ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УРАНА В АТОМНОЙ ТЕХНИКЕ

ВВЕДЕНИЕ

ПРЕДМЕТ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ УРАНА

Технология — это научная дисциплина, разрабатывающая и совершенствующая приемы и способы, так называемые технологические процессы получения, обработки или переработки сырья, полуфабрикатов, изделий, при которых происходит качественное изменение обрабатываемых объектов.

Существует определение технологии, данное Д. И. Менделеевым, где особо подчеркивается роль экономики, нахождения и разработки наиболее экономичных методов переработки продуктов, или, выражаясь современным языком, нахождения оптимального алгоритма процесса.

Химическая технология — наука о наиболее экономичных методах и процессах химической переработки сырья в продукты потребления и средства производства.Она основана на процессах, ведущих к изменению состава, строения и свойств исходных продуктов и осуществляемых в результате химических реакций.

Химическая технология изучает массовое производство продуктов с помощью технически целесообразных и экономически выгодных методов и приемов. В задачу химической технологии входит исследование физико-химических условий производственных процессов и вспомогательных операций, разработка схем технологических процессов, определение принципиальных конструкций аппаратов и приборов и выбор материалов для их изготовления.

Основные элементы всякого химико-технологического процесса - сырье, энергия и аппаратура, рассматриваемые в тесной связи друг с другом и с учетом изменяющихся условий экономики, достижений науки и техники. Все сказанное выше относится к урану и его соединениям, к целому ряду соединений урана особой, ядерной чистоты, необходимых в атомной технике, основателем которой по праву считается И. В. Курчатов.

Химическая технология урана является наукой о методах и процессах химической переработки природных урановых руд в конечную продукцию — металлический уран, окислы урана, фториды и другие соединения урана высокой степени чистоты. В современной атомной технике уран применяют в качестве основного источника ядерного топлива, причем используют системы на основе как самого металлического урана, так и его соединений. Среди конечной, так называемой товарной продукции урановой технологии выделяют три вида: металлический уран, двуокись урана и гексафторид урана, как наиболее важные продукты, определяющие направления дальнейшего использования урана в атомной технике и удовлетворяющие определенным строгим кондициям.

Многообразие форм конечных и промежуточных соединений урана, а, следовательно, технологических методов, многочисленность стадий и производственных переделов, высокие требования к качеству конечной продукции обусловливают сложность технологии урана, требующей в связи с этим глубоких теоретических, в частности физико-химических, обоснований. В химической технологии ядерного топлива и вообще в технологии атомных материалов технология урана занимает важное место.

Таковы предмет и содержание курса химической технологии урана.

КРАТКАЯ ИСТОРИЯ УРАНА

Уран - 92-й элемент Периодической системы Д. И. Менделеева, последний и самый тяжелый из существующих в природе. Это один из самых популярных в наши дни элементов, основа атомной энергетики, исходный материал для атомной и водородной бомб, для многочисленных тепловыделяющих элементов атомно-энергетических установок, атомных электростанций, атомных подводных лодок, атомных ледоколов.

Надо отдать должное прозорливости древних греков. Ведь в греческой мифологии Уран - сын богини земли Геи, отец титанов и сторуких исполинов.

В наше время уран помог раскрыть тайны атома, стал источником невиданной мощи. Он - основа «современной алхимии», превращения элементов и получения новых, невиданных, искусственных элементов: трансуранов Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Fm, Md (No), (Lr), Ku, 105, 106 и 107-го элементов.

Почти 190 лет назад, в 1789 г., берлинский химик М. Клапрот открыл в так называемой смоляной руде одного из саксонских месторождений (сейчас Яхимово, ЧССР) новый для того времени элемент. Клапрот назвал его ураном (Uranium) в честь планеты Уран, незадолго до этого открытой астрономом В. Гершелем (1781 г.).

Клапрот выделил уран из природной желтой трехокиси урана UO₃ восстановлением углем при высокой температуре: UO₃+С. Судя по описанию, он получил полуметаллическое вещество с металлическим блеском. В течение более 50 лет считалось, что Клапрот выделил чистое вещество — элемент уран.

