Вес урана планеты: Планета Уран

Содержание

Планета Уран

Планета Уран обязана своим открытием Гершелю, изучавшему небосвод в сконструированный им телескоп.

История открытия

До своего открытия, планета Уран была неоднократно замечена и ошибочно причислена к звездам. Среди неподвижных небесных тел английский астроном заметил одно, движущееся по траектории и отличающееся от остальных по цвету. Так, в конце XVIII века была обнаружена новая планета. В выбранном названии первооткрыватель хотел прославить короля Георга III, но его идея не имела успеха. Спустя несколько лет немец Боне, продолживший изучение неизвестного тела, предложил имя греческого бога – Уран, которое было признано общественностью.

Местонахождение

Уран в телескоп Хаббл

Урану так долго удавалось оставаться незамеченным из-за его исключительной отдаленности от светила. Расстояние от Солнца до далекого гиганта составляет 2,8 млрд. км. Это седьмая планета в нашей системе. Астрономы определяют ее в группу газовых гигантов. Колоссальное расстояние от источника тепла и энергии сделало Уран самой холодной планетой среди всех изученных. На поверхности гиганта зафиксированы рекордно низкие данные температуры, она опускается до -220 градусов по Цельсию.

Особенности планеты

Инфракрасный снимок Урана ESO

Уран уникален по своему расположению, его ось находится под наклоном в 98 градусов, что заставляет оригинальную планету совершать движение по орбите, лежа на боку. В таком положении на области полюсов направлен основной поток солнечной энергии, но, в разрез с логическими выводами, температура на участке экватора имеет более высокие показатели. Направление вращения ледяного гиганта обратное, по отношению к движению по орбите. Один оборот Уран делает за 84 земных года, а сутки проходят за 17 часов, этот срок вычисляется приблизительно по причине неравномерного перемещения газообразной поверхности.

Особенности строения и атмосферы

Атмосфера Урана

Масса небесного тела составляет 8,68х10 в 25 кг, она меньше, чем вес газовых гигантов, расположенных поблизости. Это обусловлено минимальной плотностью планеты – 1,27 г/см3, имеющей в основе легкие компоненты. Ее строение включает ядро из железа и камня; мантию – ледяной корпус, составляющий большую часть гиганта, и атмосферу. Эта модель разработана теоретически, ее основанием стало изучение гравитационного воздействия Урана на спутники. Эффектное голубое сияние планете придает наличие в верхних слоях частиц метана, его массовая доля составляет 2%. Основой газовой оболочки является водород – 82% и гелий – 15%. Оставшуюся часть делят аммиак и ацетилен. Мантия не является ледяной оболочкой в физическом понимании – это модифицированная смесь воды и аммиака. На планете нет твердой поверхности, этот уровень вычисляется условно исходя из показателей давления.

Нижняя область атмосферы динамична и подвержена ураганным ветрам. Над ней расположена тропопауза с облаками аммиака и сероводорода. Сезоны на Уране длятся несколько лет, в этот период одно полушарие лишено солнечного света. Магнитное поле планеты мощное и сложное, его ось смещена от оси вращения на 60 градусов.

Кольца Урана

Внутренние кольца Урана

Планета окружена собственной системой колец, состоящих из частиц различного диаметра. Имея темный цвет, они не выделяются и плохо заметны. Их рассмотрели только в 1977 году. Насчитывается 13 колец – 11 внутренних и 2 внешних, имеющих окрашенный спектр.

Спутники

Уран, кольца и спутники, снимок телескопа Кек

Уран не одинок в космических просторах, его компанию разделяют 27 крупных и мелких спутников. Два из них обнаружил в 1787 году Уильям Гершель, спустя 80 лет открыли следующую пару. Последний из пяти крупных спутников заметили почти через столетие. Эти космические объекты имеют форму шара, их тела созданы изо льда и камня. Каждый из них имеет свои особенности: Миранда – ближайшая к Урану луна, Умбриэль – имеет очень темную поверхность, Ариэль – самый молодой и светлый, Оберон – изрезан кратерами, следами прошлой вулканической деятельности. Титания похожа размерами и внешним видом на Оберон – это два крупнейших спутника. Остальные 22 объекта были открыты позднее, при помощи мощных телескопов и аппарата «Вояджер – 2». Для названий принято использовать имена персонажей произведений Шекспира и Поупа.

Основные параметры планеты

Масса: 86,832 x 10*24 кг
Объем: 6833 х 10*10 км3
Средний радиус: 25362 км
Средний диаметр: 50724 км
Средняя плотность 1,270 г/см 3
Первая космическая скорость: 21,3 км/с
Ускорение свободного падения: 8.87 м/с 2
Естественных спутников: 27
Наличие колец — да
Большая полуось: 2872460000 км
Орбитальный период: 30685.4 дней
Перигелий: 2741300000 км
Афелий: 3003620000 км
Средняя орбитальная скорость: 6.81 км/с
Наклонение орбиты: 0,772 °
Эксцентриситет орбиты: 0,0457
Звездный период вращения: 17.24 часов
Продолжительность дня: 17.24 часов
Осевой наклон: 97,77 °
Дата открытия: 13 марта 1781
Минимальное расстояние от Земли: 2581900000 км
Максимальное расстояние от Земли: 3157300000 км
Максимальный видимый диаметр с Земли: 4.1 угловых секунды
Минимальный видимый диаметр с Земли: 3.3 угловых секунды
Максимальная звездная величина: 5.32

Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!

Просмотров записи: 29004

Запись опубликована: 21.12.2012
Автор: Максим Заболоцкий

Уран — планета солнечной системы

На чтение 3 мин. Опубликовано 31 мая 2019

Уран по счету является седьмой планетой Солнечной системы. Он также относится к планетам-гигантам. Однако размеры планеты Уран немного уступают размерам планет Юпитера и Сатурна.

Открыта планета была уже в Новое время астрономом из Великобритании Гершелем в 1781 году. Открыватель планеты Уран Гершель сначала думал назвать планету на честь короля Георга. Однако позже планете дали название на честь бога Древней Греции Урана, как и гласили установленные временем традиции.25 килограммов, ее диаметр – 51 тысяч километров, а радиус орбиты составляет 2,870,9 миллионов километров. Расстояние Урана к Солнцу очень большое. Оно приблизительно в 19 раз больше, чем расстояние Земли к Солнцу. Период оборачивания планеты по своей орбите составляет 84 года. Период оборачивания Урана вокруг своей оси длится 17 часов. Угол оси планеты составляет 7°. Такой небольшой градус угла Урана можно объяснить следующим образом: планета в прошлом столкнулась с каким-то большим небесным телом. Следует также отметить, что планета Уран вращается в обратную по своему движению сторону. Данная планета превосходит по своим размерам планету Земля приблизительно в 4 раза, а по весу – в 14 раз. Более подробную информацию о планете и других космических объектах можно узнать на сайте https://kosmogid.ru, где вы можете найти интересные материалы от передовых мировых космических агентств таких как NASA, Роскосмос, SAPCE-X и других центров космических исследований.

Соотношение размеров Земли и Урана

Атмосфера Урана состоит, как и атмосфера остальных планетов-гигантов, из гелия и водорода. А внутри планеты, как предполагают известные ученые, есть ядро из металлических и силикатных пород. Также в состав атмосферы Урана входит метан и много других различных примесей. Именно метан придает Урану голубоватый оттенок. На планете наблюдаются мощные ветра и плотные облака. Уран также имеет магнитное поле, такое же, как и планета Земля. Кольца Урана состоят из мелких твердых обломков.

Для исследований на планету Уран в 1986 году был послан один единственный космический аппарат – Вояджер-2.

Планета Уран имеет много спутников. Сегодня их общее количество составляет 27.

Схема колец Урана

Все они небольшие по размерам. Самые крупные спутники из всех спутников Урана носят названия Титания и Оберон, которые по своим размерам уступают Луне приблизительно в 2 раза. Также все спутники планеты Уран имеют небольшую плотность. А в состав их атмосферы входят разные примеси из камня и льда. Почти все спутники Урана имеют названия героев с пьес английского классика Вильяма Шекспира.

Уран планета — Справочник химика 21

Несмотря на крайне малый по сравнению с массой Земли вес, радиоактивные элементы, замыкающие периодическую систему, и, в первую очередь, торий и уран, играют громадную роль в тепловом балансе нашей планеты. Расчеты показывают, что большая часть тепла, идущего из глубин нашей планеты к поверхности, обусловлена радиоактивным распадом урана и тория. Расчет количества тепла, выделяющегося при радиоактивном распаде элементов, позволяет сделать интересные выводы о происхождении планетной системы и о [c.71]
Ускоренное движение вверх солнечной атмосферы с образованием грануляций, супергрануляций, вертикальных колебаний и спикул зависит от расстояния между Солнцем и планетами, а также интенсивности гравитационного излучения. Известно, что с увеличением эксцентриситета орбиты интенсивность гравитационного излучения быстро возрастает [11]. Поэтому в порядке убывания эксцентриситета (табл. 5) планеты можно расположить в следующий ряд Плутон > Меркурий > Марс > Сатурн > Юпитер > Уран > Земля > Нептун > Венера. Из этого ряда видно, что рост интенсивности излучения не совпадает со снижением радиуса орбиты. Очевидно, что Меркурий самая близкая планета к Солнцу и [c.75]

В этом варианте изучают влияние температуры или токовой нагрузки на емкость, напряжение и удельную энергию. Влияние температуры рекомендуется изучать на элементах 373 Орион или 316 Уран при разряде на постоянное сопротивление 5 и 10 Ом соответственно. Один из двух одинаковых элементов разряжается при комнатной температуре, другой — при пониженной (например, при —10 или 0°С). Выдержка в термостате при заданной температуре не превышает 30—40 мин, разряд проводят, не извлекая элемент из термостата. В аналогичных условиях испытывают батарею 3336 Планета , которую разряжают на сопротивление 5 Ом. Конечное напряжение элементов равно 0,75 В, батареи — 2,2 В.

[c.241]

Назван в честь планеты Уран] [c.203]

Планеты Уран и Нептун очень похожи друг на друга как по размерам, так по массе и плотности. Радиус почти в 3,5 раза больше радиуса Земли плотность вещества более чем в два раза выше плотности Сатурна. Они находятся на чрезвычайно больших расстояниях от Солнца уран удален от него на 2800 млн. км, Неп-гуи—на 4500 млн. К И. Обе планеты имеют плотные

[c.68]

Это был уран. Мартин Клапрот дал название этому радиоактивному элементу-металлу в честь недавно открытой планеты Уран. [c.226]

В англоязычной научно-технической литературе принято считать, что техника регистрации ИК-излучения берет свое начало в 1800 г. в работах сэра Уильяма Гершеля, астронома при дворе английского короля Георга III. При выполнении исследований, приведших к открытию планеты Уран 13 марта 1793 г., Гершель работал над защитой своих глаз от солнечного света и обнаружил эффект нагрева ртутного термометра, который был расположен за красной полосой спектра. [c.179]

Значительные количества метана содержатся в атмосфере тяжелых планет (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун). Эти планеты имеют восстановительную атмосферу, богатую водородом. Поэтому и углерод, и азот находятся на них в восстановленной форме в виде метана и аммиака соответственно. Содержание метана на тяжелых планетах так велико, что были предложены фантастические проекты его транспортировки в далеком будущем на Землю.

[c.136]

Как пи медленно выделяется урановое тепло, оно все-таки существенно подогревает Землю. Однако если бы в массе планеты концентрация урана была такой же, как в двадцатикилометровом верхнем слое, то температура Земли была бы намного выше существующей. Эти расчеты, подтвержденные прямыми измерениями (на больших глубинах вулканические породы беднее ураном), показывают, что по мере продвижения к центру Земли концентрация урана падает. [c.359]

Уран открыт в виде оксида иОг Клапротом в 17891-. [86] и назван в честь планеты Уран. [c.286]

Элемент был назван ими в честь планеты Нептун, которая подобно вновь полученному элементу, идущему следом за ураном в таблице Менделеева, следует за Ураном в Солнечной системе. [c.232]

Большое влияние на развитие естествознания, в том числе и химии, оказали труды шведского ученого К. Линнея (1707— 1778) — создателя системы классификации и номенклатуры растений и животных. Линней описал около 10 ООО растений, расположив их и назвав в соответствии с им самим разработанными принципами. Упомянем также о работах по электричеству В. Франклина (1706—1790) и об открытии астрономом Ф. В. Гершелем (1738—1822) планеты Уран.

[c.256]

Новый элемент был назван нептунием (символ Кр) по имени планеты Нептун, расположенной непосредственно за планетой Уран, от которой получил свое название элемент уран. Таким образом, нептуний был первым открытым трансурановым элементом. [c.178]

В дальнейшем новому элементу было дано название плутоний (символ Ри) по Плутону, второй планеты за Ураном, от которой получил свое название элемент уран. [c.181]

НЕПТУНИЙ (Neptunium, от названия планеты Нептун) Np — химический элемент с п. н. 93, ат. м. 237,0482, относится к группе актиноидов. Первый радиоактивный элемент, полученны) искусственно. Массовое число наиболее долгоживущего изотопа 237, период полураспада — 2 10 лет. В незначительном 1 оличестве содержится в урановых рудах. Н.— серебристый металл, в соединениях проявляет степень окисления +3, +4, +5, +6. С Н. начинается ряд трансурановых элементов, т. е. элементов, расположенных в периодической системе после урана. В связи с этим название Н. дапо по аналогии с расположением планет в солнечной системе (Нептун находится за Ураном). И. открыт американскими физиками Э. Мак-миланом и П. Абельсоном в 1940 г.

[c.173]

УРАН (Uranium, от названия планеты Уран) и — радиоактивный химический элемент П1 группы 7-го периода периодической системы элементов Д. И. Менделеева, п. н. 92, ат. м. 238,029, относится к группе актиноидов. Природный У. состоит из трех радиоактивных изотопов 238(j, или UI (99,2739%, Г.д = = 4,51 10 лет) или актиноуран A U (0,7205%, 7, д=7.108 лет) и M4U, или ип (0,0056%, Г,д = 2,48Х X 10 лет). Стабильных изотопов У. не имеет, изотопы и 2зби родона- [c.258]

В 1940 г. американские ученые Сиборг и Макмиллан изучали действие нейтронов на препарат (уранат аммония). Нейтроны получали на ускорителе действием ускоренных дейтонов на бериллий. Оказалось, что при облучении (нейтронами из Ве) ураната аммония получается в 1000 раз больше мощный поток нейтронов, чем исходный. Макмиллан с помощью совсем еще молодого сотрудника Абельсона определил, что получающийся новый элемент имел 7i/2=2,35 суток. Это был эзЫр (по названию планеты Нептуний, следующей за Ураном в солнечной системе).

[c.226]

Все планеты солнечной системы подразделяются на две группы. В одну из них входят планеты сравнительно небольп1Их размеров — Меркурий, Венера, Марс и Земля. Ко второй группе в основном относятся планеты-гиганты— Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. [c.65]

Первая важная дата в истории урана— 1789 г., когда немецкий натурфилософ и химик Мартхгн Генрих Клапрот восстановил извлеченную из саксонской смоляной руды золотисто-желтую землю до черного металлоподобного вещества. В честь самой далекой из известных тогда планет (открытой Уильямом Гершелем восемью годами раньше) Клапрот, считая новое вещество элементом, назвал его ураном.

[c.350]

После цепи замечательных открытий наступила пора решения сложнейших технических и технологических проблем. Нужно было в невиданных доселе масштабах добывать урановую руду, наладить металлургию нового важнейшего металла, из металла приготовить сплавы, стойкие к радиационным воздействиям и достаточно прочные, чтобы можно было готовить из них реакторные тепловыделяюш,ие элементы (твэлы). А еш,е нужно было научиться разделять изотопы элемента № 92, научиться работать с источниками радиоактивности, превосходящими во много раз естественную радиоактивность всего вещества нашей планеты, очищать облученный уран от осколков деления и вновь пускать его в дело…

[c.357]

Кадмиевый опыт однозначно подтвердил излучатель с периодом распада 2,3 суток не может быть продуктом деления. Это ядра нового элемента, элемента № 93, который Макмиллан предложил назвать нептунием. В солнечной системе за планетой Уран следует Нептун. Так и в ряду химических элементов за ураном (по-латыни uranium) следует нептуний (neptunium). [c.383]

На протяжении миллиардов лет развития планеты Земля абсолютно все живое и неживое на ней подвергается постоянному радиоактивному облучению от естественных источников радиации. Однако открьггие сущности физического явления радиоактивности, т. е. способности некоторых атомных ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра с испусканием частиц, датируется только 1896 г., когда французский ученый А. Беккерель обнаружил испускание природным ураном неизвестного проникающего излучения.

[c.3]

Уран (Солнечной системы с массой, превышающей земную в 14,5 раза. У. с 15 лунами имеет орбиту, лежащую между Сатурном и Нептуном. Его сидеральный период ( год ) длится 84 года, т-ра его пов-сти ок. -240°С. [c.220]

Т. С. Лебедев. УРАН (Uranium от назв. планеты Уран), и — радиоактивный хим. элемент III группы периодической системы элементов ат. н. 92, ат. м. 238,029 относится к актиноидам. Серебристобелый блестящий металл. В соедпие- [c.625]

После открытия в 1940 г. Мак-Миланом и Эйблсоном зэ р, являющегося р -излучателем, стало ясно, что его распад приводит к образованию элемента с порядковым номером 94. Однако вследствие очень большого периода полураспада первое время его идентифицировать не удавалось. В 1940 г. Сиборг, Мак-Милан, Кеннеди и Уолл получили изотоп элемента № 94 с массовым числом 238 бомбардировкой урана дейтронами на циклотроне и назвали его, как уран и нептуний, по имени следующей за Нептуном планеты солнечной системы Плутона — плутонием, Ри [c.382]

По данным спектральных наблюдений, метан присутствует в атмосферах внешних планет (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон). Так, атмосфера Юпитера состоит из паров воды, аммиака, метана и сероводорода. В атмосфере Сатурна метана, вероятно, больше, а аммиака меньше. Атмосфера Урана сходна с атмосферами Юпитера и Сатурна, но в ней преобладает метан. В атмосфере внешних планет кроме указанных газов есть водород, гелий, неон и аргон. В метеоритах (осколках астероидных тел) обнаружены (при их нагревании до 500 °С) не только СО2, СО, Hg, но и метан (от 0,7 до 8 %). Метан в количестве около 2 % был зафиксирован во время полета космического исследовательского корабля Вояджер (США) на Титане — спутнике Юпитера. [c.23]

В процессе весьма трудоемких и кропотливых исследований Клапроту удалось сделать несколько крупных отк]1Ытий. Так, в 1789 г. он открыл в смоляной руде землю, которая содержала новый, до того времени неизвестный металл. Клапрот назвал этот металл ураний (скоро этот металл стали называть просто ураном ) в честь открытия астрономом Гершелем планеты Уран. Несмотря на попытки восстановить урановую землю прокаливанием ее с бурой и углем, Клапроту не удалось выделить чистый металл. [c.399]

Изотоп также поглощает тепловые нейтроны, но он не расщепляется при этом, а обращается в сильно радиоа ктивный новый изотоп и2зэ Этот изотоп, выбрасывая р-частицу, с периодом полураспада 23 минуты превращается е элемент с порядковым номером 83 — нептуний (по названию планеты, следующей в солнечной системе за Ураном — Нептуна), а-нептуний, выбрасывая р-частицу, обращается в свою очередь с периодом полураспада 2,3 дня в элемент с порядковым номером 84 — плутоний (по названию наиболее отдаленной от Солнца планеты — Плутон). [c.133]

Первые новые искусственные элементы нептуний и плутоний, названия которых, как и уран, происходят от названий соответствующих планет, были получены в 1940 г. Мак-Милланом и Абельсоном, а также Сиборгом, Мак-Милланом, Кеннеди и Уолом соответственно при бомбардировке урана пучком частиц на циклотроне в Беркли. Оба элемента получают из отработанных топливных элементов ядерных реакторов, в которых они образуются при захвате нейтронов, возникающих при расщеплении [c.537]

В заключение коснемся происхождения названий новых элементов, полученных искусственным путем. Нептунию и плутонию вслед за ураном были даны названия планет, америций назван в честь Америки, что соответствует названию европий в ряду лантанидов кюрий был назван в честь семейства Кюри, так как соответствующий лантанид носит название в честь пионера в исследовании лантанидов — Гадолина берклий (от города Беркли) — гомолог тербия, названного по имени местечка Иттерби в Швеции, где были найдены лантанидные руды калифорний получил свое название в честь университета и штата, где был открыт этот элемент, эйнштейний и фермий названы в честь великих физиков Эйнштейна и Ферми, лоуренсий — в честь Лоуренса, создателя циклотрона, а менделевий — в честь великого русского творца периодической системы. [c.568]

Планеты Солнечной системы: восемь и одна

Пять ближайших к Земле планет — Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн — были известны с древности.

