w stanie wywołać reakcję i nie będzie mnożenia. Oznacza to, że należy zapomnieć o tych izotopach, a neutrony należy spowolnić do energii cieplnej, aby jak najefektywniej oddziaływały z jądrami uranu-235. Jednocześnie ich absorpcja rezonansowa przez uran-238 nie powinna być dozwolona: w końcu w naturalnym uranie ten izotop jest nieco mniej niż 99,3% i częściej zderzają się z nim neutrony, a nie z docelowym uranem-235. A działając jako moderator, możliwe jest utrzymanie namnażania neutronów na stałym poziomie i zapobieganie eksplozji - aby kontrolować reakcję łańcuchową.

Obliczenia przeprowadzone przez J.B. Zeldowicza i J.B. Kharitona w tym samym fatalnym 1939 roku wykazały, że do tego konieczne jest użycie moderatora neutronów w postaci ciężkiej wody lub grafitu i wzbogacenie naturalnego uranu uranu- 235 o co najmniej 1,83 razy. Wtedy ten pomysł wydał im się czystą fantazją: „Należy zauważyć, że w przybliżeniu dwukrotne wzbogacenie tych dość znacznych ilości uranu, które są niezbędne do realizacji wybuchu łańcuchowego,<...>to niezwykle uciążliwe zadanie bliskie praktycznej niewykonalności.” Teraz ten problem został rozwiązany, a przemysł jądrowy produkuje seryjnie uran dla elektrowni, wzbogacony uranem-235 do 3,5%.

Co to jest spontaniczne rozszczepienie jądra? W 1940 roku GN Flerov i KA Petrzhak odkryli, że rozszczepienie uranu może nastąpić spontanicznie, bez żadnego wpływu zewnętrznego, chociaż okres półtrwania jest znacznie dłuższy niż w przypadku zwykłego rozpadu alfa. Ponieważ takie rozszczepienie wytwarza również neutrony, jeśli nie pozwoli się im odlecieć ze strefy reakcji, będą służyć jako inicjatory reakcji łańcuchowej. To właśnie to zjawisko jest wykorzystywane do tworzenia reaktorów jądrowych.

Dlaczego potrzebna jest energia jądrowa? Zeldovich i Khariton byli jednymi z pierwszych, którzy obliczyli efekt ekonomiczny energii jądrowej („Uspechi fizicheskikh nauk”, 1940, 23, 4). „... W tej chwili nadal nie można wyciągnąć ostatecznych wniosków na temat możliwości lub niemożności przeprowadzenia reakcji rozszczepienia jądra z nieskończenie rozgałęzionymi łańcuchami w uranie. Jeśli taka reakcja jest możliwa, to szybkość reakcji jest automatycznie dostosowywana, aby zapewnić jej płynny przepływ, pomimo ogromnej ilości energii, jaką dysponuje eksperymentator. Ta okoliczność jest niezwykle korzystna dla energetycznego wykorzystania reakcji. Podajmy zatem – choć jest to podział skóry niezabitego niedźwiedzia – kilka liczb charakteryzujących możliwości energetycznego wykorzystania uranu. Jeśli zatem proces rozszczepienia zachodzi na prędkich neutronach, reakcja wychwytuje główny izotop uranu (U238), to<исходя из соотношения теплотворных способностей и цен на уголь и уран>koszt kalorii z głównego izotopu uranu okazuje się około 4000 razy tańszy niż z węgla (o ile oczywiście procesy „spalania” i odprowadzania ciepła są znacznie droższe w przypadku uranu niż w przypadku węgla). W przypadku wolnych neutronów koszt kalorii „uranu” (na podstawie powyższych danych) będzie, biorąc pod uwagę, że obfitość izotopu U235 wynosi 0,007, jest już tylko 30 razy tańszy niż kaloria „węgla”. , wszystkie inne rzeczy są równe ”.

Pierwsza kontrolowana reakcja łańcuchowa została przeprowadzona w 1942 roku przez Enrico Fermi na Uniwersytecie w Chicago, a reaktor był obsługiwany ręcznie - wsuwając i wysuwając pręty grafitowe podczas zmiany strumienia neutronów. Pierwsza elektrownia została zbudowana w Obnińsku w 1954 roku. Oprócz wytwarzania energii, pierwsze reaktory pracowały również przy produkcji plutonu przeznaczonego do broni.