Однако позднее, в 1841 г., произошло второе рождение урана. Французский ученый Э. Пелиго обнаружил, что в «уране» Клапрота заключается кислород, потому что при прокаливании смеси его с углем в струе хлора образовывались СО и СО₂ по реакциям

UO₂ + C + 2Cl₂ ® UCl₄ + CO₂;

UO₂ + 2C + 2Cl₂ ® UCl₄ + 2CO.

Восстановлением тетрахлорида урана металлическим калием Пелиго затем удалось получить чистый металлический уран:

UCl₄ + 4K ® 4KCl + U.

После работ Пелиго считали, что атомный вес урана 120, т. е. почти вдвое меньше, чем в действительности. Исправление этой ошибки путем удвоения величины атомного веса урана впервые было сделано Д. И. Менделеевым в первом издании «Основ химии» в 1871 г., потому что при атомном весе 120 урану не находилось места в периодической системе элементов. Впоследствии при определении плотности паров UCl₄, UBr₄ и др. смелое предвидение Д. И. Менделеева полностью подтвердилось.

В 1896 г. французский ученый А. Беккерель, исследуя соли урана, случайно положил их на завернутую в темную бумагу фотопластинку и так впервые обнаружил явление радиоактивности. Это важное открытие положило начало многочисленным исследованиям, имевшим огромное значение для дальнейшего развития науки и техники. (Второе величайшее научное открытие, связанное с ураном,— деление ядер тяжелых элементов под действием нейтронов — относится к более позднему периоду.)

Позднее, в 1903 г., Д. И. Менделеев указывал на огромное значение урана как элемента с наивысшим атомным весом, сыгравшего исключительную роль в открытии радиоактивности. Он писал: «Убежденный в том, что исследование урана поведет еще ко многим новым открытиям, я смело рекомендую тем, кто ищет новых предметов для исследования, особо тщательно заниматься урановыми соединениями». Это высказывание Менделеева представляет собой как бы напутствие молодым поколениям химиков и подтверждает замечательную научную интуицию великого ученого. Менделеев проделал некоторые эксперименты и охарактеризовал окислы, галогениды и некоторые другие соединения урана в свете периодического закона. Поэтому Д. И. Менделеева можно с полным основанием считать одним из основоположников химии и химической технологии урана.

Следует отметить также большую роль и других русских ученых в развитии химии урана. В 1910 г. Академиком В. И. Вернадским были начаты работы по обнаружению и изучению природных радиоактивных веществ, в частности урана, в нашей стране. Позднее эти исследования продолжили А. Е. Ферсман и К. А. Ненадкевич.

Знаменательно, что еще в 1911 г. В. И. Вернадским было предсказано широкое использование энергии радиоактивного распада, т. е. атомной энергии. Он говорил: «Благодаря открытию радиоактивности мы узнали новый источник энергии. Этим источником являются химические элементы. Перед нами открыты источники энергии, перед которыми по силе и значению бледнеют силы пара, силы электричества, силы взрывчатых химических процессов».

Говоря о выдающихся русских ученых, работающих в области химии урана, нельзя не назвать имя замечательного русского советского ученого радиохимика Героя Социалистического Труда академика В. Г. Хлопина (1890—1950) - основоположника и главы советской радиохимической школы. В. Г. Хлопин, как никто другой, внес большой вклад в успешное решение атомной проблемы в СССР. До сих пор результаты некоторых его работ, в частности по урану, имеют огромное научное и практическое значение и используются специалистами в научной и инженерной деятельности.

Долгое время после открытия уран и урановые соединения имели довольно ограниченное практическое применение. Мало привлекал уран и внимание ученых. Несколько позднее его все же стали использовать, например, для окраски стекол фонарей семафоров и светофоров в красный и зеленый цвет. Некоторые соли урана служили катализаторами химических реакций (органический синтез, окисление ароматических углеводородов). Соли урана применяли в фотографии для окрашивания позитивных изображений в приятный коричневый цвет. Известно, что добавление небольшого количества урана в сталь повышает ее твердость и кислотостойкость, а сплав, содержащий примерно 66% U и 33% Ni, устойчив даже в царской водке.

Поэтому прежде урановыми рудами интересовались не ради самого урана, а ради его неизменного спутника — радия, содержание которого в урановых рудах составляет 1 г на 3 г руды, т. е. примерно 300—400 мг в 1 т. При добыче радия из урановой руды урановые отходы сбрасывали в отвал.

