Уран (лат. Uranium) - це в чистому стані сріблясто-білий блискучий метал, який поступово темніє в повітрі - він покритий шаром оксидів. Подрібнений до порошку він самозаймається. Він не надто твердий, його можна кувати або катати при нормальній температурі. При нагріванні він спочатку стає крихким, але при ще вищих температурах він пластичний. Це найважчий метал, що зустрічається в природі.
Уран як елемент був відкритий в 1789 р. Фармацевтом і професором хімії Мартіном Генріхом Клапротом (1743–1817), який також відкрив кілька інших елементів (циркон, титан, церій і телур). У 1896 році Анрі Беккерель виявив, що уран є радіоактивним. Потім Марія Кюрі-Склодовська та її чоловік П'єр Кюрі виділили з уранової руди 2 нові елементи: спочатку полоній, пізніше радій.
Видобуток урану
Уран - це руда, з якої може бути використана лише незначна частина (1 кг урану на 1000 кг руди, з якої можна видобути лише половину, тобто 500 грамів урану на 1000 кілограмів руди).
Підземний і надводний видобуток означає вилучення величезної кількості руди з землі. Кожна тона збагаченого урану, що продається на відкритому ринку, представляє від 1000 до 40 000 тонн щебеню як радіоактивні відходи. Цей щебінь часто становить до 85% початкової радіоактивності уранової руди. Однак уранові шахти надто часто не захищають. Вітер і дощ поширюють смертельний, канцерогенний пил від видобутку корисних копалин та забруднюють навколишній ландшафт.
Видобуток урану йде паралельно з виробництвом відходів, які катастрофічно впливають на навколишнє середовище. На додаток до загальних ризиків для шахтарів, існує високий ризик раку легенів, інших захворювань легенів, раку шкіри та шлунку. Сьогодні поклади урану існують завдяки їх ізоляції від кисню та води протягом мільйонів років. Їх видобуток руйнує цю природну оболонку і дозволяє воді та повітрю переносити забруднення із зовнішнього середовища.
Однією з головних небезпек урану є той факт, що він виробляє радіо- і радонові гази (дочірній продукт радіо). При вдиханні радонових газів вони можуть спричинити рак легенів, а радій потрапляє до людей через харчові та водяні ланцюги, викликаючи інші види раку та лейкемію...
Радій виділяє альфа-частинки і має період напіввиведення 1600 років. Це результат розпаду урану, який міститься в урановій руді. Нещодавно були введені стандарти безпеки для захисту від радону, але від 20 до 50 відсотків американських, німецьких та канадських шахтарів, які працювали в минулому, вже померли або помруть від раку. Понад 70% світових запасів урану розташовані в корінних районах: північних територіях і провінціях Саскачеван та Онтаріо в Канаді, Арізоні, Нью-Мексико та Південній Дакоті в США, Еквадорі та Бразилії, Намібії, ПАР, Нігерії та Габон. у Китаї, Індії, Середній Азії та Сибіру та Австралії. У всьому світі корінні народи стикаються з повільною, мучительною смертю.
Видобуваючи уран у віддалених популяціях корінних народів, атомна промисловість прагне уникнути реального збитку для здоров'я та навколишнього середовища, спричиненого видобуванням урану.
Переробка урану
Загалом цей процес передбачає збільшення концентрації урану з 1% до 75%. Руда шахти подрібнюється в пісок і змішується з великою кількістю води та хімічних речовин. Товарний продукт, отриманий цим методом, називається оксидом урану, або його зазвичай називають так званим жовтий пиріг. Це лише невеликий відсоток руди (500 г урану на 1000 кг уранової руди). Радіоактивний залишок - це тверді відходи, що називаються кінцевою рудою, або "хвостом", що містить близько 85% загальної радіоактивності, що міститься у вихідній руді. Цю остаточну руду відходів зазвичай залишають у купах, де вона змішується з повітрям та водою. Коли цей радіоактивний пил залишається на поверхні і висихає, він може частково переноситися вітром і осідати на віддаленій рослинності. Або воно може змиватися дощем у річки та озера та забруднювати їх. У процесі переробки за короткий проміжок часу виділяється величезна кількість відходів: сотні тонн на кожну тонну жовтого пирога. Тільки на американському Південному Заході за останні сорок років накопичилося понад 100 мільйонів тонн.