Меркурий – ближайшая к Солнцу планета, среднее расстояние от Солнца 0,387 а.е (58 млн км), а расстояние до Земли колеблется от 82 до 217 млн км. Меркурий движется вокруг Солнца по сильно вытянутой эллиптической орбите, плоскость которой наклонена к плоскости эклиптики под углом 7°. Средний радиус планеты составляет 2440 км, масса 3,3 на 10 в 23 степени кг (0,055 массы Земли), а плотность почти такая же, как у Земли (5,43 г/см3). Средняя скорость движения Меркурия по орбите — 47,9 км/с. Период обращения вокруг Солнца (меркурианский год) составляет около 88 суток, период вращения вокруг своей оси равен 58,6 суткам (меркурианские звездные сутки), продолжительность солнечных суток на Меркурии равна 176 земным суткам – двум меркурианским годам.

Поверхность Меркурия, подобно лунной, покрыта кратерами. Атмосфера очень разреженная. Меркурий обладает крупным железным ядром, являющимся источником магнитного поля, по своей совокупности составляющим 0,1 от земного. Температура на поверхности Меркурия колеблется от 90 до 700 К (−180…430 °C). Планета названа в честь бога римского пантеона Меркурия, аналога греческого Гермеса и Вавилонского Набу. Естественных спутников у планеты нет.

Венера — вторая по удаленности от Солнца планета, среднее расстояние от Солнца 0,72 а.е. (108,2 млн км). Средний радиус планеты составляет 6051 км, масса — 4,9 на 10 в 24 степени кг (0,82 массы Земли), средняя плотность 5,24 г/см3. Орбита Венеры очень близка к круговой. Средняя скорость движения Венеры по орбите — 34,99 км/с. Наклон орбиты к плоскости эклиптики равен 3,4°. Венера вращается вокруг своей оси, наклоненной к плоскости орбиты на 2°, с востока на запад – в направлении, противоположном направлению вращения большинства планет. Период обращения вокруг Солнца — 224,7 суток, период вращения вокруг своей оси равен 243 суткам, продолжительность солнечных суток на планете — 116,8 земных суток.

Венера не имеет естественных спутников. Атмосфера ее состоит в основном из углекислого газа (96 %) и азота (почти 4 %). Давление у поверхности достигает 93 атмосфер, температура — 737 К. Причиной столь высокой температуры на Венере является парниковый эффект, создаваемый плотной углекислотной атмосферой. Поверхность Венеры в основном равнинная, сложена базальтами, обнаружены следы вулканической деятельности, ударные кратеры. Планета состоит преимущественно из камня и металла. Планета получила свое название в честь Венеры, богини любви из римского пантеона.

Земля — третья от Солнца планета Солнечной системы, среднее расстояние от Солнца 1 а.е. (149,6 млн км), средний радиус 6371,160 км (экваториальный 6378, 160 км, полярный 6356,777 км), масса – 6 на 10 в 24 степени кг. Орбита Земли близка к окружности с радиусом около 384400 км. Средняя скорость движения Земли по орбите равна 29,765 км/с. Период обращения вокруг Солнца 365,3 суток, период вращения вокруг своей оси – 23 часа 56 минут (звездные сутки), период вращения относительно Солнца (средние солнечные сутки) 24 часа. Имеет естественный спутник — Луну.

Марс – четвертая планета от Солнца, среднее расстояние от Солнца составляет 1,5 а.е. (227,9 млн км). Минимальное расстояние от Марса до Земли составляет 55,75 млн км, максимальное — около 401 млн. км. Экваториальный радиус Марса равен 3396,9 км, масса 6,4 на10 в 23 степени кг (0,108 массы Земли), плотность 3,95 г/см3. Отклонение орбиты по отношению к эклиптике — 1,9°. Средняя скорость обращения вокруг Солнца ‑ 24,13 км/с. Марс обращается вокруг Солнца за 687 земных суток, период вращения вокруг своей оси — 24 часа 37 минут.

Разреженная атмосфера состоит в основном из углекислого газа, среднее давление у поверхности 0,006 атм. Марс преимущественно состоит из камня и металла. Поверхность Марса — пыле-песчаная пустыня с каменистыми россыпями, потухшими вулканами, ударными кратерами, ветвящимися каньонами типа высохших русел рек. Известны два спутника Марса — Фобос и Деймос. Планету Марс в древности назвали в честь бога войны за кроваво-красный цвет.

Юпитер — пятая по счету от Солнца, а также крупнейшая планета Солнечной системы, среднее расстояние от Солнца 5,2 а.е.(778 млн км), экваториальный радиус равен 71,4 тыс. км, полярный – около 67 тысяч км, масса 1,9 на 10 в 27 степени кг (317,8 массы Земли), средняя скорость обращения вокруг Солнца — 13,06 км/с. Наклон плоскости орбиты к плоскости эклиптики 1,3°. Расстояние Юпитера от Земли меняется в пределах от 188 до 967 млн. км. Полный оборот вокруг Солнца Юпитер совершает за 11,9 года, период вращения вокруг своей оси – 9 часов 45 минут (для полярной зоны) и 9 часов 50,5 минут для экваториальной зоны. Экватор наклонен к плоскости орбиты под углом 3°5′; из-за малости этого угла сезонные изменения на Юпитере выражены весьма слабо.

Юпитер представляет собой газо-жидкое тело, твердой поверхности не имеет. Атмосфера состоит на 89 % из водорода и на 11 % гелия и напоминает по химическому составу Солнце. Планету Юпитер опоясывают кольца, состоящие из совокупности сравнительно мелких каменных частиц размером от нескольких мкм до нескольких метров. Юпитер назван в честь царя римских богов.

У Юпитера есть 63 известных естественных спутника. Четыре наиболее крупных спутника — Ио, Европа, Ганимед и Каллисто — были открыты в 1610 году Галилео Галилеем. Пятый спутник — Юпитер V, открытый в 1892 году, — самый близкий к планете, он удален от ее поверхности всего лишь на 2,54 экваториальных радиуса Юпитера. Все эти спутники движутся практически по круговым орбитам, плоскости которых совпадают с плоскостью экватора Юпитера.

К концу 1970‑х годов было известно о 13 спутниках Юпитера. В 1979 году американским космическим аппаратом «Вояджер‑1» были обнаружены еще три спутника. Начиная с 1999 года с помощью наземных телескопов нового поколения были открыты еще 47 спутников планеты, подавляющее большинство из которых имеют диаметр в 2-4 километра.

Сатурн — шестая планета от Солнца и вторая по размерам планета в Солнечной системе после Юпитера. Среднее расстояние Сатурна от Солнца 9,54 а.е. (1,427 млрд км), средний экваториальный радиус около 60,3 тысяч км, полярный — около 54 тысяч км, масса 5,68 на 10 в 26 степени кг (95,1 массы Земли). Средняя плотность Сатурна меньше плотности воды (около 0,7 г/см3). Период обращения вокруг Солнца 29,46 года, период вращения вокруг своей оси 10 часов 39 минут (экваториальные области вращаются на 5% быстрее полярных). Сатурн — наиболее сплющенная планета Солнечной системы.

Сатурн состоит на 93 % из водорода (по объему) и на 7 % — из гелия и не имеет твердой поверхности. Относится к типу газовых планет и имеет систему колец. Кольца Сатурна – концентрические образования различной яркости, как бы вложенные друг в друга, и образующие единую плоскую систему небольшой толщины, располагающуюся в экваториальной плоскости Сатурна. Километровой толщины кольца образованы из льда и пыли и состоят из бессчетного количества частиц разного размера: от 2,5 см до нескольких метров. Планета Сатурн была названа в честь греческого бога времени.

Известно уже 60 естественных спутников Сатурна, большая часть из которых обнаружены при помощи космических аппаратов. Большая часть спутников состоит из горных пород и льда. Крупнейший спутник — Титан, открытый в 1655 году Христианом Гюйгенсом, — по своей величине превосходит планету Меркурий. Диаметр Титана около 5200 км. Титан облетает вокруг Сатурна каждые 16 дней. Титан — единственный спутник, обладающий очень плотной атмосферой, в 1,5 раза больше Земной, и состоящей в основном из 90% азота, с умеренным содержанием метана.

Уран — седьмая от Солнца планета Солнечной системы. Планета была открыта в 1781 году английским астрономом Уильямом Гершелем и названа в честь греческого бога неба Урана. Среднее расстояние от Солнца 19,18 а.е. (2871 млн км), средний радиус 25560 км, масса 8,69 на 10 в 25 степени (14,54 массы Земли), средняя плотность — 1,27 г/см3. Орбитальная скорость — от 6,49 до 7,11 км/с. Наклон орбиты к плоскости эклиптики (градусы) 0,8°. Период обращения вокруг Солнца 84 года, период вращения вокруг своей оси — около 17 часов 14 минут.

Планета Уран имеет небольшое твердое железно-каменное ядро, над которым сразу начинается плотная атмосфера. Атмосфера на Уране имеет толщину не менее 8000 км и состоит примерно из 83 % водорода, 15 % гелия и 2 % метана.

Подобно другим газовым планетам, Уран имеет кольца. Кольцевая система была обнаружена в 1977 году. Ученым известно 13 отдельных колец планеты. Большинство колец Урана непрозрачны, их ширина не больше нескольких километров. Кольца состоят в основном из макрочастиц — объектов диаметром от 20 сантиметров до 20 метров — и пыли.

У планеты Уран открыты 27 естественных спутников, из них пять крупных. Крупнейшие — Титания, диаметр около 1600 км, и Оберон, диаметром около 1550 км. Титания и Оберон были обнаружены Уильямом Гершелем 11 января 1787 года, через шесть лет после открытия им Урана. Большие спутники Урана на 50% состоят из водяного льда, на 20% — из углеродных и азотных соединений, на 30% — из разных соединений кремния (силикатов).

Нептун — восьмая планета от Солнца и четвертая по размеру среди планет. Нептун открыт в Берлинской обсерватории 23 сентября 1846 года немецким астрономом Иоганном Галле на основании предсказаний, сделанных независимо математиком Джоном Адамсом в Англии и астрономом Урбеном Леверрье во Франции. Их вычисления опирались на несоответствия между наблюдаемой и предсказанной орбитами Урана, что астрономы объяснили гравитационным возмущениям неизвестной планеты.

Среднее расстояние планеты Нептун от Солнца 30,1 а.е. (4497 млн км), средний радиус около 25 тысяч км, масса 1,02 на 10 в 26 степени кг (17,2 массы Земли), плотность 1,64 г/см3. Наклонение орбиты к плоскости эклиптики равно 1°46′. Период обращения вокруг Солнца 164,8 года, период вращения вокруг своей оси 16 часов 6 минут. Расстояние от Земли — от 4,3 до 4,6 млрд км. У Нептуна, как и у других планет-гигантов, нет твердой поверхности. Атмосфера Нептуна на 98–99 % состоит из водорода и гелия. В ней содержится также 1–2 % метана.

У Нептуна есть кольцевая система. Кольца Нептуна очень темны и строение их неизвестно. У Нептуна известно 13 спутников, крупнейший из них — Тритон.

В 1930 году американский астроном Клод Томбо нашел на негативах медленно движущийся звездообразный объект, который назвали новой, девятой планетой Плутоном – в честь древнеримского бога подземного царства.

Международный астрономический союз официально признал Плутон планетой в мае 1930 года. В тот момент предполагали, что его масса сравнима с массой Земли, но позже было установлено, что масса Плутона почти в 500 раз меньше земной, даже меньше массы Луны. Масса Плутона 1,2 на 10 в22 степени кг (0,22 массы Земли). Среднее расстояние Плутона от Солнца 39,44 а.е. (5,9 на 10 в12 степени км), радиус около 1,65 тысяч км. Период обращения вокруг Солнца 248,6 года, период вращения вокруг своей оси 6,4 суток. Состав Плутона предположительно включает в себя камень и лед; планета имеет тонкую атмосферу, состоящую из азота, метана и углеродной одноокиси. У Плутона есть три спутника: Харон, Гидра и Никта.

В конце XX и начале XXI веков во внешней части Солнечной системы было открыто множество объектов. Стало очевидным, что Плутон — лишь один из наиболее крупных известных до настоящего времени объектов пояса Койпера. Более того, по крайней мере один из объектов пояса – Эрида — является более крупным телом, чем Плутон и на 27% тяжелее его. В связи с этим возникла идея не рассматривать более Плутон как планету. 24 августа 2006 года на XXVI Генеральной ассамблее Международного астрономического союза (МАС) было принято решение впредь называть Плутон не «планетой», а «карликовой планетой».

На конференции было выработано новое определение планеты, согласно которому планетами считаются тела, вращающиеся вокруг звезды (и сами не являющиеся звездой), имеющие гидростатически равновесную форму и «расчистившие» область в районе своей орбиты от других, более мелких, объектов. Карликовыми планетами будут считаться объекты, вращающиеся вокруг звезды, имеющие гидростатически равновесную форму, но не «расчистившие» близлежащее пространство и не являющиеся спутниками. Планеты и карликовые планеты — это два разных класса объектов Солнечной системы. Все прочие объекты, вращающиеся вокруг Солнца и не являющиеся спутниками, будут называться малыми телами Солнечной системы.

Таким образом, с 2006 года в Солнечной системе стало восемь планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Международным астрономическим союзом официально признаны пять карликовых планет: Церера, Плутон, Хаумеа, Макемаке, Эрида.

11 июня 2008 года МАС объявил о введении понятия «плутоид». Плутоидами решено называть небесные тела, обращающиеся вокруг Солнца по орбите, радиус которой больше радиуса орбиты Нептуна, масса которых достаточна, чтобы гравитационные силы придавали им почти сферическую форму, и которые не расчищают пространство вокруг своей орбиты (то есть, вокруг них обращается множество мелких объектов).

Поскольку для таких далеких объектов, как плутоиды, определить форму и тем самым отношение к классу карликовых планет пока затруднительно, ученые рекомендовали временно относить к плутоидам все объекты, абсолютная астероидная величина которых (блеск с расстояния в одну астрономическую единицу) ярче +1. Если позднее выяснится, что отнесенный к плутоидам объект карликовой планетой не является, его этого статуса лишат, хотя присвоенное имя оставят. К плутоидам были отнесены карликовые планеты Плутон и Эрида. В июле 2008 года в эту категорию был включен Макемаке. 17 сентября 2008 в список добавили Хаумеа.

Материал подготовлен на основе информации открытых источников

Масса планеты Уран

Седьмая по счёту, газовая планета, а масса Урана имеет четвёртый результат в солнечной системе. Отрытые произошло в 18 веке, первооткрыватель Уильям Гершель. Это если кратко, теперь давайте узнаем побольше об этом далёком космическом объекте.

Физические характеристики

Уран обладает довольно большими размерами. Это ставит его на третье место по диаметру и четвёртое по весу, среди планет солнечной системы. Внутри ледяного гиганта без проблем можно разместить 63 земли. Масса Урана достигает 8,6832⋅10²⁵кг, что в 14,5 раз тяжелее Земли.

Внутреннее строение

Этот космический объект относится к газовым гигантам, и состоит из отсевных трёх частей.
В самом центре находится небольшое каменное ядро, которое занимает всего 20% от всей планет, это от 0,55 до 3,7 земных масс.

Далее идёт мантия, основная часть планеты, 60% от всей планеты. Состоит эта часть из смеси воды, льда аммиака и метана. Если говорить о поверхности, то она отсутствует. Одна среда плавно переходит в другую. Но учёные, для удобства приняли, что при давлении равному 1 бару, принято считать, что начинается поверхность.

Состав Урана

Атмосфера занимает остальную часть этого ледяного мира. Её можно разделит на три части и состоит из гелия и водорода.

Уран холоднее Нептуна, хоть и находиться ближе к Солнцу. Всё дело в том, что он выделяет очень мало внутреннего тепла. Масса Урана ненамного меньше Нептуна, но вот тепла он выделяет значительно меньше.

Есть две теории относительно этого явления.

Первая, было столкновение с большим объектом в самом начале образования солнечной системы. И часть внутреннего тепла просто улетучилось в космос, что свидетельствует о большом наклоне оси вращения.

Вторая – возможно, существует некая прослойка, которая препятствует выделению внутреннего тепла.

Орбита и вращение

Как мы уже говорили это седьмая планета от Солнца, а значит расположилась далеко, порядка 2,8 млрд км. Для сравнения расстояние до Земли всего 150 млн.

Солнечный лучи достигают нашей планеты за 8 минут с небольшим, а до Урана за 2 часа и 40 минут. Это хорошее сравнение, чтобы представить какое это большое расстояние.

Орбита, этого ледяного мира, очень большая, вокруг Солнца он проходит за 84 земных года. Нужна полноценная человеческая жизнь, чтобы пройти это расстояние.
Уран не совсем обычная планета, он вращается, лёжа на боку (ретроградно), синодический период обращения 369,66 дней.

Вывод

Данный космический объект находится на значительном расстоянии, но человек изучил его достаточно хорошо, известны физические характеристики, в том числе и какая масса Урана.

Планета Уран. Основные сведения о Уране. Атмосфера и поверхность Урана.

Подробно:

Планета Уран

Уран — седьмая по расстоянию от Солнца планета Солнечной системы. Среднее расстояние Урана от Солнца составляет 2896,6 млн. км. Уран — крупная планета. Он относится к группе газообразных гигантов. Диаметр экватора планеты по уровню облаков равен 51200 км. У полюсо́в Уран сплюснут незначительно, поэтому диск Урана в телескоп виден как почти правильный круг с зеленовато-голубым оттенком. Объём Урана в 62,2 раза больше объёма Земли, а его масса больше земной только в 14,5 раза, потому что плотность вещества Урана небольшая, в среднем около 1,29 г/см³. Поэтому сила тяготения на Уране почти равна земной.

При хорошем зрении Уран можно увидеть на безоблачном ночном небе даже невооруженным глазом. Но если кому-то такая редкая возможность представится, то он увидит крошечный диск по светимости не выше звезды 6-й величины. Такая возможность скорее теоретическая, чем практическая, потому что Уран — очень далёкая планета.