В течение 33 лет (1906—1939) на земном шаре было получено всего 1000 г радия и попутно добыто 4000 т урана. Такое количество урана превышало потребность в нем, поэтому значительная часть урана не использовалась и шла в отвал. Такое положение сохранялось почти до конца второй мировой войны. Но вот из урана старых канадских отходов были изготовлены и в 1945 г. взорваны первые американские атомные бомбы. Это послужило началом бурного развития добычи урана в последующие годы:

годы	Добыча урана (без СССР), т
1906-1939	4000 (в среднем 120 г/год)
1940-1950	2000 (в среднем 200т/год)
1956	10000
1957	17000
1958	25000
1959	30000
1960	40000

За 13 лет добыча урана увеличилась с 200 до 40000 т в год, т. е. в 200 раз! В годы наивысшего подъема добычи урана в зарубежных странах были построены и действовали многочисленные урановые заводы: в США—28, в Канаде— 19, в ЮАР—17, в Австралии — 6, во Франции — 6 и по крайней мере по одному урановому заводу в Англии, Индии, Аргентине, Швеции, Италии, ФРГ, Испании, Португалии, Габоне, Японии, Мексике, Бразилии, Конго (Заир), некоторых других странах. Всего к этому времени в зарубежных странах было построено около сотни заводов только по первичной переработке урановых руд. Их суммарная мощность достигала почти 48000 т в год (по U₃O₈).

Итак, в истории урана можно различать четыре периода.

1. От открытия в 1789 г. Клапротом урана в форме окисла до выделения в 1841 г. Пелиго металлического урана.

2. От 1841 г. до открытия Д. И. Менделеевым периодического закона и установления правильного атомного веса урана и его места в периодической системе элементов (1869—1871гг.).

3. От 1871 г. до 40-х годов XX века, когда началось использование урана как источника ядерной энергии.

4. От начала 40-х годов XX века до наших дней. Этот последний период — время бурного развития производства и применения урана.

Таким образом, уран, в течение всего XIX и первой половине XX века почти не привлекавший к себе внимания ученых, в последние 30 лет приобрел исключительно важное значение в связи с проблемой получения и использования атомной энергии.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УРАНА В АТОМНОЙ ТЕХНИКЕ

Использование урана в атомной технике основано на замечательных специфических свойствах урана, отличных от свойств многих других цветных и редких металлов -радиоактивном распаде и способности расщепляться под действием нейтронов с выделением большого количества энергии.

Природный уран, т. е. уран в том виде, в каком он встречается в природе, представляет собой смесь трех изотопов: ²³⁴U, ²³⁵U и ²³⁸U. Относительное содержание этих изотопов в природном уране: ²³⁴U -0.0057%, ²³⁵U -0.7204% и ²³⁸U - 99,2739%. Существуют и другие изотопы урана (всего их 14), но их получают искусственным путем.

Изотоп ²³⁵Uи имеет совершенно особые свойства и особое значение. Как было показано в начале 1939 г., он делится на медленных нейтронах с выделением огромного количества энергии. Это деление ядра урана сопровождается вылетом большего числа нейтронов, чем было затрачено на деление. Ядерная реакция имеет вид

²³⁵U + ¹₀n ® x + y + (2-3)¹₀n + Q,

где x и y—продукты деления урана.

Советские физики Ю. Б. Харитон и Я. Б. Зельдович в 1940г. первыми в мире предложили расчет цепной ядерной реакции деления. В этот же период К. А. Петржак и Г. Н. Флеров обнаружили спонтанное деление ядер атомов урана, что свидетельствовало о возможности первоначального возбуждения цепной реакции деления урана без внешних источников нейтронов. Еще в довоенные годы И. В. Курчатов провел всесторонний анализ различных путей практического осуществления цепной реакции деления урана.

При делении ядер ²³⁵U на 1 кг этого изотопа выделяется энергия, эквивалентная взрыву 20 тыс. т тринитротолуола (21900 млн. кВт-ч), что и является основой создания нового вида оружия - ядерной бомбы и использования урана как мощного источника энергии для промышленных целей.

Способность к делению ²³⁵U может быть использована не только для получения огромного количества энергии, но и для синтеза важных актиноидных трансурановых элементов.

