В СССР основными уранорудными регионами были Украина (месторождение Желтореченское, Первомайское и др.), Казахстан (Северный — Балкашинское рудное поле и др.; Южный — Кызылсайское рудное поле и др.; Восточный; все они принадлежат преимущественно вулканогенно -гидротермальному типу); Забайкалье (Антей, Стрельцовское и др.); Средняя Азия, в основном Узбекистан с оруденениями в чёрных сланцах с центром в г. Учкудук. Имеется масса мелких рудопроявлений и проявлений. В России основным урановорудным регионом осталось Забайкалье. На месторождении в Читинской области (около города Краснокаменск) добывается около 93 % российского урана. Добычу осуществляет шахтным способом «Приаргунское производственное горно-химическое объединение» (ППГХО), входящее в состав ОАО «Атомредметзолото» (Урановый холдинг).
Остальные 7 % получают методом подземного выщелачивания ЗАО «Далур» (Курганская область) и ОАО «Хиагда» (Бурятия).
Полученные руды и урановый концентрат перерабатываются на Чепецком механическом заводе.
В Казахстане сосредоточена примерно пятая часть мировых запасов урана (21% и 2 место в мире). Общие ресурсы урана порядка 1,5 млн. тонн, из них около 1,1 млн. тонн можно добывать методом подземного выщелачивания.
В 2009 году Казахстан вышел на первое место в мире по добыче урана (добыто 13 500 тонн).
Основное предприятие — Восточный горно-обогатительный комбинат в городе Жёлтые Воды.[10]
Хотя уран-238 не может быть использован как первичный делящийся материал, из-за высокой энергии нейтронов, необходимых для его деления, он занимает важное место в ядерной отрасли.
Имея высокую плотность и атомный вес, U-238 пригоден для изготовления из него оболочек заряда рефлектора в устройствах синтеза и деления. Тот факт, что он делится быстрыми нейтронами, увеличивает энерговыход заряда: косвенно, размножением отраженных нейтронов; непосредственно при делении ядер оболочки быстрыми нейтронами (при синтезе). Примерно 40% нейтронов, образованных при делении и все нейтроны синтеза обладают достаточными для деления U-238 энергиями.
U-238 имеет интенсивность спонтанного деления в 35 раз более высокую, чем U-235, 5.51 делений/с*кг. Это делает невозможным применение его в качестве оболочки заряда рефлектора в пушечных бомбах, ибо подходящая его масса (200-300 кг) создаст слишком высокий нейтронный фон.
Чистый U-238 имеет удельную радиоактивность 0.333 микрокюри/г.
Важная область применения этого изотопа урана - производство плутония-239. Плутоний образуется в ходе нескольких реакций, начинающихся после захвата атомом U-238 нейтрона. Любое реакторное топливо, содержащее природный или частично обогащенный по 235-му изотопу уран, после окончания топливного цикла содержит в себе определенную долю плутония.[10]
Изотоп уран–238, его в природном уране больше, чем 99 %. Этот изотоп является и самым устойчивым, тепловыми нейтронами его ядро расщепить нельзя. Для того, чтобы разделить 238U, нейтрону нужна дополнительная кинетическая энергия 1.4 МэВ. Ядерный реактор из чистого урана–238 ни при каких условиях работать не будет.
Атом урана-238, в ядре которого протоны и нейтроны едва удерживаются вместе силами сцепления. Время от времени из него вырывается компактная группа из четырех частиц: двух протонов и двух нейтронов (α-частица). Уран-238 превращается, таким образом, в торий-234, в ядре которого содержатся 90 протонов и 144 нейтрона. Но торий-234 также нестабилен. Его превращение происходит, однако, не так, как в предыдущем случае: один из его нейтронов превращается в протон, и торий-234 превращается в протактиний-234, в ядре которого содержатся 91 протон и 143 нейтрона. Эта метаморфоза, произошедшая в ядре, сказывается и на движущихся по своим орбитам электронах: один из них становится неспаренным и вылетает из атома. Протактиний очень нестабилен, и ему требуется совсем немного времени на превращение. Далее следуют иные превращения, сопровождаемые излучениями, и вся эта цепочка, в конце концов, оканчивается стабильным нуклидом свинца (смотреть рисунок № 7, приложение Б).
Важнейшим обстоятельством для ядерной энергетики оказывается то, что наиболее распространённый изотоп урана238U тоже является потенциальным источником ядерного горючего. И Сциллард, и Ферми были правы, предполагая, что поглощение нейтронов ураном приведёт к образованию новых элементов. Действительно, при столкновении с тепловым нейтроном уран-238 не делится, вместо этого ядро поглощает нейтрон. В среднем за 23.5 минуты один из нейтронов в ядре превращается в протон (с вылетом электрона, реакция β - распада), и ядроурана-239 становится ядром нептуния-239 (239Np). Через 2.4 суток происходит второй β - распад и образуется плутоний-239 (239Pu).