Со времени открытия Урана в 1781 году и до момента посещения окрестностей планеты автоматической станцией «Вояджер-2» в 1986 году, т.е. в течение 205 лет знания астрономов об этой планете, кроме факта её существования, содержали только приблизительные сведения о её размерах, форме, составе атмосферы и траектории движения. Поэтому сразу оговоримся, что все приводимые в этой статье данные о строении, составе, физических сво́йствах, климатических условиях, особенностях движения Урана, а также сведения о его спутниках стали известны только после полёта «Вояджера-2». Результаты исследований, проведенных этим аппаратом, по праву считаются вторым открытием Урана. «Вояджер-2» стартовал 20 августа 1977 года с мыса Кана́верал (штат Флорида, США) и почти через 9 лет достиг окрестностей Урана. 24 января 1986 года «Вояджер-2» пролетел на расстоянии 81500 км от Урана (от поверхности облаков) со скоростью 46000 км/ч (13 км/с).

• В течение всего нескольких часов, пока длился пролёт «Вояджера-2» около Урана, на Землю поступил большой объём информации, которая стала основой современных знаний об этой планете.

Полёт «Вояджера-2» был спланирован в тот период, когда планеты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун расположились в пространстве почти на одной прямой, если смотреть с Земли. Такой феноменальный «парад планет» происходит один раз в 200 лет. Смелый до дерзости план специалистов НАСА состоял в том, чтобы за один полёт космического аппарата исследовать сразу четыре планеты. И этот план был успешно реализован. Покинув окрестности Урана, аппарат «Вояджер-2» через три с половиной года, в августе 1989 года, достиг планеты Нептун, пролетев над её северным полюсом на высоте всего 4500 км. Пролетая вблизи Юпитера и Сатурна, аппарат выполнил разгонные маневры, получив ускорение от гравитационных полей обеих этих планет. При отсутствии этих импульсов ускорения путь «Вояджера-2» до Урана вместо 9 лет продолжался бы около 30 лет.

И последнее в связи́ с миссией «Вояджера-2». В очередной раз планеты-гиганты построются для «парада» приблизительно только в 2185 году. До этого далёкого срока люди вряд ли смогут исследовать дальние планеты (Уран и Нептун) с помощью автоматических межпланетных аппаратов. Эти планеты находятся на таких огромных расстояниях от Земли, что без использования «эффекта пращи», т.е. без гравитационного разгона около Юпитера и Сатурна. Существующие в настоящее время ракетные системы не смогут дать аппарату необходимый импульс на старте, да и топлива не хватит для маневров на колоссальной по протяженности траектории движения к Урану или Нептуну.

Однако утверждать категорически это нельзя. Технический прогресс развивается на Земле стремительно, и вполне возможно, что в недалёком будущем появятся более мощные и надёжные средства исследования самых далёких планет и других космических объектов.

Атмосфера Урана достаточно плотная и состоит из молекулярного водорода (84%), гелия (14%), метана (2%) и незначительного количества окиси углерода, ацетилена и азота. Общий зеленовато-голубой оттенок атмосферы объясняется тем, что лучи красной части спектра поглощаются метаном, содержащимся в атмосфере. Высота атмосферного слоя оценивается примерно в 7000 км.

Температурный профиль тропосферы и нижней стратосферы Урана

На основании теоретических расчетов считается, что водные облака могут
находиться в промежутке с давлением от 50 до 100 бар, облака гидросульфида аммония — в диапазоне 20-40 бар, облака аммиака и сероводорода,
представляющие основной облачный слой, — в диапазоне 3-10 бар, метана — в диапазоне 1-2 бар.

Уран движется по своей орбите на очень большом (почти 3 млрд. км.) среднем расстоянии от Солнца и, естественно, получает очень мало солнечного тепла. Даже на дневной, освещенной стороне планеты температура постоянно не превышает в среднем 80° К (около минус 200°C). Тропосфера — самая нижняя и самая плотная часть атмосферы — характеризуется уменьшением температур с высотой. Температура падает от 320 К в самом начале тропосферы (на глубине в 300 км) до 53 К на высоте в 50 км.

Верхняя часть тропосферы закрыта слоем облаков. В этой части атмосферы находится слой, содержащий наибольшее, по сравнению с другими, более низкими частями атмосферы, количество метана, окиси углерода и азота. Давление здесь находится в пределах 1 — 2 бар.

Как мы увидим далее, природа распорядилась так, что за один оборот Урана вокруг Солнца оба полушария планеты в течение почти двадцати земных лет непрерывно попеременно освещены Солнцем или погружены в холодную тьму ночи. Логично предположить, что на «дневной» и «ночной» территориях разность температур должна быть если не огромной, то, во всяком случае, существенной. Но Уран человеческой логике не подчиняется. Оказалось, что разница температур на «дневной» и «ночной» сторонах планеты очень незначительная. Это стало одним из сюрпризов, которые Уран преподнёс астрономам. После таких фактов не кажется удивительным, что в верхней части атмосферы Урана над освещённым полушарием температура над различными районами от полюса до экватора практически одинакова, колебания составляют всего 4°C (от минус 208 до минус 212°C). Значит, на планете действует какой-то, пока неясный, механизм переноса тепла от более нагретых областей к менее нагретым.

Фото в условных цветах, позволяющее дифференцировать циркуляции атмосферных потоков.

В средних широтах с запада на восток дуют сильные ветры, часто с ураганной скоростью до 550-600 км/ч. В нижних широтах ветры слабее, до 350 км/ч, и дуют они вдоль экватора в обратном направлении. Судя по снимкам, переданным «Вояджером-2» и сделанным с Земли с помощью телескопов, ураганы на Уране бушуют непостоянно, временами атмосфера затихает, а потом снова «просыпается», создавая вихри и приводя в движение облака́ и более низкие слои. Возможно, это объясняется невысоким уровнем энергии внутренних источников тепла на планете. Считается, что только 30% тепла выделяется из недр планеты, остальные 70% приносит солнечная радиация. Но это очень немного. Для сравнения укажем, что Уран получает от Солнца примерно в 400 раз меньше тепла, чем Земля.

Понятие поверхности для Урана, как и для других газообразных планет, строго говоря, неприменимо. В качестве поверхности мы обычно воспринимаем верхний облачный слой атмосферы. Существует ли на Уране что-либо наподобие земной тверди, об этом можно только гадать и строить гипотезы. Думается однако, что такое занятие не очень продуктивно.

Уважаемые посетители!

У вас отключена работа JavaScript. Включите пожалуйста скрипты в браузере, и вам откроется полный функционал сайта!

На Нептуне и Уране действительно идут дожди из алмазов. Ученые доказали это на Земле

30 июня 2020

Автор фото, NASA

Ученые давно подозревали, что на Уране и Нептуне могут идти дожди из настоящих алмазов. Теперь это предположение получило еще одно подтверждение — причем новые доказательства были получены опытным путем.

Обе эти планеты относятся к так называемым ледяным гигантам, хотя на самом деле вещество, из которого они состоят, находится в жидко-газообразном состоянии, а его температура достигает нескольких тысяч градусов.

Атмосфера как Урана, так и Нептуна, состоит в основном из гелия и водорода, но глубже находятся более тяжелые элементы и вещества, в том числе метан. Согласно гипотезе, на глубине около 7 тыс. км температура и давление достигают такой величины, что метан должен распадаться на составляющие его элементы: углерод и водород.

В результате более легкий водород поднимается в атмосферу, а углерод под действием окружающей среды превращается в кристаллы алмаза и, напротив, медленно опускается ближе к каменно-ледяному ядру.

Чтобы подтвердить эту теорию, исследователи американской Национальной ускорительной лаборатории SLAC при Стэнфордском университете решили воссоздать на Земле условия, близкие к тем, что можно найти в глубинах Урана.

Сделать это открытие ученым из SLAC удалось при помощи уникальной аппаратуры лаборатории, а вместо метана (Ch5) они использовали стирол (C8H8) — его физические свойства больше похожи на вещество, в которое превращается метан при столь колоссальном давлении и температуре.

При чем здесь слоны?

При помощи лазера на свободных электронах LCLS (Linac Coherent Light Source) стирол разогрели до температуры 5000 кельвинов (примерно настолько жарко, если забраться вглубь Урана или Сатурна на 10 тысяч километров), а давление увеличили до 1,5 млн бар — по словам одного из авторов эксперимента, «это все равно что поставить 250 африканских слонов на ноготь большого пальца».

Автор фото, AFP

Подпись к фото,

Так выглядит планета Уран

В результате им удалось увидеть, как содержащийся в стироле углерод превращается в алмазы, а оставшаяся часть вещества выделяется в виде чистого водорода.

Первый в мире рентгеновский излучатель на свободных электронах был разработан в той же лаборатории. Он усиливает рентгеновские волны, генерируя лазерное излучение без использования системы зеркал, и за счет этого позволяет проводить более точные измерения.

Теория возникновения алмазов на ледяных гигантах была выдвинута несколько десятилетий назад — и с тех пор неоднократно подтверждалась как расчетами, так и экспериментально.

В 2017 году ее почти удалось доказать специалистам все той же лаборатории SLAC в Калифорнии. Тогда они использовали оптический лазер Matter in Extreme Conditions (MEC), но теперь — при помощи нового точного оборудования — процесс превращения углерода в алмазы изучен значительно более подробно.

Об Уране и Нептуне — самых отдаленных планетах нашей Солнечной системы — ученым известно сравнительно немного. Обе они находятся настолько далеко от Земли, что добраться до них удалось только космическому зонду «Вояджер-2» — но и тот лишь пролетел мимо них, поскольку у него не было задачи пристально изучать эти планеты.

По данным НАСА, в нашей галактике примерно в 10 раз больше ледяных гигантов, похожих на Уран и Нептун (иногда их так и называют — холодные нептуны), чем так называемых холодных юпитеров (к ним в Солнечной системе относятся сам Юпитер и Сатурн).

Новое открытие это, в свою очередь, подтверждает и еще одну догадку ученых. Дело в том, что Нептун излучает примерно в 2,6 раза больше энергии, чем получает от Солнца. По всей видимости, если к ядру планеты действительно постоянно опускаются алмазы, то их гравитационная энергия превращается в тепловую за счет трения с другими материалами, что и разогревает планету.

Краткая информация об уране

Собрание фактов об уране, DUF ₆ и инвентаризация DUF ₆ Министерства энергетики США.

За прошедшие годы Министерство энергетики получило многочисленные запросы от общественности, особенно от детей школьного возраста, которые были заинтересованы в получении дополнительной информации об инвентаризации обедненного гексафторида урана Департаментом и, в конечном итоге, о том, как правительство собирается решить эту проблему из этого устаревшего материала.Департамент собрал следующие «забавные факты», чтобы представить в перспективе характеристики этого материала в терминах, узнаваемых из повседневной жизни. Мы надеемся, что вы найдете эти «забавные факты» интересными и заставляющими задуматься, с точки зрения понимания задач, стоящих перед Департаментом при управлении этим материалом и обеспечении его окончательного преобразования и утилизации.

Открытие урана

Уран был открыт в 1789 году немецким химиком Мартином Клапротом, который выделил оксид урана, анализируя образцы урана из серебряных рудников Иоахимсаля в бывшем Королевстве Богемия, расположенном на территории современной Чешской Республики.

Открытие деления урана

Только в 1938 году было обнаружено, что уран может расщепляться с выделением энергии, то есть деления. Этого добились Отто Хан и Фриц Штрассман.

Открытие радиоактивности урана

Анри Антуан Беккерель обнаружил радиоактивность урана в 1896 году.

DUF

₆ Сравнение веса цилиндров

Крейсер класса «Тикондерога» по весу примерно равен 706 баллонам обедненного гексафторида урана (DUF ₆).Потребовалось бы более 70 крейсеров, чтобы весить больше, чем запасы нации в ₆ немецких франков! Военно-морской флот владеет всего 27 крейсерами типа Ticonderoga.

DUF

₆ Сравнение веса цилиндров

7142 цилиндра DUF ₆ весит столько же, сколько авианосец класса «Нимиц». Общий вес 57 634 баллонов превышает вес всех восьми авианосцев класса «Нимиц» вместе взятых!

DUF

₆ Цилиндры

Штабелирование 57 600 стандартных DUF ₆ цилиндров встык из конца в конец сделают башню высотой 720 000 футов! Это более 136 миль в высоту!

Энергия из урана

Из одной тонны природного урана можно производить более 40 миллионов киловатт-часов электроэнергии.Это эквивалентно сжиганию 16 000 тонн угля или 80 000 баррелей нефти.

Выделение урана

Уран был выделен в 1841 году французским химиком Эженом Пелиго.

Наименование урана

Уран был назван в честь планеты Уран, открытой всего восемью годами ранее в 1781 году.

Природное содержание урана

Концентрация — уран занимает 48-е место среди самых распространенных элементов, обнаруженных в естественных породах земной коры.

Атомная энергия и выбросы углерода

Атомные электростанции помогли избежать 90 процентов всех выбросов углерода в США.С. Энергетический сектор с 1981 по 1994 год.

Один фунт урана

Из одного фунта урана получится шар диаметром всего 1,3 дюйма. Сделайте знак «ОК» указательным и большим пальцами, чтобы увидеть, насколько большим будет этот мяч.

Цена урана

Цена урана составляла примерно 10,75 долларов за фунт в начале 2003 года. К середине 2006 года цена поднялась примерно до 45 долларов за фунт. В начале 2007 года цена приближалась к 100 долларам за фунт.

Атомные электростанции США

В настоящее время работает 104 U.S. атомные электростанции, производящие более 20 процентов электроэнергии в США.

Содержание урана

Урана в 40 раз больше естественного содержания, чем серебра.

Урановый бейсбол

Мяч высшей лиги весит около 5,25 унции. Урановый бейсбольный мяч будет весить более 8,5 фунтов!

Точка горения урана

Мелкодисперсный уран легко горит на воздухе при температуре от 150 до 175 градусов Цельсия (от 300 до 350 градусов по Фаренгейту).

Плотность урана

Уран очень плотный.При 19 граммах на кубический сантиметр он в 1,6 раза плотнее свинца. Плотность увеличивает вес. Например, в то время как галлон молока весит около 8 фунтов, контейнер с ураном на галлон будет весить около 150 фунтов.

Урановое стекло

Уран использовался для окрашивания стекла почти 2 тысячелетия. Стеклянный объект цвета урана был найден недалеко от Неаполя, Италия, и датирован примерно 79 годом нашей эры.Оксид урана, добавленный в стекло, дает оттенок от желтого до зеленоватого.

Пропорции изотопа урана

Уран природного происхождения — 99.2745 процентов урана-238, причем уран-235 (изотоп, производящий энергию) составляет около 0,720 процента, а уран-234 заполняет остаток менее 0,0055 процента.

Температура плавления урана

Уран кипит при температуре около 3818 градусов по Цельсию (около 6904 градусов по Фаренгейту).

Ядро урана

В ядре атома урана-238 содержится 92 протона и 146 нейтронов.

Объем МЭ ДЮФ

₆ Запас

Уран, находящийся в инвентаре Департамента DUF ₆, если преобразовать его в металл, образовал бы куб около 30 метров (около 95 футов) с каждой стороны.

Объем МЭ ДЮФ

₆ Запас

Если преобразовать в металлический уран, весь уран в национальном инвентаре DUF ₆ покроет футбольное поле на глубине около 15 футов. Чтобы весить столько же, потребуется вода высотой почти 290 футов на том же поле!

Масса ДОЭ ДУФ

₆ Опись

704 000 метрических тонн гексафторида урана в инвентаре Департамента — это более 1,5 МИЛЛИАРДА фунтов! Для сравнения: Великая пирамида Египта весит более 10 миллиардов фунтов.

Масса ДОЭ ДУФ

₆ Опись

704 000 метрических тонн DUF ₆ содержат около 476 000 метрических тонн урана и 228 000 метрических тонн фтора. На английском это означает более 1 миллиарда фунтов урана и более 500 миллионов фунтов фтора!

Вес урана

Галлон молока весит около 8 фунтов. Кусок металлического урана размером с кувшин для молока весит более 150 фунтов!

Мировое производство урана

Мировое производство урана в 2001 году составило 35 767 метрических тонн или 78 тонн.9 миллионов фунтов.

Мировое производство атомной энергии

Во всем мире насчитывается 441 атомная электростанция, которые производят около 16 процентов мировой электроэнергии.

атомный вес урана | Комиссия по изотопному содержанию и атомному весу

10172

Изотоп	Атомная масса (Да)	Изотопное содержание (количественная доля)
²³⁴ U	234,040 950 (8)	0.000 054 (5)
²³⁵ U	235,043 928 (8)	0,007 204 (6)
²³⁸ U	238,050 79 (1)

В 1969 году Комиссия рекомендовала A _r (U) = 238,029 (1) для атомного веса U на основе масс-спектрометрических определений и тщательного анализа изменчивости x (²³⁵ U) в природе. В 1979 г. Комиссия приняла к сведению более поздние исследования вариаций содержания ²³⁵ U в нормальных источниках, которые обосновали более точное значение стандартного атомного веса, что привело к к A _r (U) = 238.0289 (1). Атомный вес и неопределенность урана были изменены до 238,028 91 (3) в 1999 г. на основе новых откалиброванных масс-спектрометрических измерений.

Это значение применяется к урану, находящемуся в обычных земных источниках, за исключением обнаруженного в одном месте на юго-западе Африки (Габон в Окло), отсюда и обозначение «g». Уран используется в ядерной топливный цикл либо с обогащением, либо с обеднением по ²³⁵ U, отсюда и обозначение «m».

Все изотопы урана являются α-излучателями.Изотопы ²³⁵ U и ²³⁸ U являются первичными, а содержание ²³⁵ U снижается. очень постепенно в геологическом времени из-за более быстрого распада. ²³⁴ U, который сам является продуктом распада ²³⁸ U, находится в равновесии устанавливается соотношением периодов полураспада. ²³⁵ U распадается разветвленной серией, заканчивающейся ²⁰⁷ Pb, ²³⁸ U (и ²³⁴ U) аналогичной серией, оканчивающейся на ²⁰⁶ Pb. № ²³⁸ U– ²⁰⁶ Pb и системы распада ²³⁵ U– ²⁰⁷ Pb имеют фундаментальное значение в геохронологии.

ИСТОЧНИК Атомный вес элементов: Обзор 2000 г., John R de Laeter et al. Pure Appl. Chem. 2003 (75) 683-800
© IUPAC 2003

CIAAW

Уран
A _r (U) = 238,028 91 (3) с 1999 г.

Название происходит от планеты Уран, которая в римской мифологии была «Небесами Отца». В Немецкий химик Мартин-Генрих Клапрот открыл этот элемент в 1789 году, после открытия планеты Уильямом Гершелем в 1781 году.Металлический уран был впервые выделен французским химиком Эженом-Мельхиором Пелиго в 1841 году.

Стандартные изотопные материалы урана.

Поставки урана: Поставки урана

(Обновлено в декабре 2020 г.)

Уран — относительно распространенный металл, обнаруживаемый в горных породах и морской воде. Его экономическая концентрация не редкость.
Количество минеральных ресурсов больше, чем принято считать, и связано как с рыночными ценами, так и с затратами на добычу.
Известные мировые ресурсы урана увеличились как минимум на четверть за последнее десятилетие из-за увеличения разведки полезных ископаемых.

Уран — довольно распространенный элемент в коре Земли (намного больше, чем в мантии). Это металл, примерно такой же распространенный, как олово или цинк, и он входит в состав большинства горных пород и даже моря.