Jak działa elektrownia jądrowa? Większość reaktorów działa teraz na wolnych neutronach. Wzbogacony uran w postaci metalu, stopu na przykład z aluminium lub w postaci tlenku jest ułożony w długie cylindry - elementy paliwowe. Są one instalowane w pewien sposób w reaktorze, a pomiędzy nie wprowadzane są pręty moderatora, które kontrolują reakcję łańcuchową. Z biegiem czasu w elemencie paliwowym gromadzą się trucizny reaktora, produkty rozszczepienia uranu, również zdolne do pochłaniania neutronów. Gdy stężenie uranu-235 spadnie poniżej wartości krytycznej, pierwiastek zostaje wycofany z eksploatacji. Zawiera jednak wiele fragmentów rozszczepienia o silnej radioaktywności, która z biegiem lat maleje, dlatego pierwiastki przez długi czas uwalniają znaczną ilość ciepła. Przetrzymywane są w chłodniach, a następnie albo zakopują, albo próbują je przetworzyć - wydobyć niespalony uran-235, nagromadzony pluton (z którego wykonano bomby atomowe) i inne izotopy, które można wykorzystać. Niewykorzystana część wysyłana jest na cmentarz.

W tak zwanych reaktorach prędkich, czyli reaktorach powielających, wokół elementów montuje się reflektory wykonane z uranu-238 lub toru-232. Zwalniają i odsyłają z powrotem do strefy reakcji zbyt szybkie neutrony. Neutrony spowolnione do prędkości rezonansowych pochłaniają wymienione izotopy, zamieniając się odpowiednio w pluton-239 lub uran-233, które mogą służyć jako paliwo dla elektrowni jądrowej. Ponieważ szybkie neutrony słabo reagują z uranem-235, jego stężenie musi zostać znacznie zwiększone, ale to się opłaca przy silniejszym strumieniu neutronów. Pomimo tego, że reaktory potomne są uważane za przyszłość energetyki jądrowej, ponieważ dostarczają więcej paliwa jądrowego niż zużywają, eksperymenty wykazały, że są one trudne w zarządzaniu. Teraz na świecie jest tylko jeden taki reaktor - w czwartym bloku energetycznym elektrowni jądrowej w Biełojarsku.

Jak krytykuje się energetykę jądrową? Poza wypadkami, głównym punktem w argumentacji przeciwników energetyki jądrowej jest dziś propozycja dodania do kalkulacji jej efektywności kosztów ochrony środowiska po likwidacji elektrowni i przy pracy z paliwem. W obu przypadkach występują problemy z rzetelną utylizacją odpadów promieniotwórczych, a są to koszty ponoszone przez państwo. Uważa się, że jeśli przeniesiemy je na koszt energii, to zniknie jej atrakcyjność ekonomiczna.

Istnieje również sprzeciw wśród zwolenników energetyki jądrowej. Jej przedstawiciele wskazują na wyjątkowość uranu-235, którego nie można zastąpić, ponieważ alternatywne izotopy rozszczepialne przez neutrony termiczne - pluton-239 i uran-233 - są nieobecne w przyrodzie ze względu na okres półtrwania wynoszący tysiące lat. I dostają je właśnie w wyniku rozszczepienia uranu-235. Jeśli to się skończy, doskonałe naturalne źródło neutronów dla jądrowej reakcji łańcuchowej zniknie. W wyniku takiej ekstrawagancji ludzkość zostanie pozbawiona w przyszłości możliwości włączenia w cykl energetyczny toru-232, którego rezerwy są kilkakrotnie większe niż uranu.

Teoretycznie akceleratory cząstek można wykorzystać do generowania strumienia prędkich neutronów o energiach megaelektronowoltów. Jeśli jednak mówimy na przykład o lotach międzyplanetarnych na silniku atomowym, to bardzo trudno będzie wdrożyć schemat z nieporęcznym akceleratorem. Wyczerpanie uranu-235 kładzie kres takim projektom.