Природный уран может быть использован для производства нейтронов в больших реакторах, где осуществляется цепная реакция, которая поддерживается вследствие постоянного воспроизводства нейтронов, образующихся при делении ²³⁵U, являющегося первичным ядерным топливом.

Избыток нейтронов может захватываться естественным изотопом ²³⁸U, в результате чего образуется новый искусственный элемент плутоний,— вторичное ядерное топливо:

b^-b^-

²³⁵₉₂U + ¹₀n ® ²³⁹₉₂U ¾ ® ²³⁵₉₃Np ¾ ® ²³⁹₉₄Pu.

Таким образом, наиболее распространенный изотоп ²³⁸U может превращаться в ²³⁹Pu, который, будучи выделен, способен делиться на быстрых нейтронах. Мы знаем, что одна из бомб, сброшенных на японские города Хиросиму и Нагасаки в -1945 г., была урановая, а другая - плутониевая.

Следует упомянуть о ²³³U — искусственном изотопе урана, который также является вторичным ядерным топливом. Он получается из природного тория по реакции

b^-b^-

²³²₉₀Th + ¹₀n ® ²³³₉₀Th ¾ ® ²³³₉₁Pa ¾ ® ²³³₉₂U.

По своим свойствам ²³³U очень близок к ²³⁵U и ²³⁹Pu. Однако в настоящее время по некоторым причинам торий и получаемый из него ²³³U мало применяются в атомной технике. Два основных вида ядерного топлива — изотопы ²³⁵U и ²³⁹Pu. Задача сводится к получению их из природного урана, точнее из урановой руды, и выделению в чистейшем (ядерно-чистом) виде.

В качестве ядерного топлива могут быть использованы системы на основе как металлического урана, так и некоторых его соединений. В первом случае наиболее применимы: 1) компактный металлический уран; 2) сплавы урана с Al, Zr, Mo, Ni, Nb и др.; 3) расплавы урана в металлах, например в висмуте; 4) суспензии урановых интерметаллидов, например UPb₃ в жидком висмуте (во всех случаях необходим чистейший металлический уран).

Широко применяют и некоторые жаропрочные и коррозионно-стойкие соединения урана, например двуокись урана UO₂ (более радиационно-стойкую, чем металл) используют или в чистом виде, или в виде керамики, полученной прессованием и спеканием порошка UO₂ и ряда других окислов. Весьма перспективными соединениями признаны карбиды урана UС, U₂C₃, UC₂, нитриды урана UN, U₂N₃, UN₂, силициды U₃Si, U₃Si₂, арсениды UAs, U₂As, фосфиды UP, U₃P₄ и др. В так называемых гомогенных реакторах возможно использование растворов сульфата или нитрата уранила, а также тончайшей суспензии UO₂ в тяжелой воде. Есть предложения использовать для ядерных реакторов расплавы, содержащие тетрафторид урана UF₄, и даже газообразный UF₆.

Как уже указывалось, из двух изотопов ²³⁸U и ²³⁵U лишь ²³⁵U является ядерным топливом. В природной смеси, где много ²³⁸U и мало ²³⁵U, количество выделяемых нейтронов мало, и цепная реакция не всегда возможна. Увеличения мощности потока нейтронов достигают обогащением смеси легким изотопом, иначе говоря, отделением ²³⁵U от массы ²³⁸U. Для этого разработан эффективный способ газовой диффузии, а также метод центрифугирования с использованием единственного устойчивого соединения урана, которое при обычной температуре (но пониженном давлении) находится в газообразном состоянии,— гексафторида урана UF₆. Как металлический уран, так и UF₆ получают из тетрафторида урана UF₄. Таким образом, получение UF₄и UF₆ является важной задачей технологии урана.

Современная урановая промышленность — крупнейшая новая и быстро развивающаяся отрасль химико-металлургической промышленности, в которой сконцентрированы последние достижения химической технологии, гидрометаллургии, автоматизации, кибернетики, приборостроения, контрольно-измерительной и вычислительной техники. Она является одной из самых передовых среди других отраслей химической индустрии в некоторых промышленно развитых странах. В урановой промышленности широко применяют новые процессы — ионный обмен на синтетических ионообменных смолах; жидкостную экстракцию органическими растворителями, включая фосфорорганические соединения, амины и др.; используют высокопроизводительное оборудование, совершенную аппаратуру.