В результате последовательного поглощения нейтронов в ядерном реакторе могут быть наработаны элементы ещё более тяжёлые, чем плутоний.
В природных минералах и урановой руде обнаруживались только микроколичества 239Pu, 244Pu и 237Np, так что в естественной среде трансурановые элементы (более тяжёлые, чем уран), практически не встречаются.
Изотопы урана, существующие в природе, не совсем стабильны по отношению к α-распаду и спонтанному делению, однако распадаются очень медленно: период полураспада урана-238 равен 4.5 миллиардам лет, а урана-235 – 710 миллионам лет. Из-за малой частоты ядерных реакций такие долгоживущие изотопы не являются опасными источниками радиации. Слиток природного урана можно держать в руках без вреда для здоровья. Его удельная активность равна 0.67 мКи/кг (Ки – кюри, внесистемная единица активности, равная 3.7*1010распадов за секунду).
О том, что облучение рентгеновскими или гамма-лучами может вызывать тяжелые последствия для здоровья, стало известно вскоре после их открытия. Ученые, работавшие в первые годы с источниками ионизирующего излучения, традиционно имели лучевые поражения. Но основные сведения о вредном действии ионизирующих излучений были получены в специальных исследованиях на животных и в массовых наблюдениях за людьми, работавшими в первые десятилетия с источниками ионизирующего излучения: рентгенологами, радиологами, шахтерами урановых рудников, работницами, наносившими на циферблаты часов и приборов светящуюся массу, содержащую радиоактивные вещества. У них отмечалась повышенная заболеваемость злокачественными опухолями разной локализации и лейкозами, что приводило к сокращению продолжительности их жизни, Много сведений дали длительные наблюдения за пациентами, получавшими облучение в больших дозах в связи с лечением незлокачественных заболеваний, что часто осуществлялось в 20-40 годы. Наконец, тщательные наблюдения за японцами, выжившими после варварской атомной бомбардировки Хиросимы и Нагасаки, явились серьезным вкладом в общую сумму знаний о радиационных поражениях и отдаленных эффектах воздействия ионизирующих излучений. Однако перечисленные выше наблюдения относятся к случаям облучения человека (однократного или хронического) в больших дозах - 1 Гр и более).
Значительно меньше было достоверных сведений о действии средних и, в особенности, малых доз облучения, которыми люди подвергаются в обычной жизни и на работе. И только радиационно-эпидемдиационно-эпидемлиз последних десятилетий позволил заполнить и эту белую страницу недавних неопределенностей.
При воздействии ионизирующего излучения на биологический объект происходит гибель клеток (рисунок № 8, приложение Б). Количество гибнущих клеток возрастает с увеличением дозы. В связи с этим подавляющее большинство ученых радиобиологов считает, что радиация является единственным естественным фактором, который формально нежелателен в любых количествах. Малые дозы радиации, хотя и не вызывают никаких заметных органных и тем более организменных изменений, но они могут иногда подтолкнуть те процессы изменений в организме, которые в конечном итоге ведут к злокачественному перерождению ткани. Вероятность этих процессов возрастает с дозой, а потому желательна ее минимизация.
Правда есть и ученые, которые считают, что такие небольшие раздражители как малые дозы радиации даже нужны и полезны для организма. Они, как это известно из сельскохозяйственной практики, стимулируют деятельность организма, усиливают обменные процессы, стимулируют быстрый рост, созревание, зрелость. И более раннюю смерть - подчеркивают их оппоненты. Поэтому для человека этот прекрасный фильм под названием «Жизнь» пройдет быстрее. А этого он, как правило, не хочет.
В настоящее время имеется несколько классификаций вредных эффектов действия ионизирующих излучений на живой организм. Прежде всего эффекты делят на пороговые, детерминистские (нестохастические) и беспороговые вероятностные (стохастические). Для возникновения детерминистских нестохастических эффектов необходимо превышение определенной дозы, после чего лишь могут возникнуть такие проявления как лучевая болезнь, лучевое поражение кожи, лучевая катаракта. Тяжесть развития этих эффектов зависит от степени превышения пороговой дозы облучения. К числу беспороговых вероятностных стохастических эффектов радиации относятся злокачественные новообразования и наследственные изменения. Здесь от дозы зависит только вероятность их возникновения, но не тяжесть заболевания.[6]
Задача №1
Дано:
238U
А=200Бк;
T½=4,5 млрд. лет;
М=238,03 г.
Требуется определить: Массу 200 Бк изотопа238U
Решение :
m = 0.24*10-23*М*T½(9)