Уранът (лат. Uranium) е в чисто състояние сребро-бял лъскав метал, който постепенно потъмнява във въздуха - той е покрит със слой оксиди. Смлян на прах, той се самовъзпламенява. Не е твърде твърд и може да бъде кован или валцуван при нормална температура. При нагряване първо става крехка, но при още по-високи температури е пластмаса. Това е най-тежкият метал, открит в природата.
Уранът като елемент е открит през 1789 г. от фармацевта и професор по химия Мартин Хайнрих Клапрот (1743–1817), който открива и няколко други елемента (циркон, титан, церий и телур). През 1896 г. Анри Бекерел открива, че уранът е радиоактивен. След това Мария Кюри-Склодовска и съпругът й Пиер Кюри изолираха 2 нови елемента от уранова руда: първо полоний, по-късно радий.
Уранодобив
Уранът е руда, от която може да се използва само малка част (1 кг уран на 1000 кг руда, от която може да се извлече само половината, т.е. 500 грама уран в 1000 килограма руда).
Подземният и надземен добив означава отстраняване на огромни количества руда от земята. Всеки тон обогатен уран, продаден на свободния пазар, представлява от 1000 до 40 000 тона развалини като радиоактивни отпадъци. Този развалин често представлява до 85% от първоначалната радиоактивност на урановата руда. Въпреки това, урановите мини са твърде често незащитени. Вятърът и дъждът разпространяват смъртоносен, канцерогенен прах от добива и замърсяват околния пейзаж.
Добивът на уран върви ръка за ръка с производството на отпадъци, които имат катастрофално въздействие върху околната среда. В допълнение към общите рискове за миньорите, има висок риск от рак на белия дроб, други белодробни заболявания, рак на кожата и стомаха. Днес залежите на уран съществуват поради изолацията им от кислород и вода в продължение на милиони години. Тяхното извличане унищожава тази естествена обвивка и позволява на водата и въздуха да пренасят замърсяване от външната среда.
Една от основните опасности на урана е фактът, че той произвежда радио и радон газове (дъщерен продукт на радиото). Когато се вдишват радонови газове, те могат да причинят рак на белия дроб, а радият намира път до хората чрез хранителната и водната верига, за да причини други видове рак и левкемия...
Радият излъчва алфа частици и има период на полуразпад 1600 години. Това е резултат от разпадането на уран, който се намира в урановата руда. Наскоро бяха въведени стандарти за безопасност срещу радон, но 20 до 50 процента от американските, германските и канадските миньори, работещи в миналото, вече са умрели или ще умрат от рак. Повече от 70% от световните ресурси на уран се намират в местните райони: северните територии и провинциите Саскачеван и Онтарио в Канада, Аризона, Ню Мексико и Южна Дакота в САЩ, Еквадор и Бразилия, Намибия, Южна Африка, Нигерия и Габон в Китай, Индия, Централна Азия и Сибир и Австралия. По целия свят коренните народи са изправени пред бавна, мъчителна смърт.
Чрез добива на уран в отдалечени популации, обитавани от коренни народи, ядрената индустрия се стреми да избегне реални вреди за здравето и околната среда, причинени от добива на уран.
Преработка на уран
Като цяло този процес включва увеличаване на концентрацията на уран от 1% на 75%. Рудата от мината се натрошава на пясък и се смесва с много вода и химикали. Търговският продукт, получен по този метод, се нарича уранов оксид, или обикновено се нарича т.нар жълта торта. Това е само малък процент руда (500 g уран на 1000 kg уранова руда). Радиоактивният остатък е твърд отпадък, наречен крайна руда или „терминал“, който съдържа около 85% от общата радиоактивност, съдържаща се в оригиналната руда. Тази окончателна отпадъчна руда обикновено се оставя на купчини, където се смесва с въздух и вода. Когато този радиоактивен прах остане на повърхността и изсъхне, той може частично да бъде отнесен от вятъра и да се утаи върху далечна растителност. Или може да се отмие от дъжд в реки и езера и да ги замърси. Процесът на преработка освобождава огромни количества отпадъци за кратък период от време: стотици тонове за всеки тон жълта торта. Само в американския югозапад през последните четиридесет години са се натрупали над 100 милиона тона.
Отпадъчната руда съдържа повече от дузина радиоактивни материали. Примери за това са торий, гама-излъчвател с период на полуразпад 80 000 години или радий. Също така газът радон избягва от купчини отпадъци и може да се пренася от вятъра в продължение на стотици километри, удряйки голям брой хора.