В СССР за последние три десятилетия создана совершенно новая отрасль индустрии — советская атомная промышленность. Построены современные горнорудные предприятия по добыче и обогащению урановых руд. Пущены заводы по переработке урановых руд химическими методами с широким применением ионообменной сорбции и экстракции. Действуют аффинажные заводы с применением тонкой химической очистки до ядерных кондиций, заводы по производству металлического урана и некоторых его соединений (UO₂, UF₆) исключительной чистоты (с содержанием примесей 10^-5 – 10^-6 %). Построены ядерные реакторы, атомные электростанции. Организованы уникальные производства урана-235 и плутония-239. Методами «современной алхимии» получены многие трансурановые элементы.

Быстрому развитию урановой промышленности в капиталистическом мире в период 1940—1960 гг. способствовали использование урана для военных целей, гонка вооружения и политика «холодной войны», проводимая США и ее союзниками по военным блокам. А затем наступил крах этой политики, в чем огромная историческая победа мирной политики КПСС и Советского правительства. Стало ясно, что мечты империалистов о развязывании третьей мировой войны не имеют под собой реальной почвы. Создание огромных запасов неиспользуемого атомного оружия привело к уменьшению спроса на уран и сокращению его производства. Мир «насытился» атомным оружием, и потребность в уране уменьшилась. Максимальное количество урана было произведено в 1960 г., а к 1966 г. его производство снизилось до 43% этого количества, что сопровождалось закрытием и консервацией некоторых урановых заводов или их работой не на полную мощность. В капиталистических странах число действующих урановых заводов сократилось вдвое.

Естественно, что в условиях кризисной ситуации темпы научно-технического прогресса в урановой промышленности капиталистических стран замедлились и совершенствование технологии в этот период по существу остановилось. Такое положение сохранялось в течение нескольких лет.

Однако примерно с 1967 г. наметился, правда, довольно медленный, рост производства урана. Совершенно определенно проявилась качественно новая тенденция развития потребления урана и использования атомной энергии, обусловивших новый подъем производства. Речь идет о мирном использовании атомной энергии. Теперьуран понадобился для развивающейся атомной энергетики.

Силы атома поистине неисчерпаемы. И мы справедливо связываем будущее человечества, колоссальное развитие производительных сил с использованием атомной энергии в мирных целях.

Использование атомной энергии на основе процессов деления ядер урана весьма перспективно для энергетики будущего, более того — это основной путь ее развития на ближайшие десятилетия. Рост народонаселения нашей планеты, увеличение промышленного производства и соответственно потребления всех видов энергии заставляет настойчиво искать новые ресурсы обеспечения человечества источниками энергии.

Известный американский экономист Путмэн оценил темп роста мирового производства (а, следовательно, и потребления) энергии в будущем. В качестве укрупненной единицы потребляемой энергии он принял величину Q, равную 10¹⁸ BTU (британская тепловая единица—0,252 ккал), или 3^.10¹⁴ кВт-ч, что соответствует 38 млрд. т условного топлива, или, по энергосодержанию, 13 тыс. т урана-235. Все страны мира за всю историю до 1950 г. израсходовали 13 Q энергии, причем из них 4 Q только за последние 10 лет. По оценке Путмэна, человечество до 2050 г. израсходует 80 Q, что более чем в два раз превысит ныне разведанные запасы каменного угля, оцениваемые лишь в 32 Q. Запасы нефти на земном шаре намного меньше запасов угля и будут исчерпаны еще раньше. Прогнозы других ученых, в частности советских, не так пессимистичны, однако, так или иначе, в настоящее время можно уже говорить об исчерпании традиционных топливных ресурсов нашей планеты в будущем.

А вот запасы урана соответствуют ~575 Q, т. е. энергии, заключенной в уране, хватит не только на весь XXI век, но и намного дольше. Впоследствии человечество, несомненно, овладеет поистине неисчерпаемой термоядерной энергией морей и океанов.