Co to jest uran do broni? Jest to wysoko wzbogacony uran-235. Jego masa krytyczna – odpowiada wielkości kawałka substancji, w której spontanicznie zachodzi reakcja łańcuchowa – jest na tyle mała, by wytworzyć amunicję. Z takiego uranu można zrobić bombę atomową, a także lont do bomby termojądrowej.

Jakie katastrofy wiążą się z używaniem uranu? Energia zmagazynowana w jądrach pierwiastków rozszczepialnych jest ogromna. Uciekając spod kontroli przez przeoczenie lub celowo, ta energia jest zdolna do czynienia wielu nieszczęść. Dwie z najgorszych katastrof nuklearnych miały miejsce 6 i 8 sierpnia 1945 r., Kiedy siły powietrzne USA zrzuciły bomby atomowe na Hiroszimę i Nagasaki, zabijając i raniąc setki tysięcy cywilów. Katastrofy o mniejszej skali wiążą się z awariami w elektrowniach jądrowych i zakładach cyklu atomowego. Pierwszy poważny wypadek miał miejsce w 1949 roku w ZSRR w fabryce Majak pod Czelabińska, gdzie produkowano pluton; ciekłe odpady promieniotwórcze dostały się do rzeki Techa. We wrześniu 1957 r. nastąpiła na nim eksplozja z uwolnieniem dużej ilości materiału radioaktywnego. Jedenaście dni później spłonął brytyjski reaktor produkujący pluton w Windscale, a chmura z produktami wybuchu rozproszyła się nad Europą Zachodnią. W 1979 roku w elektrowni atomowej Trimale Island w Pensylwanii spłonął reaktor. Najbardziej ambitnymi konsekwencjami były awarie w elektrowni jądrowej w Czarnobylu (1986) i elektrowni jądrowej w Fukushimie (2011), kiedy miliony ludzi były narażone na promieniowanie. Pierwsze zaśmieciły rozległe ziemie, uwalniając 8 ton paliwa uranowego z produktami rozszczepienia w wyniku eksplozji, która rozprzestrzeniła się w całej Europie. Drugi zanieczyszczał, a trzy lata po wypadku nadal zanieczyszcza Ocean Spokojny na obszarach połowowych. Radzenie sobie ze skutkami tych wypadków było bardzo kosztowne, a gdyby te koszty zostały rozłożone na koszt energii elektrycznej, znacznie by wzrosły.

Osobną kwestią są konsekwencje dla zdrowia człowieka. Według oficjalnych statystyk wiele osób, które przeżyły bombardowanie lub mieszkają na terenach skażonych, skorzystało na napromieniowaniu – ci pierwsi żyją dłużej, ci drudzy mają mniej nowotworów, a eksperci kojarzą niewielki wzrost śmiertelności ze stresem społecznym. Liczba osób, które zginęły właśnie w wyniku nieszczęśliwych wypadków lub w wyniku ich eliminacji, sięga setek. Przeciwnicy elektrowni jądrowych zwracają uwagę, że awarie doprowadziły do ​​kilku milionów przedwczesnych zgonów na kontynencie europejskim, są one po prostu niewidoczne na tle statystycznym.

Wycofanie terenów z użytkowania przez człowieka w strefach wypadków prowadzi do ciekawego rezultatu: stają się one rodzajem rezerwatów przyrody, w których rośnie bioróżnorodność. To prawda, że ​​niektóre zwierzęta cierpią na choroby związane z promieniowaniem. Pytanie, jak szybko przystosują się do zwiększonego tła, pozostaje otwarte. Istnieje również opinia, że ​​konsekwencją chronicznego napromieniania jest „wybór na głupca” (zob. „Chemia i życie”, 2010, nr 5): nawet w stadium embrionalnym organizmy prymitywne przeżywają. W szczególności w odniesieniu do ludzi powinno to prowadzić do obniżenia zdolności umysłowych pokolenia urodzonego na terenach skażonych tuż po wypadku.

Co to jest zubożony uran? To uran-238, pozostały po oddzieleniu od niego uranu-235. Ilości odpadów z produkcji uranu i elementów paliwowych przeznaczonych do broni są duże - w samych Stanach Zjednoczonych zgromadziło się 600 tysięcy ton sześciofluorku takiego uranu (o problemach z nim patrz "Chemia i życie", 2008, nr 5). Zawartość uranu-235 w nim wynosi 0,2%. Odpady te trzeba albo składować do lepszych czasów, kiedy powstaną szybkie reaktory i będzie można przetwarzać uran-238 na pluton, albo jakoś je wykorzystać.