Има три основни причини, поради които радонът е толкова опасен:
1. Това е газ и може да се вдишва. Това е единственият газ, който се образува по време на процеса на разлагане на урана. Неестествено големи количества радонови газове непрекъснато се изпускат във въздуха в урановите мини и хранилищата на отпадъчни руди.
2. Фактът, че елиминира най-опасната радиация - алфа радиацията.
3. Радонът има кратък период на полуразпад и, подобно на дъщерните продукти, получени от "бащин" радон, са други изключително опасни елементи. Проблемът с радона е особено важен в подземните мини, където този газ се натрупва в тунели.
От миналото знаем много изпускания на големи количества радиоактивност от депата за отпадъчни руди в околната среда. Една от най-тежките катастрофи се случи в САЩ, където язовирът се спука и около 30 милиона литра течни отпадъци и около 1100 тона твърди отпадъци бяха изхвърлени в река Рио Пуерко. В Австралия подобна авария доведе до значително замърсяване на река Източен Финис, където почти всички растения и риби в самата река и нейните заливи изчезнаха.
Стотици акра отпадъчна руда бяха оставени на съдбата им в Гранд Джънкшън, Колорадо, САЩ, докато през 60-те години за тях не беше намерена търговска употреба. Градостроителите поеха идеята да използват този материал като евтина добавка към бетон и строителни смеси. Строителните компании използваха тези отпадъци за изграждане на училища, болници, къщи, пътища, летища и универсални магазини. През 1970 г. местните педиатри забелязват значително нарастване на анорексията, кървящите пера и други вродени заболявания на новородените в региона. По-нататъшно разследване показа, че всички тези деца са родени от родители, живеещи в къщи, построени с използване на уран отпадъци, и при тестове много от тези сгради се оказаха гама-емитери, както и алфа-емитери на радонови газове във въздуха - същият материал, който причинява рак на работници в урановите рудници.
Обогатяване
Един тон уранова руда съдържа само около половин килограм чист уран. От това количество 99,3% е неразграждащият се изотопен уран 238. В естествената си форма цепящият се уран 235 се намира в естествената уранова руда само в концентрации от 0,7 процента. Но за реакцията на делене е необходимо да се увеличи тази концентрация. Урановата руда трябва да бъде „обогатена“, така че съдържанието на уран 235 да достигне поне 3% от общия й обем.
Процесът на обогатяване е изключително скъп и консумира голямо количество енергия, а отпадъчната уранова руда, съдържаща ненужен уран 238, остава да лежи на земята. Тъй като уран 238 е изключително плътен материал, той се използва за изработване на капаци за конвенционални оръжия, като дава на оръжията способността да проникват в броневия слой на танкове. По време на шестседмичната сухопътна война в Ирак през 1991 г. бяха използвани поне 10 000 укрития с уран 238 и поне 40 тона от този материал бяха оставени в Ирак и Кувейт. Сега децата си играят с празни кутии за оръжия, като по този начин са изложени на външни дози гама-лъчение, както и вдишват и консумират частици уран, които могат да причинят чернодробни заболявания, рак на белите дробове и костите и левкемия. Смъртността на деца на възраст под пет години се е удвоила, като през първите осем месеца след края на войната 50 000 деца умират от различни видове заболявания, включително рак и стомашни заболявания.
Производство на гориво
След преминаване през процеса на обогатяване, уранът се трансформира в малки таблетки. След това тези цилиндрични таблетки се поставят в метални пръчки с дължина около четири метра и широчина два сантиметра. Типичният реактор с мощност 1000 MW съдържа около 50 000 горивни пръчки, съдържащи над 100 тона уран в цилиндрично пространство с ширина шест метра и височина четири метра. По време на производството на тези палети работниците са изложени на опасностите от ниски нива на гама-лъчение, излъчвано от обогатено гориво и замърсяване на алфа-емитери - радон, радио и уран.Ядрени реактори
Когато горивните клетки се подготвят в активната зона на реактора и се наводнят с вода, обогатеният уран е готов да започне реакцията на делене. През това време ядрата на уран-235 се разпадат на частици (продукти на реакция на делене - ядра на по-леки атоми като стронций и цезий), топлина и един или повече свободни неутрони. Ако всеки свободен неутрон се абсорбира от ядрото на урана и се замени със свободен неутрон от друго ядро на делене, ситуацията ще стане критична и верижната реакция в реактора ще се самоподдържа. Контролните пръти, които абсорбират бързо движещи се неутрони, регулират скоростта на този процес.
