Атомная масса урана как найти

• Относительная молекулярная масса U: 238.02891
• Молярная масса U: 238.02891 г/моль (0.23803 кг/моль)

Расчёт молярной и относительной молекулярной массы U

• Mr[U] = Ar[U] = 238.02891 = 238.02891
• Молярная масса (в кг/моль) = Mr[U] : 1000 = 238.02891 : 1000 = 0.23803 кг/моль

Электронная конфигурация атома урана

Калькулятор массы

У этого термина существуют и другие значения, см. Уран.

92 Протактиний ← Уран → Нептуний 92U
Внешний вид простого вещества
Тяжёлый, серебристо-белый глянцеватый металл
Свойства атома
Имя, символ, номер	Ура́н / Uranium (U), 92
Атомная масса (молярная масса)	238,0289 а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Rn] 5f3 6d1 7s2
Радиус атома	138 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	142 пм
Радиус иона	(+6e) 80 (+4e) 97 пм
Электроотрицательность	1,38 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	U←U4+ -1,38В U←U3+ -1,66В U←U2+ -0,1В
Степени окисления	6, 5, 4, 3
Энергия ионизации (первый электрон)	686,4(7,11) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	19,05 г/см³
Температура плавления	1405,5 K
Температура кипения	4018 K
Теплота плавления	12,6 кДж/моль
Теплота испарения	417 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	27,67[1] Дж/(K·моль)
Молярный объём	12,5 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	орторомбическая
Параметры решётки	a=2,854 b=5,870 c=4,955[2] Å
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 27,5 Вт/(м·К)

Ура́н ( ура́ний^[3]) — химический элемент с атомным номером 92 в периодической системе, атомная масса 238,029; обозначается символом U (лат. Uranium), относится к семейству актиноидов.

[править] История

Ещё в древнейшие времена (I век до нашей эры) природная окись урана использовалась для изготовления жёлтой глазури для керамики. Первая важная дата в истории урана — 1789 год, когда немецкий натурфилософ и химик Мартин Генрих Клапрот восстановил извлечённую из саксонской смоляной руды золотисто-жёлтую «землю» до чёрного металлоподобного вещества. В честь самой далёкой из известных тогда планет (открытой Гершелем восемью годами раньше) Клапрот, считая новое вещество элементом, назвал его ураном (этим он хотел поддержать предложение Иоганна Боде назвать новую планету «Уран» вместо «Звезда Георга», как предложил Гершель). Пятьдесят лет уран Клапрота числился металлом. Только в 1841 г. французский химик Эжен Мелькиор Пелиго (англ.) (1811—1890)) доказал, что, несмотря на характерный металлический блеск, уран Клапрота не элемент, а оксид UO₂. В 1840 г. Пелиго удалось получить настоящий уран — тяжёлый металл серо-стального цвета — и определить его атомный вес. Следующий важный шаг в изучении урана сделал в 1874 г. Д. И. Менделеев. Опираясь на разработанную им периодическую систему, он поместил уран в самой дальней клетке своей таблицы. Прежде атомный вес урана считали равным 120. Великий химик удвоил это значение. Через 12 лет предвидение Менделеева было подтверждено опытами немецкого химика Циммермана.

В 1896 г., исследуя уран, французский химик Антуан Анри Беккерель случайно открыл лучи Беккереля, которые позже Мария Кюри переименовала в радиоактивность. В это же время французскому химику Анри Муассану удалось разработать способ получения чистого металлического урана. В 1899 г. Резерфорд обнаружил, что излучение урановых препаратов неоднородно, что есть два вида излучения — альфа- и бета-лучи. Они несут различный электрический заряд; далеко не одинаковы их пробег в веществе и ионизирующая способность. Чуть позже, в мае 1900 г., Поль Вийар открыл третий вид излучения — гамма-лучи.

Эрнест Резерфорд провёл в 1907 г. первые опыты по определению возраста минералов при изучении радиоактивных урана и тория [4] на основе созданной им совместно с Фредериком Содди (Soddy, Frederick, 1877—1956; Нобелевская премия по химии, 1921) теории радиоактивности. В 1913 г. Ф. Содди ввёл понятие об изотопах (от др.-греч. ἴσος — «равный», «одинаковый», и τόπος — «место»), а в 1920 г. предсказал, что изотопы можно использовать для определения геологического возраста горных пород. В 1928 г. Ниггот реализовал, а в 1939 г. A. O. К. Нир (Nier, Alfred Otto Carl, 1911—1994) создал первые уравнения для расчёта возраста и применил масс-спектрометр для разделения изотопов.

В 1938 немецкие физики Отто Ган и Фриц Штрассман открыли непредсказанное явление, происходящее с ядром урана при облучении его нейтронами. Захватывая свободный нейтрон, ядро изотопа урана ²³⁵U делится, при этом выделяется (в расчёте на одно ядро урана) достаточно большая энергия, в основном, за счёт кинетической энергии осколков и излучения. Позднее теория этого явления была обоснована Лизой Мейтнер и Отто Фришем. Данное открытие явилось истоком как мирного, так и военного использования внутриатомной энергии.

В 1939—1940 гг. Ю. Б. Харитон и Я. Б. Зельдович впервые теоретически показали, что при небольшом обогащении природного урана ураном-235 можно создать условия для непрерывного деления атомных ядер, то есть придать процессу цепной характер.

[править] Нахождение в природе

Уран широко распространён в природе. Кларк урана составляет 0,0003 % (вес.), концентрация в морской воде 3 мкг/л. Количество урана в слое литосферы толщиной 20 км оценивается в 1,3·10¹⁴ т.

Основная масса урана находится в кислых породах с высоким содержанием кремния. Значительная масса урана сконцентрирована в осадочных породах, особенно богатых органикой. В больших количествах как примесь уран присутствует в ториевых и редкоземельных минералах (ортит, сфен CaTiO₃[SiO₄], монацит (La,Ce)PO₄, циркон ZrSiO₄, ксенотим YPO₄ и др.). Важнейшими урановыми рудами являются настуран (урановая смолка, уранинит) и карнотит. Основными минералами — спутниками урана являются молибденит MoS₂, галенит PbS, кварц SiO₂, кальцит CaCO₃, гидромусковит и др.

Минерал	Основной состав минерала	Содержание урана, %
Уранинит	UO2, UO3 + ThO2, CeO2	65-74
Карнотит	K2(UO2)2(VO4)2·2H2O	~50
Казолит	PbO2·UO3·SiO2·H2O	~40
Самарскит	(Y, Er, Ce, U, Ca, Fe, Pb, Th)·(Nb, Ta, Ti, Sn)2O6	3.15-14
Браннерит	(U, Ca, Fe, Y, Th)3Ti5O15	40
Тюямунит	CaO·2UO3·V2O5·nH2O	50-60
Цейнерит	Cu(UO2)2(AsO4)2·nH2O	50-53
Отенит	Ca(UO2)2(PO4)2·nH2O	~50
Шрекингерит	Ca3NaUO2(CO3)3SO4(OH)·9H2O	25
Уранофан	CaO·UO2·2SiO2·6H2O	~57
Фергюсонит	(Y, Ce)(Fe, U)(Nb, Ta)O4	0.2-8
Торбернит	Cu(UO2)2(PO4)2·nH2O	~50
Коффинит	U(SiO4)(OH)4	~50

Основными формами нахождений урана в природе являются уранинит, настуран (урановая смолка) и урановые черни. Они отличаются только формами нахождения; имеется возрастная зависимость: уранинит присутствует преимущественно в древних (докембрийских породах), настуран — вулканогенный и гидротермальный — преимущественно в палеозойских и более молодых высоко- и среднетемпературных образованиях; урановые черни — в основном в молодых — кайнозойских и моложе образованиях — преимущественно в низкотемпературных осадочных породах.

[править] Месторождения

Содержание урана в земной коре составляет 0,0003 %, он встречается в поверхностном слое земли в виде четырёх разновидностей отложений. Во-первых, это жилы уранинита, или урановой смолки (диоксид урана UO₂), очень богатые ураном, но редко встречающиеся. Им сопутствуют отложения радия, так как радий является прямым продуктом изотопного распада урана. Такие жилы встречаются в Демократической Республике Конго, Канаде (Большое Медвежье озеро), Чехии и Франции. Вторым источником урана являются конгломераты ториевой и урановой руды совместно с рудами других важных минералов. Конгломераты обычно содержат достаточные для извлечения количества золота и серебра, а сопутствующими элементами становятся уран и торий. Большие месторождения этих руд находятся в Канаде, ЮАР, России и Австралии. Третьим источником урана являются осадочные породы и песчаники, богатые минералом карнотитом (уранил-ванадат калия), который содержит, кроме урана, значительное количество ванадия и других элементов. Такие руды встречаются в западных штатах США. Железоурановые сланцы и фосфатные руды составляют четвёртый источник отложений. Богатые отложения обнаружены в глинистых сланцах Швеции. Некоторые фосфатные руды Марокко и США содержат значительные количества урана, а фосфатные залежи в Анголе и Центральноафриканской Республике ещё более богаты ураном. Большинство лигнитов и некоторые угли обычно содержат примеси урана. Богатые ураном отложения лигнитов обнаружены в Северной и Южной Дакоте (США) и битумных углях Испании и Чехии^[4].

В слое литосферы толщиной 20 км содержится ~ 10¹⁴ т, в морской воде 10⁹—10¹⁰ т. Россия по запасам урана, с учетом резервных месторождений, занимает третье место в мире (после Австралии и Казахстана). В месторождениях России содержится почти 550 тыс.т запасов урана, или немногим менее 10 % его мировых запасов; около 63 % их сосредоточено в Республике Саха (Якутия). Основными месторождениями урана в России являются: Стрельцовское, Октябрьское, Антей, Мало-Тулукуевское, Аргунское молибден-урановые в вулканитах (Читинская область), Далматовское урановое в песчаниках (Курганская область), Хиагдинское урановое в песчаниках (Республика Бурятия), Южное золото-урановое в метасоматитах и Северное урановое в метасоматитах (Республика Якутия)^[5]. Кроме того, выявлено и оценено множество более мелких урановых месторождений и рудопроявлений^[6].

[править] Изотопы

Радиоактивные свойства некоторых изотопов урана (выделены природные изотопы)^[7]:

Массовое число	Период полураспада	Основной тип распада
233	1,59·105 лет	α
234	2,45·105 лет	α
235	7,13·108 лет	α
236	2,39·107 лет	α
237	6,75 сут.	β−
238	4,47·109 лет	α
239	23,54 мин.	β−
240	14 час.	β−

Природный уран состоит из смеси трёх изотопов: ²³⁸U (изотопная распространённость 99,2745 %, период полураспада T_1/2 = 4,468·10⁹ лет), ²³⁵U (0,7200 %, T_1/2 = 7,04·10⁸ лет) и ²³⁴U (0,0055 %, T_1/2 = 2,455·10⁵ лет)^[7]. Последний изотоп является не первичным, а радиогенным, он входит в состав радиоактивного ряда ²³⁸U.^[8]

Радиоактивность природного урана обусловлена в основном изотопами ²³⁸U и его дочерним нуклидом ²³⁴U. В равновесии их удельные активности равны. Удельная активность изотопа ²³⁵U в природном уране в 21 раз меньше активности ²³⁸U.

На данный момент известно 23 искусственных радиоактивных изотопа урана с массовыми числами от 217 до 242. Наиболее важный из них — ²³³U (T_1/2 = 1,59·10⁵лет) получается при облучении тория-232 нейтронами и способен к делению под воздействием тепловых нейтронов, что делает его перспективным топливом для ядерных реакторов. Наиболее долгоживущим из изотопов урана, не встречающихся в природе, является ²³⁶U с периодом полураспада 2,39·10⁷ лет.

Изотопы урана ²³⁸U и ²³⁵U являются родоначальниками двух радиоактивных рядов. Конечными элементами этих рядов являются изотопы свинца ²⁰⁶Pb и ²⁰⁷Pb.

В природных условиях распространены в основном изотопы ²³⁴U, ²³⁵U и ²³⁸U с относительным содержанием ²³⁴U : ²³⁵U : ²³⁸U = 0,0054 : 0,711 : 99,283. Почти половина радиоактивности природного урана обусловлена изотопом ²³⁴U, который, как уже отмечено, образуется в ходе распада ²³⁸U. Для отношения содержаний ²³⁵U : ²³⁸U в отличие от других пар изотопов и независимо от высокой миграционной способности урана характерно географическое постоянство: ²³⁵U/²³⁸U = 137,88. Величина этого отношения в природных образованиях не зависит от их возраста. Многочисленные натурные измерения показали его незначительные колебания. Так в роллах величина этого отношения относительно эталона изменяется в пределах 0,9959—1,0042^[9], в солях — 0,996—1,005^[10]. В урансодержащих минералах (настуран, урановая чернь, циртолит, редкоземельные руды) величина этого отношения колеблется в пределах 137,30 — 138,51; причём различие между формами U^IV и U^VI не установлено^[11]; в сфене — 138,4^[12]. В отдельных метеоритах выявлен недостаток изотопа ²³⁵U. Наименьшая его концентрация в земных условиях найдена в 1972 г. французским исследователем Бужигесом в местечке Окло в Африке (месторождение в Габоне). Так, в природном уране содержится 0,720 % урана ²³⁵U, тогда как в Окло оно уменьшается до 0,557 %^[13]. Это послужило подтверждением гипотезы о существовании природного ядерного реактора, который стал причиной выгорания изотопа ²³⁵U. Гипотеза была высказана Джорджем Ветриллом (George W. Wetherill) из Калифорнийского университета в Лос­-Анджелесе, Марком Ингрэмом (Mark G. Inghram) из Чикагского университета и Полом Курода (Paul K. Kuroda), химиком из Университета Арканзаса, ещё в 1956 г. описавшим процесс^[14]. Кроме этого, в этих же округах найдены природные ядерные реакторы: Окелобондо, Бангомбе (Bangombe) и др. В настоящее время известно 17 природных ядерных реакторов.

[править] Получение

Самая первая стадия уранового производства — концентрирование. Породу дробят и смешивают с водой. Тяжёлые компоненты взвеси осаждаются быстрее. Если порода содержит первичные минералы урана, то они осаждаются быстро: это тяжёлые минералы. Вторичные минералы урана легче, в этом случае раньше оседает тяжёлая пустая порода. (Впрочем, далеко не всегда она действительно пустая; в ней могут быть многие полезные элементы, в том числе и уран).

Следующая стадия — выщелачивание концентратов, перевод урана в раствор. Применяют кислотное и щелочное выщелачивание. Первое — дешевле, поскольку для извлечения урана используют серную кислоту. Но если в исходном сырье, как, например, в урановой смолке, уран находится в четырёхвалентном состоянии, то этот способ неприменим: четырёхвалентный уран в серной кислоте практически не растворяется. В этом случае нужно либо прибегнуть к щелочному выщелачиванию, либо предварительно окислять уран до шестивалентного состояния.

Не применяют кислотное выщелачивание и в тех случаях, если урановый концентрат содержит доломит или магнезит, реагирующие с серной кислотой. В этих случаях пользуются едким натром (гидроксидом натрия).

Проблему выщелачивания урана из руд решает кислородная продувка. В нагретую до 150 °C смесь урановой руды с сульфидными минералами подают поток кислорода. При этом из сернистых минералов образуется серная кислота, которая и вымывает уран.

На следующем этапе из полученного раствора нужно избирательно выделить уран. Современные методы — экстракция и ионный обмен — позволяют решить эту проблему.

Раствор содержит не только уран, но и другие катионы. Некоторые из них в определённых условиях ведут себя так же, как уран: экстрагируются теми же органическими растворителями, оседают на тех же ионообменных смолах, выпадают в осадок при тех же условиях. Поэтому для селективного выделения урана приходится использовать многие окислительно-восстановительные реакции, чтобы на каждой стадии избавляться от того или иного нежелательного попутчика. На современных ионообменных смолах уран выделяется весьма селективно.

Методы ионного обмена и экстракции хороши ещё и тем, что позволяют достаточно полно извлекать уран из бедных растворов (содержание урана — десятые доли грамма на литр).

После этих операций уран переводят в твёрдое состояние — в один из оксидов или в тетрафторид UF₄. Но этот уран ещё надо очистить от примесей с большим сечением захвата тепловых нейтронов — бора, кадмия, гафния. Их содержание в конечном продукте не должно превышать стотысячных и миллионных долей процента. Для удаления этих примесей технически чистое соединение урана растворяют в азотной кислоте. При этом образуется уранилнитрат UO₂(NO₃)₂, который при экстракции трибутил-фосфатом и некоторыми другими веществами дополнительно очищается до нужных кондиций. Затем это вещество кристаллизуют (или осаждают пероксид UO₄·2H₂O) и начинают осторожно прокаливать. В результате этой операции образуется трёхокись урана UO₃, которую восстанавливают водородом до UO₂.