Таблица 1: Типичные концентрации природного урана

Руда очень высокого содержания (Канада) — 20% U	200000 частей на миллион U
Руда богатая — 2% U	20000 частей на миллион U
Руда бедная — 0.1% U	1000 частей на миллион U
Руда с очень низким содержанием * (Намибия) — 0,01% U	100 частей на миллион U
Гранит	3-5 частей на миллион U
Осадочные породы	2-3 промилле U
Континентальная кора Земли (ср)	2,8 частей на миллион U
Морская вода	0,003 частей на миллион U

ppm = частей на миллион
* Если уран находится на низких уровнях в породе или песках (определенно менее 1000 частей на миллион), он должен быть в форме, которая легко разделяется, чтобы эти концентрации назывались «рудой», то есть подразумевая, что уран может быть извлечен с экономической точки зрения. .Это означает, что он должен быть в минеральной форме, которую можно легко растворить при выщелачивании серной кислотой или карбонатом натрия.

Общие мировые ресурсы урана, как и любого другого минерала или металла, точно не известны. Единственная значимая мера долгосрочной безопасности поставок — это известные запасы в земле, которые можно добывать.

Рудное тело — это, по определению, залежь рудной минерализации, из которой металл можно извлечь с экономической точки зрения. Рудные тела и, таким образом, измеренные ресурсы — количество, которое, как известно, может быть экономически извлечено из рудных тел — связаны как с затратами на добычу, так и с рыночными ценами.Например, в настоящее время ни океаны, ни какие-либо граниты не являются рудными телами, но, вероятно, они могут стать таковыми, если цены существенно вырастут. Например, морская вода, стоимость которой в десять раз превышает текущую *, может стать потенциальным источником огромного количества урана. Таким образом, любые прогнозы будущей доступности любого полезного ископаемого, включая уран, основанные на текущих данных о затратах и ценах, а также на текущих геологических знаниях, скорее всего, окажутся крайне консервативными. Факторы, влияющие на предложение ресурсов, обсуждаются далее и проиллюстрированы в Приложении 2.

* Работа, финансируемая Министерством энергетики США с использованием полимерных абсорбирующих полос, предполагает 610 долларов США за кгU в 2014 году. Японские (JAERI) исследования в 2002 году с использованием полимерного абсорбента в нетканом материале, содержащем амидоксимную группу, способную образовывать комплекс с ионами уранилтрикарбоната, предложили около 300 $ / кгU.

Наличие урана

Таблица 2: Ресурсы урана по странам в 2019 году

	тонны U	процента мирового
Австралия	1,692,700	28%
Казахстан	906 800	15%
Канада	564,900	9%
Россия	486 000	8%
Намибия	448 300	7%
Южная Африка	320 900 900 10	5%
Бразилия	276,800	5%
Нигер	276 400	4%
Китай	248 900	4%
Монголия	143 500	2%
Узбекистан	132,300	2%
Украина	108,700	2%
Ботсвана	87 200 900 10	1%
Танзания	58 200	1%
Иордания	52 500	1%
США	47 900	1%
Другое	295 800	5%
Всего в мире	6 147 800

Выявленные извлекаемые ресурсы (разумно гарантированные ресурсы плюс предполагаемые ресурсы), до 130 долл. США / кг U, 01.01.19, из ОЭСР АЯЭ и МАГАТЭ, Уран 2020: ресурсы, производство и спрос («Красная книга» ).Общие извлекаемые выявленные ресурсы до $ 260 / кг U составляют 8,070 млн тонн U.

Историческая добыча урана

Уран успешно добывается с 1940-х годов. Историческое производство урана, как правило, хорошо известно, хотя остается неопределенность в отношении объемов, добытых в Советском Союзе в период с 1945 по 1990 год. В таблице 3 обобщены данные об историческом производстве. Всемирная ядерная ассоциация оценила производство в странах, по которым нет данных.

Таблица 3: Историческое производство урана, 1945-2019 гг.

	Накопленная добыча (тУ)
Канада	538 546
Казахстан / Узбекистан	519 472
США	374,858
Австралия	226 289
Германия	217,161
Россия	173 780
Южная Африка	165 043
Нигер	149 361
Намибия	141 048
Чешская Республика	111 214
Франция	77 015
Украина	68 932
Китай	54029
Прочие	148 566
Всего	2,965,314

Добычу урана в период 1945-2019 гг. Можно разделить на четыре отдельных этапа:

Военная эпоха, с 1945 до середины 1960-х годов.Производство электроэнергии из ядерного топлива было побочным явлением в гонке ядерных вооружений. Производство быстро росло в 1950-х годах, чтобы удовлетворить потребность в высокообогащенном уране и плутонии. Спрос на уран резко упал в 1960-х годах, и, как следствие, к середине 1960-х производство сократилось вдвое.
С середины 1960-х до середины 1980-х годов. В период быстрого роста гражданской ядерной энергетики производство урана увеличилось по мере увеличения заказов на реакторы. Было введено в эксплуатацию множество новых рудников, зачастую на основе долгосрочных контрактов, согласованных с электроэнергетическими предприятиями Северной Америки, Японии и Западной Европы.Западное производство достигло пика в 1980 году и оставалось выше годовой потребности реакторов до 1985 года.
С середины 1980-х до примерно 2002 года. К 1985 году программа строительства атомной электростанции была серьезно сокращена. Многие коммунальные предприятия подписали урановые контракты в ожидании строительства новых заводов. Уважение к ним создало значительный навес. По мере того, как шахты заканчивались, многие сокращали производство или закрывались. Коммунальные предприятия удовлетворяли потребности за счет сокращения своих значительных запасов, не прибегая к новому производству.Избыток предложения был увеличен в связи с поступлением на западный рынок урана из бывшего Советского Союза, начиная с 1993 года.
Начало 2000-х годов по настоящее время. Рынок сильно отреагировал на представление о том, что потребуется новое первичное производство, чтобы способствовать ожидаемому возрождению роста ядерной энергетики. Это произошло в контексте уранодобывающего сектора, который в течение многих лет находился в неблагоприятных экономических условиях и нуждался в компенсации сокращающихся и ограниченных вторичных запасов.Эта реакция началась в 2003 году с сильного роста мировых цен на уран, который продолжился в 2007 году (спотовая рыночная цена увеличилась в 13 раз с начала 2003 года до середины 2007 года), но перешла в нисходящую коррекцию, усугубленную аварией на Фукусиме. в 2011 году. После аварии цены на уран упали до одного из самых низких уровней с поправкой на инфляцию, когда-либо существовавших.

Потребность в топливе для реакторов

Мировым энергетическим реакторам общей мощностью около 400 ГВт требуется около 67 500 тонн урана из шахт или других мест ежегодно.Хотя эта мощность работает более продуктивно, с более высокими коэффициентами мощности и уровнями мощности реактора, потребность в урановом топливе растет, но не обязательно с той же скоростью. Факторы, увеличивающие спрос на топливо, компенсируются тенденцией к более высокому выгоранию топлива и другим показателям эффективности, поэтому спрос остается стабильным. (За период с 1980 по 2008 год производство электроэнергии на атомных станциях увеличилось в 3,6 раза, в то время как количество используемого урана увеличилось только в 2,5 раза.)

Мировые измеренные ресурсы урана (6.1 Мт) в стоимостной категории менее чем в три раза превышающей текущие спотовые цены и используемых только в обычных реакторах, достаточно, чтобы прослужить около 90 лет. Это означает более высокий уровень гарантированных ресурсов, чем обычно для большинства полезных ископаемых. Дальнейшая разведка и более высокие цены, безусловно, на основе нынешних геологических знаний, принесут дополнительные ресурсы по мере того, как существующие будут израсходованы.

Сокращение анализа хвостов при обогащении снижает количество природного урана, необходимого для данного количества топлива.При переработке отработанного топлива обычных легководных реакторов также используются имеющиеся ресурсы более эффективно, в целом примерно в 1,3 раза. В выпусках Красной книги за 2016 и 2018 годы эти тенденции были учтены наряду с более эффективной работой станции, в результате чего общий расход реакторного топлива в отчете был снижен со 175 тU на ГВтэ в год при анализе хвостов 0,30% ( Отчет 2012) до 160 tU на ГВт в год при анализе хвостов 0,25% (отчеты 2016 и 2018). Соответствующие цифры U ₃ O ₈ составляют 206 тонн и 189 тонн.Обратите внимание, что эти цифры являются обобщением для отрасли и для многих различных типов реакторов.

Сегодняшние потребности в топливе для реакторов удовлетворяются за счет первичных поставок (прямая добыча рудников — около 85% в 2017 году) и вторичных источников: коммерческих запасов, запасов ядерного оружия, рециркулированного плутония и урана в результате переработки использованного топлива, а также за счет повторного обогащения обедненного урана. хвосты (оставшиеся от первоначального обогащения). Эти различные вторичные источники делают уран уникальным среди энергетических минералов.

Вторичные источники урана

Наиболее очевидный вторичный источник — это гражданских запасов, принадлежащих коммунальным предприятиям и правительствам. Сумму, хранящуюся здесь, трудно определить количественно из-за коммерческой конфиденциальности. По состоянию на конец 2018 года общий объем запасов был оценен для коммунальных предприятий примерно в 279000 тонн — 43000 тонн в США, 45000 тонн в ЕС, 120000 тонн в Китае, 71000 тонн в других странах Восточной Азии и Индии ( The Nuclear Fuel Report 2019 , World Nuclear Association). Ожидается, что эти резервы будут поддерживаться на достаточно высоком уровне для обеспечения энергетической безопасности коммунальных предприятий и правительств.

Военные боеголовки являются важным источником ядерного топлива с 1987 года. США и страны бывшего СССР подписали серию договоров о разоружении, направленных на сокращение ядерных арсеналов подписавших стран примерно на 80%.

Оружие содержало большое количество урана с обогащением более 90% по U-235 (, т. Е. , что в 25 раз больше, чем в реакторном топливе). В течение двух десятилетий до 10% электроэнергии, производимой в США, производилось из топлива, изготовленного с использованием урана, который был преобразован из материала, пригодного для использования в качестве бомбы, в рамках так называемой программы «Мегатонны в мегаватты».В рамках программы было ликвидировано достаточно материала, пригодного для бомбы, для 20 000 ядерных боеголовок.

Во всем мире до 2013 года конверсия военного высокообогащенного урана обеспечивала около 15% потребностей реакторов в мире.

Для получения дополнительной информации см. Информационную страницу «Военные боеголовки как источник ядерного топлива».

Рециклированный уран и плутоний — еще один источник, который в настоящее время позволяет экономить около 2000 тонн урана в год при первичных поставках, в зависимости от того, учитывается ли только плутоний или уран.Фактически, плутоний быстро перерабатывается в качестве МОКС-топлива, тогда как переработанный уран (RepU) в основном складывается, но около 16000 тонн RepU из реакторов Magnox в Великобритании было использовано для производства около 1650 тонн обогащенного топлива AGR. В Бельгии, Франции, Германии и Швейцарии более 8000 тонн RepU было переработано на атомных электростанциях. Для получения дополнительной информации см. Информационную страницу «Переработка отработанного ядерного топлива».

Еще одним вторичным источником является повторное обогащение обедненного урана (DU, хвосты обогащения).С 1940-х годов доступно около 1,2 миллиона тонн обедненного урана, полученного как в военных, так и в гражданских целях по обогащению, большая часть из которых составляет 0,25-0,35% по U-235 (хотя в 2013 году в США было около 114000 tU с концентрацией 0,34% или более). . Использование DU в неядерных целях очень незначительно по сравнению с ежегодными выбросами, превышающими 40 000 tU в год. Это оставляет большую часть DU доступной для смешивания с рециклированным плутонием в МОКС-топливе или в качестве будущего топливного ресурса для реакторов на быстрых нейтронах.

Тем не менее, некоторое количество ОУ, имеющее относительно высокое содержание, может подаваться через недостаточно используемые обогатительные фабрики для производства эквивалента природного урана или даже обогащенного урана, готового для изготовления топлива.Российские обогатительные фабрики перерабатывают 10-15 000 тонн ОУ в год, анализируя более 0,3% по U-235, снижая его до 0,1% и производя несколько тысяч тонн в год эквивалента природного урана. Эта российская программа по обработке западных хвостов уже завершена, но ожидается, что новая американская программа по переработке около 140 000 тонн старого DU с содержанием 0,4% U-235 начнется, когда появятся избыточные мощности.

Недокорм на обогатительных фабриках — важный источник вторичного предложения, особенно после того, как авария на Фукусиме снизила спрос на обогащение на несколько лет.Здесь оперативный анализ хвостов ниже, чем контрактный / транзакционный анализ, и предприятие по обогащению откладывает некоторый излишек природного урана, который он может свободно продать (либо как природный уран, либо как обогащенный урановый продукт) за свой счет. Этот источник обеспечит примерно 3500-7000 тонн урана в год до середины 2020-х годов.

Международные запасы топлива

Было выдвинуто три крупных инициативы по созданию международных резервов обогащенного топлива, две из которых являются многосторонними, с предоставлением топлива под эгидой Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), несмотря на любые политические перерывы, которые могут повлиять на страны, которые в них нуждаются.Третий — под эгидой США, а также для удовлетворения потребностей, возникающих в результате перебоев в поставках.

Российский запас НОУ

В ноябре 2009 года Совет МАГАТЭ одобрил предложение России о создании международного «банка топлива» или гарантированных запасов низкообогащенного урана под контролем МАГАТЭ в Международном центре по обогащению урана (МЦОУ) в Ангарске. Этот российский запас НОУ был создан годом позже и включает 123 тонны низкообогащенного урана в виде UF ₆, обогащенного 2.0-4,95% U-235 (из которых 40 т), доступный любому государству-члену МАГАТЭ с хорошей репутацией, которое не может закупить топливо по политическим причинам. Он полностью финансируется Россией, находится под гарантиями, и топливо будет предоставляться МАГАТЭ по рыночным ценам с использованием формулы, основанной на спотовых ценах. После решения МАГАТЭ о выделении части из них Росатом перевезет материалы в Санкт-Петербург и передаст право собственности МАГАТЭ, которое затем передаст право собственности получателю. 120 тонн урана в виде UF ₆ эквивалентны двум полным топливным загрузкам для типичного реактора мощностью 1000 МВт и стоят (в 2011 году) около 250 миллионов долларов США.

Банк НОУ МАГАТЭ

В декабре 2010 года совет директоров МАГАТЭ принял решение о создании аналогичного гарантированного запаса низкообогащенного урана — банка НОУ МАГАТЭ *. Он включает физический запас UF ₆, принадлежащий МАГАТЭ, которое «несет ответственность за его хранение и защиту». Согласно международным нормам, такой «топливный банк» должен располагаться в стране, не имеющей ядерного оружия, и быть полностью открытым для инспекторов МАГАТЭ. Банк топлива будет потенциальным источником 90 тонн НОУ (как UF ₆) для производства тепловыделяющих сборок для атомных электростанций.Правительство Казахстана в апреле 2015 года одобрило проект соглашения с МАГАТЭ на этот . В июне 2015 года Правление МАГАТЭ одобрило планы размещения Банка НОУ МАГАТЭ на Ульбинском металлургическом заводе (УМЗ) в Усть-Каменогорске (также известном как Оскемен) под управлением Казахстана. Официальное соглашение с Казахстаном о создании правовой базы было подписано в августе. Также было одобрено транзитное соглашение с Россией на отгрузку НОУ. Соглашение между МАГАТЭ и УМЗ было подписано в мае 2016 года. Завод был официально открыт в конце августа 2017 года.В сентябре 2018 года МАГАТЭ объявило, что объект будет введен в эксплуатацию в 2019 году, а в ноябре оно заключило контракты с компаниями «Орано» и «Казатомпром» на его поставку.

* «НОУ МАГАТЭ» определяется как НОУ, находящийся в собственности МАГАТЭ в форме гексафторида урана (UF6) с номинальным обогащением по U-235 до 4,95%. Он включает до 60 полных контейнеров типа 30В или более поздних версий. Цилиндры типа 30B каждый вмещают 2,27 т UF6 (1,54 тонны U), то есть около 92 тонны UF6. МАГАТЭ несет расходы на закупку и доставку (импорт-экспорт) НОУ, закупку оборудования и его эксплуатацию, технические ресурсы и другие необходимые товары и услуги.Казахстан покроет расходы на хранение НОУ, включая оплату электроэнергии, отопления, офисных помещений и расходы на персонал. Соглашение предусматривает возможность переноса банка топлива с НОУ на другую площадку с Ульбинского металлургического завода, и оно рассчитано на десять лет с автоматическим продлением в конце этого периода.

Банк НОУ МАГАТЭ полностью финансируется за счет добровольных взносов, включая 50 миллионов долларов от американской организации Nuclear Threat Initiative (NTI), 49 миллионов долларов от США, до 25 миллионов долларов от Европейского союза, по 10 миллионов долларов от Кувейта и США. Арабские Эмираты и 5 миллионов долларов из Норвегии.

Американская гарантия поставок топлива

В 2005 году правительство США объявило о планах по созданию механизма для обеспечения поставок топлива для использования в коммерческих реакторах в зарубежных странах, где произошли перебои в поставках. Топливо будет получено путем разбавления 17,4 тонны высокообогащенного урана (ВОУ). В августе 2011 года Министерство энергетики США объявило о расширении масштабов программы, чтобы она также обслуживала коммунальные услуги США, и теперь она будет называться American Assured Fuel Supply (AFS).На этом этапе большая часть разбавления ВОУ была завершена, и схема была готова к работе. В состав AFS входит 286 тонн низкообогащенного урана (еще 60 тонн после разбавления продаются на рынке для оплаты работ). Кроме того, США завершили процесс разбавления еще 20,1 тонны ВОУ. Программа AFS находится в ведении Национального управления ядерной безопасности США, доступ за границу должен осуществляться через организацию в США, а топливо будет продаваться по текущим рыночным ценам.Количество 286 тонн эквивалентно примерно шести перезагрузкам для реактора мощностью 1000 МВт.

Нетрадиционные ресурсы

Помимо 6,1 миллиона тонн урана в известных мировых извлекаемых ресурсах, существуют значительные количества, которые составляют так называемые «нетрадиционные ресурсы». Такие нетрадиционные ресурсы, из которых уран может быть получен вместе с другими металлами в качестве побочного продукта, составили более 11% исторической добычи урана.

Основным нетрадиционным ресурсом урана является каменный фосфат или фосфорит, и около 20 000 тонн урана было извлечено как побочный продукт сельскохозяйственного производства фосфатов до 1990-х годов, но затем это стало нерентабельным.Оценки доступных объемов варьируются от 9 до 22 миллионов тонн урана, хотя в Красной книге издания за 2018 год содержится только около 8 миллионов тонн.

Поскольку уран является второстепенным побочным продуктом фосфатов, потенциальные поставки связаны с экономикой производства фосфатов, а также с ценой на уран в сочетании с экологическими преимуществами удаления урана из потока отходов и / или продукта. Мировая производственная мощность пятиокиси фосфора (P ₂ O ₅) составляет около 250 млн тонн фосфорита из камня и составляет около 50 миллионов тонн в год.С 1981 по 1992 год добыча фосфатов в США в качестве побочного продукта на месторождениях фосфатов в центральной Флориде составляла в среднем чуть более 1000 тонн урана в год, что составляет до 20% от общего объема добычи в США, затем резко упала и закончилась в 1998 году. Марокко, безусловно, обладает крупнейшими известными ресурсами: уран в фосфоритной руде.

Месторождения редкоземельных элементов (РЗЭ) — еще один такой нетрадиционный ресурс. РЗЭ обладают уникальными каталитическими, металлургическими, ядерными, электрическими, магнитными и люминесцентными свойствами и играют решающую роль в применении многих современных технологий, включая аппараты магнитно-резонансной томографии (МРТ), спутники, батареи, светодиодные экраны и солнечные панели.Китай является ведущим поставщиком РЗЭ, что вызывает коммерческое давление с целью разработки месторождений в других местах.