Реакцията на делене отделя огромно количество топлина, която се използва за кипене на вода в реактора. Врящата вода образува пара, която върти турбината и произвежда електричество. Следователно ядрената реакция на делене е най-опасният и скъп метод за кипене на вода - като нарязване на масло с електрически трион.
Освен че генерира електричество, цепящият се уран също излъчва стотици радиоактивни изотопи - всички канцерогенни и мутагенни с полуживот от няколко секунди до седемнадесет милиона години или повече. Контролните пръти, охлаждащата вода и активната зона на реактора стават изключително радиоактивни с течение на времето и отработеното гориво е милион пъти по-радиоактивно, отколкото в прясно състояние.
Експлоатацията на атомните електроцентрали крие много опасности, които често са подценявани, тъй като, както обикновено, краткосрочните печалби надвишават отговорността на индустрията и правителствата да защитават обществеността.
Дори катастрофата в Чернобил не принуди ядрената индустрия да разбере факта за отрицателното въздействие на нормалната работа на ядрените реактори върху природата и човешкия живот, въпреки факта, че този факт вече е известен и неговите последици стават все по-очевидни.
Всеки ден от атомните електроцентрали се елиминират значително количество газообразни радиоактивни отпадъци и се получават определено количество течни и твърди отпадъци. Фактът, че е необходимо да се изграждат високи комини над всеки реактор, безспорно показва необходимостта от деконцентрация на емисиите и по този начин тяхната опасност.
Въпреки че дневните дози емисии изглеждат малки (варират от няколко кюри до няколкостотин кюри), всичките 434 ядрени централи в света заедно в продължение на много години произвеждат количество радиоактивност, което е същото като количеството, излъчено от Чернобил.
Що се отнася до безопасността на реактора, може да се каже, че ядреният реактор е безопасен само ако при никакви обстоятелства (напр. Аварии, неправомерно поведение на оператора, комбинация от инциденти, тероризъм и др.) Не може да изключи опасни радиоактивни вещества в околната среда?.
Такива реактори не съществуват и предвид настоящите технологии може да се каже, че те няма да бъдат в близко бъдеще. Всъщност дори самите конструктори на реактори говорят за основните опасности за всеки тип реактор. И всички те са съгласни, че дори на масата на дизайнерите няма такъв безопасен реактор с вградена безопасност (т.е. такъв, от който радиоактивните вещества не биха могли да излязат при никакви обстоятелства).
Във всяка държава с атомна електроцентрала нейните врагове, терористични организации или психично болни хора вече не се нуждаят от ядрено оръжие, за да започнат ядрена война. Всичко, което трябва да направят, е да хвърлят обикновена бомба върху ядрения реактор и по този начин да избягат от повечето му радиоактивни вещества и да убият хиляди хора. Ясно е, че ако Европа получава енергия от ядрена енергия по време на Втората световна война, тя все още ще бъде необитаема поради радиоактивно замърсяване на въздуха, храните и водата.
Изхвърляне на ядрени реактори
Огромни количества радиоактивни отпадъци също се получават при спиране на ядрения реактор. Това е така, защото много части от него, включително гориво, са станали радиоактивни. Не можем просто да ги изхвърлим. Процесът на грижа за ядрената централа на този етап се нарича ликвидация. След двадесет, максимум четиридесет години, всеки реактор влиза в него. Досега никой конвенционален реактор не е бил унищожен никъде по света. Някои страни планират да демонтират цялата структура на реактора, включително радиоактивни частици, оставяйки само празно пространство, т.нар зелена поляна. Други предлагат да се остави сградата на същото място и да се покрие с бетон или да се погребе под планина земя.
Повече от 350 реактора ще трябва да бъдат спрени през следващите тридесет години. Но повече от 40 години след началото на експлоатацията на първата атомна електроцентрала, ядрената индустрия все още не е намерила начин за безопасно и ефективно обезвреждане на изведен от експлоатация реактор.
Ядрени отпадъци
Известно е, че ядрените отпадъци се получават по време на различните етапи на добив на уран, производство на ядрено гориво и по време на нормалната работа на атомна електроцентрала (течни, твърди и газообразни отпадъци) под формата на отработено гориво, по време на възможна преработка на отработено гориво и накрая по време на извеждане от експлоатация на атомни електроцентрали.