На диоксид урана UO₂ при температуре от 430 до 600 °C воздействуют газообразным фтористым водородом для получения тетрафторида UF₄. Из этого соединения восстанавливают металлический уран с помощью кальция или магния.

[править] Физические свойства

Уран — очень тяжёлый, серебристо-белый глянцеватый металл. В чистом виде он немного мягче стали, ковкий, гибкий, обладает небольшими парамагнитными свойствами. Уран имеет три кристаллические модификации:

• (стабильна до 667,7 °C), ромбическая сингония, пространственная группа C mcm, параметры ячейки a = 0,2858 нм, b = 0,5877 нм, c = 0,4955 нм, Z = 4;

• (стабильна от 667,7 °C до 774,8 °C), тетрагональная сингония, пространственная группа P 4₂/mnm, параметры ячейки a = 1,0759 нм, c = 0,5656 нм, Z = 30;

• (существующей от 774,8 °C до точки плавления), кубическая сингония, пространственная группа I m3m, параметры ячейки a = ,3524 нм, Z = 2.

[править] Химические свойства^[15][16]

[править] Характерные степени окисления

Уран может проявлять степени окисления от +3 до +6.

Степень окисления	Оксид	Гидроксид	Характер	Форма	Примечание
+3	Не существует	Не существует	—	U3+, UH3	Сильный восстановитель
+4	UO2	Не существует	Основный	UO2, галогениды
+5	Не существует	Не существует	—	Галогениды	В воде диспропорционирует
+6	UO3	UO2(OH)2	Амфотерный	UO22+ (уранил) UO42- (уранат) U2O72- (диуранат)	Устойчив на воздухе и в воде

Кроме того, существует оксид U₃O₈. Степень окисления в нём формально дробная, а реально он представляет собой смешанный оксид урана (V) и (VI).

Нетрудно видеть, что по набору степеней окисления и характерных соединений уран близок к элементам VIB подгруппы (хрому, молибдену, вольфраму). Из-за этого его длительное время относили к этой подгруппе („размывание периодичности“).

[править] Свойства простого вещества

Химически уран весьма активен. Он быстро окисляется на воздухе и покрывается радужной пленкой оксида. Мелкий порошок урана самовоспламеняется на воздухе, он зажигается при температуре 150—175 °C, образуя U₃O₈. Реакции металлического урана с другими неметаллами приведены в таблице.

Неметалл	Условия	Продукт
F2	20oC, бурно	UF6
Cl2	180oC для измельченного 500—600oC для компактного	Смесь UCl4, UCl5, UCl6
Br2	650oC, спокойно	UBr4
I2	350oC, спокойно	UI3, UI4
S	250-300oC спокойно 500oC горит	US2, U2S3
Se	250-300oC спокойно 500oC горит	USe2, U2Se3
N2	450-700oC то же под давлением N 1300o	UN1.75 UN2 UN
P	600-1000oC	U3P4
C	800-1200oC	UC, UC2

Вода способна разъедать металл, медленно при низкой температуре, и быстро при высокой, а также при мелком измельчении порошка урана:

В кислотах-неокислителях уран растворяется, образуя UO₂ или соли U⁴⁺ (при этом выделяется водород). С кислотами-окислителями (азотной, концентрированной серной) уран образует соответствующие соли уранила UO₂2+
С растворами щелочей уран не взаимодействует.

При сильном встряхивании металлические частицы урана начинают светиться.

[править] Соединения урана III

Соли урана(+3) (преимущественно, галогениды) — восстановители. На воздухе при комнатной температуре они обычно устойчивы, однако при нагревании окисляются до смеси продуктов. Хлор окисляет их до UCl₄ Образуют неустойчивые растворы красного цвета, в которых проявляют сильные восстановительные свойства:

Галогениды урана III образуются при восстановлении галогенидов урана (IV) водородом:

(550—590^оC)

или иодоводородом:

(500^оC)

а также при действии галогеноводорода на гидрид урана UH₃.

Кроме того, существует гидрид урана (III) UH₃. Его можно получить, нагревая порошок урана в водороде при температурах до 225^оС, а выше 350^оС он разлагается. Большую часть его реакций (например, реакцию с парами воды и кислотами) можно формально рассматривать как реакцию разложения с последующей реакцией металлического урана:

[править] Соединения урана IV

Уран (+4) образует легко растворимые в воде соли зеленого цвета. Они легко окисляются до урана (+6)

[править] Соединения урана V

Соединения урана(+5) неустойчивы и легко диспропорционируют в водном растворе:

Хлорид урана V при стоянии частично диспропорционирует:

а частично отщепляет хлор:

[править] Соединения урана VI

Степени окисления +6 соответствует оксид UO₃. В кислотах он растворяется с образованием соединений катиона уранила UO₂²⁺:

C основаниями UO₃ (аналогично CrO₃, MoO₃ и WO₃) образует различные уранат-анионы (в первую очередь, диуранат U₂O₇^2-). Последние, однако, чаще получают действием оснований на соли уранила:

Из соединений урана (+6), не содержащих кислород, известны только гексахлорид UCl₆ и фторид UF₆. Последний играет важнейшую роль в разделении изотопов урана.

Соединения урана (+6) наиболее устойчивы на воздухе и в водных растворах.

Ураниловые соли, такие как уранилхлорид, распадаются на ярком свету или в присутствии органических соединений.

Уран также образует ураноорганические соединения.

[править] Применение

[править] Ядерное топливо

Наибольшее применение имеет изотоп урана ²³⁵U, в котором возможна самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция. Поэтому этот изотоп используется как топливо в ядерных реакторах, а также в ядерном оружии. Выделение изотопа U²³⁵ из природного урана — сложная технологическая проблема (см. разделение изотопов).

Приведем некоторые цифры для реактора мощностью 1000 МВт, работающего с нагрузкой в 80 %, и вырабатывающего 7000 ГВт·ч в год. Работа одного такого реактора в течение года требует 20 тонн уранового топлива с содержанием 3.5% U-235, который получают после обогащения примерно 153 тонн природного урана.

Изотоп U²³⁸ способен делиться под влиянием бомбардировки высокоэнергетическими нейтронами, эту его особенность используют для увеличения мощности термоядерного оружия (используются нейтроны, порождённые термоядерной реакцией).

В результате захвата нейтрона с последующим β-распадом ²³⁸U может превращаться в ²³⁹Pu, который затем используется как ядерное топливо.

Уран-233, искусственно получаемый в реакторах из тория (торий-232 захватывает нейтрон и превращается в торий-233, который распадается в протактиний-233 и затем в уран-233), может в будущем стать распространённым ядерным топливом для атомных электростанций (уже сейчас существуют реакторы, использующие этот нуклид в качестве топлива, например KAMINI в Индии) и производства атомных бомб (критическая масса около 16 кг).

Уран-233 также является наиболее перспективным топливом для газофазных ядерных ракетных двигателей.

[править] Тепловыделяющая способность урана

1 тонна обогащенного урана по тепловыделяющей способности равна 1 миллиону 350 тысячам тонн нефти или природного газа.

[править] Геология

Основное применение урана в геологии — определение возраста минералов и горных пород с целью выяснения последовательности протекания геологических процессов. Этим занимается геохронология. Существенное значение имеет также решение задачи о смешении и источниках вещества.

В основе решения задачи лежат уравнения радиоактивного распада:

где ²³⁸U_o, ²³⁵U_o — современные концентрации изотопов урана; ; —постоянные распада атомов соответственно урана ²³⁸U и ²³⁵U.

Весьма важным является их комбинация:

.

Здесь

В связи с тем, что горные породы содержат различные концентрации урана, они обладают различной радиоактивностью. Это свойство используется при выделении горных пород геофизическими методами. Наиболее широко этот метод применяется в нефтяной геологии при геофизических исследованиях скважин, в этот комплекс входит, в частности, γ — каротаж или нейтронный гамма-каротаж, гамма-гамма-каротаж и т. д.^[17]. С их помощью происходит выделение коллекторов и флюидоупоров^[18].

[править] Другие сферы применения

• Небольшая добавка урана придаёт красивую жёлто-зелёную флуоресценцию стеклу (см. Урановое стекло)^[19].
• Уранат натрия Na₂U₂O₇ использовался как жёлтый пигмент в живописи^[19].
• Соединения урана применялись как краски для живописи по фарфору и для керамических глазурей и эмалей (окрашивают в цвета: жёлтый, бурый, зелёный и чёрный, в зависимости от степени окисления)^[19].
• Некоторые соединения урана светочувствительны^[19].
• В начале XX века уранилнитрат широко применялся для усиления негативов и окрашивания (тонирования) позитивов (фотографических отпечатков) в бурый цвет^[19].
• Карбид урана-235 в сплаве с карбидом ниобия и карбидом циркония применяется в качестве топлива для ядерных реактивных двигателей (рабочее тело — водород + гексан).
• Сплавы железа и обеднённого урана (уран-238) применяются как мощные магнитострикционные материалы.

[править] Обеднённый уран

После извлечения ²³⁵U и ²³⁴U из природного урана, оставшийся материал (уран-238) носит название «обеднённый уран», так как он обеднён 235-м изотопом. По некоторым данным, в США хранится около 560 000 тонн обеднённого гексафторида урана (UF₆).

Обеднённый уран в два раза менее радиоактивен, чем природный уран, в основном за счёт удаления из него ²³⁴U. Из-за того, что основное использование урана — производство энергии, обеднённый уран — малополезный продукт с низкой экономической ценностью.

В основном его использование связано с большой плотностью урана и относительно низкой его стоимостью. Обеднённый уран используется для радиационной защиты (как это ни странно), — используется чрезвычайно высокое сечение захвата, и как балластная масса в аэрокосмических применениях, таких как рулевые поверхности летательных аппаратов. В каждом самолёте «Боинг-747» содержится 1500 кг обеднённого урана для этих целей. Ещё этот материал применяется в высокоскоростных роторах гироскопов, больших маховиках, как балласт в космических спускаемых аппаратах и гоночных яхтах, болидах формулы-1, при бурении нефтяных скважин.

[править] Сердечники бронебойных снарядов

Самое известное применение обеднённого урана — в качестве сердечников для бронебойных снарядов. Большая плотность (в три раза тяжелее стали), делает закалённую урановую болванку чрезвычайно эффективным средством для пробивания брони, аналогичным по эффективности более дорогому и ненамного более тяжёлому вольфраму. Тяжёлый урановый наконечник также изменяет распределение масс в снаряде, улучшая его аэродинамическую устойчивость.

Подобные сплавы типа «Стабилла» применяются в стреловидных оперённых снарядах танковых и противотанковых артиллерийских орудий.

Процесс разрушения брони сопровождается измельчением в пыль урановой болванки и воспламенением её на воздухе с другой стороны брони (см. Пирофорность). Около 300 тонн обеднённого урана остались на поле боя во время операции «Буря в Пустыне» (по большей части это остатки снарядов 30-мм пушки GAU-8 штурмовых самолётов A-10, каждый снаряд содержит 272 г уранового сплава).

Такие снаряды были использованы войсками НАТО в боевых действиях на территории Югославии^[20]. После их применения обсуждалась экологическая проблема радиационного загрязнения территории страны.

Впервые уран в качестве сердечника для снарядов был применен в Третьем рейхе.

Обеднённый уран используется в современной танковой броне, например, танка M-1 «Абрамс».

[править] Физиологическое действие

В микроколичествах (10⁻⁵—10⁻⁸ %) обнаруживается в тканях растений, животных и человека. В наибольшей степени накапливается некоторыми грибами и водорослями. Соединения урана всасываются в желудочно-кишечном тракте (около 1 %), в легких — 50 %. Основные депо в организме: селезёнка, почки, скелет, печень, лёгкие и бронхо-лёгочные лимфатические узлы. Содержание в органах и тканях человека и животных не превышает 10⁻⁷г.

Уран и его соединения токсичны. Особенно опасны аэрозоли урана и его соединений. Для аэрозолей растворимых в воде соединений урана ПДК в воздухе 0,015 мг/м³, для нерастворимых форм урана ПДК 0,075 мг/м³. При попадании в организм уран действует на все органы, являясь общеклеточным ядом. Уран практически необратимо, как и многие другие тяжелые металлы, связывается с белками, прежде всего, с сульфидными группами аминокислот, нарушая их функцию. Молекулярный механизм действия урана связан с его способностью подавлять активность ферментов. В первую очередь поражаются почки (появляются белок и сахар в моче, олигурия). При хронической интоксикации возможны нарушения кроветворения и нервной системы.

[править] Разведанные запасы урана в мире

Количество урана в земной коре примерно в 1000 раз превосходит количество золота, в 30 раз — серебра, при этом, данный показатель приблизительно равен аналогичному показателю у свинца и цинка. Немалая часть урана рассеяна в почвах, горных породах и морской воде. Только относительно небольшая часть концентрируется в месторождениях, где содержание данного элемента в сотни раз превышает его среднее содержание в земной коре^[21]. Разведанные мировые запасы урана в месторождениях составляют 5,4 млн тонн^[22].

[править] Добыча урана в мире

Согласно «Красной книге по урану»^[22], выпущенной ОЭСР, в 2005 добыто 41 250 тонн урана (в 2003 — 35 492 тонны). Согласно данным ОЭСР, в мире функционирует 440 реакторов коммерческого назначения и около 60 научных, которые потребляют в год 67 тыс. тонн урана. Это означает, что его добыча из месторождений обеспечивала лишь 60 % объёма его потребления (на 2009 г. эта доля возросла до 79 %^[23]). Остальной уран, потребляемый энергетикой или 17,7 %, поступает из вторичных источников.

[править] Добыча U по странам в тоннах по содержанию на 2005, 2009 и 2012 гг

№	Страна	2005 год	Страна	2009 год	Страна	2012 год
1	Канада	11 410	Казахстан	14 020
2	Австралия	9044	Канада	10 173
3	Казахстан	4020	Австралия	7982
4	Россия	3570	Намибия	4626
5	США	1249	Россия	3564
6	Украина	920	Нигер	3234
7	КНР	920	Узбекистан	2429

[править] Добыча по компаниям на 2006, 2009 и 2011 г. в тоннах

№	Страна	Компания	2006 год	Страна	Компания	2009 год	Страна	Компания	2011 год
1		Cameco	8 100		Areva	8 600		Areva
2		Rio Tinto	7 000		Cameco	8 000		KazAtomProm
3		Areva	5 000		Rio Tinto	7 900		Cameco	9 930
4		KazAtomProm	3 800		KazAtomProm	7 500		ARMZ	7 300
5		ARMZ	3 500		ARMZ	4 600		BHP Billiton
6		BHP Billiton	3 000		BHP Billiton	2 900		Rio Tinto
7		Navoi	2 100		Navoi	2 400		Navoi	2 800
8		Uranium One	1 000		Uranium One	1 400
9		Heathgate	800		Paladin Energy	1 200
10		Denison Mines	500		General Atomics	600

Данные по ARMZ даны с учетом приобретенной в 2010 г компанией Uranium One , также в 2010г появилась информация о возможном слиянии BHP Billiton и Rio Tinto

[править] Уран для «научных и военных» целей

Большая часть урана для «научных и военных» целей извлекается из старых ядерных боеголовок:

• по договору СНВ-II 352 тонны — из оговорённых 500 (несмотря на то что договор не вступил в силу, в связи выходом России из договора 14 июня 2002)
• по договору СНВ-I (вступил в силу 5 декабря 1994 г, истек 5 декабря 2009 года) с российской стороны 500 тонн,
• по договору СНВ-III (ДСНВ) — договор подписан 8 апреля 2010 года в Праге. Договор сменил истёкший в декабре 2009 года СНВ-I.

[править] Добыча в России

В СССР основными уранорудными регионами были Украина (месторождение Желтореченское, Первомайское и др.), Казахстан (Северный — Балкашинское рудное поле и др.; Южный — Кызылсайское рудное поле и др.; Восточный; все они принадлежат преимущественно вулканогенно -гидротермальному типу); Забайкалье (Антей, Стрельцовское и др.); Средняя Азия, в основном Узбекистан с оруденениями в чёрных сланцах с центром в г. Учкудук. Имеется масса мелких рудопроявлений и проявлений. В России основным урановорудным регионом осталось Забайкалье. На месторождении в Читинской области (около города Краснокаменск) добывается около 93 % российского урана. Добычу осуществляет шахтным способом «Приаргунское производственное горно-химическое объединение» (ППГХО), входящее в состав ОАО «Атомредметзолото» (Урановый холдинг).

Остальные 7 % получают методом подземного выщелачивания ЗАО «Далур» (Курганская область) и ОАО «Хиагда» (Бурятия).

Полученные руды и урановый концентрат перерабатываются на Чепецком механическом заводе.

По годовому производству урана (около 3,3 тыс. т.) Россия занимает 4 место после Казахстана. Годовое же потребление урана в России сейчас составляет 16 тыс. т и складывается из расходов на собственные АЭС в объёме 5,2 тыс. т, а также на экспорт тепловыделяющих средств (5,5 тыс. т) и низкообогащенного урана (6 тыс. т)^[24].