Таким образом, использование атомной энергии на основе деления ядер урана (и плутония) весьма перспективно для энергетики ближайшего будущего — конца XX века. И дело тут даже не в размерах общих запасов топлива и гидроресурсов на земном шаре, а в том, что природные запасы угля, нефти, газа и т. п. распределены на Земле очень неравномерно. В некоторых странах чрезвычайно ограничены ресурсы ископаемого топлива, кроме того, они не имеют больших рек, водопадов и т. п. Примером таких «обиженных природой» стран являются Англия, ФРГ, Япония, в некоторой степени Франция и другие промышленно развитые страны с огромным потреблением электроэнергии. Во многих зарубежных странах, в том числе в США, в связи с угрозой истощения природных ресурсов возникает необходимость импорта топлива. И тут оказывается, что производство атомной энергии в некоторых случаях дешевле, чем импорт энергоресурсов.

Можно указать, что современной атомной электростанции мощностью 1 млн. кВт на 1 год работы требуется всего 30—50 т слабообогащенного (3—5%-ного) уранового топлива, которое может быть доставлено на АЭС в 3—4 вагонах или даже на самолетах. Чтобы произвести такое же количество электроэнергии на обычной тепловой электростанции, требуется не менее 2 млн. т нефти или около 3 млн. т каменного угля, для перевозки которых необходимо 1000-1500 железнодорожных эшелонов, т. е. примерно по вагону каждые 7 мин!

Немаловажное значение имеет и тот факт, что атомные электростанции на два или больше порядков, т. е. в сто, а то и в тысячу раз, меньше загрязняют атмосферу и водные бассейны, чем традиционные тепловые электростанции, т. е. загрязнение окружающей среды при работе атомных электростанций существенно ниже.

Можно возразить, что есть еще энергия Солнца, ветра, морских приливов, вулканов. Верно. Когда-нибудь человек научится использовать и эти источники энергии, но пока такие направления представляются мало реальными, лишенными инженерных, а главное, экономических решений.

Единственный источник, не просто сулящий неисчерпаемые возможности, но уже сегодня доказавший свою реальность и экономическую конкурентоспособность,— атомная энергия. Сто сорок атомных электростанций в 19 странах мира - это уже не фантастика, а практическая энергетика! Сейчас считается несомненным, что массовое использование атомной энергии в промышленности произойдет в конце XX века. Это прежде всего касается бурного развития атомной энергетики.

В этой связи следует вспомнить, что еще немного более двух десятилетий назад атомной энергетики вообще не существовало. Важно отметить, что именно СССР выступил пионером мирного использования ядерной энергетики. В 1954 г. в г. Обнинске, недалеко от Москвы, была пущена Первая в мире атомная электростанция. Лишь после ее успешного пуска капиталистические страны также обратились к строительству АЭС. Здесь уместно вспомнить замечательные слова академика И В. Курчатова: «Это только необходимость заставляет нас создавать ядерное оружие. Главное направление использования атомной энергии — ядерная энергетика!».

Первая АЭС имела очень небольшую мощность: всего 5000 кВт. Но это были первые в мире «атомные» киловатты! Если 24 года назад, до пуска Первой в мире АЭС, атомной энергетики вообще не было, то на 1 января 1976 г. в 19 странах мира действовало 140 АЭС общей мощностью почти 74200 МВт. К концу 1977 г., по данным МАГАТЭ, 200 действующих атомных реакторов мира дали более 10% всей электроэнергии, вырабатываемой на нашей планете. По оценхам, к 1985 г. эта доля увеличится примерно до 20%. К концу нашего столетия АЭС будут вырабатывать не менее 50% всей электроэнергии, производимой на земном шаре. Ведущими странами по развитию атомной энергетики в капиталистическом мире являются США, Англия, Франция, ФРГ, Канада и Япония.

Представляет интерес следующий прогноз развития мировой атомной энергетики (по данным МАГАТЭ, 1977 г.). Общая электрическая мощность АЭС мира (без социалистических стран) составит:

годы	Мощность АЭС, млн. кВт
1980	150 – 180
1985	310 – 415
1990	520 – 720
2000	1000 - 1900

Строительство АЭС на уране (природном или обогащенном) в настоящее время ведется в более чем 45 государствах мира, в том числе в большинстве социалистических стран. Практика последних лет показала экономическую конкурентоспособность АЭС по сравнению с тепловыми электростанциями на органическом топливе. Себестоимость 1 кВт-ч выработанной электроэнергии на АЭС в некоторых случаях существенно меньше себестоимости 1 кВт-ч электроэнергии, полученной на традиционных тепловых электростанциях (например, в США в 1,5 - 1,6 раза).