Відходи руди містять більше десятка радіоактивних матеріалів. Прикладами є торій, гамма-випромінювач із періодом напіввиведення 80 000 років або радій. Це також газ радону, який витікає з куп відходів і може переноситися вітром на сотні кілометрів, вражаючи велику кількість людей.
Є три основні причини, чому радон такий небезпечний:
1. Це газ, і його можна вдихати. Це єдиний газ, який утворюється в процесі розкладання урану. Неприродно велика кількість газів радону безперервно викидається в повітря в уранових шахтах та сховищах рудокопачів.
2. Той факт, що він усуває найнебезпечніше випромінювання - альфа-випромінювання.
3. Радон має короткий період напіввиведення і, як і дочірні продукти, отримані з "батьківського" радону, є іншими надзвичайно небезпечними елементами. Проблема радону особливо важлива в підземних шахтах, де цей газ накопичується в тунелях.
З минулого ми знаємо багато витоків великої кількості радіоактивності зі звалищ у навколишнє середовище. Одна з найстрашніших аварій сталася в США, де прорвала дамба, і близько 30 мільйонів літрів рідких відходів та, за оцінками, 1100 тонн твердих відходів скинули у річку Ріо-Пуерко. В Австралії подібна аварія призвела до значного забруднення річки Східний Фінніс, де майже всі рослини та риба в самій річці та її затоках вимерли.
Сотні гектарів відходів руди були залишені на волю долі в Гранд-Джанкшені, штат Колорадо, США, поки в 1960-х для них не було знайдено комерційного використання. Містобудівники взялися за ідею використовувати цей матеріал як дешеву добавку до бетону та будівельних сумішей. Будівельні компанії використовували ці відходи для будівництва шкіл, лікарень, будинків, доріг, аеропортів та універмагів. У 1970 р. Місцеві педіатри помітили значне збільшення анорексії, кровоточивих пір’я та інших вроджених захворювань новонароджених в регіоні. Подальше розслідування показало, що всі ці діти народилися від батьків, що живуть у будинках, побудованих з урановими відходами, і в ході випробувань багато з цих будівель виявилися гамма-випромінювачами, а також альфа-випромінювачами газів радону в повітрі - тим самим матеріалом, який викликає рак уранові шахти.
Збагачення
Одна тонна уранової руди містить лише близько півкілограма чистого урану. З цієї кількості 99,3% складає нерозщеплюється ізотопний уран 238. У природному вигляді подільний уран 235 міститься в природній урановій руді лише в концентраціях 0,7 відсотка. Але для реакції поділу необхідно збільшити цю концентрацію. Уранову руду потрібно «збагачувати», щоб вміст урану-235 досягав щонайменше 3% від загального обсягу.
Процес збагачення надзвичайно дорогий і споживає велику кількість енергії, а відпрацьована уранова руда, що містить непотрібний уран 238, залишається лежати на землі. Оскільки уран 238 є надзвичайно щільним матеріалом, його використовують для виготовлення чохлів для звичайної зброї, надаючи зброї можливість проникати в броневий шар танків. Під час шеститижневої наземної війни в Іраку в 1991 році було використано щонайменше 10 000 укриттів з ураном 238, принаймні 40 тонн цього матеріалу було залишено в Іраці та Кувейті. Зараз діти граються з порожніми футлярами для зброї, потрапляючи під дію зовнішніх доз гамма-випромінювання, а також вдихаючи та споживаючи частинки урану, які можуть спричинити захворювання печінки, рак легенів та кісток та лейкоз. За перші вісім місяців після закінчення війни смертність дітей віком до п’яти років подвоїлася: 50 000 дітей померли від різних видів хвороб, включаючи рак та захворювання шлунка.
Виробництво палива
Пройшовши процес збагачення, уран перетворюється на невеликі таблетки. Потім ці циліндричні таблетки поміщають у металеві стержні довжиною приблизно чотири метри та шириною два сантиметри. Типовий реактор потужністю 1000 МВт містить близько 50 000 паливних стрижнів, що містять понад 100 тонн урану в циліндричному просторі шириною шість метрів і висотою чотири метри. Під час виробництва цих піддонів працівники піддаються небезпеці низького рівня гамма-випромінювання, яке випромінює збагачене паливо, та забруднення альфа-випромінювачів - радону, радіо та урану.Ядерні реактори
Коли паливні елементи готуються в активній зоні реактора і заливаються водою, збагачений уран готовий до початку реакції поділу. За цей час ядра урану-235 розпадаються на частинки (продукти реакції ділення - ядра легших атомів, таких як стронцій і цезій), тепло і один або кілька вільних нейтронів. Якби кожен вільний нейтрон був поглинений ядром урану і замінений вільним нейтроном з іншого ядра поділу, ситуація стала б критичною, і ланцюгова реакція в реакторі була б самодостатньою. Контрольні стрижні, що поглинають швидко рухаються нейтрони, регулюють швидкість цього процесу.