[править] Добыча в Казахстане

В Казахстане сосредоточена примерно пятая часть мировых запасов урана (21 % и 2 место в мире). Общие ресурсы урана порядка 1,5 млн тонн, из них около 1,1 млн тонн можно добывать методом подземного выщелачивания^[25].

В 2009 году Казахстан вышел на первое место в мире по добыче урана (добыто 13 500 тонн)^[26].

[править] Добыча на Украине

Основное предприятие — Восточный горно-обогатительный комбинат в городе Жёлтые Воды.

[править] Стоимость

Несмотря на бытующие легенды о десятках тысяч долларов за килограммовые или даже грамовые количества урана, реальная его цена на рынке не столь высока — стоимость килограмма необогащённой окиси урана U₃O₈ росла от $21 в январе 2002, достигла пиковых $300 в середине 2007 г.^[27], в дальнейшем понижалась и колеблется между нынешними $90-130 за кг^[28] с некоторой тенденцией к росту. При этом следует понимать, что открытого мирового рынка урана как такового не существует, в отличие, например от золота.

Разработка урановых руд рентабельна при цене на уран в районе 80 долл./кг. В настоящее время цена урана не позволяет налаживать эффективную разработку его месторождений, поэтому существуют прогнозы, что возможен рост цены на уран до 75-90 долл./кг к 2013—2014 гг.^[29]

К 2030 г. будут полностью отработаны крупные и доступные месторождения с запасами до 80 дол./кг и в освоение начнут вовлекаться труднодоступные месторождения с себестоимостью производства более 130 дол./кг урана^[30].

Связано это с тем, что для запуска атомного реактора на необогащённом уране нужны десятки или даже сотни тонн топлива, а для изготовления ядерного оружия следует обогатить большое количество урана для получения пригодных для создания бомбы концентраций (см. Ядерное оружие).

[править] См. также

	Уран (элемент) на Викискладе?

• Разделение изотопов
• Ядерное топливо
• Урановое стекло
• Ядерная силовая установка

[править] Ссылки

• И. Н. Бекман. «Уран». Учебное пособие. Вена, 2008, Москва, 2009. (в формате PDF)
• Уран на Webelements
• Уран в Популярной библиотеке химических элементов
• Nuclear Weapons Frequently Asked Questions
• Россия продала США значительные запасы оружейного урана
• Уран на chemister.ru

[править] Примечания

Соединения урана

Аммония диуранат ((NH4)2U2O7)  • Ацетат уранила (UO2(CH3COO)2)  • ZnUO2(CH3COO)4  • Боргидрид урана (U(BH4)4)  • Бромид урана(III) (UBr3)  • Бромид урана(IV) (UBr4)  • Бромид урана(V) (UBr5)  • Гидрид урана(III) (UH3)  • Гидроксид урана(III) (U(OH)3)  • Гидроксид уранила (UO2(OH)2)  • UB2  • USi2  • US2  • Диурановая кислота (H2U2O7)  • Иодид урана(III) (UJ3)  • Иодид урана(IV) (UJ4)  • UI5  • UO2CO3·2(NH4)2CO3  • Карбонат уранила (UO2CO3)  • Монооксид урана (UO)  • US  • UP  • Натрия диуранат (Na2U2O7)  • Натрия уранат (Na2UO4)  • Нитрат уранила (UO2(NO3)2)  • U2N3  • Нонаоксид тетраурана (U4O9)  • Оксид урана(IV) (UO2)  • Оксид урана(VI)-диурана(V) (U3O8)  • Пероксид урана (UO4)  • Сульфат урана(IV) (U(SO4)2)  • Сульфат уранила (UO2SO4)  • Тридекаоксид пентаурана (U5O13)  • Триоксид урана (UO3)  • Урановая кислота (H2UO4)  • Формиат уранила (UO2(CHO2)2)  • Фосфат урана(III) (U2(PO4)3)  • Фторид урана(III) (UF3)  • Фторид урана(IV) (UF4)  • Фторид урана(V) (UF5)  • Фторид урана(VI) (UF6)  • Фторид уранила (UO2F2)  • Хлорид урана(III) (UCl3)  • Хлорид урана(IV) (UCl4)  • Хлорид урана(V) (UCl5)  • Хлорид урана(VI) (UCl6)  • Хлорид уранила (UO2Cl2)  •

Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева
	1	2															3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
1	H		He
2	Li	Be		B	C	N	O	F	Ne
3	Na	Mg		Al	Si	P	S	Cl	Ar
4	K	Ca		Sc	Ti	V	Cr	Mn	Fe	Co	Ni	Cu	Zn	Ga	Ge	As	Se	Br	Kr
5	Rb	Sr		Y	Zr	Nb	Mo	Tc	Ru	Rh	Pd	Ag	Cd	In	Sn	Sb	Te	I	Xe
6	Cs	Ba	La	Ce	Pr	Nd	Pm	Sm	Eu	Gd	Tb	Dy	Ho	Er	Tm	Yb	Lu	Hf	Ta	W	Re	Os	Ir	Pt	Au	Hg	Tl	Pb	Bi	Po	At	Rn
7	Fr	Ra	Ac	Th	Pa	U	Np	Pu	Am	Cm	Bk	Cf	Es	Fm	Md	No	Lr	Rf	Db	Sg	Bh	Hs	Mt	Ds	Rg	Cn	Uut	Fl	Uup	Lv	Uus	Uuo
Щелочные металлы  Щёлочноземельные металлы  Лантаноиды Актиноиды Переходные металлы Другие металлы Металлоиды Другие неметаллы Галогены Инертные газы

Электрохимический ряд активности металлов
Eu, Sm, Li, Cs, Rb, K, Ra, Ba, Sr, Ca, Na, Ac, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, Mg, Y, Dy, Am, Ho, Er, Tm, Lu, Sc, Pu, Th, Np, U, Hf, Be, Al, Ti, Zr, Yb, Mn, V, Nb, Pa, Cr, Zn, Ga, Fe, Cd, In, Tl, Co, Ni, Te, Mo, Sn, Pb, H2, W, Sb, Bi, Ge, Re, Cu, Tc, Te, Rh, Po, Hg, Ag, Pd, Os, Ir, Pt, Au Элементы расположены в порядке возрастания стандартного электродного потенциала.

Ядерные технологии
Инженерия	Ядерная физика  · Деление ядра · Термоядерная реакция · Излучение · Ионизирующее излучение · Атомное ядро · Ядерная безопасность · Ядерная химия
Материалы	Ядерное топливо  · Отработанное ядерное топливо  · Ядерное топливное сырье · Торий · Уран (Обогащение урана • Обеднённый уран) · Плутоний · Дейтерий · Тритий
Ядерная энергия	Главные темы Ядерный реактор · Радиоактивные отходы · Управляемый термоядерный синтез · Ядерная силовая установка · Ядерный двигатель (Ядерный ракетный двигатель) · Радиоизотопный термоэлектрический генератор Типы реакторов Инерциальный синтез · Корпусной ядерный реактор · Кипящий водо-водяной реактор · 4-го поколения · Реактор на быстрых нейтронах · Магноксовый · Водо-водяной ядерный реактор · Графито-газовый ядерный реактор · Газоохлаждаемый быстрый · Реактор с жидкометаллическим теплоносителем · На бегущей волне · Со свинцовым теплоносителем · Реактор на расплавах солей · Тяжеловодный ядерный реактор · Сверхкритический водоохлаждаемый · Сверхвысокотемпературный · С гранулированным топливом · Интегральный быстрый реактор · SSTAR
Ядерная медицина	Медицинская визуализация Позитронно-эмиссионная томография · Однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ) · Гамма-камера Терапия Радиобиология опухолей · Томотерапия · Протонная терапия · Брахитерапия · Нейтрон-захватная терапия
Ядерное оружие	История · Разработка · Ядерная война · Ядерная гонка · Ядерный взрыв (Поражающие факторы ядерного взрыва) · Ядерное испытание · Перевозка · распространение Ядерный клуб · Список ядерных испытаний

Энергетика структура по продуктам и отраслям
Электроэнергетика: электроэнергия	Традиционная Тепловые электростанции Конденсационная электростанция (КЭС) • Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) Гидроэнергетика Гидроэлектростанция (ГЭС) • Гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС) Атомная Атомная электростанция (АЭС) • Плавучая атомная электростанция (ПАТЭС) Альтернативная Геотермальная Геотермальные электростанции (ГеоТЭС) Гидроэнергетика Малые гидроэлектростанции (МГЭС) • Приливные электростанции (ПЭС) • Волновые электростанции • Осмотические электростанции Ветроэнергетика Ветряные электростанции (ВЭС) Солнечная Солнечные электростанции (СЭС) Водородная Водородные электростанции • Установки на топливных элементах Биоэнергетика Биоэлектростанции (БиоТЭС) Малая Дизельные электростанции • Газопоршневые электростанции • Газотурбинные установки малой мощности • Бензиновые электростанции Электрическая сеть Электрические подстанции • Линии электропередачи (ЛЭП) • Опоры линий электропередачи
Теплоснабжение: теплоэнергия	Централизованное Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) • Котельные • Атомные электростанции (АЭС) • Атомные электростанции теплоснабжения (АСТ) • Геотермальные электростанции (ГеоТЭС) • Биоэлектростанции (БиоТЭС) Децентрализованное Малые котельные • Мини-ТЭЦ • Телонасосные установки • Электронагреватели • Печи Тепловая сеть Тепловые пункты • Теплотрассы
Топливная промышленность: топливо	Органическое Газообразное Природный газ • Генераторный газ • Коксовый газ • Доменный газ • Продукты перегонки нефти • Газ подземной газификации • Синтез-газ Жидкое Нефть • Бензин • Керосин • Соляровое масло • Мазут Твёрдое Ископаемое Бурый уголь • Каменный уголь • Антрацит • Горючий сланец • Торф Растительное Дрова • Древесные отходы • Биомасса Искусственное Древесный уголь • Пеллеты • Кокс (каменноугольный, торфяной, полукокс) • Углебрикеты • Отходы углеобогащения Ядерное Уран • MOX-топливо
Перспективная энергетика:	Энергетика Термоядерная энергетика • Космическая энергетика Топливо Плутоний • Торий • Дейтерий • Тритий • Гелий-3 • Бор-11
Портал: Энергетика

Уран
Тяжёлый серебристо-белый глянцеватый металл
Название, символ, номер	Уран / Uranium (U), 92
Атомная масса (молярная масса)	238,02891(3) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Rn] 5f3 6d1 7s2
Радиус атома	138 пм
Ковалентный радиус	142 пм
Радиус иона	(+6e) 80 (+4e) 97 пм
Электроотрицательность	1,38 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	U←U4+ -1,38В U←U3+ -1,66В U←U2+ -0,1В
Степени окисления	6, 5, 4, 3
Энергия ионизации (первый электрон)	686,4(7,11) кДж/моль (эВ)
Плотность (при н. у.)	19,05 г/см³
Температура плавления	1405,5 K
Температура кипения	4018 K
Уд. теплота плавления	12,6 кДж/моль
Уд. теплота испарения	417 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	27,67 Дж/(K·моль)
Молярный объём	12,5 см³/моль
Структура решётки	орторомбическая
Параметры решётки	a = 2,854 Å; b = 5,870 Å; c = 4,955 Å
Теплопроводность	(300 K) 27,5 Вт/(м·К)
Номер CAS	7440-61-1

Уран (U, лат. uranium; устаревший вариант ураний) — химический элемент с атомным номером 92 в периодической системе, атомная масса — 238,029; относится к семейству актиноидов. Уран — слаборадиоактивный элемент, он не имеет стабильных изотопов. Самыми распространёнными изотопами урана являются уран-238 (имеет 146 нейтронов, в природном уране составляет 99,3 %) и уран-235 (143 нейтрона, природная распространённость 0,7204 %).

История

Ещё в древнейшие времена природная окись урана использовалась для изготовления жёлтой посуды. Так, возле Неаполя найден осколок жёлтого стекла, содержащий 1 % оксида урана и датируемый 79 годом н. э. Первая важная дата в истории урана — 1789 год, когда немецкий натурфилософ и химик Мартин Генрих Клапрот восстановил извлечённую из саксонской руды настурана золотисто-жёлтую «землю» до чёрного металлоподобного вещества. В честь самой далёкой из известных тогда планет (открытой Гершелем восемью годами раньше) Клапрот, считая новое вещество элементом, назвал его ураном (этим он хотел поддержать предложение Иоганна Боде назвать новую планету «Уран» вместо «Звезда Георга», как предложил Гершель). Пятьдесят лет уран Клапрота числился металлом. Только в 1841 году французский химик Эжен Пелиго (1811—1890) доказал, что, несмотря на характерный металлический блеск, уран Клапрота не элемент, а оксид UO₂. В 1840 году Пелиго удалось получить простое вещество уран — тяжёлый металл серо-стального цвета — и определить его атомный вес. Следующий важный шаг в изучении урана сделал в 1874 году Д. И. Менделеев. Опираясь на разработанную им периодическую систему, он поместил уран в самой дальней клетке своей таблицы. Прежде атомный вес урана считали равным 120. Менделеев удвоил это значение. Через 12 лет его предвидение было подтверждено опытами немецкого химика Циммермана (J. Zimmermann).

В 1804 году немецкий химик Адольф Гелен открыл светочувствительность раствора хлорида уранила в эфире; это свойство французский изобретатель Абель Ньепс де Сен-Виктор в 1857 году пытался использовать в фотографии, однако обнаружил, что соли урана испускают некое невидимое излучение, экспонирующее светочувствительные материалы; на тот момент это наблюдение осталось незамеченным.

В 1896 году, исследуя уран, французский учёный Антуан Анри Беккерель случайно открыл радиоактивный распад. В это же время французскому химику Анри Муассану удалось разработать способ получения чистого металлического урана. В 1899 году Эрнест Резерфорд обнаружил, что излучение урановых препаратов неоднородно, что есть два вида излучения — альфа- и бета-лучи. Они несут различный электрический заряд; далеко не одинаковы их пробег в веществе и ионизирующая способность. В мае 1900 года, Поль Вийяр открыл третий вид излучения — гамма-лучи.

Резерфорд провёл в 1907 году первые опыты по определению возраста минералов при изучении радиоактивных урана и тория на основе созданной им совместно с Фредериком Содди теории радиоактивности.

В 1938 году немецкие физики Отто Ган и Фриц Штрассман открыли непредсказанное явление, происходящее с ядром урана при облучении его нейтронами. Захватывая свободный нейтрон, ядро изотопа урана ²³⁵U делится, при этом выделяется (в расчёте на одно ядро урана) достаточно большая энергия, в основном за счёт кинетической энергии осколков и излучения. Позднее теория этого явления была обоснована Лизой Мейтнер и Отто Фришем и независимо от них Готтфридом фон Дросте и Зигфридом Флюгге. Данное открытие явилось истоком как мирного, так и военного использования внутриатомной энергии.

В 1939—1940 годах Ю. Б. Харитон и Я. Б. Зельдович впервые теоретически показали, что при небольшом обогащении природного урана ураном-235 можно создать условия для непрерывного деления атомных ядер, то есть придать процессу цепной характер.

2 декабря 1942 года в США была экспериментально доказана теория о возможности процесса превращения урана в плутоний.

Физические свойства

Уран — очень тяжёлый, серебристо-белый глянцевитый металл. В чистом виде он немного мягче стали, ковкий, гибкий, обладает небольшими парамагнитными свойствами. Температура плавления 1132,3 °C. Уран имеет три кристаллические модификации:

• α-U, (стабильна до 667,7 °C), ромбическая сингония, пространственная группа C mcm, параметры ячейки a = 0,2858 нм, b = 0,5877 нм, c = 0,4955 нм, Z = 4;
• β-U, (стабильна от 667,7 °C до 774,8 °C), тетрагональная сингония, пространственная группа P 4₂/mnm, параметры ячейки a = 1,0759 нм, c = 0,5656 нм, Z = 30;
• γ-U, (существующей от 774,8 °C до точки плавления), кубическая сингония, пространственная группа I m3m, параметры ячейки a = 0,3524 нм, Z = 2.

Химические свойства

Характерные степени окисления

Уран может проявлять степени окисления от +3 до +6.

Степень окисления	Оксид	Гидроксид	Характер	Форма	Примечание
+3	Не существует	Не существует	—	U3+, UH3	Сильный восстановитель
+4	UO2	Не существует	Основный	UO2, галогениды
+5	Не существует	Не существует	—	Галогениды	В воде диспропорционирует
+6	UO3	UO2(OH)2	Амфотерный	UO22+ (уранил) UO42- (уранат) U2O72- (диуранат)	Устойчив на воздухе и в воде

Кроме того, существует оксид U₃O₈. Степень окисления в нём формально дробная, а реально он представляет собой смешанный оксид урана (IV) и (VI).

Нетрудно видеть, что по набору степеней окисления и характерных соединений уран близок к элементам VIB подгруппы (хрому, молибдену, вольфраму). Из-за этого его длительное время относили к этой подгруппе («размывание периодичности»).