РЗЭ представляют собой набор из 17 химических элементов в периодической таблице, в частности, 15 смежных лантаноидов плюс более легкий скандий и иттрий. Скандий и иттрий считаются РЗЭ, поскольку они, как правило, встречаются в тех же рудных месторождениях, что и лантаноиды, и обладают схожими физическими и химическими свойствами. На самом деле РЗЭ относительно многочисленны в земной коре, но редко встречаются в концентрациях, которые можно использовать с экономической точки зрения.Ресурсы РЗЭ встречаются в четырех основных геологических условиях: карбонатиты, ионно-абсорбционные глинистые отложения, магматические системы и монзанит-ксенотимовые россыпи. Ресурсы РЗЭ обычно указываются как оксиды редкоземельных элементов (РЗЭ).

Кванефьельд в Гренландии является основным месторождением РЗЭ с большим потенциалом добычи урана с рудными телами Соренсена, Зона 3 и Стинструпфьельд в том же интрузивном комплексе Илимауссак. Эти четыре месторождения имеют в общей сложности 228 000 tU (май 2015 г., в соответствии с JORC), почти половина из них измеренные и предполагаемые ресурсы.Greenland Minerals имеет соглашение с китайской компанией Shenghe Resources, которое позволит продолжить разработку.

Черные сланцы (квасцы) являются еще одним нетрадиционным ресурсом, и предпринимаются попытки их эксплуатации. Красная книга за 2018 год содержит около 300000 tU в Швеции и упоминает 24000 tU в Финляндии на шахте Соткамо компании Terrafame Oy, на которую в 2020 году правительство выдало разрешение на извлечение урана методом кучного выщелачивания.

Торий как ядерное топливо

Сегодня уран — единственное топливо для ядерных реакторов.Однако торий также можно использовать в качестве топлива для реакторов CANDU или в реакторах, специально разработанных для этой цели. Нейтронно-эффективные реакторы, такие как CANDU, могут работать в ториевом топливном цикле, если они запускаются с использованием делящегося материала, такого как U-235 или Pu-239. Затем атом тория (Th-232) захватывает нейтрон в реакторе, превращаясь в делящийся уран (U-233), который продолжает реакцию. Некоторые усовершенствованные конструкции реакторов, вероятно, смогут использовать торий в значительных масштабах.

Ториевый топливный цикл обладает некоторыми привлекательными особенностями, хотя он еще не используется в коммерческих целях. Сообщается, что тория в земной коре примерно в три раза больше, чем урана. В Красной книге МАГАТЭ-АЯЭ за 2009 год перечислено 3,6 миллиона тонн известных и оцененных ресурсов, как указано, но указывается, что это исключает данные из большей части мира, и оценивается примерно в 6 миллионов тонн в целом. Для получения дополнительной информации см. Статью о тории.

Примечания и ссылки

Общие источники

ОЭСР АЯЭ и МАГАТЭ, Уран 2018: ресурсы, производство и спрос
Всемирная ядерная ассоциация, 2019 г., Отчет о ядерном топливе — спрос и предложение на 2019-2040 гг.
Институт ООН по исследованию проблем разоружения, Юрий Юдин (ред.) 2011, Многосторонность ядерного топливного цикла — первые практические шаги
А.Monnet, CEA, Уран из угольной золы: оценка ресурсов и прогноз , IAEA URAM 2014

Приложения

Приложение 1: Минеральные ресурсы и запасы

Ниже приведены международно признанные категории, основанные на австралийском коде JORC, которому следует канадский код NI 43-101.

«Минеральные ресурсы» — это известные концентрации полезных ископаемых в земной коре с разумными перспективами их возможной рентабельной добычи. Минеральные ресурсы подразделяются в порядке увеличения геологической достоверности на предполагаемые, выявленные и измеренные категории.

«Предполагаемые» минеральные ресурсы — это та часть минеральных ресурсов, для которой тоннаж, содержание и содержание полезных ископаемых можно оценить с очень низкой степенью достоверности. Информация, на которой она основана, ограничена или имеет неопределенное качество и надежность.
«Указанные» минеральные ресурсы — это та часть минеральных ресурсов, для которой тоннаж, содержание и содержание полезных ископаемых можно оценить с разумной степенью уверенности. Он основан на информации о разведке, отборе проб и испытаниях, которая позволяет предположить, но не подтверждает геологическую целостность и / или непрерывность содержания.
«Измеренные» минеральные ресурсы — это те части минеральных ресурсов, для которых тоннаж, физические характеристики, содержание и минеральное содержание могут быть оценены с высокой степенью достоверности. Он основан на подробной и надежной информации о разведке, отборе проб и испытаниях с местами, расположенными достаточно близко, чтобы подтвердить геологическую целостность и непрерывность содержания.

«Минеральные» запасы (или запасы руды) — это экономически полезная часть измеренных и / или указанных минеральных ресурсов.Это допускает разбавление и потери, которые могут возникнуть при добыче материала. Соответствующие оценки и исследования будут выполнены и будут включать рассмотрение реально предполагаемых горнодобывающих, металлургических, экономических, маркетинговых, юридических, экологических, социальных и государственных факторов. Запасы полезных ископаемых или руды подразделяются в порядке увеличения достоверности на вероятные запасы полезных ископаемых / руды и доказанные запасы минералов / руды.

«Вероятные» запасы полезных ископаемых (или вероятные запасы руды) — это экономически выгодная часть указанных минеральных ресурсов.Будут проведены исследования, по крайней мере, до уровня предварительного технико-экономического обоснования, демонстрирующие, что добыча может быть разумно оправдана.
«Доказанные» запасы полезных ископаемых (или доказанные запасы руды) — это экономически полезная часть измеренных минеральных ресурсов. Будут проведены исследования, по крайней мере, до уровня предварительного технико-экономического обоснования, которые продемонстрируют, что добыча оправдана.

Приложение 2: Устойчивость минеральных ресурсов (сентябрь 2005 г.)

В основном заимствовано из доклада Колина Макдональда на симпозиуме WNA 2003 г., Уран: устойчивый ресурс или предел роста? — дополнен его докладом на симпозиуме WNA 2005 года и включает модель Экономические корректировки в поставке «невозобновляемых» ресурсов от Яна Хор-Лейси.

Обычно утверждают, что, поскольку «ресурсы земли конечны», мы должны столкнуться с наступлением дня расплаты и должны будем планировать «отрицательный рост». Все это, как указывается, происходит потому, что эти ресурсы потребляются все более быстрыми темпами, чтобы поддерживать наш западный образ жизни и удовлетворять растущие потребности развивающихся стран. Утверждение о том, что у нас, вероятно, не хватит ресурсов, является повторением аргумента «Пределы роста» (Римский клуб, 1972 г., популяризированный Медоузом и др. В то время, «Пределы роста »).(Полезным противодействием этому является В. Беркерман, В защиту экономического роста, , также Зингер, М., «Переход к человеческому миру», Hudson Inst. 1987). В течение десятилетия после его публикации мировые запасы бокситов увеличились на 35%, меди на 25%, никеля на 25%, урана и угля удвоились, газа увеличилось на 70% и даже нефти выросло на 6%.) создателей, Римского клуба, и с течением времени проявились как ерунда. Это также перекликается с аналогичными опасениями, высказанными экономистами в 1930-х годах и Мальтусом в конце 18-го века.

В последние годы наблюдается постоянное недопонимание и искажение информации об изобилии полезных ископаемых с утверждением, что мир находится под угрозой фактического исчерпания многих минеральных ресурсов. Несмотря на то, что это соответствует здравому смыслу, если игнорировать масштаб земной коры, ему не хватает эмпирических подтверждений тенденций практически всех цен на минеральное сырье и опубликованных данных о ресурсах в долгосрочной перспективе. В последние годы некоторые придерживаются мнения, что ограниченные запасы природного урана являются ахиллесовой пятой ядерной энергетики, поскольку этот сектор предполагает больший вклад в будущую чистую энергию, несмотря на то, что ее небольшое количество требуется для производства очень большого количества энергии.

Новости предложения урана обычно строятся в краткосрочной перспективе. Это касается того, кто и какими ресурсами производит, кто может производить или продавать, и как это соотносится со спросом? Однако долгосрочный анализ предложения входит в сферу экономики ресурсов. В центре внимания этой дисциплины — понимание не только динамики спроса / предложения / цен на известные ресурсы, но и механизмов замены ресурсов новыми, неизвестными в настоящее время. Такой упор на устойчивость поставок уникален для долгосрочной перспективы.Нормально функционирующие рынки металлов и технологические изменения создают движущие силы для обеспечения постоянного пополнения предложения по ценам, доступным для потребителей, как за счет открытия новых ресурсов, так и за счет переопределения (с экономической точки зрения) известных.

Конечно, ресурсы Земли действительно конечны, но необходимо сделать три наблюдения: во-первых, пределы предложения ресурсов настолько далеки, что этот трюизм не имеет практического значения. Во-вторых, многие из рассматриваемых ресурсов являются либо возобновляемыми, либо пригодными для вторичной переработки (главными исключениями являются энергетические минералы и цинк, хотя потенциал повторного использования многих материалов на практике ограничен затратами на энергию и другими связанными с этим расходами).В-третьих, доступные запасы «невозобновляемых» ресурсов постоянно обновляются, в основном быстрее, чем они используются.

Есть три основных области, в которых прогнозы ресурсов не оправдываются:

прогнозов не учитывали прирост геологических знаний и понимания месторождений полезных ископаемых;
они не учли технологии, используемые для их обнаружения, обработки и использования;
экономических принципов не были приняты во внимание, что означает, что ресурсы рассматриваются только в нынешних условиях, а не в терминах того, что будет экономически выгодно во времени, или с учетом концепций замещения.

Что же тогда означает устойчивость по отношению к минеральным ресурсам? Ответ заключается во взаимодействии этих трех факторов, которые позволяют эффективно создавать полезные ресурсы (в дальнейшем употребление этого слова берется с некоторой лицензией, строго говоря, это запасы полезных ископаемых). Они собраны вместе на схеме ниже.

Многие экономисты изучали тенденции в отношении ресурсов, чтобы определить, какие меры должны наилучшим образом отражать дефицит ресурсов (Tilton, J. На время взаймы? Оценка угрозы истощения запасов полезных ископаемых, , Ресурсы для будущего, Вашингтон, округ Колумбия, 2002 г.). Их единодушное мнение заключается в том, что затраты и цены, должным образом скорректированные с учетом инфляции, обеспечивают лучшую систему раннего предупреждения о долгосрочной нехватке ресурсов, чем физические меры, такие как количество ресурсов.

Исторические данные показывают, что стоимость наиболее часто используемых металлов снизилась как в стоимости, так и в реальных ценах на сырье за последнее столетие. Такие ценовые тенденции являются наиболее ярким свидетельством отсутствия дефицита.В качестве примера можно привести уран по сравнению с его ценой в конце 1970-х годов в размере 40 долларов США за фунт U ₃ O ₈.

Анекдот подчеркивает эту основную истину: в 1980 году два выдающихся профессора, яростные критики друг друга, сделали пари относительно реальной рыночной цены пяти металлических товаров в течение следующего десятилетия. Пол Эрлих, всемирно известный эколог, сделал ставку на то, что из-за того, что мир превышает допустимую нагрузку, в 1980-х годах начнут кончаться продукты питания и товары, и поэтому цены в реальном выражении вырастут.Джулиан Саймон, экономист, сказал, что ресурсов действительно так много и их становится больше, что цены упадут в реальном выражении. Он предложил Эрлиху указать, какие товары будут использоваться для проверки этого вопроса, и они остановились на них (хром, медь, никель, олово и вольфрам). В 1990 году Эрлих расплатился — все цены упали.

Тем не менее, количество известных ресурсов рассказывает аналогичную и последовательную историю. Приведем один пример: мировые запасы меди в 1970-х годах составляли всего 30 лет текущего производства (6.4 млн т / год). Многие аналитики сомневались, сможет ли эта ресурсная база удовлетворить большие ожидаемые потребности телекоммуникационной отрасли к 2000 году. Но к 1994 году мировое производство меди увеличилось вдвое (12 млн тонн в год), а имеющихся запасов хватило еще на 30 лет. Резервный мультипликатор текущей добычи остался прежним.

Другой способ понять устойчивость ресурсов — с точки зрения экономики и экономии капитала.С этой точки зрения полезные ископаемые не столько редки или дефицитны, сколько просто слишком дороги, чтобы их обнаружить, если вы не сможете получить прибыль от своего открытия в ближайшее время. Поэтому простые экономические соображения не позволяют компаниям открывать для себя гораздо больше, чем нужно обществу, посредством сообщений о снижении цен на сырьевые товары в периоды избыточного предложения. Экономически рациональные игроки будут вкладывать средства в поиск этих новых запасов только тогда, когда они наиболее уверены в получении от них прибыли, что обычно требует позитивных ценовых сообщений, вызванных тенденциями дефицита предложения.Если экономическая система работает правильно и обеспечивает максимальную эффективность использования капитала, то в любой момент времени в запасах какого-либо сырьевого товара не должно быть более нескольких десятилетий.

Тот факт, что для многих товаров доступно больше ресурсов, чем может предполагать эффективная экономическая теория, можно частично объяснить двумя характеристиками циклов разведки полезных ископаемых. Во-первых, сектор геологоразведки имеет тенденцию чрезмерно реагировать на положительные ценовые сигналы из-за быстрого увеличения мировых расходов (что увеличивает скорость открытий), в частности, из-за важной роли более спекулятивно финансируемых младших геологоразведочных компаний.Разведка также имеет тенденцию делать открытия в кластерах, которые больше связаны с новыми геологическими знаниями, чем с теорией эффективного распределения капитала. Например, когда стало известно о существовании алмазов на севере Канады, небольшой геологоразведочный бум, сопровождавший это, привел к нескольким крупным открытиям — больше, чем рынок мог потребовать в то время. Эти модели являются частью динамики, которая приводит к циклам цен на сырьевые товары. Открытие новых ресурсов очень трудно точно сопоставить с далеким будущим спросом, и исторические данные свидетельствуют о том, что процесс разведки чрезмерно компенсирует каждый небольшой намек на дефицит, который предоставляют рынки.

Еще одним важным элементом экономики ресурсов является возможность замещения товаров. Многие виды использования товаров не являются исключительными — если они станут слишком дорогими, их можно будет заменить другими материалами. Даже если они станут дешевле, их можно будет заменить, поскольку технологические достижения могут изменить стиль и стоимость использования материалов. Например, медь, несмотря на то, что она дешевле в реальном выражении, чем 30 лет назад, все еще заменяется волоконной оптикой во многих приложениях связи.Эти изменения в использовании материалов и спросе на товары придают еще одно измерение простому представлению об истощении ресурсов и повышении цен.

Таким образом, исторические тенденции цен на металлы, если рассматривать их в свете социальных и экономических изменений с течением времени, демонстрируют, что дефицит ресурсов — это палка о двух концах. Те же социальные тенденции, которые привели к увеличению потребления металлов, имеющему тенденцию к увеличению цен, также увеличили доступное богатство для инвестирования в знания и технологии, снижающие цены.Эти идеи создают основу для экономической устойчивости металлов, включая уран.

Геологические знания

Какие бы полезные ископаемые ни находились в земле, они не могут считаться полезными ресурсами, если они не известны. Необходимо постоянно вкладывать время, деньги и усилия, чтобы узнать, что там есть. Эта работа по разведке полезных ископаемых — это не просто поиск окаменелостей или аэромагнитная съемка, но в конечном итоге должна распространяться на всестороннее исследование рудных тел, чтобы их можно было надежно определить с точки зрения местоположения, количества и содержания.Наконец, они должны быть технически и экономически определены количественно как минеральные запасы. Это первый аспект создания ресурса. См. Раздел в статье о минеральных ресурсах и категориях запасов.

По причинам, изложенным выше, измеренные ресурсы многих полезных ископаемых увеличиваются намного быстрее, чем они используются, из-за затрат на разведку горнодобывающими компаниями и их инвестиций в исследования. Просто по геологическим причинам нет оснований предполагать, что эта тенденция не будет продолжаться.Сегодня доказанные минеральные ресурсы во всем мире — это больше, чем мы унаследовали в 1970-х годах, и особенно это касается урана.

Проще говоря, металлы, которых больше в земной коре, более вероятно, поскольку их экономические концентрации мы называем месторождениями полезных ископаемых. Они также должны быть разумно извлекаемыми из минералов-хозяев. По этим показателям уран очень хорошо сравнивается с цветными и драгоценными металлами. Его среднее содержание в коре 2,7 частей на миллион сравнимо с содержанием многих других металлов, таких как олово, вольфрам и молибден.Многие обычные породы, такие как гранит и сланцы, содержат еще более высокие концентрации урана — от 5 до 25 частей на миллион. Кроме того, уран преимущественно связан с минералами, которые легко разрушить при переработке.

Как и в случае с земной корой, металлы, которые встречаются во многих различных типах месторождений, легче восполнить с экономической точки зрения, поскольку разведочные открытия не ограничиваются лишь несколькими геологическими условиями. В настоящее время известно по крайней мере 14 различных типов урановых месторождений, встречающихся в породах широкого диапазона геологического возраста и географического распространения.Есть несколько фундаментальных геологических причин, по которым залежи урана не редкость, но основная причина заключается в том, что уран относительно легко как перевести в раствор в течение геологического времени, так и выпасть в осадок из раствора в химически восстановительных условиях. Одна только эта химическая характеристика позволяет во многих геологических условиях обеспечивать требуемые условия размещения урановых ресурсов. С таким разнообразием условий связано еще одно преимущество снабжения — широкий диапазон геологического возраста вмещающих пород гарантирует, что многие геополитические регионы могут содержать ресурсы урана определенного качества.

В отличие от металлов, которые пользовались спросом на протяжении веков, общество только начало использовать уран. Поскольку серьезный невоенный спрос не материализовался до тех пор, пока к концу 1970-х не было построено значительное ядерное производство, был только один цикл разведки-открытия-производства, в значительной степени обусловленный пиками цен в конце 1970-х годов (MacDonald, C, Rocks to реакторы: Разведка и рынок урана. Труды симпозиума WNA 2001). Этот начальный цикл дал более чем достаточно урана на последние три десятилетия и еще несколько лет назад.Ясно, что пока рано говорить о долгосрочном дефиците урана, когда вся ядерная отрасль настолько молода, что требуется только один цикл восполнения ресурсов. Напротив, это подтверждение того, что этот первый цикл исследований был способен удовлетворить потребности более чем полувекового спроса на ядерную энергию.

С молодостью спроса на ядерную энергию связана ранняя стадия, которой достигли глобальные исследования до того, как падение цен на уран сдерживало разведку в середине 1980-х годов.Значительные инвестиции в разведку урана в течение цикла геологоразведочных работ 1970-82 гг. Были бы достаточно эффективными при обнаружении открытых залежей урана из-за простоты обнаружения радиоактивности. Тем не менее, в очень немногих перспективных регионах мира наблюдались такие интенсивные исследования, основанные на знаниях и технологиях, которые наблюдались в бассейне Атабаска в Канаде с 1975 года. Этот факт имеет огромное положительное значение для будущих открытий урана, поскольку история бассейна Атабаска предполагает, что большая часть будущих ресурсов будет представлена месторождениями, открытыми на более продвинутых этапах разведки.В частности, только 25% из 635 000 тонн U ₃ O ₈, обнаруженных на данный момент в бассейне Атабаски, могут быть обнаружены на первом этапе наземных разведочных работ. Для обнаружения оставшихся 75% потребовалась устойчивая вторая фаза, основанная на достижениях в области глубинной геофизики и геологических моделей.