Znaleźli dla niego zastosowanie. Uran, podobnie jak inne pierwiastki przejściowe, jest używany jako katalizator. Na przykład autorzy artykułu w ACS Nano z 30 czerwca 2014 r. piszą, że katalizator wykonany z uranu lub toru z grafenem do redukcji tlenu i nadtlenku wodoru „ma ogromny potencjał do zastosowania w energetyce”. Ponieważ uran jest gęsty, służy jako balast dla statków i jako przeciwwaga dla samolotów. Metal ten nadaje się również do ochrony przed promieniowaniem w urządzeniach medycznych ze źródłami promieniowania.

Jaką broń można zrobić ze zubożonego uranu? Kule i rdzenie do pocisków przeciwpancernych. Obliczenia są następujące. Im cięższy pocisk, tym wyższa jego energia kinetyczna. Ale im większy pocisk, tym mniej skoncentrowany jego uderzenie. Oznacza to, że potrzebne są metale ciężkie o dużej gęstości. Kule wykonane są z ołowiu (myśliwi z Uralu kiedyś również używali rodzimej platyny, dopóki nie zorientowali się, że jest to metal szlachetny), podczas gdy rdzenie pocisków wykonano ze stopu wolframu. Ekolodzy zwracają uwagę, że ołów zanieczyszcza glebę w miejscach działań wojennych lub polowań i lepiej byłoby zastąpić go czymś mniej szkodliwym, na przykład tym samym wolframem. Ale wolfram nie jest tani, a uran o podobnej gęstości jest szkodliwym odpadem. Jednocześnie dopuszczalne zanieczyszczenie gleby i wody uranem jest około dwa razy większe niż ołowiu. Dzieje się tak, ponieważ słaba radioaktywność zubożonego uranu (i jest ona również o 40% mniejsza niż naturalna) jest pomijana i brany jest pod uwagę naprawdę niebezpieczny czynnik chemiczny: uran, jak pamiętamy, jest trujący. Jednocześnie jego gęstość jest 1,7 razy większa niż ołowiu, co oznacza, że ​​rozmiar pocisków uranowych można zmniejszyć o połowę; uran jest znacznie bardziej ogniotrwały i twardszy niż ołów – po wystrzeleniu paruje mniej, a kiedy trafi w cel, wytwarza mniej mikrocząsteczek. Ogólnie rzecz biorąc, pocisk uranowy zanieczyszcza środowisko w mniejszym stopniu niż pocisk ołowiany, jednak nie wiadomo na pewno o takim zastosowaniu uranu.

Wiadomo jednak, że płyty ze zubożonego uranu są używane do wzmacniania pancerza amerykańskich czołgów (ułatwia to wysoka gęstość i temperatura topnienia), a także zamiast stopu wolframu w rdzeniach do pocisków przeciwpancernych. Rdzeń uranowy jest również dobry, ponieważ uran jest piroforyczny: jego gorące, małe cząsteczki, powstające po uderzeniu w zbroję, rozbłyskują i podpalają wszystko wokół. Oba zastosowania są uważane za bezpieczne pod względem promieniowania. Tak więc obliczenia wykazały, że nawet po spędzeniu roku w czołgu z pancerzem uranowym załadowanym amunicją uranową, załoga otrzyma tylko jedną czwartą dopuszczalnej dawki. Aby uzyskać dopuszczalną roczną dawkę, konieczne jest przymocowanie takiej amunicji do powierzchni skóry na 250 godzin.