Реакція ділення виділяє величезну кількість тепла, яке використовується для закипання води в реакторі. Кипляча вода утворює пару, яка обертає турбіну і виробляє електроенергію. Отже, ядерна реакція ділення є найнебезпечнішим і найдорожчим методом кип'ятіння води, як нарізка вершкового масла електричною пилкою.
На додаток до генерування електроенергії, розщеплюється уран також виділяє сотні радіоактивних ізотопів - усіх канцерогенних та мутагенних з періодом напіввиведення від декількох секунд до сімнадцяти мільйонів років і більше. Стрижні управління, охолоджуюча вода та активна зона реактора з часом стають надзвичайно радіоактивними, а відпрацьоване паливо в мільйон разів радіоактивніше, ніж у свіжому стані.
Експлуатація атомних електростанцій становить багато небезпек, які часто недооцінюються, оскільки, як зазвичай, короткострокові прибутки перевищують відповідальність промисловості та урядів щодо захисту населення.
Навіть Чорнобильська катастрофа не змусила ядерну промисловість зрозуміти факт негативного впливу нормальної роботи ядерних реакторів на природу та життя людини, незважаючи на те, що цей факт вже відомий, і його наслідки стають все більш доказовими.
Щодня з атомних електростанцій виводиться значна кількість газоподібних радіоактивних відходів та утворюється певна кількість рідких та твердих відходів. Той факт, що над кожним реактором необхідно будувати високі димоходи, безперечно, свідчить про необхідність деконцентрації викидів і, отже, їх небезпеки.
Хоча добові дози викидів, здається, невеликі (від кількох кюрі до декількох сотень кюрі), усі 434 атомні електростанції у світі разом протягом багатьох років виробляють таку кількість радіоактивності, що відповідає кількості, що викидається з Чорнобиля.
Що стосується безпеки реактора, то можна сказати лише, що ядерний реактор є безпечним, лише якщо ні за яких обставин (наприклад, аварії, порушення поведінки операторів, поєднання інцидентів, тероризм тощо) не може виключити небезпечні радіоактивні речовини в навколишнє середовище?.
Таких реакторів не існує, і, враховуючи сучасні технології, можна сказати, що найближчим часом їх не буде. Насправді навіть самі конструктори реакторів говорять про основні небезпеки кожного типу реакторів. І всі вони сходяться на думці, що навіть за столами конструкторів немає такого безпечного реактора з вбудованою безпекою (тобто такого, з якого радіоактивні речовини не могли б вийти ні за яких обставин).
У будь-якій країні з атомною електростанцією її вороги, терористичні організації або психічно хворі люди більше не потребують ядерної зброї для початку ядерної війни. Їм залишається лише скинути звичайну бомбу на ядерний реактор і таким чином уникнути більшості радіоактивних речовин і вбити тисячі людей. Зрозуміло, що якби Європа отримувала енергію з ядерної енергії під час Другої світової війни, вона все одно була б непридатною для життя через радіоактивне забруднення повітря, їжі та води.
Утилізація ядерних реакторів
Величезна кількість радіоактивних відходів також утворюється при зупинці ядерного реактора. Це тому, що багато його частин, включаючи паливо, стали радіоактивними. Ми не можемо просто їх викинути. Процес догляду за атомною електростанцією на цьому етапі називається ліквідацією. Через двадцять, максимум сорок років, кожен реактор потрапляє туди. На сьогоднішній день жоден звичайний реактор не був зруйнований ніде у світі. Деякі країни планують демонтувати всю структуру реактора, включаючи радіоактивні частинки, залишивши лише порожній простір, так званий зелена галявина. Інші пропонували залишити будівлю на тому самому місці і покрити її бетоном або поховати під горою землі.
У найближчі тридцять років доведеться зупинити понад 350 реакторів. Але понад 40 років після початку експлуатації першої атомної електростанції атомна промисловість досі не знайшла способу безпечного та ефективного утилізації виведеного з експлуатації реактора.