Еще одним аспектом незрелости разведки урана является то, что нет никакой уверенности в том, что все возможные типы месторождений вообще были идентифицированы.Любая оценка мирового уранового потенциала, сделанная всего 30 лет назад, упустила бы весь класс залежей несогласных месторождений, которые с тех пор стимулировали добычу, просто потому, что геологи не знали о существовании этого класса.

Технологии

Бессмысленно говорить о ресурсе, пока кто-то не придумал способ использования того или иного материала. В этом смысле человеческая изобретательность буквально создает новые ресурсы исторически, в настоящее время и в перспективе.Это самый фундаментальный уровень, на котором технология создает ресурсы, делая определенные полезные ископаемые пригодными для использования по-новому. Часто они затем в некоторой степени заменяют другие, которые становятся все более дефицитными, на что указывает рост цен. До 1940 года уран не был ресурсом в каком-либо значимом смысле.

В частности, если известное месторождение полезных ископаемых не может быть добыто, переработано и реализовано с экономической точки зрения, оно не является ресурсом в каком-либо практическом смысле. Многие факторы определяют, можно ли считать конкретное месторождение полезных ископаемых пригодным для использования ресурсом — масштаб добычи и переработки, задействованный технологический опыт, его расположение по отношению к рынкам и так далее.Применение человеческой изобретательности с помощью технологий изменяет значение всех этих факторов и, таким образом, является вторым средством «создания» ресурсов. Фактически, части земной коры реклассифицируются как ресурсы. Еще один аспект этого — на уровне производства и потребителя, где технология может продвигать определенное количество ресурсов за счет более эффективного использования (масса алюминиевых банок была уменьшена на 21% в 1972-88 гг., А каждый автомобиль потребляет около 30%. стали меньше, чем 30 лет назад)

Прекрасный пример применения этой технологии для создания ресурсов находится в регионе Пилбара в Западной Австралии.До 1960-х годов огромные залежи железной руды были просто геологическим курьезом, несмотря на их очень высокое содержание. Считалось, что в Австралии не хватает железной руды. С современной крупномасштабной горнодобывающей технологией и появлением мощных железных дорог и массовых перевозок, которые могли бы экономично доставлять железную руду из шахты (в глубь страны) через порты Дампир и Порт-Хедленд в Японию, они стали одним из основных полезных ископаемых в стране. Ресурсы. В течение последних 45 лет Hamersley Iron (Rio Tinto), Mount Newman (BHP-Billiton) и другие были в австралийских экспортерах полезных ископаемых, опираясь на эти «новые» рудные тела.

Чуть более ста лет назад алюминий был драгоценным металлом не потому, что его было мало, а потому, что восстановить оксид до металла было почти невозможно, а это было фантастически дорого. С открытием процесса Холла-Эру в 1886 году стоимость производства алюминия упала примерно до одной двадцатой от того, что было раньше, и этот металл неуклонно становился все более обычным явлением. Сейчас он конкурирует с железом во многих сферах применения и медью в других, а также имеет собственное широкое применение во всех аспектах нашей жизни.Этот технологический прорыв не только предоставил людям практически новый материал для использования, но и огромное количество бокситов во всем мире постепенно стало ценным ресурсом. Без технологического прорыва они остались бы геологической диковинкой.

Постепенные улучшения в технологии переработки на всех заводах менее очевидны, но, тем не менее, также очень значительны. На протяжении многих лет они, вероятно, так же важны, как и исторические технологические прорывы.

Для достижения устойчивости совместное воздействие разведки полезных ископаемых и развития технологий должно приводить к созданию ресурсов, по крайней мере, с той же скоростью, с какой они используются. Нет никаких сомнений в том, что в отношении горнодобывающей промышленности это в целом так, как и в случае с ураном. Переработка также помогает, хотя в целом ее эффект невелик.

Экономика

Доступность конкретного месторождения полезных ископаемых в качестве ресурса будет зависеть от рыночной цены данного минерала.Если добыть его из-под земли стоит больше, чем того требует его стоимость, его вряд ли можно будет классифицировать как ресурс (если только не произойдет серьезное искажение рынка из-за каких-либо государственных субсидий). Следовательно, доступные ресурсы будут зависеть от рыночной цены, которая, в свою очередь, зависит от мирового спроса на конкретный минерал и затрат на удовлетворение этого спроса. Динамическое равновесие между спросом и предложением также приводит к замене других материалов, когда вырисовывается дефицит (или цена искусственно завышается).Это третий аспект создания ресурсов.

Самый известный пример взаимодействия рынков с доступностью ресурсов — нефтяная промышленность. Когда в 1972 году ОПЕК внезапно увеличила цену на нефть в четыре раза, как на уровне производителей, так и на уровне потребителей произошло несколько событий.

Добывающие компании резко увеличили объем геологоразведочных работ и применили способы увеличения нефтеотдачи из ранее «истощенных» или нерентабельных скважин. Для потребителей повышение цен означало массовую замену других видов топлива и значительно увеличило капитальные затраты на более эффективную установку.В результате предыдущей деятельности резко увеличились запасы нефти. В результате последнего потребление нефти несколько снизилось до 1975 года и в более долгосрочной перспективе не увеличилось в глобальном масштабе с 1973 по 1986 год. Прогнозы на 1972 год, которые в целом предсказывали удвоение потребления нефти за десять лет, оказались совершенно неверными.

Нефть определенно станет дефицитной в один прекрасный день, вероятно, раньше, чем большинство других полезных ископаемых, что будет продолжать повышать ее цену. Как и в 1970-х годах, это, в свою очередь, приведет к увеличению замещения нефти и повышению эффективности ее использования, поскольку рыночный механизм поддерживает равновесие между спросом и предложением.Конечно, нефть никогда не закончится ни в каком абсолютном смысле — она просто станет слишком дорогой, чтобы использовать ее так же свободно, как сейчас.

Другой пример — алюминий. Во время Второй мировой войны Германия и Япония извлекали алюминий из каолинита, обычной глины, по несколько большей цене, чем из бокситов.

Благодаря действию этих трех факторов мировые экономически продемонстрированные ресурсы большинства полезных ископаемых росли быстрее, чем увеличивались темпы использования за последние 50 лет, так что теперь доступно больше, несмотря на либеральное использование.Это во многом связано с эффектами разведки полезных ископаемых и тем фактом, что количество новых открытий превысило потребление.

Замена урана

Характерной чертой замещения ресурсов металлов является то, что сам процесс обнаружения полезных ископаемых добавляет небольшие затраты по сравнению со стоимостью обнаруженных металлов. Например, огромные запасы урана в канадском бассейне Атабаска были обнаружены по цене около 1 доллара США за кг урана (в долларах 2003 года, включая неудачные разведочные работы).Аналогичные оценки мировых ресурсов урана, основанные на опубликованных данных МАГАТЭ о разведочных расходах и при допущении, что эти затраты включают только произведенный в прошлом уран плюс известные в настоящее время категории экономических ресурсов на уровне до 80 долларов США / кг ( Уран 2003: Ресурсы, производство и спрос. Агентство по ядерной энергии и МАГАТЭ, Публикации ОЭСР 2004) дает несколько более высокие затраты — около 1,50 доллара США / кгU. Это может отражать более высокий компонент геологоразведочных работ по инициативе государства во всем мире, некоторые из которых преследовали национальные цели самообеспечения, которые могли не соответствовать отраслевым экономическим стандартам.

С экономической точки зрения, эти затраты на разведку по существу эквивалентны затратам на капитальные вложения, хотя и распределены на более длительный период времени. Однако именно на этот раз промежуток между расходами на разведку и началом добычи затрудняет попытки проанализировать экономику разведки с использованием методов строгого дисконтирования денежных потоков. Положительные денежные потоки от добычи возникают, по крайней мере, на 10-15 лет в будущем, так что их текущая стоимость, очевидно, значительно снижается, особенно если рассматривать настоящее как начало разведки.Это создает парадокс, поскольку крупные ресурсные компании должны по-настоящему ценить простое выживание и получение прибыли в течение многих десятилетий в будущем; а без разведочных открытий у всех горнодобывающих компаний должны истечь свои запасы. Недавние успехи в использовании реальных опционов и подобных методов предоставляют новые способы понять этот очевидный парадокс. Ключевой вывод заключается в том, что время, а не уничтожение стоимости посредством дисконтирования, фактически увеличивает стоимость опциона, как и потенциальная волатильность цен.С этой точки зрения ресурсные компании создают стоимость, получая будущие ресурсы, которые можно оптимально использовать при различных возможных экономических условиях. Подобные методы начинают добавлять аналитическую поддержку к тому, что всегда было интуитивным пониманием руководителей ресурсных компаний — что успешная геологоразведка создает прибыльные рудники и увеличивает стоимость акций компании.

Поскольку уран является частью энергетического сектора, еще один способ взглянуть на затраты на разведку — на основе энергетической ценности.Это позволяет проводить сравнение с инвестиционными затратами на энергию для других видов топлива, особенно ископаемых видов топлива, которые будут иметь аналогичные затраты, связанные с открытием ресурсов. Согласно многочисленным опубликованным источникам, затраты на поиск сырой нефти в среднем составляли около 6 долларов США за баррель, по крайней мере, за последние три десятилетия. Затраты на поиски урана составляют лишь 2% от недавней спотовой цены 30 долларов США за фунт (78 долларов США за килограмм урана), в то время как затраты на поиск нефти составляют 12% от недавней спотовой цены в 50 долларов США за баррель.

Согласно этим мерам, уран является очень недорогим источником энергии для восполнения, поскольку общество приняло гораздо более высокие затраты на замену энергии для поддержания нефтяных ресурсов.Эта низкая стоимость базовых энергоресурсов является одним из аргументов в пользу использования атомно-водородного решения для долгосрочной замены нефти в качестве транспортного топлива.

Прогноз пополнения

Специалисты по прогнозированию запасов часто неохотно принимают во внимание дополнительное влияние разведки на новые предложения, утверждая, что предполагать открытия так же рискованно и спекулятивно, как и сам геологоразведочный бизнес. Пытаться предсказать какое-либо открытие, безусловно, является спекулятивным. Однако до тех пор, пока цель состоит в том, чтобы просто учесть предполагаемую общую скорость открытия на глобальном уровне, можно использовать косвенный показатель, такой как расчетные затраты на разведку.Поскольку затраты коррелируют с уровнем открытия, исторические (или скорректированные) ресурсы, обнаруженные на единицу затрат, дадут разумную оценку ожидаемого прироста ресурсов. Пока учитывается временной лаг между открытием и добычей, такой вид динамического прогнозирования с большей вероятностью обеспечит основу как для повышения, так и для снижения цен, что исторически демонстрировали рынки металлов.

Без этих оценок восполнения ресурсов урана в ходе геологоразведочных циклов долгосрочный анализ спроса и предложения будет иметь тенденцию иметь встроенный пессимистический уклон (т.е. в сторону дефицита и более высоких цен), что не будет отражать реальность. В этих прогнозах не только будет завышена цена, необходимая для удовлетворения долгосрочного спроса, но и противники ядерной энергетики используют их, чтобы подкрепить аргументы в пользу того, что ядерная энергетика неустойчива даже в краткосрочной перспективе. Аналогичным образом, этот анализ ограниченных ресурсов также приводит наблюдателей в отрасли к выводу, что вскоре потребуется технология реакторов-размножителей на быстрых нейтронах. Это действительно может появиться постепенно, но если уран будет следовать тенденциям цен, которые мы наблюдаем в отношении других металлов, его разработка будет больше обусловлена стратегическими политическими решениями, а не слишком дорогим ураном.

С точки зрения экономики ресурсов следует ожидать, что новые циклы разведки добавят ресурсы урана в мировые запасы, и в той мере, в какой некоторые из них могут быть более высокого качества и сопряжены с более низкими эксплуатационными затратами, чем ранее идентифицированные ресурсы, это будет иметь тенденцию к снизить рост цен. Именно это и произошло с ураном, поскольку открытия дешевых месторождений в канадском бассейне Атабаска вытеснили более дорогостоящую добычу из многих других регионов, снизив кривую затрат и способствуя снижению цен.Поставки вторичного урана в той степени, в которой их можно рассматривать как месторождение с очень низкой стоимостью, просто расширили эту ценовую тенденцию.

Первый цикл разведки и добычи урана произошел примерно с 1970 по 1985 год. Он дал достаточно урана, чтобы удовлетворить мировой спрос примерно на 80 лет, если рассматривать существующие известные ресурсы как происходящие из него. С ростом цен на уран к сентябрю 2005 г. и сопутствующим увеличением (бумом?) Разведки полезных ископаемых становится ясно, что у нас есть начало второго такого цикла, с середины 2003 г. до 18:00.Рост цен был вызван сокращением вторичных поставок в сочетании с осознанием необходимости существенного увеличения первичных поставок.

Несколько важных решений по разработке рудников и увеличению объемов разведки крупными производителями позволят увеличить предложение в сочетании с подключением более мелких производителей. Множество молодых геологоразведочных компаний на другом конце спектра, которые не испытывают никаких трудностей в привлечении капитала, также являются положительным признаком того, что набирает обороты новый энергичный цикл разведки и добычи.Мировые расходы на разведку урана выросли с минимальных примерно 55 миллионов долларов США в год в 2000 году до примерно 110 миллионов долларов США в 2004 году и, как ожидается, составят 185 миллионов долларов США в 2005 году, половина из которых будет приходиться на начальный сектор разведки. Новый цикл также демонстрирует значительную региональную диверсификацию. Измеренный с 1990 года, цикл 2 составляет 1,5 миллиарда долларов США по 2005 год, по сравнению с общей суммой, примерно в три раза превышающей эту цифру (без поправок) за весь первый цикл.

Истощение и устойчивость

И наоборот, истощение минеральных ресурсов при добыче вполне реально.Экономисты по ресурсам не отрицают ни факта истощения, ни его долгосрочного воздействия — что в отсутствие других факторов истощение будет иметь тенденцию приводить к росту цен на сырьевые товары. Но, как мы видели, минеральные ресурсы со временем могут стать более доступными или менее дефицитными, если эффект снижения затрат от новых технологий и разведки будет больше, чем эффект увеличения затрат от истощения.

Одним из факторов, которые, казалось бы, являются аргументами против экономической устойчивости, является растущее осознание глобального истощения запасов нефти, а в некоторых регионах, таких как Северная Америка, природного газа.Но масло — принципиально другой материал. Это начинается с геологии, где ключевые различия включают тот факт, что нефть и газ образовались только в результате одного процесса: распада растительной жизни на Земле. По сравнению с огромными объемами породообразующих минералов на Земле? корка, живые организмы на ней всегда составляли очень маленькую долю. Но более важным фактом является то, что мир потребляет нефть, а в последнее время также и природный газ, по траектории быстрого роста, практически не имеющей себе равных по любому другому товару.Темпы роста потребления до 10% в год за последние 50 лет намного выше, чем мы видим для других сырьевых товаров, и подтверждают утверждение о том, что нефть является особым случаем истощения запасов по нескольким причинам: ее геологическое присутствие ограничено, ее недорогое добычи, его полезность энергии было невозможно воспроизвести по цене, и итоговые темпы истощения были невероятно высокими.

Этот акцент на темпах истощения предполагает, что одно из измерений экономической устойчивости металлов связано с их относительными темпами истощения.В частности, это предполагает, что экономическая устойчивость будет сохраняться бесконечно, пока скорость истощения минеральных ресурсов будет ниже, чем скорость, с которой она компенсируется. Эта компенсирующая сила будет складываться из суммы отдельных факторов, которые работают против истощения, и включать в себя технологии и знания, снижающие затраты, более дешевые ресурсы за счет продвижения разведки и изменение спроса за счет замены материалов.

Баланс экономической устойчивости этого типа также предполагает, что в какой-то момент в будущем компенсирующие факторы могут оказаться недостаточными для предотвращения необратимого повышения цен, вызванного истощением, и именно в этот момент в игру должны вступить заменяющие материалы и технологии. прочь спрос.В случае быстрого истощения запасов нефти этот заменитель, по-видимому, представляет собой водород в качестве транспортного топлива. Это поднимает вопрос о том, как производится водород, и ядерная энергия кажется наиболее вероятным средством этого с использованием высокотемпературных реакторов.

Со стороны все это может показаться чисто технологическим оптимизмом. Но для всех, кто причастен, это очевидно и наглядно. Кроме того, это иллюстрируется более длительной историей использования человеком минеральных ресурсов Земли. Изобилие, дефицит, замещение, повышение эффективности использования, технологические прорывы в открытии, извлечении и использовании, устойчивые постепенные улучшения в извлечении полезных ископаемых и энергоэффективности — все это составляет историю минералов и человечества.

Космическое происхождение урана — Всемирная ядерная ассоциация

(обновлено в апреле 2021 г.)

Уран используется для выработки около 10% нашей электроэнергии во всем мире, но этот факт не имеет значения, когда мы рассматриваем роль урана в эволюции Земли.
Считалось, что уран Земли образовался в одной или нескольких сверхновых более 6 миллиардов лет назад. Более поздние исследования показывают, что некоторое количество урана образуется в результате слияния нейтронных звезд.
Позднее уран обогатился в континентальной коре.
На радиоактивный распад приходится около половины теплового потока Земли.

Геологи и геохимики изучают распространенность, распределение и хронометрический потенциал изотопов урана более века. Их работа проистекает из открытия Клапротом в 1789 году самого тяжелого природного элемента, демонстрации Беккерелем в 1896 году, что соли урана радиоактивны, заключения Болтвуда в 1905 году о том, что свинец, как и гелий, является продуктом распада урана, и предположения Резерфорда в 1906 году о геологической активности. хронометрический потенциал радиоактивности.С геохимической точки зрения некоторые из основных вопросов:

Откуда появился уран, находящийся сейчас на Земле?
Какое влияние оказало сравнительно незначительное содержание урана в Земле на эволюцию планеты и, наоборот, существуют ли обратные связи, управляющие геохимическим циклом урана, которые изменяются в течение веков (то есть в течение долгих, неопределенных периодов времени)?
Можем ли мы проследить во времени, как уран был переработан через экзосферу, кору и мантию Земли?

Космическое изобилие элементов

В течение многих лет, начиная с 1930-х годов, большое количество ученых было занято определением содержания элементов и их изотопов в объектах, составляющих солнечную систему, и учётом наблюдаемых закономерностей содержания.Фактически, спектроскопические измерения показывают, что содержания элементов в звездах различаются и что не существует единой применимой модели «космического содержания».

Ближе к нам, есть большие различия в содержании элементов на разных планетах, вращающихся вокруг нашего Солнца с преобладанием водорода и гелия. Планеты земной группы, включая Землю, относительно обеднены потенциально газообразными или летучими элементами (водород, гелий, углерод и неон) и преобладают элементы с низким и даже атомным номером (кислород, магний, кремний и железо).В этом масштабе уран, содержание которого на Солнце составляет всего 10 ^-12 от содержания водорода, является чрезвычайно редким элементом. Кроме того, измерения изотопов кислорода в метеоритах показывают, что Солнечная система в целом неоднородна с точки зрения изотопных соотношений. Все эти вариации позволяют сделать вывод, что в производстве материала протосолнечной системы участвовали несколько источников.

Откуда взялся уран?