Pociski z rdzeniami uranowymi – do 30-milimetrowych działek lotniczych lub do artylerii podkalibrowej – były używane przez Amerykanów w ostatnich wojnach, począwszy od kampanii w Iraku w 1991 roku. W tym samym roku wylali na irackie jednostki pancerne w Kuwejcie, a podczas ich odwrotu na armaty lotnicze spadło 300 ton zubożonego uranu, z czego 250 ton, czyli 780 tysięcy pocisków. W Bośni i Hercegowinie podczas bombardowań armii nieuznanej Republiki Serbskiej zużyto 2,75 tony uranu, a podczas ostrzału armii jugosłowiańskiej w prowincji Kosowo i Metohija – 8,5 tony, czyli 31 tys. pocisków. Ponieważ WHO do tego czasu była zaniepokojona konsekwencjami używania uranu, przeprowadzono monitoring. Okazało się, że jedna salwa składała się z około 300 pocisków, z których 80% zawierało zubożony uran. 10% trafiło w cele, a 82% spadło w promieniu 100 metrów od nich. Reszta rozproszyła się w promieniu 1,85 km. Pocisk, który trafił w czołg, spłonął i zamienił się w aerozol, lekkie cele, takie jak transportery opancerzone, zostały przebite przez pocisk uranowy. W ten sposób półtora tony pocisków mogłoby zamienić się w pył uranowy w Iraku. Według szacunków specjalistów z amerykańskiego strategicznego ośrodka badawczego „RAND Corporation”, więcej zamieniło się w aerozol, od 10 do 35% zużytego uranu. Chorwacki Asaf Durakovic, chorwacki bojownik z amunicją uranową, który pracował w różnych organizacjach, od szpitala King Faisal w Rijadzie po Washington Uranium Medical Research Center, uważa, że ​​w 1991 r. tylko w południowym Iraku 3-6 ton submikronowych cząstek uranu powstały, które zostały rozrzucone na dużym obszarze, czyli zanieczyszczenie uranem jest tam porównywalne z Czarnobylem.

Bomba atomowa Gubarev Vladimir Stepanovich

Skąd wziąć uran?

Skąd wziąć uran?

Uran potrzebował setek ton.

W ZSRR było tylko kilka kilogramów ...

Złoża uranu były słabo zbadane, znajdowały się w odległych rejonach Azji Środkowej i były uważane za tak słabe, że geolodzy uznali za szaleństwo rozpoczęcie tam wydobycia.

Wkrótce jednak zostali zmuszeni do zmiany swojego punktu widzenia.

W rozdartej wojną Europie specjalne ekipy - amerykański i nasz - szukały uranu, z którym pracowali Niemcy. Trochę zdobyliśmy, ale Jankesi zabrali większość na swoje miejsce; w tym uranu, który znajdował się w naszej strefie okupacyjnej. Amerykanie po prostu złapali „żółty proszek”, załadowali go na samochody i zniknęli. Nasza grupa fizyków spóźniła się zaledwie o kilka dni, powiedziano im, że armia amerykańska naprawdę potrzebuje barwników, ale jak możemy odmówić aliantom takiej drobnostki?!

W sierpniu 1945 r. I.V. Stalin zażądał szczegółowych informacji o stanie rzeczy i wynikach badań nad problemem atomowym. IV. Kurczatow i I.K. Kikoin przygotował „Pomoc”.

Stalin poprosił o wykonanie obliczeń niezbędnych materiałów i środków do produkcji 100 bomb atomowych. Profesorowie Kurchatov i Kikoin powiedzieli w swojej „Pomocy”, że wymaga to około 230 ton metalicznego uranu.

A ile uranu było w ZSRR?

Kurchatov i Kikoin podają dokładne dane:

„W 1944 r. w ZSRR przedsiębiorstwa Komisariatu Ludowego ds. Meta wydobyły 1519 ton rudy uranu i wyprodukowały tylko 2 tony soli uranu.

W 1945 roku przedsiębiorstwa te zostały przekazane NKWD ZSRR i planuje się wydobycie 5000 ton rudy i 7 ton uranu w związkach chemicznych. W 1946 r. zdolności produkcyjne przedsiębiorstw zostaną zwiększone do 125 tys. ton rudy i do 50 ton uranu... Opracowano technologię wytwarzania metalicznego uranu i związków uranu, z wyjątkiem uranu o wysokiej czystości wymaganego do kocioł uranowo-grafitowy.

Odnosi się wrażenie, że w kraju jest bardzo mało złóż uranu. I te, które mają niewielkie zapasy rud, a koncentracja w nich uranu jest znikoma.