Экономическая эффективность атомной энергетики особенно возросла в период 1973-1975 гг., когда в капиталистическом мире разразился энергетический кризис, вызванный ростом цен на природное топливо - нефть и газ. В 1973 г. во всем мире было введено в строй АЭС общей мощностью 4840 МВт, в 1974 г.- 7570 МВт, в 1975-более 26 000 МВт.

Результатом развития атомной энергетики является новое оживление геологических разведок урановых руд, их добычи и производства урана. Согласно ориентировочным прогнозам, после восстановления в ближайшие годы в капиталистических и развивающихся странах Прежнего максимального годового уровня добычи урана 40 тыс. т последует дальнейшее увеличение его примерно до 60 тыс. т к 1980 г. и до 120 тыс. т к 1990 г. (рис. 4).

АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА В СССР

Успешно развивается атомная энергетика в Советском Союзе, где в течение вот уже нескольких лет работают АЭС (Сибирская, Белоярская, Нововоронежская, Ульяновская). Директивами XXIV съезда КПСС на 1971-1975 гг. было предусмотрено значительное дальнейшее развитие атомной энергетики в нашей стране путем строительства новых крупных АЭС и расширения существующих. К концу девятой пятилетки мощность действующих в СССР АЭС составила 6—8 млн. кВт. Вошла в строй первая очередь крупнейшей в СССР и Европе Ленинградской АЭС им. В. И. Ленина (ЛАЭС) электрической мощностью 2 млн. кВт. В г. Шевченко на восточном побережье Каспийского моря пущена крупнейшая в Европе и мире опытно-промышленная АЭС с реактором на быстрых нейтронах электрической мощностью 350 МВт. Ее назначение - обеспечить пресной водой, теплом и электрической энергией этот район. Дали ток Кольская и Билибинская АЭС. Успешно эксплуатируются мощные атомные ледоколы «Ленин», «Арктика», к открытию XXV съезда КПСС, был спущен на воду атомный ледокол «Сибирь».

XXV съезд КПСС определил основные задачи развития советской энергетики в десятой пятилетке. Предусмотрено строительство и ввод в эксплуатацию новых АЭС единичной электрической мощностью реактора 1 млн. кВт - Курской, Чернобыльской, Смоленской, Нововоронежской (пятого блока), Калининской, Ровенской, Армянской и др. Будет построена также Игналинская АЭС с реакторами электрической мощностью 1,5 млн. кВт каждый. С вводом второй очереди общая электрическая мощность ЛАЭС достигнет 4 млн. кВт. Атомная энергетика получит опережающее развитие в Европейской части СССР, где эксплуатация АЭС наиболее целесообразна с экономической точки зрения. Здесь будет осуществлена программа строительства атомных электростанций общей мощностью 13-15 млн. кВт. Таким образом, одну пятую часть вводимых электроэнергетических мощностей в СССР составят АЭС, что наглядно свидетельствует о растущем вкладе атомной энергетики в производстве электроэнергии. Естественно, что в последующие десятилетия до конца XX века масштабы темпы строительства АЭС в нашей стране еще более увеличатся.

Для сравнения укажем, что на 1 января 1976 г. установленная мощность электростанций нашей страны достигла более 220 млн. кВт. Стоит вспомнить, что общая мощность 30 электростанций, намеченных к строительству по Ленинскому плану ГОЭЛРО, составляла 1,4 млн. кВт. В настоящее время мощность наиболее крупных гидроэлектростанций равна:

Днепрогэс	675 тыс. кВт
Днепрогэс II	675 тыс. кВт
Куйбышевская ГЭС	2,1 млн. кВт
Волжская	2,5 млн. кВт
Братская	4,0 млн. кВт
Красноярская	6,0 млн. кВт

Научно-технические достижения СССР в атомной энергетике широко используются в странах—членах СЭВ. Построены и сооружаются АЭС в Народной Республике Болгарии, Венгерской Народной Республике, Германской Демократической Республике, Чехословацкой Социалистической Республике и др. Советский Союз оказывает этим странам, а также Финляндии огромную помощь. Достаточно сказать, что при сооружении АЭС используют советские ядерные реакторы ВВЭР-440, предусмотрены также, что все ядерное топливо будет поступать из СССР.