Свойства простого вещества

Химически уран весьма активен. Он быстро окисляется на воздухе и покрывается радужной плёнкой оксида. Мелкий порошок урана самовоспламеняется на воздухе, он зажигается при температуре 150—175 °C, образуя U₃O₈. Реакции металлического урана с другими неметаллами приведены в таблице.

Неметалл	Условия	Продукт
F2	+20 oC, бурно	UF6
Cl2	180 oC для измельчённого 500—600 oC для компактного	Смесь UCl4, UCl5, UCl6
Br2	650 oC, спокойно	UBr4
I2	350 oC, спокойно	UI3, UI4
S	250—300 oC спокойно 500 oC горит	US2, U2S3
Se	250—300 oC спокойно 500 oC горит	USe2, U2Se3
N2	450—700 oC то же под давлением N 1300o	U4N7 UN2 UN
P	600—1000 oC	U3P4
C	800—1200 oC	UC, UC2

Взаимодействует с водой, вытесняя водород, медленно при низкой температуре, и быстро при высокой, а также при мелком измельчении порошка урана:

 U + 2H₂O → ^t   UO₂ + 2H₂↑

В кислотах-неокислителях уран растворяется, образуя UO₂ или соли U⁴⁺ (при этом выделяется водород). С кислотами-окислителями (азотной, концентрированной серной) уран образует соответствующие соли уранила UO₂²⁺
С растворами щелочей уран не взаимодействует.

При сильном встряхивании металлические частицы урана начинают светиться.

Соединения урана III

Соли урана(+3) (преимущественно, галогениды) — восстановители. На воздухе при комнатной температуре они обычно устойчивы, однако при нагревании окисляются до смеси продуктов. Хлор окисляет их до UCl_4. Образуют неустойчивые растворы красного цвета, в которых проявляют сильные восстановительные свойства:

 4UCl₃ + 2H₂O → 3UCl₄ + UO₂ + 2H₂↑

Галогениды урана III образуются при восстановлении галогенидов урана (IV) водородом:

 2UCl₄ + H₂ → 2UCl₃ + 2HCl (550—590 ^оC)

или йодоводородом:

 2UCl₄ + 2HI → 2UCl₃ + 2HCl + I₂  (500 ^оC)

а также при действии галогеноводорода на гидрид урана UH₃.

Кроме того, существует гидрид урана (III) UH₃. Его можно получить, нагревая порошок урана в водороде при температурах до 225 ^оC, а выше 350 ^оC он разлагается. Большую часть его реакций (например, реакцию с парами воды и кислотами) можно формально рассматривать как реакцию разложения с последующей реакцией металлического урана:

 UH₃ + 3HCl → UCl₃ + 3H₂↑

 2UH₃ + 7Cl₂ → 2UCl₄ + 6HCl

Соединения урана IV

Уран (+4) образует легко растворимые в воде соли зелёного цвета. Они легко окисляются до урана (+6)

Соединения урана V

Соединения урана(+5) неустойчивы и легко диспропорционируют в водном растворе:

 2UO₂Cl → UO₂Cl₂ + UO₂

Хлорид урана V при стоянии частично диспропорционирует:

 2UCl₅ → UCl₄ + UCl₆

а частично отщепляет хлор:

 2UCl₅ → 2UCl₄ + Cl₂

Соединения урана VI

Степени окисления +6 соответствует оксид UO₃. В кислотах он растворяется с образованием соединений катиона уранила UO₂²⁺:

 UO₃ + 2CH₃COOH → UO₂(CH₃COO)₂ + H₂O

C основаниями UO₃ (аналогично CrO₃, MoO₃ и WO₃) образует различные уранат-анионы (в первую очередь, диуранат U₂O₇^2-). Последние, однако, чаще получают действием оснований на соли уранила:

 2UO₂(CH₃COO)₂ + 6NaOH → Na₂U₂O₇ + 4CH₃COONa + 3H₂O

Из соединений урана (+6), не содержащих кислород, известны только гексахлорид UCl₆ и фторид UF₆. Последний играет важнейшую роль в разделении изотопов урана.

Соединения урана (+6) наиболее устойчивы на воздухе и в водных растворах.

Ураниловые соли, такие, как уранилхлорид, распадаются на ярком свету или в присутствии органических соединений.

Уран также образует ураноорганические соединения.

Изотопы

Радиоактивные свойства некоторых изотопов урана (жирным выделены природные изотопы):

238	4,47⋅109 лет	α
235	7,13⋅108 лет	α
234	2,45⋅105 лет	α
Массовое число	Период полураспада	Основной тип распада
233	1,59⋅105 лет	α
236	2,39⋅107 лет	α
237	6,75 сут.	β−
239	23,54 минуты	β−
240	14 часов	β−

Природный уран состоит из смеси трёх изотопов: ²³⁸U (изотопная распространённость 99,2745 %, период полураспада T_1/2 = 4,468⋅10⁹ лет), ²³⁵U (0,7200 %, T_1/2 = 7,04⋅10⁸ лет) и ²³⁴U (0,0055 %, T_1/2 = 2,455⋅10⁵ лет). Последний изотоп является не первичным, а радиогенным, он входит в состав радиоактивного ряда ²³⁸U.

Радиоактивность природного урана обусловлена в основном изотопами ²³⁸U и его дочерним нуклидом ²³⁴U. В равновесии их удельные активности равны. Удельная активность изотопа ²³⁵U в природном уране в 21 раз меньше активности ²³⁸U.

На данный момент известно 23 искусственных радиоактивных изотопа урана с массовыми числами от 217 до 242. Наиболее важный из них — ²³³U (T_1/2 = 1,59⋅10⁵ лет) получается при облучении тория-232 нейтронами и способен к делению под воздействием тепловых нейтронов, что делает его перспективным топливом для ядерных реакторов. Наиболее долгоживущим из изотопов урана, не встречающихся в природе, является ²³⁶U с периодом полураспада 2,39⋅10⁷ лет.

Изотопы урана ²³⁸U и ²³⁵U являются родоначальниками двух радиоактивных рядов. Конечными элементами этих рядов являются изотопы свинца ²⁰⁶Pb и ²⁰⁷Pb.

В природных условиях распространены в основном изотопы ²³⁴U, ²³⁵U и ²³⁸U с относительным содержанием ²³⁴U : ²³⁵U : ²³⁸U = 0,0054 : 0,711 : 99,283. Почти половина радиоактивности природного урана обусловлена изотопом ²³⁴U, который, как уже отмечено, образуется в ходе распада ²³⁸U. Для отношения содержаний ²³⁵U : ²³⁸U, в отличие от других пар изотопов и независимо от высокой миграционной способности урана, характерно географическое постоянство: ²³⁸U/²³⁵U = 137,88. Величина этого отношения в природных образованиях не зависит от их возраста. Многочисленные натурные измерения показали его незначительные колебания. Так, в роллах величина этого отношения относительно эталона изменяется в пределах 0,9959—1,0042, в солях — 0,996—1,005. В урансодержащих минералах (настуран, урановая чернь, циртолит, редкоземельные руды) величина этого отношения колеблется в пределах 137,30—138,51, причём различие между формами U^IV и U^VI не установлено; в сфене — 138,4. В отдельных метеоритах выявлен недостаток изотопа ²³⁵U. Наименьшая его концентрация в земных условиях найдена в 1972 году французским исследователем Бужигесом в местечке Окло в Африке (месторождение в Габоне). Так, в природном уране содержится 0,720 % урана ²³⁵U, а в Окло оно составляет 0,557 %. Это послужило подтверждением гипотезы о существовании природного ядерного реактора, который стал причиной выгорания изотопа ²³⁵U. Гипотеза была высказана американскими учёными Джорджем Ветриллом, Марком Ингрэмом и Полом Курода, ещё в 1956 г. описавшим процесс. Кроме этого, в этих же округах найдены природные ядерные реакторы: Окелобондо, Бангомбе (Bangombe) и другие. В настоящее время известно 17 природных ядерных реакторов, которые обычно объединяют под общим названием «Природный ядерный реактор в Окло».

Нахождение в природе

Уран является элементом с самым большим номером из встречающихся в больших количествах. Содержание в земной коре составляет 0,00027 % (вес.), концентрация в морской воде — 3,2 мкг/л (по другим данным, 3,3·10^-7%). Количество урана в литосфере оценивается в 3 или 4·10⁻⁴%.

Основная масса урана находится в кислых породах с высоким содержанием кремния. Значительная масса урана сконцентрирована в осадочных породах, особенно богатых органикой. В больших количествах как примесь уран присутствует в ториевых и редкоземельных минералах (алланит (Ca,LREE,Th)₂(Al,Fe⁺³)₃[SiO₄][Si₂O₇]OOH, монацит (La,Ce)PO₄, циркон ZrSiO₄, ксенотим YPO₄ и др.). Важнейшими урановыми рудами являются настуран (урановая смолка, уранинит) и карнотит. Основными минералами-спутниками минералов урана являются молибденит MoS₂, галенит PbS, кварц SiO₂, кальцит CaCO₃, гидромусковит и др.

Минерал	Основной состав минерала	Содержание урана, %
Уранинит	UO2, UO3 + ThO2, CeO2	65-74
Карнотит	K2(UO2)2(VO4)2·2H2O	~50
Казолит	PbO2·UO3·SiO2·H2O	~40
Самарскит	(Y, Er, Ce, U, Ca, Fe, Pb, Th)·(Nb, Ta, Ti, Sn)2O6	3,15-14
Браннерит	(U, Ca, Fe, Y, Th)3Ti5O15	40
Тюямунит	CaO·2UO3·V2O5·nH2O	50-60
Цейнерит	Cu(UO2)2(AsO4)2·nH2O	50-53
Отенит	Ca(UO2)2(PO4)2·nH2O	~50
Шрекингерит	Ca3NaUO2(CO3)3SO4(OH)·9H2O	25
Уранофан	CaO·UO2·2SiO2·6H2O	~57
Фергюсонит	(Y, Ce)(Fe, U)(Nb, Ta)O4	0,2-8
Торбернит	Cu(UO2)2(PO4)2·nH2O	~50
Коффинит	U(SiO4)(OH)4	~50

Основными формами нахождений урана в природе являются уранинит, настуран (урановая смолка) и урановые черни. Они отличаются только формами нахождения; имеется возрастная зависимость: уранинит присутствует преимущественно в древних (докембрийских породах), настуран — вулканогенный и гидротермальный — преимущественно в палеозойских и более молодых высоко- и среднетемпературных образованиях; урановые черни — в основном в молодых — кайнозойских и моложе — образованиях преимущественно в низкотемпературных осадочных породах.

Месторождения

Количество урана в земной коре примерно в 1000 раз превосходит количество золота, в 30 раз — серебра, при этом данный показатель приблизительно равен аналогичному показателю у свинца и цинка. Немалая часть урана рассеяна в почвах, горных породах и морской воде. Только относительно небольшая часть концентрируется в месторождениях, где содержание данного элемента в сотни раз превышает его среднее содержание в земной коре. По оценке 2015 года разведанные мировые запасы урана в месторождениях составляют более 5,7 млн тонн.

Крупнейшие запасы урана, с учётом резервных месторождений, имеют: Австралия, Казахстан (первое место в мире по добыче), Россия. По оценке 2015 года, в месторождениях России содержится около 507 800 тонн запасов урана (9 % его мировых запасов); около 63 % их сосредоточено в Республике Саха (Якутия). Основными месторождениями урана в России являются: Стрельцовское, Октябрьское, Антей, Мало-Тулукуевское, Аргунское молибден-урановые в вулканитах (Забайкальский край), Далматовское урановое в песчаниках (Курганская область), Хиагдинское урановое в песчаниках (Республика Бурятия), Южное золото-урановое в метасоматитах и Северное урановое в метасоматитах (Республика Якутия). Кроме того, выявлено и оценено множество более мелких урановых месторождений и рудопроявлений.

№	Название месторождения	Страна	Запасы, т	Оператор месторождения	начало разработки
1	Северный Хорасан	Казахстан	200 000	Казатомпром	2008
2	Мак-Артур-Ривер	Австралия	160 000	Cameco	1999
3	Сигар-Лейк	Канада	135 000	Cameco
4	Южное Эльконское	Россия	112 600	Атомредметзолото
5	Инкай	Казахстан	75 900	Казатомпром	2007
6	Стрельцовское	Россия	50 000	Атомредметзолото
7	Зоовч Овоо	Монголия	50 000	AREVA
8	Моинкум	Казахстан	43 700	Казатомпром, AREVA
9	Мардай	Монголия	22 000	Khan Resources, Атомредметзолото, Правительство Монголии
10	Ирколь	Казахстан	18 900	Казатомпром, China Guangdong Nuclear Power Co	2009
11	Жёлтые Воды	Украина	12 000	ВостГок	1959
12	Олимпик-Дэм	Австралия			1988
13	Россинг	Намибия			1976
13	Доминион	ЮАР			2007
13	Рейнджер	Австралия			1980

Получение

Самая первая стадия уранового производства — концентрирование. Породу дробят и смешивают с водой. Тяжёлые компоненты взвеси осаждаются быстрее. Если порода содержит первичные минералы урана, то они осаждаются быстро: это тяжёлые минералы. Вторичные минералы урана легче, в этом случае раньше оседает тяжёлая пустая порода. (Впрочем, далеко не всегда она действительно пустая; в ней могут быть многие полезные элементы, в том числе и уран).

Следующая стадия — выщелачивание концентратов, перевод урана в раствор. Применяют кислотное и щелочное выщелачивание. Первое — дешевле, поскольку для извлечения урана используют серную кислоту. Но если в исходном сырье, как, например, в урановой смолке, уран находится в четырёхвалентном состоянии, то этот способ неприменим: четырёхвалентный уран в серной кислоте практически не растворяется. В этом случае нужно либо прибегнуть к щелочному выщелачиванию, либо предварительно окислять уран до шестивалентного состояния.

Не применяют кислотное выщелачивание и в тех случаях, если урановый концентрат содержит доломит или магнезит, реагирующие с серной кислотой. В этих случаях пользуются едким натром (гидроксидом натрия).

Проблему выщелачивания урана из руд решает кислородная продувка. В нагретую до 150 °C смесь урановой руды с сульфидными минералами подают поток кислорода. При этом из сернистых минералов образуется серная кислота, которая и вымывает уран.

На следующем этапе из полученного раствора нужно избирательно выделить уран. Современные методы — экстракция и ионный обмен — позволяют решить эту проблему.

Раствор содержит не только уран, но и другие катионы. Некоторые из них в определённых условиях ведут себя так же, как уран: экстрагируются теми же органическими растворителями, оседают на тех же ионообменных смолах, выпадают в осадок при тех же условиях. Поэтому для селективного выделения урана приходится использовать многие окислительно-восстановительные реакции, чтобы на каждой стадии избавляться от того или иного нежелательного попутчика. На современных ионообменных смолах уран выделяется весьма селективно.

Методы ионного обмена и экстракции хороши ещё и тем, что позволяют достаточно полно извлекать уран из бедных растворов (содержание урана — десятые доли грамма на литр).

После этих операций уран переводят в твёрдое состояние — в один из оксидов или в тетрафторид UF₄. Но этот уран ещё надо очистить от примесей с большим сечением захвата тепловых нейтронов — бора, кадмия, гафния. Их содержание в конечном продукте не должно превышать стотысячных и миллионных долей процента. Для удаления этих примесей технически чистое соединение урана растворяют в азотной кислоте. При этом образуется уранилнитрат UO₂(NO₃)₂, который при экстракции трибутил-фосфатом и некоторыми другими веществами дополнительно очищается до нужных кондиций. Затем это вещество кристаллизуют (или осаждают пероксид UO₄·2H₂O) и начинают осторожно прокаливать. В результате этой операции образуется трёхокись урана UO₃, которую восстанавливают водородом до UO₂.

На диоксид урана UO₂ при температуре от 430 до 600 °C воздействуют газообразным фтористым водородом для получения тетрафторида UF₄. Из этого соединения восстанавливают металлический уран с помощью кальция или магния.

Применение

Ядерное топливо

Наибольшее применение имеет изотоп урана ²³⁵U, в котором возможна самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция. Поэтому этот изотоп используется как топливо в ядерных реакторах, а также в ядерном оружии. Выделение изотопа ²³⁵U из природного урана — сложная технологическая проблема (см. разделение изотопов).

Приведём некоторые цифры для реактора мощностью 1000 МВт, работающего с нагрузкой в 80 %, и вырабатывающего 7000 ГВт·ч в год. Работа одного такого реактора в течение года требует 20 тонн уранового топлива с содержанием 3,5 % ²³⁵U, который получают после обогащения примерно 153 тонн природного урана.

Изотоп ²³⁸U способен делиться под влиянием бомбардировки высокоэнергетическими нейтронами, эту его особенность используют для увеличения мощности термоядерного оружия (используются нейтроны, порождённые термоядерной реакцией).