Ядерні відходи
Відомо, що ядерні відходи утворюються на різних стадіях видобутку урану, виробництва ядерного палива та під час нормальної роботи атомної електростанції (рідкі, тверді та газоподібні відходи) у вигляді відпрацьованого палива, під час можливої переробки відпрацьованого палива і нарешті, під час виведення з експлуатації атомних електростанцій.
Проблема радіоактивних відходів полягає в тому, що деякі довготривалі радіонукліди працюють десятки, сотні, тисячі або навіть мільйони років. Слід підкреслити, що жодна інша технологія, відома людству, не може змінити фізико-хімічну структуру біосфери нашої планети. Ядерна реакція поділу призводить до утворення частинок, які є загарбниками в біосфері і до яких живі організми не можуть і не можуть пристосуватися. Ці частинки містять переважно плутоній та інші продукти урану.
В рамках нормальної роботи кожна атомна електростанція скидає певну кількість відходів безпосередньо в навколишню природу. Рідкі відходи виводяться разом з охолоджуючою водою в сусідню річку або море, а газоподібні відходи - в атмосферу.
Існує три категорії радіоактивних ядерних відходів: відходи високого, середнього та низького рівня. Відходи високого рівня складаються в основному з відпрацьованого палива та активних отворів реакторів та рідких відходів високого рівня, що утворюються під час переробки палива. Ці відходи у тисячу разів радіоактивніші, ніж відходи середнього рівня. Проміжні відходи - це переважно металеві паливні баки, які спочатку містили уранове паливо для ядерних реакторів, металеві частини реакторів та залишки хімічних речовин. Вони повинні бути захищені, щоб працівники та населення не зазнавали радіації під час транспортування та зберігання. Зазвичай вони зберігаються на місці виробництва. Відходи середнього рівня, як правило, у тисячу разів радіоактивніші, ніж відходи низького рівня. Відходи низького рівня складаються в основному з таких предметів, як захисний одяг та лабораторне обладнання, які контактували з радіоактивними матеріалами.
Є кілька пропозицій щодо зберігання радіоактивних відходів не шляхом їх знищення, а шляхом "безпечної" ізоляції. Найбільш часто обговорювані методи - це викид відходів у космос, відкладення їх на дні океанів або глибоке відкладення на багато кілометрів під поверхнею Землі. Як вирішення проблеми радіоактивних відходів іноді згадується їх капсулювання у смоли, бетон, сіль, скло або керамічні матеріали. Однак цей процес не призведе до знищення відходів, він лише зміцнить їх, дозволить краще зберігати та покращити їх тимчасову ізоляцію. Але сама проблема буде перекладена на плечі майбутніх поколінь. Крім того, ніхто не може гарантувати здатність сучасних методів ізоляції радіоактивних відходів протягом 100, 1000 або 10000 років.
Високорадіоактивні відходи були смертельно небезпечними протягом тисяч років. Тому ми позбавляємось його у вигляді зберігання, його закривають у скло і зберігають у контейнерах. Однак у кожній країні це інша форма зберігання. Мабуть, найкращий спосіб утилізації цих відходів - це коли радіоактивні відходи закриваються скляними балонами і зберігаються глибоко в землі. У Франції цей метод застосовується з 1978 року. Частина радіоактивних відходів може просочитися на поверхню не раніше як через мільйон років. Однак за такий тривалий час він розпадається на відносно нешкідливі речовини. Відходи слід ховати під такою кількістю шарів, що їх втеча у розглянутий проміжок часу була б цілком неможливою.
Єдиним задовільним рішенням проблеми радіоактивних відходів було б їх повне знищення. На сьогоднішній день відомий єдиний спосіб такого знищення, який полягає в "трансмутації", тобто перетворенні небезпечних довгоживучих радіонуклідів у короткоживучі радіонукліди і, нарешті, у речовину, яка більше не буде радіоактивною. Трансмутація теоретично можлива, але на практиці неможлива через необхідну величезну кількість енергії, більшу, ніж виграш від реакції поділу в реакторі.
Насправді не існує прийнятного та практичного вирішення цієї проблеми, і це навіть неможливо досягти найближчим часом. Усі рішення, пропоновані в даний час для атомної промисловості, такі як "прибирання приміщення та змітання бруду під килим".
Найкраще рішення на майбутнє - це забезпечити, щоб ми більше не виробляли більше ядерних відходів ніде в світі.
Атомна електростанція в Дукованах
АЕС Південного Техасу
Футеровальна піч для радіоактивних відходів