Программа дальнейшего развития атомной энергетики в СССР и странах социалистического содружества требует соответствующего увеличения добычи, переработки и производства урана и его соединений, получения соединений урана, обогащенных легким изотопом уран-235, а также совершенствования: химической переработки облученного ядерного топлива.

§ 5. ТЕХНОЛОГИЯ УРАНА В ОБЩЕЙ СХЕМЕ ПРОИЗВОДСТВА АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ

Проблема использования атомной энергии потребовала создания новых отраслей промышленности, связанных с производством исходного ядерного топлива - урана, материалов для реакторостроения, переработкой облученного ядерного топлива. I

В настоящее время атомная промышленность в наиболее развитых промышленных странах представляет сложный, многостадийный и чрезвычайно разветвленный комплекс самых разнообразных производств (топливный цикл). Топливный цикл - совокупность операций, включающих следующие главные стадии общего технологического процесса: приготовление ядерного топлива из природного сырья, сжигание его в ядерном реакторе, хранение (выдержка) облученного ядерного топлива, регенерация (переработка) отработавшего топлива с получением новых, ценных продуктов.

Типичный комплекс технологии ядерного топлива показан на схеме (рис. 5), из которой видны основные разделы технологии урана, изучаемые в настоящем курсе: 1) сырьевая база уранового производства; 2) механическая обработка руд и получение урановорудных концентратов; 3) получение богатых химических концентратов урана; 4) аффинаж и получение ядерно-чистых соединений урана; 5) производство и переработка фтористых солей урана; 6) производство металлического урана.

Остальные вопросы технологии ядерного топлива рассматриваются в курсе «Технология облученного ядерного горючего» и др.

Приготовление твэлов, разделение изотопов урана, работа ядерных реакторов будут рассмотрены кратко, как не относящиеся непосредственно к специальности.

УРАНОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

Ресурсы и масштабы производства урана. Урановая промышленность как отрасль народного хозяйства зародилась и стала развиваться в ряде промышленно развитых стран с конца второй мировой войны. О необыкновенно высоких темпах производства урана в зарубежных странах в этот период упоминалось выше.

Производство урана в капиталистическом мире в годы наибольшего подъема уранового производства (1959—1960) характеризуется следующими данными:

страна	Объем, тыс. т
США	15 – 16
Канада	9 – 15
ЮАР	5 – 6
Австралия	1 – 1,1
Франция	1 – 1,2
Прочие страны	1
Всего	40

Следовательно, основными производителями урана являлись США и Канада, на их долю приходилось производство 2/3 всего урана в капиталистическом мире. Среди европейских стран следует выделить Францию, которая в течение многих лет настойчиво и последовательно развивает свою атомную промышленность и наращивает атомный потенциал. Англия использует в основном уран Австралии, ЮАР и частично Канады.

В капиталистических странах добычу урана фактически монополизировали США. За первые 23 года использования атомной энергии США произвели 220 тыс. т урана, значительная часть которого была израсходована на военные цели. К этому надо добавить использование США урана, добываемого в Канаде, ЮАР, Австралии и других странах. Подчинение мировой урановой промышленности американским монополиям достигается как заключением долгосрочных договоров на приобретение исключительного права использования добытой урановой руды и полученных из нее урановых химических концентратов, так и прямым участием в деле. Достаточно указать, что за последние 30 лет капиталовложения США в экономику ЮАР увеличились в 30 раз.

Как уже указывалось, резкий подъем производства урана в капиталистическом мире в пятидесятые годы был вызван гонкой вооружений, разгулом холодной войны. Последующие годы урановая промышленность капиталистических стран функционировала в условиях резкого превышения предложения над спросом, что привело к своего рода кризису в урановом производстве. В 1968-1973 гг. производство урановых химических концентратов в основных уранодобывающих капиталистически странах оставалось на довольно невысоком уровне (рис. 6).

В табл. 1-3 приведены данные о добыче урановой руды, количестве и мощности предприятий по переработке урановой руды и производстве урановых химических концентратов в капиталистических странах.

Таблица 1

Дата добавления: 2019-02-26; просмотров: 470; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!