В результате захвата нейтрона с последующим β-распадом ²³⁸U может превращаться в ²³⁹Pu, который затем используется как ядерное топливо.

Уран-233, искусственно получаемый в реакторах из тория (торий-232 захватывает нейтрон и превращается в торий-233, который распадается в протактиний-233 и затем в уран-233), может в будущем стать распространённым ядерным топливом для атомных электростанций (уже сейчас существуют реакторы, использующие этот нуклид в качестве топлива, например, KAMINI в Индии) и производства атомных бомб (критическая масса около 16 кг).

Уран-233 также является наиболее перспективным топливом для газофазных ядерных ракетных двигателей.

Тепловыделяющая способность урана

Полное использование заключённой в уране потенциальной энергии пока технически невозможно. Величина выделившейся в ядерном реакторе полезной энергии урана характеризуется понятием глубины выгорания. Глубина выгорания — это суммарная энергия, отданная килограммом урана за все время работы в реакторе, от свежего топлива до утилизации. Измеряют глубину выгорания обычно в таких единицах как мегаватт-часы выделившейся тепловой энергии на килограмм топлива (МВт·час/кг). Иногда её приводят в пересчёте к реакторному урану того обогащения, которое загружается в реактор, не учитывая обеднённый уран в отвалах обогатительных производств, а иногда в пересчёте на природный уран.

Глубина выгорания ограничена особенностями конкретного типа реактора, конструктивной целостностью топливной матрицы и накоплением паразитных продуктов ядерных реакций. Глубина выгорания в пересчёте на природный уран в современных энергетических реакторах достигает 10 МВт·сутки/кг и более (то есть 240 МВт·час/кг и более). Для сравнения, типичное тепловыделение природного газа 0,013 МВт·час/кг, то есть примерно в 20 000 раз меньше.

Существуют проекты значительно более полного использования урана за счёт трансмутации урана-238 в плутоний. Наиболее проработанным является проект так называемого замкнутого топливного цикла на основе реакторов на быстрых нейтронах. Также развиваются проекты на основе гибридных термоядерных реакторов.

Производство искусственных изотопов

Изотопы урана являются исходным веществом для синтеза многих искусственных (нестабильных) изотопов, применяемых в промышленности и медицине. Наиболее известными искусственными изотопами, синтезируемыми из урана, являются изотопы плутония. Многие другие трансурановые элементы также получают из урана.

В медицине широкое применение нашёл изотоп молибден-99, одним из способов получения которого является выделение из продуктов деления урана, появляющихся в облучённом ядерном топливе.

Геология

Основное применение урана в геологии — определение возраста минералов и горных пород с целью выяснения последовательности протекания геологических процессов. Этим занимается раздел геохронологии, носящий название радиоизотопное датирование. Существенное значение имеет также решение задачи о смешении и источниках вещества.

В основе решения задачи лежат уравнения радиоактивного распада:

 N_206Pb = N_238U(e^λ238t−1),

 N_207Pb = N_235U (e^λ235t−1) , где  N_238U,  N_235U — современные концентрации изотопов урана;  λ₂₃₈  и  λ₂₃₅ — постоянные распада соответственно ²³⁸U и ²³⁵U.

Весьма важной является их комбинация:

 N_{206Pb            (e^λ238t − 1)}

N_207Pb = K_o^U  (e^λ235t−1).

Здесь

 K_o^U = N_238U = 137.88

        N_235U   — современное отношение концентраций изотопов урана.

В связи с тем, что горные породы содержат различные концентрации урана, они обладают различной радиоактивностью. Это свойство используется при анализе горных пород геофизическими методами. Наиболее широко этот метод применяется в нефтяной геологии при геофизических исследованиях скважин, в этот комплекс входит, в частности, гамма-каротаж или нейтронный гамма-каротаж, гамма-гамма-каротаж и так далее. С их помощью происходит выделение коллекторов и флюидоупоров.

Другие сферы применения

• Небольшая добавка урана придаёт красивую жёлто-зелёную флуоресценцию стеклу (см. Урановое стекло).
• Уранат натрия Na₂U₂O₇ использовался как жёлтый пигмент в живописи.
• Соединения урана применялись как краски для живописи по фарфору и для керамических глазурей и эмалей (окрашивают в цвета: жёлтый, бурый, зелёный и чёрный, в зависимости от степени окисления).
• Некоторые соединения урана светочувствительны.
• В начале XX века уранилнитрат широко применялся для усиления негативов и окрашивания (тонирования) позитивов (фотографических отпечатков) в бурый цвет.
• Карбид урана-235 в сплаве с карбидом ниобия и карбидом циркония применяется в качестве топлива для ядерных реактивных двигателей (рабочее тело — водород + гексан).
• Сплавы железа и обеднённого урана (уран-238) применяются как мощные магнитострикционные материалы.
• Ацетат уранила UO₂(CH₃COO)₂ и ацетат цинка-уранила Zn[(UO₂)₃(CH₃COO)₈] применяются в аналитической химии при проведении качественного и количественного анализа катионов лития и натрия.

Обеднённый уран

После извлечения ²³⁵U и ²³⁴U из природного урана, оставшийся материал (уран-238) носит название «обеднённый уран», так как он обеднён 235-м изотопом. По некоторым данным, в США хранится около 560 000 тонн обеднённого гексафторида урана (UF₆). Обеднённый уран в два раза менее радиоактивен, чем природный уран, в основном за счёт удаления из него ²³⁴U.

Из-за того, что основное использование урана — производство энергии, обеднённый уран — малополезный продукт с низкой экономической ценностью.

Сколь-нибудь эффективным ядерным топливом обеднённый уран может служить только в редких экстремальных условиях, например, в пучке быстрых нейтронов. В таком качестве обеднённый уран используется только в термоядерном оружии — обеднённые урановые элементы в составе термоядерного заряда, не являясь необходимыми для, собственно, реакции ядерного синтеза, могут обеспечивать до 80 % суммарной энергии заряда.

В обычных же условиях использование обеднённого урана связано в основном с его большой плотностью и относительно низкой стоимостью. Обеднённый уран используется для радиационной защиты (как это ни странно) благодаря чрезвычайно высокому сечению захвата. Обеднённый уран применяется также в качестве балластной массы в аэрокосмических приложениях, таких как рулевые поверхности летательных аппаратов. В первых экземплярах самолёта «Боинг-747» содержалось от 300 до 500 кг обеднённого урана для этих целей (с 1981 года «Боинг» применяет вольфрам). Кроме того, этот материал применяется в высокоскоростных роторах гироскопов, больших маховиках, как балласт в космических спускаемых аппаратах и гоночных яхтах, болидах «Формулы-1», при бурении нефтяных скважин.

Сердечники бронебойных снарядов

Самое известное применение обеднённого урана — в качестве сердечников для бронебойных снарядов. Большая плотность (в три раза тяжелее стали) делает закалённую урановую болванку чрезвычайно эффективным средством для пробивания брони, аналогичным по эффективности более дорогому и ненамного более тяжёлому вольфраму. Тяжёлый урановый наконечник также изменяет распределение масс в снаряде, улучшая его аэродинамическую устойчивость.

Подобные сплавы типа «Стабилла» применяются в стреловидных оперённых снарядах танковых и противотанковых артиллерийских орудий.

Процесс разрушения брони сопровождается измельчением в пыль урановой болванки и воспламенением её на воздухе с другой стороны брони (см. Пирофорность). Около 300 тонн обеднённого урана остались на поле боя во время операции «Буря в Пустыне» (по большей части это остатки снарядов 30-мм пушки GAU-8 штурмовых самолётов A-10, каждый снаряд содержит 272 г уранового сплава). Усовершенствованные американские танки M1A1, снабжённые 120-мм орудиями, сражались с иракскими Т-72. В этих боях американские силы применяли снаряды с обеднённым ураном M829A1, которые показали высокую эффективность. Снаряд, прозванный «серебряной пулей», был способен пробить эквивалент 570-мм брони с расстояния в 2000 метров, что делало его на стандартной дистанции эффективным даже против Т-80.

Такие снаряды были использованы войсками НАТО в боевых действиях на территории Косово. После их применения обсуждалась экологическая проблема радиационного загрязнения территории страны.

Обеднённый уран используется в современной танковой броне, например, танка M-1 «Абрамс».

Физиологическое действие

В микроколичествах (10⁻⁵—10⁻⁸ %) обнаруживается в тканях растений, животных и человека. В наибольшей степени накапливается некоторыми грибами и водорослями. Соединения урана всасываются в желудочно-кишечном тракте (около 1 %), в лёгких — 50 %. Основные депо в организме: селезёнка, почки, скелет, печень, лёгкие и бронхо-лёгочные лимфатические узлы. Содержание в органах и тканях человека и животных не превышает 10⁻⁷ г.

Уран и его соединения токсичны. Особенно опасны аэрозоли урана и его соединений. Для аэрозолей растворимых в воде соединений урана ПДК в воздухе 0,015 мг/м³, для нерастворимых форм урана ПДК 0,075 мг/м³. При попадании в организм уран действует на все органы, являясь общеклеточным ядом. Уран, как и многие другие тяжёлые металлы, практически необратимо связывается с белками, прежде всего с сульфидными группами аминокислот, нарушая их функцию. Молекулярный механизм действия урана связан с его способностью подавлять активность ферментов. В первую очередь поражаются почки (появляются белок и сахар в моче, олигурия). При хронической интоксикации возможны нарушения кроветворения и нервной системы.

Добыча урана

Согласно «Красной книге по урану», выпущенной ОЭСР, в 2005 г. добыто 41 250 тонн урана (в 2003 — 35 492 тонны). Согласно данным ОЭСР, в мире функционирует 440 реакторов коммерческого назначения и около 60 научных, которые потребляли в год 67 тысяч тонн урана. Это означает, что его добыча из месторождений обеспечивала лишь 60 % объёма его потребления (на 2009 год эта доля возросла до 79 %). Остальной уран, потребляемый энергетикой, или 17,7 %, поступал из вторичных источников. На 2016-2017 год потребность в ядерном топливе, 449 действующих реакторов составляла те же 65 000 тонн урана. Первичные источники обеспечили около 85 %, а вторичные источники 15 % (оружейный уран, запасы от переработки отработанного топлива, а также за счёт повторного обогащения хвостов (остатков от первоначального обогащения).

Примечания:

¹ Не включая 5 судов Атомфлота с 7 реакторами и 129 судов ВМФ различных стран со 177 реакторами на борту.

Добыча по странам

В тоннах.

№	Страна	2005 год	Страна	2009 год	Страна	2012 год	Страна	2015 год	Страна	2017 год
1	Канада	11 628	Казахстан	14 020	Казахстан	19 451	Казахстан	23 800	Казахстан	23 391
2	Австралия	9516	Канада	10 173	Канада	9145	Канада	13 325	Канада	13 116
3	Казахстан	4020	Австралия	7982	Австралия	5983	Австралия	5654	Австралия	5882
4	Россия	3570	Намибия	4626	Нигер	4351	Нигер	4116	Намибия	4224
5	Намибия	3147	Россия	3564	Намибия	3258	Намибия	2993	Нигер	3449
6	Нигер	3093	Нигер	3234	Узбекистан	3000	Россия	3055	Россия	2917
7	Узбекистан	2300	Узбекистан	2429	Россия	2993	Узбекистан	2385	Узбекистан	2404
8	США	1039	США	1453	США	1537	Китай	1616	Китай	1885
9	Украина	800	Китай	1200	Китай	1500	США	1256	США	940
10	Китай	750	Украина	840	Украина	890	Украина	1200	Украина	550
Итого		39 863		49 521		52 108		59 400		58 758

Добыча по компаниям

В тоннах.

№	Страна	Компания	2006 год	Страна	Компания	2009 год	Страна	Компания	2011 год	Страна	Компания	2018 год
1		Cameco	8100 (24 %)		Areva	8600 ▲ (19 %)		Казатомпром	8884 ▲ (19 %)		Казатомпром	11074 ▲ (26 %)
2		Rio Tinto	7000 (21 %)		Cameco	8000▼ (18 %)		Areva	8790▲(19 %)		АРМЗ	7289▲ (16 %)
3		Areva	5000 (15 %)		Rio Tinto	7900▲(18 %)		Cameco	8630▲ (19 %)		Orano/Areva	5809▼ (13 %)
4		Казатомпром	3800 (11 %)		Казатомпром	7500▲ (17 %)		АРМЗ	7088▲ (15 %)		Cameco	4613▼ (11 %)
5		АРМЗ	3500 (10 %)		АРМЗ	4600▲ (10 %)		Rio Tinto	4061▼ (9 %)		CGN	3185▲ (7 %)
6		BHP Billiton	3000 (9 %)		BHP Billiton	2900▼ (6 %)		BHP Billiton	3353▲(7 %)		BHP Billiton	3159▼ (7 %)
7		Навоийский ГМК	2100 (4 %)		Навоийский ГМК	2400▲ (5 %)		Навоийский ГМК	3000▲ (6 %)		Rio Tinto	2602▼ (6 %)
8		Uranium One	1000 (3 %)		Uranium One	1400▲ (3 %)		Paladin Energy	2282▲ (5 %)		Navoi	2404▼ (5 %)
9		Heathgate	800 (2 %)		Paladin Energy	1200▲ (3 %)		SOPamin	Н/Д▲(менее 1 %)		Energy Asia	2204▲ (5 %)
10		Denison Mines	500 (1 %)		General Atomics	600▲ (1 %)		CNNC	Н/Д▲ (менее 1 %)		CNNC	1983▬ (4 %)
Итого			34 800 (100 %)			45 100 (100 %)			более 46 088 (100 %)			44 322 (100 %)

Примечания к таблице:

¹  Данные по АРМЗ  даны с учётом приобретённой в 2010 году компании Uranium One . Основным способом добычи урана с 2010 г. стало скважинное подземное выщелачивание. С целью гарантированного долгосрочного сырьевого обеспечения отраслевых потребностей в уране «Росатом» приобрёл канадскую компанию Uranium One и консолидировал на её основе высокоэффективные урановые активы в Казахстане и других странах. За последние 8 лет производство Uranium One выросло почти в 5 раз, что позволило выйти на четвёртое место в мире среди урановых компаний.

² Оrano SA (до 2018 года Areva) — Переименование было произведено после того, как Areva оказалась на грани банкротства, контрольный пакет остался у правительства Франции.

Также в 2012 году появилялась информация о возможном слиянии урановых подразделений BHP Billiton и Rio Tinto и доведения совместной добычи до 8000 тонн в год.

Уран из вторичных источников

Вторичными источниками традиционно считаются — запасы из ядерного оружия, от переработки отработанного топлива и повторного обогащения хвостов (остатков от первоначального обогащения). Повторное обогащение отвалов, критично (взаимно и неотъемлемо) для использования оружейного урана в мирных целях.

В конце июля 1991 года в Москве СССР и США подписали Договор СНВ-I.

Преемником СССР в декабре 1991 года стала Россия, но ядерное вооружение находилось и в других бывших республиках СССР.

На начало 1992 года на территории России размещалась 961 пусковая установка (73 % от общего количества).

23 мая 1992 года в Лиссабоне Россией, США, Украиной, Казахстаном и Белоруссией был подписан дополнительный протокол к СНВ-1 (Лиссабонский протокол), в соответствии с которым к договору СНВ-1 присоединились Украина, Казахстан и Белоруссия. Все имеющиеся на их территории боеголовки они обязались ликвидировать или передать России.

В конце 1992, Россия, в связи с нежеланием Украины выполнять Лиссабонский протокол, обязалась демонтировать почти половину своих запасов ядерного оружия (около 35 % от запасов СССР) и переработать высвободившийся оружейный уран в металл топливного сорта. США в свою очередь обязались приобрести этот материал по рыночным ценам.

К концу 1996 года на всём постсоветском пространстве Россия осталась единственной страной входящей в ядерный клуб, а все запасы СССР были сосредоточены на eё территории для последующей переработки в соответствии с договором СНВ-1.

Вместе с тем началось повторное обогащение урановых отвалов и переработка ОЯТ. План по переработке предусматривал начало работ с отвалов уровня месторождений III категории (рядовые) от 0,05 до 0,1 % аффинаж менее 60 %. Однако в середине и конце 1990-х годов обогащающие предприятия начали повторно обогащать отвалы для производства разбавителя по соглашению ВОУ-НОУ, в связи с нестабильностью получаемого топлива из отвалов.

Соглашение ВОУ-НОУ было рассчитано на 20 лет, закончило действовать в 2013 году. Всего в рамках программы из России в США было вывезено 14 446 тонн низкообогащённого урана:

• по договору СНВ-II 352 тонны — из оговорённых 500 (несмотря на то, что договор не вступил в силу, в связи с выходом России из договора 14 июня 2002);
• по договору СНВ-I (вступил в силу 5 декабря 1994 года, истёк 5 декабря 2009 года) с российской стороны 500 тонн;
• по договору СНВ-III (ДСНВ) — договор подписан 8 апреля 2010 года в Праге. Договор сменил истёкший в декабре 2009 года СНВ-I и действует до 2021 года.