Sekcja „zasoby uranu w ZSRR i za granicą” została napisana przez Kurchatowa i Kikoina sucho, ale mimo to za krótkimi frazami budzi się niepokój.

O rezerwach uranu mówi się następująco:

„Do 1944 r. praktycznie nie było poszukiwań uranu.

Obecnie zbadane złoża uranu w ZSRR we wszystkich kategoriach (poza założonymi) wynoszą 300 ton i znajdują się w dwóch złożach: Taboshar (tadżycka SRR) – 262 ton i Maili-Suu (Kirgiska SRR) – 32 tony…

Poważną wadą naszych złóż uranu jest niska zawartość uranu w rudzie (0,08 - 0,2%), co ogranicza wydobycie uranu z rudy.

W związku z tym z 300 ton zbadanych rezerw nadal można uzyskać tylko 100-120 ton uranu ”.

60 grupy geologiczne w 1945 roku poszukiwały nowych złóż uranu. Pracowali w krajach bałtyckich i Azji Środkowej, na Kaukazie i na północnym Uralu. Zwycięskich doniesień jednak jeszcze nie było... Dlatego szczególną uwagę Stalina zwróciła „zagraniczna” sekcja „Referencji” Kurczatowa i Kikoina.

Powiedziało:

„W lipcu tego roku. NKWD zidentyfikowało i usunęło z Niemiec 3,5 tony uranu metalicznego i 300 ton jego związków, z czego możemy uzyskać 150-200 ton uranu metalicznego.

Ten uran został usunięty z Belgii przez Niemców.

Poszukiwania surowców uranu w Niemczech trwają.”

Niestety w Niemczech nie można było znaleźć więcej uranu.

„Notatka” wymienia depozyty w Bułgarii i Czechosłowacji. Jeden z nich ma odegrać ważną rolę w „Projekcie Atomowym ZSRR”:

„Czechosłowacja ma dobrze znane złoże uranu w Joachimstal.

Wcześniej wydobywano tu srebro i kobalt, a potem rad.

Zasoby uranu według danych literaturowych wynoszą około 1000 ton przy średniej zawartości 0,85%.

NKWD ZSRR wysyła grupę naszych specjalistów, aby zapoznać się z depozytem i dowiedzieć się o celowości udziału ZSRR w jego rozwoju ”.

Dosłownie kilka dni później, 30 sierpnia, L.P. Beria otrzymuje informacje z Drezna przez HF od P.Ya. Meshik i S.P. Aleksandrowa. Nazwisko jednego z najbliższych asystentów Berii - Meshika - będzie wielokrotnie spotykane w historii Projektu Atomowego. Nazywany będzie „psem NKWD” i tak będzie sam siebie nazywał. Później zniknie wraz ze swoim szefem...

SP Aleksandrow - inżynier górnictwa, profesor, kandydat nauk. W 1937 został „wciągnięty” do systemu NKWD, gdzie służył. Był doświadczonym i kompetentnym specjalistą, dlatego Meshik zabrał go ze sobą.

Tak więc Meszik i Aleksandrow donieśli:

„Moskwa, NKWD ZSRR - do towarzysza Berii L.P.

Memorandum.

Na Twoje polecenie udało nam się zbadać złoże rudy Iokhimstalskoe (Yakhimovskoe) A-9 w Czechosłowacji ... ”

Przypomnę: „A-9” to uran.

„Nam osobiście i grupie naszych specjalistów udało się zapoznać z mapami geologicznymi, planami miernictwa górniczego, danymi statystycznymi i ekonomicznymi, zwiedzić główne wyrobiska górnicze, dokonać oględzin struktur na powierzchni, obserwować pracę zakładu przeróbczego, skontaktować się z numerem specjalistów zarówno kopalni jak i uzdrowiska…”

Przedstawiciele Projektu Atomowego musieli działać zarówno ostrożnie, jak i bardzo zdecydowanie. Było dla nich jasne, że naziści zwrócili szczególną uwagę na to złoże, a zatem jest to kolejny dowód na to, że w Niemczech podjęto próbę stworzenia broni jądrowej.

„2. W czasie okupacji Czechosłowacji przedsiębiorstwo Jokhimstal (Jachymów) zostało zmodernizowane przez Niemcy. Od 1939 do 1945 W to przedsięwzięcie zainwestowano nie mniej niż 2 miliony felg, głównie w maszyny górnicze i przetwórcze.