Проблемът с радиоактивните отпадъци е, че някои дълготрайни радионуклиди са активни от десетки, стотици, хиляди или дори милиони години. Трябва да се подчертае, че никоя друга технология, позната на човечеството, не може да промени физико-химичната структура на биосферата на нашата планета. Ядрената реакция на делене води до образуването на частици, които са нашественици в биосферата и към които живите организми не могат и не могат да се адаптират. Тези частици съдържат предимно плутоний и други уранови продукти.
Като част от нормалната експлоатация, всяка атомна централа изхвърля определено количество отпадъчни материали директно в околната природа. Течните отпадъци се отделят заедно с охлаждащата вода в близката река или море, а газообразните отпадъци - в атмосферата.
Има три категории радиоактивни ядрени отпадъци: отпадъци на високо, средно и ниско ниво. Отпадъците на високо ниво се състоят главно от отработено гориво и ядра на реактора и течни отпадъци на високо ниво, образувани по време на преработката на горивото. Тези отпадъци са хиляда пъти по-радиоактивни от отпадъците от средно ниво. Междинните отпадъци са предимно метални резервоари за гориво, които първоначално са съдържали ураново гориво за ядрени реактори, метални части от реактори и химически остатъци. Те трябва да бъдат защитени, така че работниците и населението да не бъдат изложени на радиация по време на транспортиране и съхранение. Обикновено се съхраняват на мястото на производство. Отпадъците на средно ниво обикновено са хиляда пъти по-радиоактивни от отпадъците на ниско ниво. Отпадъците с ниско ниво се състоят главно от елементи като защитно облекло и лабораторно оборудване, които са влезли в контакт с радиоактивни материали.
Има няколко предложения за съхранение на радиоактивни отпадъци не чрез унищожаване, а чрез "безопасна" изолация. Най-често обсъжданите методи са изхвърляне на отпадъци в космоса, депониране на дъното на океаните или дълбоко отлагане на много километри под повърхността на Земята. Като решение на проблема с радиоактивните отпадъци понякога се споменава капсулирането му в смола, бетон, сол, стъкло или керамични материали. Този процес обаче няма да унищожи отпадъците, а само ще ги втвърди и ще позволи по-добро съхранение и ще подобри временната им изолация. Но самият проблем ще бъде прехвърлен върху плещите на бъдещите поколения. Освен това никой не може да гарантира способността на сегашните методи за изолиране на радиоактивни отпадъци за 100, 1000 или 10 000 години.
Силно радиоактивните отпадъци са смъртоносно опасни от хиляди години. Следователно се отърваме от него под формата на съхранение, той се запечатва в стъкло и се съхранява в контейнери. Във всяка страна обаче това е различна форма на съхранение. Може би най-добрият начин за изхвърляне на тези отпадъци е, когато радиоактивните отпадъци се запечатват в стъклени цилиндри и се съхраняват дълбоко в земята. Във Франция този метод се използва от 1978 г. Някои от радиоактивните отпадъци могат да проникнат на повърхността най-рано след милион години. За толкова дълго време обаче той се разпада на относително безвредни вещества. Отпадъците трябва да бъдат скрити под толкова много слоеве, че бягството им през разглеждания период от време би било напълно невъзможно.
Единственото задоволително решение на проблема с радиоактивните отпадъци би било пълното му унищожаване. Към днешна дата е известен единственият метод за такова унищожаване, който е "трансмутация", т.е. превръщането на опасни дълготрайни радионуклиди в краткотрайни радионуклиди и накрая в вещество, което вече не би било радиоактивно. Трансмутацията е теоретично възможна, но на практика не е осъществима поради необходимите огромни количества енергия, по-голяма от печалбата от реакцията на делене в реактора.
Всъщност няма приемливо и практично решение на този проблем и дори не е постижимо в близко бъдеще. Всички решения, предлагани в момента за ядрената индустрия, са като "почистване на помещението и измиване на мръсотия под килима".
Най-доброто решение за бъдещето е да гарантираме, че вече няма да произвеждаме повече ядрени отпадъци никъде по света.
Атомна електроцентрала в Дуковани
Атомна електроцентрала в Южен Тексас
Облицовъчна пещ за радиоактивни отпадъци