Добыча в СССР

В СССР основными уранорудными регионами были Украинская ССР (месторождение Желтореченское, Первомайское и другие), Казахская ССР (Северный — Балкашинское рудное поле и другие; Южный — Кызылсайское рудное поле и другие; Восточный; все они принадлежат преимущественно вулканогенно-гидротермальному типу); Забайкалье (Антей, Стрельцовское и другие); регион Кавказских Минеральных Вод (Рудник № 1 в горе Бештау и Рудник № 2 в горе Бык); Средняя Азия, в основном Узбекская ССР с оруденениями в чёрных сланцах с центром в городе Учкудук. Имеется масса мелких рудопроявлений и проявлений.

Добыча в России

В России основным урановорудным регионом осталось Забайкалье. На месторождении в Забайкальском крае (около города Краснокаменска) добывается около 93 % российского урана. Добычу осуществляет шахтным способом «Приаргунское производственное горно-химическое объединение» (ППГХО), входящее в состав ОАО «Атомредметзолото» (Урановый холдинг).

Остальные 7 % получают методом подземного выщелачивания ЗАО «Далур» (Курганская область) и ОАО «Хиагда» (Бурятия).

Полученные руды и урановый концентрат перерабатываются на Чепецком механическом заводе.

На 2008 г по годовому производству урана (около 3,3 тысячи тонн) Россия занимала 4-е место после Казахстана. Годовое же потребление урана в России составляло 16 тысяч тонн и складывалось из расходов на собственные АЭС в объёме 5,2 тысячи тонн, а также на экспорт тепловыделяющих средств (5,5 тысячи тонн) и низкообогащённого урана (6 тысяч тонн).

Добыча в Казахстане

В Казахстане сосредоточена примерно пятая часть мировых запасов урана (21 % и 2-е место в мире). Общие ресурсы урана порядка 1,5 млн тонн, из них около 1,1 млн тонн можно добывать методом подземного выщелачивания.

В 2009 году Казахстан вышел на первое место в мире по добыче урана (добыто 13 500 тонн).

Добыча на Украине

Добыча и переработка — основное предприятие — Восточный горно-обогатительный комбинат в городе Жёлтые Воды.

Стоимость и аффинаж

Горнодобывающие компании поставляют уран в виде закиси-окиси урана U₃O₈. В 1990-е годы стоимость урана природного изотопного состава колебалась вокруг отметки 20 USD за килограмм. С 2004 года цена начала активно расти и кратковременно достигла пиковых $300 в середине 2007 года, столь же резко обвалившись до $100 к 2009 году. Обновив в 2011 году кратковременный локальный максимум в $140, цена начала снижаться. С 2017 году цена стабилизировалась на отметке около $40 за килограмм закиси-окиси природного урана.

По мнению вице-председателя урановой группы Александра Бойцова, в мире месторождения I категории с себестоимостью добычи до 40 долл./кг уже почти исчерпаны (2010 год). К 2030 году будут исчерпаны известные крупные месторождения II категории, с себестоимостью до 80 долл./кг, и в освоение начнут вовлекаться труднодоступные месторождения III категории с себестоимостью добычи до 130 долл./кг и выше.

На всех этапах переработки урановых руд происходит очистка урана от сопутствующих ему примесей — элементов, обладающих большим сечением захвата нейтронов (гафний, бор, кадмий и т. д.). Наилучшие концентраты содержат 95-96 %, другие всего 60-80 % оксида урана, а остальное более 60 % различных примесей. «В чистом виде» такой уран непригоден в качестве ядерного топлива.

В целом по возможности аффинажа урановые руды делятся на

• I категория — супер богатые содержание свыше 0,3 % аффинаж 95-96 %
• II категория — богатые содержит от 0,1 до 0,3 % аффинаж 60-80 %
• III категория — рядовые от 0,05 до 0,1 % аффинаж менее 60 %
• IV категория — убогие от 0,03 до 0,05 %
• V категория — забалансовые менее 0,03 %.

¹ Категории пригодные для производства топлива выделены жирным

Ура́н (U, лат. Uranium; устар. название — ура́ний^[3]) — химический элемент 3-й группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы третьей группы, IIIB) седьмого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 92.

Относится к семейству актиноидов.

Простое вещество уран — слаборадиоактивный металл серебристо-белого цвета.

Уран не имеет стабильных изотопов. Самыми распространёнными изотопами урана являются уран-238 (имеет 146 нейтронов, в природном уране составляет 99,3 %) и уран-235 (143 нейтрона, содержание в природном уране 0,7204 %^[4]).

История

Ещё в древнейшие времена природная окись урана использовалась для изготовления жёлтой посуды. Так, возле Неаполя найден осколок жёлтого стекла, содержащий 1 % оксида урана и датируемый 79 годом н. э.^[5] Первая важная дата в истории урана — 1789 год, когда немецкий натурфилософ и химик Мартин Генрих Клапрот восстановил извлечённую из саксонской руды настурана золотисто-жёлтую «землю» до чёрного металлоподобного вещества. В честь самой далёкой из известных тогда планет (открытой Гершелем восемью годами раньше) Клапрот, считая новое вещество элементом, назвал его ураном (этим он хотел поддержать предложение Иоганна Боде назвать новую планету «Уран» вместо «Звезда Георга», как предложил Гершель). Пятьдесят лет уран Клапрота числился металлом. Только в 1841 году французский химик Эжен Пелиго (1811—1890) доказал, что, несмотря на характерный металлический блеск, уран Клапрота не элемент, а оксид UO₂. В 1840 году Пелиго удалось получить простое вещество уран — тяжёлый металл серо-стального цвета — и определить его атомный вес. Следующий важный шаг в изучении урана сделал в 1874 году Д. И. Менделеев. Опираясь на разработанную им периодическую систему, он поместил уран в самой дальней клетке своей таблицы. Прежде атомный вес урана считали равным 120. Менделеев удвоил это значение. Через 12 лет его предвидение было подтверждено опытами немецкого химика Циммермана (J. Zimmermann)^[6].

В 1804 году немецкий химик Адольф Гелен открыл светочувствительность раствора хлорида уранила в эфире^[7]; это свойство французский изобретатель Абель Ньепс де Сен-Виктор в 1857 году пытался использовать в фотографии, однако обнаружил, что соли урана испускают некое невидимое излучение, экспонирующее светочувствительные материалы; на тот момент это наблюдение осталось незамеченным.

В 1896 году, исследуя уран, французский учёный Антуан Анри Беккерель случайно открыл радиоактивный распад. В это же время французскому химику Анри Муассану удалось разработать способ получения чистого металлического урана. В 1899 году Эрнест Резерфорд обнаружил, что излучение урановых препаратов неоднородно, что есть два вида излучения — альфа- и бета-лучи. Они несут различный электрический заряд; далеко не одинаковы их пробег в веществе и ионизирующая способность. В мае 1900 года, Поль Вийяр открыл третий вид излучения — гамма-лучи.

Резерфорд провёл в 1907 году первые опыты по определению возраста минералов при изучении радиоактивных урана и тория на основе созданной им совместно с Фредериком Содди теории радиоактивности.

В 1938 году немецкие физики Отто Ган и Фриц Штрассман открыли непредсказанное явление, происходящее с ядром урана при облучении его нейтронами. Захватывая свободный нейтрон, ядро изотопа урана ²³⁵U делится, при этом выделяется (в расчёте на одно ядро урана) достаточно большая энергия, в основном в виде кинетической энергии осколков и излучения. Позднее теория этого явления была обоснована Лизой Мейтнер и Отто Фришем и независимо от них Готтфридом фон Дросте и Зигфридом Флюгге^[8]. Данное открытие явилось истоком как мирного, так и военного использования внутриатомной энергии.

В 1939—1940 годах Ю. Б. Харитон и Я. Б. Зельдович впервые теоретически показали, что при небольшом обогащении природного урана ураном-235 можно создать условия для непрерывного деления атомных ядер, то есть придать процессу цепной характер.

2 декабря 1942 года в США была экспериментально доказана гипотеза о возможности процесса превращения урана в плутоний.

Физические свойства

Полная электронная конфигурация атома урана: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²4f¹⁴5d¹⁰6p⁶5f³6d¹7s².

Уран — очень тяжёлый, слабо радиоактивный глянцевитый металл серебристо-белого цвета. В чистом виде он немного мягче стали, ковкий, гибкий, обладает небольшими парамагнитными свойствами. Температура плавления 1132,3 °C^[9][10].
Уран имеет три кристаллические модификации:

• α-U (стабильна до 667,7 °C), ромбическая сингония, пространственная группа C mcm, параметры ячейки a = 0,2858 нм, b = 0,5877 нм, c = 0,4955 нм, Z = 4;
• β-U (стабильна от 667,7 °C до 774,8 °C), тетрагональная сингония, пространственная группа P 4₂/mnm, параметры ячейки a = 1,0759 нм, c = 0,5656 нм, Z = 30;
• γ-U (существует от 774,8 °C до точки плавления при 1132,2 °C), кубическая сингония (объёмно-центрированная решётка), пространственная группа I m3m, параметры ячейки a = 0,3524 нм, Z = 2.

Химические свойства

Уран как химический элемент имеет следующие свойства^[11][12]:

Характерные степени окисления

Уран может проявлять в водных растворах степени окисления от +3 до +6, вне контакта с водой наблюдается также степень окисления +2^[2]. Наиболее характерны степени окисления +4 и +6.

Степень окисления	Оксид	Гидроксид	Характер	Форма	Примечание
+3	Не существует	Не существует	—	U3+, UH3	Сильный восстановитель, вытесняет водород из воды[2]
+4	UO2	Не существует	Основный	UO2, галогениды
+5	Не существует	Не существует	—	Галогениды	В воде диспропорционирует
+6	UO3	UO2(OH)2	Амфотерный	UO22+ (уранил) UO42− (уранат) U2O72− (диуранат)	Устойчив на воздухе и в воде

Кроме того, существует оксид U₃O₈. Степень окисления в нём формально дробная, а реально он представляет собой смешанный оксид урана(IV) и (VI).

Нетрудно видеть, что по набору степеней окисления и характерных соединений уран близок к элементам 4-й (VIB) подгруппы (хрому, молибдену, вольфраму). Из-за этого его длительное время относили к этой подгруппе («размывание периодичности»).

Свойства простого вещества

Химически уран весьма активен. Он быстро окисляется на воздухе и покрывается радужной плёнкой оксида. Мелкий порошок урана пирофорен — самовоспламеняется на воздухе, он загорается при температуре 150—175 °C, образуя U₃O₈. Реакции металлического урана с другими неметаллами приведены в таблице.

Неметалл	Условия	Продукт
F2	+20 °C, бурно	UF6
Cl2	180 °C для измельчённого, 500—600 °C для компактного	Смесь UCl4, UCl5, UCl6
Br2	650 °C, спокойно	UBr4
I2	350 °C, спокойно	UI3, UI4
S	250—300 °C спокойно 500 °C горит	US2, U2S3
Se	250—300 °C спокойно 500 °C горит	USe2, U2Se3
N2	450—700 °C то же под давлением N 1300 °C	U4N7 UN2 UN
P	600—1000 °C	U3P4
C	800—1200 °C	UC, UC2

Взаимодействует с водой, вытесняя водород, медленно при низкой температуре, и быстро при высокой, а также при мелком измельчении порошка урана:

В кислотах-неокислителях уран растворяется, образуя UO₂ или соли U⁴⁺ (при этом выделяется водород). С кислотами-окислителями (азотной, концентрированной серной) уран образует соответствующие соли уранила UO₂²⁺.

С растворами щелочей уран не взаимодействует.

При сильном встряхивании металлические частицы урана начинают светиться.

Соединения урана(III)

Соли урана(III) (преимущественно галогениды) — восстановители. На воздухе при комнатной температуре они обычно устойчивы, однако при нагревании окисляются до смеси продуктов. Хлор окисляет их до UCl₄. Образуют неустойчивые растворы красного цвета, в которых проявляют сильные восстановительные свойства:

Галогениды урана(III) образуются при восстановлении галогенидов урана(IV) водородом:

(550—590 °C)

или иодоводородом:

(500 °C)

а также при действии галогеноводорода на гидрид урана UH₃.

Кроме того, существует гидрид урана(III) UH₃. Его можно получить, нагревая порошок урана в водороде при температурах до 225 °C, а выше 350 °C он разлагается. Бо́льшую часть его реакций (например, реакцию с парами воды и кислотами) можно формально рассматривать как реакцию разложения с последующей реакцией металлического урана:

Соединения урана(IV)

Уран(IV) образует легко растворимые в воде соли зелёного цвета (исключение составляют оксалаты и карбонаты). Они легко окисляются до урана(VI).

Соединения урана(V)

Соединения урана(V) неустойчивы и легко диспропорционируют в водном растворе:

Хлорид урана V при стоянии частично диспропорционирует:

а частично отщепляет хлор:

Соединения урана(VI)

Степени окисления +6 соответствует оксид UO₃. В кислотах он растворяется с образованием соединений катиона уранила UO₂²⁺:

C основаниями UO₃ (аналогично CrO₃, MoO₃ и WO₃) образует различные уранат-анионы (в первую очередь, диуранат U₂O₇^2-). Последние, однако, чаще получают действием оснований на соли уранила:

Из соединений урана(VI), не содержащих кислород, известны только гексахлорид UCl₆ и фторид UF₆. Последний играет важнейшую роль в разделении изотопов урана.

На воздухе и в водных растворах наиболее устойчивы среди соединений урана именно соединения урана(VI).

Ураниловые соли, такие, как уранилхлорид, распадаются на ярком свету или в присутствии органических соединений.

Уран также образует ураноорганические соединения.

Изотопы

Радиоактивные свойства некоторых изотопов урана (жирным выделены природные изотопы)^[13]:

Массовое число	Период полураспада	Основной тип распада
233	1,59 лет	α
234	2,45 лет	α
235	7,13 лет	α
236	2,39 лет	α
237	6,75 сут.	β−
238	4,47 лет	α
239	23,54 минуты	β−
240	14 часов	β−

Природный уран состоит из смеси трёх изотопов: ²³⁸U (изотопная распространённость 99,2745 %, период полураспада T_1/2 = 4,468 лет), ²³⁵U (0,7200 %, T_1/2 = 7,04 лет) и ²³⁴U (0,0055 %, T_1/2 = 2,455 лет)^[13]. Последний изотоп является не первичным, а радиогенным, он входит в состав радиоактивного ряда ²³⁸U^[14].

Радиоактивность природного урана обусловлена в основном изотопами ²³⁸U и его дочерним нуклидом ²³⁴U. В равновесии их удельные активности равны. Удельная активность изотопа ²³⁵U в природном уране в 21 раз меньше активности ²³⁸U.

На данный момент известно 25 искусственных радиоактивных изотопов урана с массовыми числами от 214 до 242. Наиболее важный из них — ²³³U (T_1/2 = 1,59лет), он получается при облучении тория-232 нейтронами и способен к делению под воздействием тепловых нейтронов, что делает его перспективным топливом для ядерных реакторов. Наиболее долгоживущим из изотопов урана, не встречающихся в природе, является ²³⁶U с периодом полураспада 2,39 лет.

Изотопы урана ²³⁸U и ²³⁵U являются родоначальниками двух радиоактивных рядов. Конечными элементами этих рядов являются изотопы свинца ²⁰⁶Pb и ²⁰⁷Pb.

В природных условиях распространены в основном изотопы ²³⁴U, ²³⁵U и ²³⁸U с относительным содержанием ²³⁴U : ²³⁵U : ²³⁸U = 0,0054 : 0,711 : 99,283. Почти половина радиоактивности природного урана обусловлена изотопом ²³⁴U, который, как уже отмечено, образуется в ходе распада ²³⁸U. Для отношения содержаний ²³⁵U : ²³⁸U, в отличие от других пар изотопов и независимо от высокой миграционной способности урана, характерно географическое постоянство: ²³⁸U/²³⁵U = 137,88. Величина этого отношения в природных образованиях не зависит от их возраста. Многочисленные натурные измерения показали его незначительные колебания. Так, в роллах величина этого отношения относительно эталона изменяется в пределах 0,9959—1,0042^[15], в солях — 0,996—1,005^[16]. В урансодержащих минералах (настуран, урановая чернь, циртолит, редкоземельные руды) величина этого отношения колеблется в пределах 137,30—138,51, причём различие между формами U^IV и U^VI не установлено^[17]; в сфене — 138,4^[18]. В отдельных метеоритах выявлен недостаток изотопа ²³⁵U. Наименьшая его концентрация в земных условиях найдена в 1972 году французским исследователем Бужигесом в местечке Окло в Африке (месторождение в Габоне). Так, в природном уране содержится 0,720 % урана ²³⁵U, а в Окло оно составляет 0,557 %^[19]. Это послужило подтверждением гипотезы о существовании природного ядерного реактора, который стал причиной выгорания изотопа ²³⁵U. Гипотеза была высказана американскими учёными Джорджем Ветриллом^ru_en, Марком Ингрэмом^ru_en и Полом Курода, ещё в 1956 г. описавшим процесс^[20]. Кроме этого, в этих же округах найдены природные ядерные реакторы: Окелобондо, Бангомбе (Bangombe) и другие. В настоящее время известно 17 природных ядерных реакторов, которые обычно объединяют под общим названием «Природный ядерный реактор в Окло».