3. W wyniku modernizacji całe przedsiębiorstwo znajduje się obecnie w doskonałym stanie technicznym.

4. Rzeczywista wydajność przedsiębiorstwa jest 2-3 razy wyższa niż rzeczywista, roczną wydajność można łatwo zwiększyć do 6-9 g radu rocznie i odpowiednio do 20-30 ton A-9 ... ”

Meszik i Aleksandrow rozumieją, że potrzebne są nowe formy stosunków między ZSRR a Czechosłowacją, ponieważ sprawa jest nie tylko w kopalni, w radie, ale także w wodach leczniczych, które od dawna są dobrze znane w całej Europie.

"osiem. W wyrobiskach kopalni Jáchymov znajdują się dwa źródła silnie radioaktywnych wód – nazwa Curie i nazwa Becquerel. Wody tych źródeł są, po rudach radu, drugim wydobywającym się na powierzchnię minerałem przedsiębiorstwa i służą jako baza lecznicza wysoko rozwiniętego kurortu o znaczeniu europejskim.…

W wyniku przeprowadzonych prac zebraliśmy wraz z naszymi specjalistami cenne dane statystyczne, geologiczne i inne, a także wydobyte próbki rud i koncentratów. Po zrealizowaniu w ten sposób pierwszej części cesji, a mianowicie ustaleniu stanu obecnego i perspektyw dla złoża rudy Yokhimstal (Yachimovsky) A-9, przystępujemy do realizacji drugiej części cesji, czyli negocjacji w Pradze poprzez Ambasador ZSRR, Towarzysz Zorin w sprawie koncesji na przedsiębiorstwo radowe Yokhimstal (Yachimov) przez ZSRR lub na inne formy opanowania surowców Yakhimov ... ”

Mija bardzo mało czasu, a praca w Czechosłowacji gwałtownie się rozwija. 15 marca 1946 r. sam Stalin podpisał dekret o zwiększeniu produkcji A-9 w kopalni Jakhimowski. Przenoszony jest tam nowy sprzęt, wysyłani są specjaliści od górnictwa, poszerza się eksploracja geologiczna. Dla Stałej Komisji Czechosłowacko-Radzieckiej (taka forma współpracy została stworzona) przeznaczane są „kartki o podwyższonej normie – na 700 osób”. oraz „karty żywnościowe ze specjalnej listy – dla 200 osób”.

Na Ukrainie szalał głód, najtrudniejsza sytuacja rozwijała się w krajach Europy Wschodniej, dlatego Stalin osobiście musi podpisać dokument, ile dać robotnikom, inżynierom i pracownikom przedsiębiorstwa spożywczego Jachymov. W szczególności od kwietnia 1946 r. co miesiąc:

„...b) dodatkowe posiłki do posiłków specjalnych wg wykazu nr 01-50 drugich dań gorących ze 100 g pieczywa – 500 liter” A” z abonamentem – 5 liter „B” z suchymi racjami – 25 . ..”

Uran z Czechosłowacji jest obecnie często wymieniany w dokumentach Projektu Atomowego, ponieważ użyto go również w pierwszym reaktorze jądrowym w Europie, uruchomionym przez I.V. Kurczatow na obrzeżach Moskwy oraz w pierwszym reaktorze przemysłowym, w którym produkowano pluton do pierwszej bomby atomowej oraz w pierwszej na świecie elektrowni jądrowej.

„Dlaczego trzeba było wziąć na siebie organizację igrzysk, skoro, jak się okazało, nie poradzisz sobie z przygotowaniami do niej bez pomocy Zachodu?” - To stwierdzenie jest bezpodstawne. Przejdźmy do konkretów: od samego początku organizatorzy Igrzysk skupili się przede wszystkim na:

Rozdział 7 URAN BYŁ UMIESZCZONY... NA OSYLE Podczas gdy na przedmieściach Moskwy powstawał pierwszy ośrodek naukowy zajmujący się badaniem problemu uranu, poszukiwania rudy uranu trwały tysiące kilometrów od stolicy. Na działanie pierwszego eksperymentalnego reaktora atomowego co najmniej sto