Космохимики интересовались не только закономерностями и вековыми тенденциями содержания элементов в галактиках, но и происхождением аномалий содержания в отдельных звездах и теориями синтеза различных ядер для объяснения этих наблюдений.Согласно этим теориям, уран Земли образовался в одной или нескольких сверхновых («Взрывное повышение яркости звезды, при котором излучаемая ею энергия увеличивается в десять миллиардов раз … Взрыв сверхновой происходит, когда звезда сгорает. все имеющееся ядерное топливо и активная зона катастрофически разрушаются »- Оксфордский физический словарь). Основной рассматриваемый процесс заключался в быстром захвате нейтронов зародышевыми ядрами со скоростью выше, чем распад из-за радиоактивности. Считается, что требуемые потоки нейтронов возникают во время катастрофически взрывных звездных событий, называемых сверхновыми.Гравитационное сжатие железа (островок ядерной стабильности, неспособное к дальнейшим экзотермическим реакциям синтеза) и внезапный коллапс в центре массивной звезды вызывают взрывной выброс большей части звезды в космос вместе с потоком нейтронов. Были обнаружены остатки сотен сверхновых.

Совсем недавно вторая теория выдвинула предположение, что уран образуется при слиянии двух нейтронных звезд. Нейтронные звезды очень плотные: чайная ложка вещества нейтронной звезды имеет массу порядка 5 миллиардов тонн.Когда два таких тела сближаются, сильные гравитационные силы заставляют их сильно слиться, испуская гравитационные волны и производя огромное количество тяжелых элементов, таких как золото, платина и уран.

Итак, мы знаем, что уран Земли был произведен посредством одного или нескольких из этих процессов, и что этот материал был унаследован солнечной системой, частью которой является Земля.

Мы можем оценить, как давно произошел этот синтез урана, учитывая:

Современное содержание U-235 и U-238 в различных «оболочках», образующих нашу планету.
Знание о периоде полураспада этих изотопов.
Возраст Земли ( около 4,55 миллиарда лет) — известен по различным радиометрическим «часам», в том числе по цепочкам распада урана и свинца.

Мы можем вычислить содержание U-235 и U-238 на момент формирования Земли. Зная далее, что отношение образования U-235 к U-238 в сверхновой составляет около 1,65, мы можем вычислить, что если бы весь уран, находящийся сейчас в Солнечной системе, образовался в одной сверхновой, это событие должно было произойти примерно в 6 раз.5 миллиардов лет назад.

Однако этот «одноступенчатый» является чрезмерным упрощением. Фактически, это были множественные сверхновые звезды от более чем 6 миллиардов до примерно 200 миллионов лет назад. Кроме того, исследования изотопного содержания элементов, таких как кремний и углерод в метеоритах, показали, что более десяти отдельных звездных источников участвовали в генезисе вещества Солнечной системы. Таким образом, относительное содержание U-235 и U-238 на момент образования Солнечной системы:

Невозможно преобразовать в «одноступенчатую» модель возраста.
— это, по сути, случайное и уникальное значение.
Отражает вход взрывоопасных обломков многих звезд-прародителей.

Обогащение земной коры

Было проведено множество анализов урана в породах, образующих континентальные и океанические корки, а также в образцах мантии Земли, обнаженных в виде приподнятых пластов в горных поясах или в виде «ксенолитов» в базальтах и кимберлитах (скопления алмазов).

У нас есть некоторая уверенность в том, что эти измерения надежны для коры и верхней мантии Земли, но меньше уверенности в том, что мы знаем обилие урана в нижней мантии, а также во внешнем и внутреннем ядрах.В то время как в среднем содержание урана в метеоритах составляет около 0,008 частей на миллион (грамм / тонна), содержание урана в «примитивной мантии» Земли — до извлечения континентальной коры — составляет 0,021 частей на миллион. С учетом извлечения железо-никелевого сплава, образующего сердцевину, без урана (из-за характеристик урана, которые заставляют его легче соединяться с минералами в породах земной коры, а не с богатыми железом), это все же представляет собой примерно двукратное обогащение материалы, образующие протоземлю, по сравнению со средними метеоритными материалами.

Современное содержание урана в «обедненной» мантии, обнаженной на дне океана, составляет около 0,004 частей на миллион. С другой стороны, континентальная кора относительно обогащена ураном — около 1,4 частей на миллион. Это представляет собой 70-кратное обогащение по сравнению с примитивной мантией. Фактически, уран, потерянный из «обедненной» океанической мантии, в основном секвестрируется в континентальной коре.

Вероятно, что процесс или процессы, в результате которых уран переместился из мантии в континентальную кору, являются сложными и многоступенчатыми.Однако, по крайней мере, за последние 2 миллиарда лет они задействовали:

Образование океанической коры и литосферы в результате плавления мантии на срединно-океанических хребтах.
Миграция этой океанической литосферы вбок к месту потребления плиты (на поверхности это отмечено глубоководным желобом).
Производство флюидов и магм из опускающейся (субдуцированной) литосферной плиты и преобладающего мантийного «клина» в этих зонах субдукции.
Перенос этих флюидов / расплавов на поверхность в зонах «островных дуг» (таких как Тихоокеанское огненное кольцо).
Производство континентальной коры из этих протолитов островной дуги путем переплавки, образования гранита и внутрикоровой переработки.

На протяжении всего этого коркообразовательного цикла литофильный характер урана проявляется в постоянстве отношения калия к урану на уровне около 10 000 в диапазоне пород от перидотита до гранита. Поскольку мы хотели бы отслеживать, как уран распределяется на Земле, содержание и изотопные характеристики свинца — радиогенного дочернего элемента U-235 и U-238 — являются полезными параметрами.В таблице 1 ниже показано относительно низкое содержание свинца в мантии Земли и, как следствие, высокое отношение урана к свинцу по сравнению с метеоритами. Разницу в содержании, скорее всего, можно объяснить летучей природой свинца и его склонностью к соединению с железом, при этом свинец теряется во время земной аккреции и отделения ядра. Одним из следствий этих высоких соотношений, конечно же, является сравнительно высокое радиогенное / нерадиогенное содержание Pb-207 / Pb-204 и Pb-206 / Pb-204 в земной коре и мантии по сравнению с метеоритами или земным слоем. основной.(Pb-207 — это последний стабильный продукт распада U-235, а Pb-206 — это продукт распада U-238. Pb-204 не является радиогенным.

Таблица 1

	Обилие U (частей на миллион)	Содержание Pb (частей на миллион)	Соотношение U / Pb
Метеориты	0,008	2,470	0,003
Первобытная мантия	0.021	0,185	0,113
Континентальная кора	1,4	12,6	0,111

Цифра, приведенная для континентальной коры, является средним значением для всей коры. Конечно, локальная концентрация урана может намного превышать эти значения, начиная от 50 ppm, вкрапленных в некоторых гранитах, до гораздо более высоких значений в рудных месторождениях. Фактически, в геологическом прошлом местные концентрации урана иногда достигали естественной критичности, например, реакторы Окло в Габоне (см. Ниже).

Источник энергии

Конвекция во внешнем ядре и мантии, при которой тепло передается за счет движения нагретого вещества, управляет многими эндогенными процессами Земли.

Конвекция в ядре может быть вызвана теплом, выделяющимся при постепенном затвердевании ядра (скрытая теплота кристаллизации), и приводит к самоподдерживающемуся земному динамо, которое является источником магнитного поля Земли. Также считается, что передача тепла от ядра на границе ядро / мантия вызывает восходящие потоки относительно горячих и, следовательно, с низкой плотностью шлейфов материала.Затем эти шлейфы поднимаются, практически не набирая и не теряя тепла, и претерпевают декомпрессионное плавление вблизи поверхности Земли в «горячих точках», таких как Гавайи, Реюньон и Самоа.

Однако основным источником энергии, вызывающим конвекцию в мантии, является радиоактивный распад урана, тория и калия. На современной Земле большая часть энергии вырабатывается при распаде U-238 ( около 10 ^-4 ватт / кг). Однако во время формирования Земли распад и U-235, и K-40 был бы примерно равным по значимости, и оба они превысили бы тепловыделение U-238.

Простой способ взглянуть на процесс тектоники плит — формирование и удаление океанической литосферы — заключается в том, что это механизм, с помощью которого мантия излучает тепло. И наоборот, «мантийные шлейфы / горячие точки» — это то, как ядро излучает тепло. Что касается общих потерь тепла от Земли в настоящее время, активность плит составляет около 74%, на горячие точки приходится около 9%, а потери радиогенного тепла непосредственно из континентальной коры составляют около 17%. Земля хорошо изолирована термически, и теплопотери с поверхности теперь могут отражать тепловыделение в прошлом.

Измерения тепла привели к оценкам, что Земля вырабатывает от 30 до 44 тераватт тепла, большая часть которого связана с радиоактивным распадом. Измерения антинейтрино предположили, что около 24 ТВт возникает в результате радиоактивного распада. Профессор Боб Уайт приводит более позднюю цифру 17 ТВт от радиоактивного распада в мантии, а более новая цифра, основанная на геонейтрино, составляет 20 +/- 8 ТВт от распада U-238 и Th-232, плюс 4 ТВт от распада K-40. . Это сопоставимо с потерей тепла на поверхности Земли из глубины 42-44 ТВт.Баланс происходит за счет изменений в ядре. Таким образом, около половины общего теплового потока Земли происходит от радиоактивного распада. (Потери тепла из-за падающего солнечного излучения намного больше, что весьма заметно.)

Атмосфера и парниковый эффект, роль растений

Помимо фундаментальной физической и химической дифференциации Земли, обусловленной тектоникой плит, формирование и разрушение литосферы также имеют решающее значение для многих процессов во внешнем слое атмосферы.Мы знаем, например, что в периоды усиленного формирования океанической литосферы, как это произошло в меловой период около 100 миллионов лет назад, срединно-океанические хребты стояли выше, вызывая затопление низменных частей континентов. Фактически, Лавразийская часть бывшего суперконтинента Пангея была затоплена в большей степени, чем часть Гондваны, что, возможно, отражает некоторый глубоко укоренившийся термический / композиционный контраст. Эффектов было много, в том числе:

Повышенное выделение углекислого газа, вызывающее повышенное содержание углекислого газа в океане и атмосфере
Уменьшение площади континентальной поверхности, ведущее к снижению титрования из-за выветривания атмосферного углекислого газа
Устойчиво высокий уровень углекислого газа в атмосфере, ведущий к усилению парникового эффекта и потеплению климата.

В течение многих лет произошли изменения в нескольких атмосферных процессах, включая изменение состава — от относительно восстановительного до чрезвычайно окислительного. Странное на вид «уравнение» производства атмосферы:

CO ₂ + H ₂ = N ₂ + O ₂

, где первичные вулканически дегазированные поступления в атмосферу находятся слева, а совокупные обильные компоненты находятся в правой части уравнения.Азот — это следы вулканического выброса, который не используется в значительной степени в поверхностных процессах, включая тривиальный эффект органической жизни, а просто накапливается в атмосфере. Расстояние Земли от Солнца, вместе с тепличной обратной связью, позволяет поддерживать температуру поверхности в пределах диапазона конденсации воды. Двуокись углерода растворяется в воде, а также поглощается кальцитом неорганическими и органическими осадками в виде известняка.

Замечательной особенностью нашей атмосферы является присутствие молекулярного кислорода, выделяемого в процессе фотосинтеза, процесса, при котором зеленые растения производят свои углеводы из атмосферного углекислого газа и воды:

6CO ₂ + 6H ₂ O = C ₆ H ₁₂ O ₆ + 6O ₂

Фотосинтез можно проследить примерно до 3 лет.8 миллиардов лет. Некоторое время выделяющийся кислород потреблялся за счет окисления восстановленных соединений железа на поверхности Земли. В конечном итоге кислород начал накапливаться в атмосфере в виде свободного кислорода около 2,5 миллиардов лет назад.

В дополнение ко многим другим эффектам, изменение окислительно-восстановительного характера экзосферы привело к фундаментальному изменению способа транспортировки урана в цикле выветривания-эрозии-осаждения. В то время как в восстановленных условиях уран относительно нерастворим и стабилен как уранинит (UO ₂), в окислительных условиях он становится растворимым (U ⁶⁺) и легко транспортируется.Начиная с 2,5 миллиарда лет назад, рудные месторождения урана формировались в основном там, где восстановление урансодержащих флюидов достигалось, например, бактериями или посредством контакта с графитовыми сланцами.

Распределение урана во времени

Окислительная атмосфера также привела к увеличению концентрации урана в океанах. Как следствие, перенос в рециркулирующих гидротермальных флюидах также привел к относительному обогащению океанической коры. Усиленный перенос урана из экзосферы во внутреннюю часть Земли — за счет субдукции океанической литосферы и последующей повторной гомогенизации этой литосферы в мантию Земли — оказал значительное влияние на нынешнее распределение урана на Земле и, возможно, объясняет некоторые любопытные обстоятельства. несоответствия изотопных характеристик мантии.Например, в то время как интегрированные во времени значения Pb-208 (стабильный конечный продукт распада Th-232) / Pb-206 базальтов срединно-океанических хребтов указывают на значения Th / U мантийного источника около 4, измеренные значения Th / Уран и систематика короткоживущих нарушений равновесия Th-U указывают на соотношение около 2. Вероятно, что примерно 2,5 миллиарда лет назад инъекции урана в мантию были эффективными в снижении отношения тория к урану на (верхний ) мантийный масштаб.

Дополнительным чистым эффектом является избирательная реинжекция урана, а не свинца, который в основном извлекается в зонах субдукции и немедленно возвращается в кору — в мантию.Мы знаем, что в целом большинство базальтов производится из мантии с повышенным соотношением уран / свинец и с кажущимся «будущим» возрастом по сравнению с изотопными отношениями свинца, характерными для замкнутой системы, одностадийной эволюции урана / свинца на Земле. . Эту особенность геохимики иногда называют «парадоксом свинца», и она может частично относиться к обратной связи окисляющей экзосферы, вызванной жизнью, на недрах Земли.

Природные ядерные реакторы в земной коре

Около 2 миллиардов лет назад в Окло в Габоне, Западная Африка, начали работу по крайней мере 17 естественных ядерных реакторов на богатых месторождениях урановой руды.Каждый работал на тепловой мощности около 20 кВт. В то время концентрация U-235 во всем природном уране составляла 3,7 процента вместо 0,7 процента, как в настоящее время (U-235 распадается намного быстрее, чем U-238, период полураспада которого примерно равен возрасту нашей планеты. ).

Эти естественные цепные реакции, спонтанно начавшиеся из-за присутствия воды, выступающей в качестве замедлителя, продолжались около двух миллионов лет, прежде чем окончательно прекратились. За этот длительный период реакции около 5,4 тонны продуктов деления, а также 1.В рудном теле было произведено 5 тонн плутония вместе с другими трансурановыми элементами. Первоначальные радиоактивные продукты давно распались на стабильные элементы, но изучение их количества и местоположения показало, что движение радиоактивных отходов во время и после ядерных реакций было незначительным. Плутоний и другие трансурановые соединения оставались неподвижными.

Теория геореактора

Совершенно иной взгляд на роль урана на Земле — это теория, согласно которой большая часть урана на изначальной планете погрузилась в ядро и образовала там ядро диаметром около 8 км, которое с тех пор делится.Истощение запасов U-235 в течение геологического времени не привело к прекращению реакции, поскольку эта активная зона представляет собой быстрый реактор (не требующий какого-либо замедлителя), который воспроизводит плутоний-239 из U-238. Теория геореактора опирается на относительно немного доказательств и не пользуется широкой поддержкой.

Примечания и ссылки

Эта страница была адаптирована из статьи, представленной профессором Ричардом Аркулусом на промежуточном совещании Уранового института в Аделаиде 17 апреля 1996 года. Эта статья была использована с разрешения автора.

уран — Энергетическое образование

Уран — это 92 ^{-й элемент} в периодической таблице Менделеева и самый тяжелый природный элемент на Земле. ^[2] Он известен как обильный источник концентрированной энергии, ^[3] с самой большой плотностью энергии среди всех видов топлива в мире, используемых для производства электроэнергии.

Уран встречается на Земле относительно часто, в количестве 2.8 частей на миллион в корке. ^[4] Это делает его более распространенным, чем золото, таким же обычным, как олово, и менее распространенным, чем медь. 99,3% урана, обнаруженного на Земле, составляет уран-238, который является «плодородным», а остальная часть (0,7%) — это уран-235, «расщепляющееся» топливо. Следовательно, только очень небольшое количество урана, обнаруженного в природе, может быть использовано в процессе ядерного деления, если только он не подвергнется процессу обогащения, который увеличивает концентрацию урана-235, или если уран-238 не «выведен» из своей плодородной формы в делящийся изотоп плутония.Подробнее о разведении здесь.

Уран как топливо

Для получения дополнительной информации посетите: добыча урана, обогащение урана, ядерная цепная реакция и ядерный топливный цикл.

Уран является отличным ядерным топливом и используется в качестве основного топлива в ядерных реакторах по всему миру. В этом разделе будет кратко рассмотрен топливный цикл урана. Посетите страницы выше для получения дополнительной информации.

Приобретение и обработка

Фигура 2.Уранинит, также известный как пичбленда, — руда, которую обычно добывают. ^[5] Рисунок 3. Пучок твэлов уранового топлива CANDU с Джейсоном Доневым для масштаба. ^[6] Эта связка, если она заполнена и в реакторе CANDU, обеспечит все потребности в электроэнергии семье из 4 человек в Канаде в течение 100 лет.
Уран можно получить с Земли путем добычи урана, однако практичность его добычи зависит от многих факторов. При разработке горнодобывающего проекта необходимо учитывать доступные технологии и общую стоимость, а качество руды также должно обеспечивать рентабельность проекта.^[4] После того, как руда была добыта (рис. 2), она подвергается обработке, в ходе которой уран превращается в желаемую форму. Некоторые ядерные реакторы, такие как CANDU, могут использовать уран в его естественном составе. Однако для большинства реакторов требуется обогащение урана, а это означает, что концентрация урана-235 увеличивается с 0,7% до примерно 5%. ^[3]
Обогащение урана позволяет электростанциям использовать легкую воду (обычную воду) в качестве теплоносителя и замедлителя, поскольку обогащение увеличивает количество ядерных реакций в реакторе.После обогащения уран формируется в маленькие топливные таблетки и загружается в топливный стержень. Они собираются в пучки твэлов, как показано на рисунке 2. Эти пучки твэлов помещаются непосредственно в активную зону реактора, готовые к делению.
Использование и производство электроэнергии
После сборки уран можно использовать в реакторе для получения тепла. Распространенное заблуждение состоит в том, что атомные электростанции волшебным образом преобразуют свое топливо непосредственно в электричество, однако их работа после выработки тепла почти идентична работе обычной угольной электростанции.В зависимости от типа реактора, тепло передается оборотной воде, которая закипает в пар либо напрямую (например, реактор РБМК), либо косвенно (например, реактор с водой под давлением). Затем этот сжатый пар можно использовать для вращения большой турбины и генератора, обеспечивая электричеством мировые нужды.
Как уже упоминалось, изотоп Уран-235 делящийся. Это означает, что он подвергается ядерному делению при поглощении нейтрона, который выделяет много энергии в виде тепла.Однако уран-235 — не единственный изотоп, который может обеспечивать тепло в реакторе. В процессе трансмутации уран-238 может быть преобразован в плутоний-239 посредством серии бета-распадов. Плутоний-239 расщепляется так же, как уран-235, и его деление дает дополнительную энергию. Для легководного реактора, такого как BWR или PWR, это около 1/3 мощности и около 1/2 энергии реактора CANDU. ^[3]
Рис. 4. Ядерный реактор с кипящей водой, работающий на урановом топливе.^[7]
Уран для других целей
Уран имеет много других применений, помимо его основного использования в производстве электроэнергии. Он предоставил миру множество положительных инноваций в медицинском и промышленном секторах, а также подвергся негативным исследованиям в связи с его использованием и производством оружейной продукции.
Радиоизотопы
Радиоизотопы, полученные при распаде изотопов урана, широко используются во всем мире.
В медицине они используются для диагностики и исследований, причем примерно каждый второй человек в западном мире может испытать на себе преимущества ядерной медицины в течение своей жизни.^[3]
Радиоизотопы также используются в пищевой промышленности , поскольку они могут сохранять пищу, убивать паразитов и контролировать созревание фруктов и овощей. ^[3]
Промышленно они используются для обеспечения безопасности, поскольку они могут обнаруживать утечки, проводить анализ минералов и топлива, а уран может работать как радиационная защита. ^[8] Радиоактивный элемент Америций также используется в детекторах дыма.
Вооружение
Рисунок 5.Облако, образовавшееся в результате взрыва над Нагасаки. ^[9]
Энергия, получаемая из урана, наряду с его побочным продуктом в виде плутония, имеет историю с катастрофическими последствиями. Первые ядерные бомбы были секретно разработаны во время Второй мировой войны Соединенными Штатами в рамках так называемого Манхэттенского проекта. ^[10]
Ключевое различие между ядерным оружием и топливом, используемым в реакторах, заключается в его качестве. Ранее упоминалось, что обогащение урана-235 должно составлять около 5% для многих реакторов, что само по себе является сложной задачей.Для бомб это обогащение должно составлять около 90% . ^[11] Этот факт помог контролировать распространение ядерного оружия, поскольку затрудняет разработку урана такого высокого качества для обычной группы людей.
Первая ядерная бомба, когда-либо взорвавшаяся в бою, называлась «Маленький мальчик», она была разработана во время Манхэттенского проекта и взорвалась над Хиросимой. В нем использовались два куска подкритического урана-235, которые при взрыве врезались друг в друга, вызывая неконтролируемую цепную ядерную реакцию и выделяя энергию, равную 13 000 коротких тонн тротила.^[10] Вторая и последняя бомба, когда-либо взорвавшаяся в бою, называлась «Толстяк», в ней использовался высокообогащенный плутоний, дающий высвобождение энергии, равное 20 000 тонн в тротиловом эквиваленте. ^[10]
Использование этих бомб было чрезвычайно спорным с момента их взрыва, поскольку они убили сотни тысяч людей. Это разрушительное использование ядерной энергии, вероятно, повлияло на то, как люди смотрят на несколько редких ядерных катастроф в Чернобыле, Фукусиме и Три-Майл-Айленде.В целом, это оставило очень негативное отношение к ядерной энергии у значительной части населения в целом.
Видео
Видео ниже из проекта периодических видеоматериалов Ноттингемского университета. ^[12] Они создали полный набор коротких видеороликов по каждому элементу периодической таблицы элементов.