Нахождение в природе

Уран является элементом с самым большим номером из встречающихся в природе в весовых количествах^[21]. Содержание в земной коре составляет 0,00027 % (вес.), концентрация в морской воде — 3,2 мкг/л^[4] (по другим данным, 3,3·10^-7%^[22]). Количество урана в литосфере оценивается в 3 или 4·10⁻⁴%^[23].

Основная масса урана находится в кислых породах с высоким содержанием кремния. Значительная масса урана сконцентрирована в осадочных породах, особенно богатых органикой. В больших количествах как примесь уран присутствует в ториевых и редкоземельных минералах (алланит (Ca,LREE,Th)₂(Al,Fe⁺³)₃[SiO₄][Si₂O₇]OOH, монацит (La,Ce)PO₄, циркон ZrSiO₄, ксенотим YPO₄ и др.). Важнейшими урановыми рудами являются настуран (урановая смолка, уранинит) и карнотит. Основными минералами-спутниками минералов урана являются молибденит MoS₂, галенит PbS, кварц SiO₂, кальцит CaCO₃, гидромусковит и др.

Минерал	Основной состав минерала	Содержание урана, %
Уранинит	UO2, UO3 + ThO2, CeO2	65-74
Карнотит	K2(UO2)2(VO4)2·2H2O	~50
Казолит	PbO2·UO3·SiO2·H2O	~40
Самарскит	(Y, Er, Ce, U, Ca, Fe, Pb, Th)·(Nb, Ta, Ti, Sn)2O6	3,15-14
Браннерит	(U, Ca, Fe, Y, Th)3Ti5O15	40
Тюямунит	CaO·2UO3·V2O5·nH2O	50-60
Цейнерит	Cu(UO2)2(AsO4)2·nH2O	50-53
Отенит	Ca(UO2)2(PO4)2·nH2O	~50
Шрекингерит	Ca3NaUO2(CO3)3SO4(OH)·9H2O	25
Уранофан	CaO·UO2·2SiO2·6H2O	~57
Фергюсонит	(Y, Ce)(Fe, U)(Nb, Ta)O4	0,2-8
Торбернит	Cu(UO2)2(PO4)2·nH2O	~50
Коффинит	U(SiO4)(OH)4	~50

Основными формами нахождений урана в природе являются уранинит, настуран (урановая смолка) и урановые черни. Они отличаются только формами нахождения; имеется возрастная зависимость: уранинит присутствует преимущественно в древних (докембрийских) породах, настуран — вулканогенный и гидротермальный — преимущественно в палеозойских и более молодых высоко- и среднетемпературных образованиях; урановые черни — в основном в молодых — кайнозойских и моложе — образованиях преимущественно в низкотемпературных осадочных породах.

Месторождения

Количество урана в земной коре примерно в 1000 раз превосходит количество золота, в 30 раз — серебра, при этом данный показатель приблизительно равен аналогичному показателю у свинца и цинка. Немалая часть урана рассеяна в почвах, горных породах и морской воде. Только относительно небольшая часть концентрируется в месторождениях, где содержание данного элемента в сотни раз превышает его среднее содержание в земной коре^[24]. По оценке 2015 года разведанные мировые запасы урана в месторождениях составляют более 5,7 млн тонн^[25][26].

Крупнейшие запасы урана, с учётом резервных месторождений, имеют: Австралия, Казахстан (первое место в мире по добыче), Канада (второе место по добыче), Россия. По оценке 2015 года, в месторождениях России содержится около 507 800 тонн запасов урана (9 % его мировых запасов)^[25][26]; около 63 % их сосредоточено в Республике Саха (Якутия). Основными месторождениями урана в России являются: Стрельцовское, Октябрьское, Антей, Мало-Тулукуевское, Аргунское молибден-урановые в вулканитах (Забайкальский край), Далматовское урановое в песчаниках (Курганская область), Хиагдинское урановое в песчаниках (Республика Бурятия), Южное золото-урановое в метасоматитах и Северное урановое в метасоматитах (Республика Якутия)^[27]. Кроме того, выявлено и оценено множество более мелких урановых месторождений и рудопроявлений^[28].

№	Название месторождения	Страна	Запасы, т	Оператор месторождения	начало разработки
1	Северный Хорасан	Казахстан	200 000	Казатомпром	2008
2	Мак-Артур-Ривер	Австралия	160 000	Cameco	1999
3	Сигар-Лейк	Канада	135 000	Cameco
4	Южное Эльконское	Россия	112 600	Атомредметзолото
5	Инкай	Казахстан	75 900	Казатомпром	2007
6	Стрельцовское	Россия	50 000	Атомредметзолото
7	Зоовч Овоо	Монголия	50 000	AREVA
8	Моинкум	Казахстан	43 700	Казатомпром, AREVA
9	Мардай	Монголия	22 000	Khan Resources, Атомредметзолото, Правительство Монголии
10	Ирколь	Казахстан	18 900	Казатомпром, China Guangdong Nuclear Power Co	2009
11	Жёлтые Воды	Украина	12 000	ВостГок	1959
12	Олимпик-Дэм	Австралия			1988
13	Россинг	Намибия			1976
13	Доминион	ЮАР			2007
13	Рейнджер	Австралия			1980

Получение

Самая первая стадия уранового производства — концентрирование. Породу дробят и смешивают с водой. Тяжёлые компоненты взвеси осаждаются быстрее. Если порода содержит первичные минералы урана, то они осаждаются быстро: это тяжёлые минералы. Вторичные минералы урана легче, в этом случае раньше оседает тяжёлая пустая порода. (Впрочем, далеко не всегда она действительно пустая; в ней могут быть многие полезные элементы, в том числе и уран).

Следующая стадия — выщелачивание концентратов, перевод урана в раствор. Применяют кислотное и щелочное выщелачивание. Первое — дешевле, поскольку для извлечения урана используют серную кислоту. Но если в исходном сырьё, как, например, в урановой смолке, уран находится в четырёхвалентном состоянии, то этот способ неприменим: четырёхвалентный уран в серной кислоте практически не растворяется. В этом случае нужно либо прибегнуть к щелочному выщелачиванию, либо предварительно окислять уран до шестивалентного состояния.

Не применяют кислотное выщелачивание и в тех случаях, если урановый концентрат содержит доломит или магнезит, реагирующие с серной кислотой. В этих случаях пользуются едким натром (гидроксидом натрия).

Проблему выщелачивания урана из руд решает кислородная продувка. В нагретую до 150 °C смесь урановой руды с сульфидными минералами подают поток кислорода. При этом из сернистых минералов образуется серная кислота, которая и вымывает уран.

На следующем этапе из полученного раствора нужно избирательно выделить уран. Современные методы — экстракция и ионный обмен — позволяют решить эту проблему.

Раствор содержит не только уран, но и другие катионы. Некоторые из них в определённых условиях ведут себя так же, как уран: экстрагируются теми же органическими растворителями, оседают на тех же ионообменных смолах, выпадают в осадок при тех же условиях. Поэтому для селективного выделения урана приходится использовать многие окислительно-восстановительные реакции, чтобы на каждой стадии избавляться от того или иного нежелательного попутчика. На современных ионообменных смолах уран выделяется весьма селективно.

Методы ионного обмена и экстракции хороши ещё и тем, что позволяют достаточно полно извлекать уран из бедных растворов (содержание урана — десятые доли грамма на литр).

После этих операций уран переводят в твёрдое состояние — в один из оксидов или в тетрафторид UF₄. Но этот уран ещё надо очистить от примесей с большим сечением захвата тепловых нейтронов — бора, кадмия, гафния. Их содержание в конечном продукте не должно превышать стотысячных и миллионных долей процента. Для удаления этих примесей технически чистое соединение урана растворяют в азотной кислоте. При этом образуется уранилнитрат UO₂(NO₃)₂, который при экстракции трибутил-фосфатом и некоторыми другими веществами дополнительно очищается до нужных кондиций. Затем это вещество кристаллизуют (или осаждают пероксид UO₄·2H₂O) и начинают осторожно прокаливать. В результате этой операции образуется трёхокись урана UO₃, которую восстанавливают водородом до UO₂.

На диоксид урана UO₂ при температуре от 430 до 600 °C воздействуют газообразным фтористым водородом для получения тетрафторида UF₄^[29]. Из этого соединения восстанавливают металлический уран с помощью кальция или магния.

Применение

Ядерное топливо

Наибольшее применение имеет изотоп урана ²³⁵U, в котором возможна самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция деления ядра тепловыми нейтронами. Поэтому этот изотоп используется как топливо в ядерных реакторах, а также в ядерном оружии. Выделение изотопа ²³⁵U из природного урана — сложная технологическая проблема (см. разделение изотопов).

Приведём некоторые цифры для реактора мощностью 1000 МВт, работающего с нагрузкой в 80 % и вырабатывающего 7000 ГВт·ч в год. Работа одного такого реактора в течение года требует 20 тонн уранового топлива с содержанием 3,5 % ²³⁵U, который получают после обогащения примерно 153 тонн природного урана.

Изотоп ²³⁸U способен делиться под влиянием бомбардировки высокоэнергетическими нейтронами, эту его особенность используют для увеличения мощности термоядерного оружия (используются нейтроны, порождённые термоядерной реакцией).

В результате захвата нейтрона с последующим β-распадом ²³⁸U может превращаться в ²³⁹Pu, который затем используется как ядерное топливо.

Уран-233, искусственно получаемый в реакторах из тория (торий-232 захватывает нейтрон и превращается в торий-233, который распадается в протактиний-233 и затем в уран-233), может в будущем стать распространённым ядерным топливом для атомных электростанций (уже сейчас существуют реакторы, использующие этот нуклид в качестве топлива, например, KAMINI в Индии) и производства атомных бомб (критическая масса около 16 кг).

Уран-233 также является наиболее перспективным топливом для газофазных ядерных ракетных двигателей.

Тепловыделяющая способность урана

Полное использование заключённой в уране потенциальной энергии пока технически невозможно. Величина выделившейся в ядерном реакторе полезной энергии урана характеризуется понятием глубины выгорания. Глубина выгорания — это суммарная энергия, отданная килограммом урана за все время работы в реакторе, от свежего топлива до утилизации. Измеряют глубину выгорания обычно в таких единицах как мегаватт-часы выделившейся тепловой энергии на килограмм топлива (МВт·час/кг). Иногда её приводят в пересчёте к реакторному урану того обогащения, которое загружается в реактор, не учитывая обеднённый уран в отвалах обогатительных производств, а иногда в пересчёте на природный уран.

Глубина выгорания ограничена особенностями конкретного типа реактора, конструктивной целостностью топливной матрицы и накоплением паразитных продуктов ядерных реакций. Глубина выгорания в пересчёте на природный уран в современных энергетических реакторах достигает 10 МВт·сутки/кг и более (то есть 240 МВт·час/кг и более). Для сравнения, типичное тепловыделение природного газа 0,013 МВт·час/кг, то есть примерно в 20 000 раз меньше.

Существуют проекты значительно более полного использования урана за счёт трансмутации урана-238 в плутоний. Наиболее проработанным является проект так называемого замкнутого топливного цикла на основе реакторов на быстрых нейтронах. Также развиваются проекты на основе гибридных термоядерных реакторов.

Производство искусственных изотопов

Изотопы урана являются исходным веществом для синтеза многих искусственных (нестабильных) изотопов, применяемых в промышленности и медицине. Наиболее известными искусственными изотопами, синтезируемыми из урана, являются изотопы плутония. Многие другие трансурановые элементы также получают из урана.

В медицине широкое применение нашёл изотоп молибден-99, одним из способов получения которого является выделение из продуктов деления урана, появляющихся в облучённом ядерном топливе.

Геология

Основное применение урана в геологии — определение возраста минералов и горных пород с целью выяснения последовательности протекания геологических процессов. Этим занимается раздел геохронологии, носящий название радиоизотопное датирование. Существенное значение имеет также решение задачи о смешении и источниках вещества.

В основе решения задачи лежат уравнения радиоактивного распада:

где ,  — современные концентрации изотопов урана; и  — постоянные распада соответственно ²³⁸U и ²³⁵U.

Весьма важной является их комбинация:

.

Здесь

 — современное отношение концентраций изотопов урана.

В связи с тем, что горные породы содержат различные концентрации урана, они обладают различной радиоактивностью. Это свойство используется при анализе горных пород геофизическими методами. Наиболее широко этот метод применяется в нефтяной геологии при геофизических исследованиях скважин, в этот комплекс входит, в частности, гамма-каротаж или нейтронный гамма-каротаж, гамма-гамма-каротаж и так далее^[30]. С их помощью происходит выделение коллекторов и флюидоупоров^[31].

Другие сферы применения

• Небольшая добавка урана придаёт красивую жёлто-зелёную флуоресценцию стеклу (см. Урановое стекло)^[32].
• Уранат натрия Na₂U₂O₇ использовался как жёлтый пигмент в живописи^[32].
• Соединения урана применялись как краски для живописи по фарфору и для керамических глазурей и эмалей (окрашивают в цвета: жёлтый, бурый, зелёный и чёрный, в зависимости от степени окисления)^[32].
• Некоторые соединения урана светочувствительны^[32].
• В начале XX века уранилнитрат широко применялся для усиления негативов и окрашивания (тонирования) позитивов (фотографических отпечатков) в бурый цвет^[32].
• Карбид урана-235 в сплаве с карбидом ниобия и карбидом циркония применяется в качестве топлива для ядерных реактивных двигателей (рабочее тело — водород + гексан).
• Сплавы железа и обеднённого урана (уран-238) применяются как мощные магнитострикционные материалы.
• Ацетат уранила UO₂(CH₃COO)₂ и ацетат цинка-уранила Zn[(UO₂)₃(CH₃COO)₈] применяются в аналитической химии при проведении качественного и количественного анализа катионов лития и натрия.

Обеднённый уран

После извлечения ²³⁵U и ²³⁴U из природного урана, оставшийся материал (уран-238) носит название «обеднённый уран», так как он обеднён 235-м изотопом. По некоторым данным, в США хранится около 560 000 тонн обеднённого гексафторида урана (UF₆). Обеднённый уран в два раза менее радиоактивен, чем природный уран, в основном за счёт удаления из него ²³⁴U.

Из-за того, что основное использование урана — производство энергии, обеднённый уран — малополезный продукт с низкой экономической ценностью.

Сколь-нибудь эффективным ядерным топливом обеднённый уран может служить только в редких экстремальных условиях, например, в пучке быстрых нейтронов. В таком качестве обеднённый уран используется в реакторах на быстрых нейтронах, в реакторах-размножителях, а также в термоядерном оружии — обеднённые урановые элементы в составе термоядерного заряда, не являясь необходимыми для, собственно, реакции ядерного синтеза, могут обеспечивать до 80 % суммарной энергии заряда.

В обычных же условиях использование обеднённого урана связано в основном с его большой плотностью и относительно низкой стоимостью. Обеднённый уран используется для радиационной защиты благодаря чрезвычайно высокому сечению захвата. Обеднённый уран применяется также в качестве балластной массы в аэрокосмических приложениях, таких как рулевые поверхности летательных аппаратов. В первых экземплярах самолёта «Боинг-747» содержалось от 300 до 500 кг обеднённого урана для этих целей (с 1981 года «Боинг» применяет вольфрам)^[33]. Кроме того, этот материал применяется в высокоскоростных роторах гироскопов, больших маховиках, как балласт в космических спускаемых аппаратах и гоночных яхтах, болидах «Формулы-1», при бурении нефтяных скважин.

Сердечники бронебойных снарядов

Самое известное применение обеднённого урана — в качестве сердечников для бронебойных снарядов. Большая плотность (в два с половиной раза тяжелее стали) делает закалённую урановую болванку чрезвычайно эффективным средством для пробивания брони, аналогичным по эффективности более дорогому и ненамного более тяжёлому вольфраму. Тяжёлый урановый наконечник также изменяет распределение масс в снаряде, улучшая его аэродинамическую устойчивость.

Подобные сплавы типа «Стабаллой^[en]» применяются в стреловидных оперённых снарядах танковых и противотанковых артиллерийских орудий.