Список литературы
↑ Сделано внутри группы специалистов по энергетическому образованию. Информация Комиссии по изотопному изотопу и атомному весу (CIAAW), Доступно: http: // www.ciaaw.org/atomic-weights.htm
↑ UC Davis Chem Wiki. (17 июня 2015 г.). Ядерные реакции [Онлайн]. Доступно: http://chemwiki.ucdavis.edu/Physical_Chemistry/Nuclear_Chemistry/Nuclear_Reactions
↑ ^3,0 ^3,1 ^3,2 ^3,3 ^3,4 Всемирная ядерная ассоциация. (22 июня 2015 г.). Что такое уран? [Online], доступно: http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Introduction/What-is-Uranium—How-Does-it-Work-/
↑ ^4.0 ^4,1 Н. Цулфанидис, «Ресурсы ядерного топлива, добыча и переработка» в Ядерный топливный цикл , 1-е изд., Ла Гранж Парк, Иллинойс: Американское ядерное общество, 2013 г., глава 2, раздел 1 , стр. 28-56
↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0b/Pichblende.jpg
↑ Это изображение из частной коллекции члена группы по образованию в области энергетики.
↑ NRC. (23 июня 2015 г.). The Boiling Water Reactor [Online], доступно: http: // www.nrc.gov/reading-rm/basic-ref/students/animated-bwr.html
↑ Jefferson Lab. (23 июня 2015 г.). Uranium [Онлайн], Доступно: http://education.jlab.org/itselemental/ele092.html
↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nagasakibomb.jpg
↑ ^10,0 ^10,1 ^10,2 Ядерные файлы. (23 июня 2015 г.). Manhattan Project [Online], доступно: http://www.nuclearfiles.org/menu/key-issues/nuclear-weapons/history/pre-cold-war/manhattan-project/
↑ Гиперфизика.(23 июня 2015 г.). Урановая бомба [Онлайн], Доступно: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/nucene/bomb.html#c3
↑ Другие видеоролики Ноттингемского университета о различных элементах см. Здесь: http://www.periodicvideos.com/
Uranium — обзор | Темы ScienceDirect
Обедненный уран
Уран обозначается как DU, когда содержания ²³⁵ U и ²³⁴ U снижаются, а содержания ²³⁸ U повышаются по сравнению с природным ураном.Модифицированные изотопные содержания DU являются следствием процесса обогащения природного урана, необходимого для производства ядерного топлива или ядерного оружия, поскольку DU является побочным продуктом этого процесса. DU обычно содержит (по массе) 0,0006% ²³⁴ U, 0,2% ²³⁵ U, 0,0003% ²³⁶ U и 99,8% ²³⁸ U. Появление ²³⁶ U в большинстве образцов DU образуются в результате перекрестного загрязнения отработанным топливным материалом на предприятиях по производству и переработке.
Учитывая период полураспада этих изотопов и их типичное содержание в DU, следует, что 9,89% радиоактивности происходит от ²³⁴ U, 1,14% от ²³⁵ U, 0,05% от ²³⁶ U и 88,91 % от ²³⁸ U. В отличие от этого, в природном уране 48,6% радиоактивности приходится на ²³⁴ U, 2,3% — на ²³⁵ U и 49,2% — на ²³⁸ U. Это означает, что ^{234 На} U приходится почти половина активности природного урана, тогда как в DU это соотношение значительно снижено.Поэтому радиоактивность DU обычно примерно на 40% ниже, чем у природного урана.
Огромные количества DU, в основном в форме гексафторида урана, производятся и подлежат хранению. Часто вблизи обогатительных фабрик расположены склады, где гексафторид DU содержится в стальных цилиндрах на открытом воздухе. Накопленные к настоящему времени мировые запасы DU определяются более чем 1 млн. Тонн, включая DU в металлической форме, а также все другие химические соединения.Благодаря этой огромной доступности в сочетании с его высокой плотностью (19,1 г · см ⁻³) и другими конкретными физическими и химическими свойствами, включая более низкую радиоактивность, чем у природного урана, DU нашел широкое применение как в гражданской сфере, так и в военный сектор.
В гражданских целях DU и природный уран использовались в качестве флуоресцентной добавки для стоматологического фарфора до начала 1980-х годов. Благодаря этому дополнению стало возможным изготавливать зубные коронки и протезы с цветными и флуоресцентными свойствами, как у естественных зубов.ДУ использовался и до сих пор используется при изготовлении изделий кустарного промысла в виде значков и украшений, где ДУ служит основой желтого эмалевого порошка. Кроме того, известно, что DU используется в качестве катализатора в некоторых конкретных химических реакциях, особенно в нефтегазовой промышленности, а также в фотопленках. Благодаря высокой плотности этого материала, DU стал подходящим материалом, используемым для защиты от гамма-излучения в медицинских и исследовательских областях, а также для транспортировки радиоактивных материалов.В дополнение к этому, физические свойства DU сделали его подходящим материалом для балластных и противовесных грузов, например, на лодках и в самолетах. Боинг 747, врезавшийся в жилой район в Амстердаме в октябре 1992 года, нес 282 кг обедненного урана в качестве противовеса. В январе 2000 года рядом с аэропортом Станстед в Лондоне разбился еще один Boeing 747, у которого вес противовеса оценивался в 425 кг обедненного урана. Опасения по поводу воздействия аэрозолей с обедненным ураном возникали в связи с пожарами после авиакатастроф.Хотя многие противовесы с DU были заменены на нескольких коммерческих самолетах, количество машин, на которых еще установлен DU, неизвестно.
Кроме того, военную промышленность привлекли физические свойства, высокая доступность и, как следствие, дешевизна DU. В этом отношении использование ОУ в качестве исходного материала сосредоточено на защитном бронировании танков и на бронебойных боеприпасах, так называемых кинетических проникающих средствах (см. Рисунки 1 и 2).
Рис. 1. Обедненный уран бронебойного снаряда калибра 30 мм, который обычно стреляют из авиационных пушек.Из Википедии (http://www.wikipedia.org/).
Рис. 2. Обедненный уран 120-мм подкалиберного снаряда, обычно стреляющего из танковых пушек. Из Википедии (http://www.wikipedia.org/).
Помимо повышенной плотности, которая примерно вдвое больше, чем у свинца, еще одним интересным свойством металла DU является его твердость, особенно когда он отливается в сплавах с небольшой долей других металлов, обычно титана или молибдена. Следовательно, снаряды, изготовленные из DU, могут иметь меньший диаметр и, следовательно, меньшее аэродинамическое сопротивление по сравнению со снарядами из свинца, имеющими такую же массу.Это приводит к более высокой кинетической энергии после выстрела и большей проникающей способности из-за более высокого давления в точке удара. Например, когда снаряд попадает в броню, внешние слои пенетратора удаляются, а наконечник становится тоньше и острее (самозатачивающийся), тогда как значительное количество снаряда образует аэрозоль, создавая мелкие частицы DU. Благодаря своим пирофорным свойствам материал DU также действует как инициатор зажигания. Взятые вместе, эти характеристики позволяют пенетратору DU пробить броневую пластину в несколько сантиметров и воспламенить внутреннюю часть транспортного средства, что в большинстве случаев приводит к его взрыву.
Все эти благоприятные особенности оправдывают огромный интерес военной промышленности к DU как исходному материалу для боеприпасов, несмотря на связанные с этим недостатки, то есть тот факт, что это радиоактивный и, что более важно, химически токсичный материал. Предполагается, что до 20 стран имеют в своих арсеналах оружие, содержащее DU. Пока только США и Великобритания признали применение боеприпасов с обедненным ураном. Было сказано, что во время конфликта в Ираке в 1991 году приблизительно 300 тонн, во время конфликта в Косово в 1999 году приблизительно 30 тонн, а во время конфликта в Ираке в 2003 году приблизительно 800 тонн боеприпасов с обедненным ураном было использовано против военных целей.Однако точные количества остаются неясными.
Уран — обзор | ScienceDirect Topics
1.20.3.1 Топливо для реакторов деления
Самым важным элементом ядерного реактора является топливо. Уран — основное природное ядерное топливо. Природный уран содержит два основных изотопа, а именно ²³⁵ U (0,72%), ²³⁸ U (99,28%) и следы ²³⁴ U. Только нечетный изотоп ²³⁵ U является делящимся топливом. Природный уран может использоваться только в реакторах с тяжеловодным замедлителем или в реакторах с газовым замедлителем из-за очень низкого содержания U ²³⁵.Следовательно, уран должен быть обогащен до ²³⁵ U для более широкого использования в легководных реакторах (LWR) или в реакторах на быстрых нейтронах (FB). Нечетный изотоп урана ²³⁸ U может быть преобразован в новое искусственное ядерное топливо ²³⁹ Pu посредством захвата нейтронов. Здесь ²³⁸ U играет роль племенного материала. Это делается с сезонной эффективностью в быстром ядерном реакторе-размножителе. Кроме того, появляющиеся термоядерные ядерные реакторы и системы с приводом от ускорителей (ADS) могут работать как очень эффективные ядерные реакторы-размножители.²³⁹ Pu и ²³³ U являются наиболее важными видами искусственного топлива. Последний образуется за счет захвата нейтронов в ²³² Th.
Мировые запасы тория прибл. В 3–4 раза превышающие запасы природного урана, которые в настоящее время не используются. Хотя торий фактически не используется в качестве ядерного топлива в обычных реакторах, он имеет очень многообещающие возможности для использования в реакторах Дейтерий-уранового реактора (CANDU), высокотемпературных реакторах (HTR) и ядерных реакторах с неподвижным слоем (FBNR) в Канаде в качестве смешанного топлива в форме. нетрадиционных ядерных материалов.Это стало бы возможным благодаря отличной нейтронной экономии реакторов с тяжеловодным замедлителем.
Ториевый цикл дает ²³³ U, который с точки зрения нераспространения предпочтительнее плутония по двум причинам. Во-первых, в процессе размножения он будет загрязнен ²³² U, который распадается с образованием высокорадиоактивных дочерних продуктов. Это уже приведет к высокому уровню сдерживания и сделает обращение с ядерным материалом затруднительным и даже невозможным для тайного неправомерного использования ядерного материала террористическими группами или государствами.Во-вторых, ²³³ U можно легко денатурировать с помощью ²³⁸ U, добавляя к торию несколько фракций природного урана. Количество ²³⁸ U можно точно настроить так, чтобы оно было достаточным для денатурирования ²³³ U, но не настолько, чтобы произвести значительное количество плутония. Вариант с торием не только производит электричество, но также заменяет плутоний денатурированным ²³³ U в качестве материала ядерного топлива. Следовательно, торий может сыграть большую роль в будущих сценариях использования ядерной энергии.
Уран, плутоний и торий — металлические материалы. Они подвергаются фазовым изменениям при более высоких температурах, при этом быстро меняются размеры решетки, кристаллическая структура, масса и атомная плотность. Каждое изменение фазы сопровождается резкой деформацией металлической конструкции, что приводит к разрушению твэла, выходу его из строя и выходу из строя. В случае ядерных реакторов это может привести к разрушению активной зоны реактора с непредсказуемым повреждением. Мгновенный рост размеров решетки, кроме того, приведет к быстрому падению реактивности реактора и приведет к нежелательному сбою в работе реактора.
Уран — это тяжелый радиоактивный металл, атомный номер которого в периодической таблице равен 92. ²³⁵ U — единственное природное ядерное топливо. Оксид урана (UO ₂) — единственная урановая руда в природе. Его называют уранинитом или урановой обманкой.
²³⁸ U является основным изотопом урана (99,28%), за ним следует ²³⁵ U (0,72%) с периодом полураспада 4,5 × 10 ⁹ и 7,1 × 10 ⁸ лет, соответственно. Следовательно, изотопная фракция ²³⁵ U уменьшается быстрее, чем ²³⁸ U.В настоящее время соотношение ²³⁵ U / ²³⁸ U в урановой руде составляет 1/140. В прошлом изотопная фракция ²³⁵ U была выше. Повышенная радиоактивность ²³⁵ U постепенно снизила соотношение ²³⁵ U / ²³⁸ U в геологические времена. В прошлом изотопная фракция ²³⁵ U в природном уране была выше (3%) прибл. 2 × 10 ⁹ лет назад [6]. Это может привести к возникновению критичности на объектах, богатых ураном, и при наличии грунтовых вод в качестве замедлителя при низком уровне или отсутствии сильных поглотителей нейтронов, таких как бор, железная руда и т. Д.Следы продуктов деления на урановых рудниках в различных местах в Южной Африке указывают на наличие ядерных цепных реакций при проникновении грунтовых вод [6]. Кроме того, доля ²³⁵ U в этих местах ниже, чем в запасах природного урана в других местах. Подсчитано, что естественный реактор был критическим в течение 100 000 лет при общей мощности более 100 кВт [6]. Самый известный из них находится в районе Франксвилля в Габоне, Окло [6–8].
Металлический уран имеет массовую плотность 19.4 г / см ³ при комнатной температуре. При более высоких температурах металлический уран подвергается кристаллическому превращению и обнаруживает три аллотропные формы и более низкие массовые плотности в соответствии с размером решетки кристаллических структур. Аллотропии урана следующие [9]:
•
α-орторомбический. Уран находится в таком состоянии до 668 ° C. Размер решетки или параметры кристалла урана в орторомбической геометрии: a = 285,4 пм, b = 587 пм и c = 495.17:00.
•
В интервале температур 668 ° C> t _U <775 ° C кристалл металлического урана становится β-тетрагональным. Параметры тетрагональной кристаллической решетки металлического урана будут равны a = 565,6 пм и b = c = 1075,9 пм.
•
При температурах выше 775 ° C решетка урана становится γ-объемно-центрированной кубической с параметрами кристаллической решетки a = 352,4 мкм. Это состояние сохраняется до точки плавления, когда металлический уран становится наиболее ковким и пластичным.
Плутоний — это искусственный элемент, который производится в ядерных реакторах путем захвата нейтронов с последующими двумя последовательными выбросами β ^—. Это одно из важнейших ядерных топлив. При комнатной температуре металлический плутоний имеет массовую плотность 19,816 г / см ³ и шесть аллотропов при более высоких температурах. Переходные температуры и изменение массовой плотности плутония показаны на рис. 4 [10]. Эти резкие изменения при относительно низких температурах делают металлический плутоний непригодным для конструкции реактора.Следовательно, керамическое топливо PuO ₂ PuC является предпочтительным. Температура плавления металлического плутония относительно низкая — 639,4 ° C. Это также еще одно препятствие для использования металлического плутония в ядерных энергетических реакторах.
Рис. 4. Изменение удельной массы металлического плутония на разных аллотропных стадиях.
Воспроизведено из Википедии. Плутоний. Доступно по адресу: https://en.wikipedia.org/wiki/Plutonium.
Торий — следующий по значимости ядерный материал после урана.Это материал-размножитель для тепловых реакторов. Его массовая плотность составляет 11,7 г / см ³, что значительно меньше, чем у урана. Следовательно, атомная плотность тория также меньше, чем у урана. Это недостаток с точки зрения селекционных свойств. Кристаллическая структура металлического тория — гранецентрированная кубическая. При высоких температурах (> 1360 ° C) гранецентрированный кубический кристалл переходит в объемноцентрированный кубический кристалл. При более высоких давлениях (около 100 ГПа) металлический кристалл тория переходит в объемноцентрированное тетрагональное состояние [11].
По указанным выше причинам использование металлического топлива в ядерных энергетических реакторах невозможно. Химические керамические формы являются предпочтительной формой ядерного делящегося топлива, несмотря на значительные потери в атомной плотности. Наиболее распространенным керамическим топливом является оксидная форма из-за стабильности при более высоких температурах и инертности по отношению к воде при высоких рабочих температурах.
Двуокись урана (UO ₂) или уран является наиболее распространенным ядерным топливом, используемым сегодня. Он имеет очень высокую температуру плавления 2865 ° C.Массовая плотность при комнатной температуре 10,97 г / см ³. UO ₂ — черный порох. Он будет спечен до топливных таблеток плотностью ок. 80%. Это до некоторой степени компенсирует тепловое расширение при более высоких рабочих температурах реактора.
Плутоний в основном используется в оксидной форме (PuO ₂). PuO ₂ имеет сложную кристаллическую структуру, в которой ионы Pu ⁴⁺ размещены в гранецентрированном кубическом массиве, а ионы оксида заполняют тетраэдрические дырки.Высокая температура плавления PuO ₂ (2390 ° C) и его чрезвычайно низкая растворимость в воде делают его предпочтительным топливом для строительства ядерных реакторов. PuO ₂ можно химически отделить от других элементов в отработавшем топливе обычных реакторов LWR и CANDU. На практике он используется в виде смешанного топлива как UO ₂ / PuO ₂. Важно поддерживать долю PuO ₂ ниже 20% из-за более короткой фракции запаздывающих нейтронов изотопов плутония, что является важным параметром для надежного управления реактором.
Торий используется в качестве материала-размножителя в форме оксида (ThO ₂), называемого торием. Удельная масса ThO ₂ с плотностью 10 г / см ³ близка к удельной массе металлического тория.

РубрикаРазное