Процесс разрушения брони сопровождается измельчением в пыль урановой болванки и воспламенением её на воздухе с другой стороны брони (см. Пирофорность). Около 300 тонн обеднённого урана остались на поле боя во время операции «Буря в Пустыне» (по большей части это остатки снарядов 30-мм пушки GAU-8 штурмовых самолётов A-10, каждый снаряд содержит 272 г уранового сплава). Усовершенствованные американские танки M1A1, снабжённые 120-мм орудиями, сражались с иракскими Т-72. В этих боях американские силы применяли снаряды с обеднённым ураном M829A1, которые показали высокую эффективность. Снаряд, прозванный «серебряной пулей», был способен пробить эквивалент 570-мм брони с расстояния в 2000 метров, что делало его на стандартной дистанции эффективным даже против Т-80^[34].

Такие снаряды были использованы войсками НАТО в боевых действиях на территории Косово^[35]. После их применения обсуждалась экологическая проблема радиационного загрязнения территории страны.

В Советском Союзе также были разработаны и поставлены на вооружение бронебойные снаряды с сердечником из обеднённого урана (например, «Свинец»).

Обеднённый уран используется в современной танковой броне, например, танка M-1 «Абрамс».

По заявлению начальника войск радиационной, химической и биологической защиты РФ генерал-лейтенанта Игоря Кириллова, основным видом онкологических заболеваний лиц, пострадавших в результате применения боеприпасов с обеднённым ураном, является рак лёгких^[36].

Физиологическое действие

В микроколичествах (10⁻⁵—10⁻⁸ %) обнаруживается в тканях растений, животных и человека. В наибольшей степени накапливается некоторыми грибами и водорослями. Соединения урана всасываются в желудочно-кишечном тракте (около 1 %), в лёгких — 50 %. Основные депо в организме: селезёнка, почки, скелет, печень, лёгкие и бронхо-лёгочные лимфатические узлы. Содержание в органах и тканях человека и животных не превышает 10⁻⁷ г.

Уран и его соединения токсичны. Особенно опасны аэрозоли урана и его соединений. Для аэрозолей растворимых в воде соединений урана ПДК в воздухе 0,015 мг/м³, для нерастворимых форм урана ПДК 0,075 мг/м³. При попадании в организм уран действует на все органы, являясь общеклеточным ядом. Уран, как и многие другие тяжёлые металлы, практически необратимо связывается с белками, прежде всего с сульфидными группами аминокислот, нарушая их функцию. Молекулярный механизм действия урана связан с его способностью подавлять активность ферментов. В первую очередь поражаются почки (появляются белок и сахар в моче, олигурия). При хронической интоксикации возможны нарушения кроветворения и нервной системы.

Химическая токсичность обеднённого урана в естественных условиях представляет примерно в миллион раз большую опасность, чем его радиоактивность.

Добыча урана

Согласно «Красной книге по урану»^[26], выпущенной ОЭСР, в 2005 г. добыто 41 250 тонн урана (в 2003 — 35 492 тонны). Согласно данным ОЭСР, в мире функционирует 440 реакторов коммерческого назначения и около 60 научных, которые потребляли в год 67 тысяч тонн урана. Это означает, что его добыча из месторождений обеспечивала лишь 60 % объёма его потребления (на 2009 год эта доля возросла до 79 %^[37]). Остальной уран, потребляемый энергетикой, или 17,7 %, поступал из вторичных источников. На 2016—2017 год потребность в ядерном топливе, 449 действующихНе включая 5 судов Атомфлота с 7 реакторами и 129 судов ВМФ различных стран со 177 реакторами на борту.^[38] реакторов составляла те же 65 000 тонн урана. Первичные источники обеспечили около 85 %, а вторичные источники 15 % (оружейный уран, запасы от переработки отработанного топлива, а также за счёт повторного обогащения хвостов (остатков от первоначального обогащения)^[39].

Добыча по странам

Распределение добычи по странам (в тоннах) выглядит следующим образом^[40]:

№	Страна	2005 год	Страна	2009 год	Страна	2012 год	Страна	2015 год	Страна	2017 год
1	Канада	11 628	Казахстан	14 020	Казахстан	19 451	Казахстан	23 800	Казахстан	23 391
2	Австралия	9516	Канада	10 173	Канада	9145	Канада	13 325	Канада	13 116
3	Казахстан	4020	Австралия	7982	Австралия	5983	Австралия	5654	Австралия	5882
4	Россия	3570	Намибия	4626	Нигер	4351	Нигер	4116	Намибия	4224
5	Намибия	3147	Россия	3564	Намибия	3258	Намибия	2993	Нигер	3449
6	Нигер	3093	Нигер	3234	Узбекистан	3000	Россия	3055	Россия	2917
7	Узбекистан	2300	Узбекистан	2429	Россия	2993	Узбекистан	2385	Узбекистан	2404
8	США	1039	США	1453	США	1537	Китай	1616	Китай	1885
9	Украина	800	Китай	1200	Китай	1500	США	1256	США	940
10	Китай	750	Украина	840	Украина	890	Украина	1200	Украина	550
11	Другие страны	1387	Другие страны	1251	Другие страны	6385	Другие страны	904	Другие страны	704
Итого		41250		50772		58493		60304		59462

Добыча по компаниям

Распределение добычи по компаниям (в тоннах) выглядит следующим образом^[40][41]:

№	Страна	Компания	2006 год	Страна	Компания	2009 год	Страна	Компания	2011 год	Страна	Компания	2018 год
1		Cameco	8100 (24 %)		Areva	8600 ▲ (19 %)		Казатомпром	8884 ▲ (19 %)		Казатомпром	11074 ▲ (26 %)
2		Rio Tinto	7000 (21 %)		Cameco	8000🔻 (18 %)		Areva	8790▲(19 %)		АРМЗС учётом приобретения Uranium One. См. примечание к компании АРМЗ в столбце за 2011 год.	7289▲ (16 %)
3		Areva	5000 (15 %)		Rio Tinto	7900▲(18 %)		Cameco	8630▲ (19 %)		Orano/Areva«Оrano SA» до 2018 года именовалось «Areva». Переименование было произведено после того, как Areva оказалась на грани банкротства, контрольный пакет остался у правительства Франции[42].	5809🔻 (13 %)
4		Казатомпром	3800 (11 %)		Казатомпром	7500▲ (17 %)		АРМЗДанные по АРМЗ даны с учётом приобретённой в 2010 году компании Uranium One (Канада). Основным способом добычи урана с 2010 года стало скважинное подземное выщелачивание. С целью гарантированного долгосрочного сырьевого обеспечения отраслевых потребностей в уране «Росатом» приобрёл канадскую компанию Uranium One и консолидировал на её основе высокоэффективные урановые активы в Казахстане и других странах. За последние 8 лет производство Uranium One выросло почти в 5 раз, что позволило выйти на четвёртое место в мире среди урановых компаний[43].	7088▲ (15 %)		Cameco	4613🔻 (11 %)
5		АРМЗ	3500 (10 %)		АРМЗ	4600▲ (10 %)		Rio Tinto	4061🔻 (9 %)		CGN	3185▲ (7 %)
6		BHP Billiton	3000 (9 %)		BHP Billiton	2900🔻 (6 %)		BHP Billiton	3353▲(7 %)		BHP Billiton	3159🔻 (7 %)
7		Навоийский ГМК	2100 (4 %)		Навоийский ГМК	2400▲ (5 %)		Навоийский ГМК	3000▲ (6 %)		Rio Tinto	2602🔻 (6 %)
8		Uranium One	1000 (3 %)		Uranium One	1400▲ (3 %)		Paladin Energy	2282▲ (5 %)		Navoi	2404🔻 (5 %)
9		Heathgate	800 (2 %)		Paladin Energy	1200▲ (3 %)		SOPamin	Н/Д▲(менее 1 %)		Energy Asia	2204▲ (5 %)
10		Denison Mines	500 (1 %)		General Atomics	600▲ (1 %)		CNNC	Н/Д▲ (менее 1 %)		CNNC	1983▬ (4 %)
Итого			34 800 (100 %)			45 100 (100 %)			более 46 088 (100 %)			44 322 (100 %)

В 2012 году появилась информация о возможном слиянии урановых подразделений BHP Billiton и Rio Tinto и доведения совместной добычи до 8000 тонн в год.

Уран из вторичных источников

Вторичными источниками традиционно считаются — запасы из ядерного оружия, от переработки отработанного топлива и повторного обогащения хвостов (остатков от первоначального обогащения). Повторное обогащение отвалов, критично (взаимно и неотъемлемо) для использования оружейного урана в мирных целях^[44].

В конце июля 1991 года в Москве СССР и США подписали Договор СНВ-I.

Преемником СССР в декабре 1991 года стала Россия, но ядерное вооружение находилось и в других бывших республиках СССР.

На начало 1992 года на территории России размещалась 961 пусковая установка (73 % от общего количества).

23 мая 1992 года в Лиссабоне Россией, США, Украиной, Казахстаном и Белоруссией был подписан дополнительный протокол к СНВ-1 (Лиссабонский протокол), в соответствии с которым к договору СНВ-1 присоединились Украина, Казахстан и Белоруссия. Все имеющиеся на их территории боеголовки они обязались ликвидировать или передать России.

В конце 1992, Россия, в связи с нежеланием Украины выполнять Лиссабонский протокол, обязалась демонтировать почти половину своих запасов ядерного оружия (около 35 % от запасов СССР) и переработать высвободившийся оружейный уран в металл топливного сорта. США, в свою очередь, обязались приобрести этот материал по рыночным ценам^[45].

К концу 1996 года на всём постсоветском пространстве Россия осталась единственной страной, входящей в ядерный клуб, а все запасы СССР были сосредоточены на eё территории для последующей переработки в соответствии с договором СНВ-1.

Вместе с тем, началось повторное обогащение урановых отвалов и переработка ОЯТ. План по переработке предусматривал начало работ с отвалов уровня месторождений III категории (рядовые) от 0,05 до 0,1 % аффинаж менее 60 %. Однако, в середине и конце 1990-х годов обогащающие предприятия начали повторно обогащать отвалы для производства разбавителя по соглашению ВОУ-НОУ, в связи с нестабильностью получаемого топлива из отвалов.^[44].

Соглашение ВОУ-НОУ было рассчитано на 20 лет, закончило действовать в 2013 году. Всего, в рамках программы, из России в США было вывезено 14 446 тонн низкообогащённого урана:

• по договору СНВ-II 352 тонны — из оговорённых 500 (несмотря на то, что договор не вступил в силу, в связи с выходом России из договора 14 июня 2002);
• по договору СНВ-I (вступил в силу 5 декабря 1994 года, истёк 5 декабря 2009 года) с российской стороны 500 тонн;
• по договору СНВ-III (ДСНВ) — договор подписан 8 апреля 2010 года в Праге. Договор сменил истёкший в декабре 2009 года СНВ-I и действует до 2021 года.

Добыча в СССР

В СССР основными уранорудными регионами были Украинская ССР (месторождение Желтореченское, Первомайское и другие), Казахская ССР (Северный — Балкашинское рудное поле и другие; Южный — Кызылсайское рудное поле и другие; Восточный; все они принадлежат преимущественно вулканогенно-гидротермальному типу); Забайкалье (Антей, Стрельцовское и другие); регион Кавказских Минеральных Вод (Рудник № 1 в горе Бештау и Рудник № 2 в горе Бык); Средняя Азия, в основном Узбекская ССР с оруденениями в чёрных сланцах с центром в городе Учкудук. Имеется масса мелких рудопроявлений и проявлений.

Добыча в России

В России основным урановорудным регионом осталось Забайкалье. На месторождении в Забайкальском крае (около города Краснокаменска) добывается около 93 % российского урана. Добычу осуществляет шахтным способом «Приаргунское производственное горно-химическое объединение» (ППГХО), входящее в состав ОАО «Атомредметзолото» (Урановый холдинг).

Остальные 7 % получают методом подземного выщелачивания ЗАО «Далур» (Курганская область) и ОАО «Хиагда» (Бурятия).

Полученные руды и урановый концентрат перерабатываются на Чепецком механическом заводе.

На 2008 г по годовому производству урана (около 3,3 тысячи тонн) Россия занимала 4-е место после Казахстана. Годовое же потребление урана в России составляло 16 тысяч тонн и складывалось из расходов на собственные АЭС в объёме 5,2 тысячи тонн, а также на экспорт тепловыделяющих средств (5,5 тысячи тонн) и низкообогащённого урана (6 тысяч тонн)^[46].

Добыча в Казахстане

В Казахстане сосредоточена примерно пятая часть мировых запасов урана (21 % и 2-е место в мире). Общие ресурсы урана порядка 1,5 млн тонн, из них около 1,1 млн тонн можно добывать методом подземного выщелачивания^[47].

В 2009 году Казахстан вышел на первое место в мире по добыче урана (добыто 13 500 тонн)^[48].

Добыча на Украине

Основное предприятие по добыче и переработке — Восточный горно-обогатительный комбинат в городе Жёлтые Воды.

Стоимость и аффинаж

Горнодобывающие компании поставляют уран в виде закиси-окиси урана U₃O₈. В 1990-е годы стоимость урана природного изотопного состава колебалась вокруг отметки 20 USD за килограмм^[49]. С 2004 года цена начала активно расти и кратковременно достигла пиковых $300 в середине 2007 года, столь же резко обвалившись до $100 к 2009 году. Обновив в 2011 году кратковременный локальный максимум в $140, цена начала снижаться. С 2017 году цена стабилизировалась на отметке около $40 за килограмм закиси-окиси природного урана.

По мнению вице-председателя урановой группы Александра Бойцова, в мире месторождения I категории с себестоимостью добычи до 40 долл./кг уже почти исчерпаны (2010 год). К 2030 году будут исчерпаны известные крупные месторождения II категории, с себестоимостью до 80 долл./кг, и в освоение начнут вовлекаться труднодоступные месторождения III категории с себестоимостью добычи до 130 долл./кг и выше^[50].

На всех этапах переработки урановых руд происходит очистка урана от сопутствующих ему примесей — элементов, обладающих большим сечением захвата нейтронов (гафний, бор, кадмий и т. д.). Наилучшие концентраты содержат 95—96 %, другие всего 60-80 % оксида урана, а остальное более 60 % различных примесей. «В чистом виде» такой уран непригоден в качестве ядерного топлива^[51].

В целом по возможности аффинажа урановые руды делятся на следующие (жирным выделены категории, пригодные для производства топлива)^[52]:

• I категория — супербогатые, содержание свыше 0,3 %, аффинаж 95—96 %;
• II категория — богатые, содержание от 0,1 до 0,3 %, аффинаж 60—80 %;
• III категория — рядовые, содержание от 0,05 до 0,1 %, аффинаж менее 60 %;
• IV категория — убогие, содержание от 0,03 до 0,05 %;
• V категория — забалансовые, содержание менее 0,03 %.

См. также

• Ядерное топливо
• Ядерная силовая установка
• Урановые минералы

Примечания

Комментарии

Источники

Литература

• Уран, химический элемент // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
• Handbook of chemistry and physics / Editor-in-Chief David R. Lide. — 84th edition 2003-2004. — CRC Press, 2004.
• Emsley J. Uranium // Nature’s Building Blocks: An A to Z Guide to the Elements (англ.). — Oxford: Oxford University Press, 2001. — P. 476—482. — ISBN 978-0-19-850340-8.
• Seaborg G. T. Uranium // The Encyclopedia of the Chemical Elements (англ.). — Skokie, Illinois: Reinhold Book Corporation, 1968. — P. 773—786.

Ссылки

• Бекман, И. Н. Уран : [арх. 25 июня 2011]. — Вена, 2008.
• Uranium. the essentials (англ.). WebElements.
• Уран // Популярная библиотека химических элементов. — Электронная библиотека Наука и техника.
• Section 6.0 Nuclear Materials. Nuclear Weapons Frequently Asked Questions (англ.). Nuclear Weapon Archive (1999-02-20).
• Леонов, Николай. Россия продала США значительные запасы оружейного урана. — Столетие, 2011. — 9 марта.^{[неавторитетный источник?]}
• «What is Uranium?» (англ.). World Nuclear Association.

Решение:

1 а.е.м. = 1 / 12 m_a (C) = 1,66 * 10 ^-27 кг = 1,66 * 10 ^-24 г

а) A_r (Pt) = m_a (Pt) / 1 / 12 m_a (C) = 3,24 * 10 ^-25 / 1,66 * 10 ^-27 = 1,9518 * 10 ² = 195,18 (а.е.м.)

б) A_r (U) = m_a (U) / 1 / 12 m_a (C) = 3,95 * 10 ^-22 / 1,66 * 10 ^-24 = 2,3795 * 10 ² = 237,95 (а.е.м.)

Ответ: A_r (Pt) = 195,18 а.е.м., A_r (U) = 237,95 а.е.м.

---

1. Чем различаются понятия «масса атома» и «относительная атомная масса»?

2. Заполните в тетради таблицу, используя данные таблицы 1.

3. Пользуясь данными таблицы 1, запишите символы химических элементов в порядке возрастания их относительных атомных масс.

4. Определите, во сколько раз: а) атом кислорода легче атома серы; б) атом углерода легче атома серебра.

5. Рассчитайте, во сколько раз атомная единица массы меньше 1 г.

6. Во сколько раз масса атома серебра больше массы атома алюминия?