Обеднённый уран

Обеднённый уран — уран, изотопный состав которого отличается от природного урана уменьшенной долей изотопа уран-235. Природный уран содержит 0,72 % U-235, остальное — это 99,27 % U-238 и 0,0055 % U-234.

В более узком смысле под обеднённым ураном понимают уран, в изотопном составе которого доля поддерживающих цепную реакцию изотопов урана (U-235 и U-233) не превышает 0,3 %.

Основной источник обеднённого урана это заводы обогащения урана, где обеднённый уран является отходом производства. Источником обеднённого урана могут быть некоторые типы ядерных реакторов, в топливе которых происходит выгорание U-235 до уровней ниже природного, а также заводы по переработке отработавшего ядерного топлива.

В существующем технологическом укладе обеднённый уран является проблемным отходом, найденные применения которого не потребляют значимой доли его наработки. Высокая биологическая опасность урана не позволяет возвращать его в природную среду, потому при обогатительных заводах существуют крупные долговременные хранилища обеднённого урана.

Коммерческое применение обеднённого урана сдерживается как его высокой биологической опасностью так и политической значимостью нераспространения ядерных технологий и материалов. Из имеющихся применений можно выделить элементы радиационной защиты в подконтрольном государству оборудовании, элементы брони военной техники, сердечники кинетических бронебойных боеприпасов.

История

Обеднённый уран был впервые получен в 1940 году, когда США и СССР начали свои программы разработки ядерного оружия. Именно в это время обеднённый уран впервые был захоронен как бесполезные отходы. Существовала некоторая надежда, что процесс обогащения будет усовершенствован, и делящиеся изотопы U-235 в будущем смогут быть выделены из обеднённого урана. Это повторное обогащение остатков урана-235, содержащегося в обеднённом уране, не является больше вопросом будущего: оно практиковалось в течение нескольких лет. Кроме того, существует возможность проектирования гражданских реакторов на необогащённом топливе, но только 10 % когда-либо построенных реакторов могут использовать эти технологии; даже для производства ядерного оружия и топлива для военно-морских реакторов требуются концентрированные изотопы.

В 1970 году Пентагон сообщил, что советские учёные разработали танковую броню, которую не могут пробить боеприпасы НАТО. Пентагон начал поиски материала для получения снарядов с большей плотностью. После тестирования различных металлов для боеприпасов исследователи остановили выбор на обеднённом уране. Обеднённый уран подходил для производства боеприпасов не только из-за своих уникальных физических свойств и эффективности, но также и потому, что он был дешёвым и доступным. Ближайший эквивалент, вольфрам, в промышленных количествах мог быть получен только от Китая. А так как запасы обеднённого урана оцениваются в более чем 500 тыс. тонн, то финансовая выгода от использования низкоактивных радиоактивных отходов является очевидной. Поэтому экономически целесообразно использовать обеднённый уран, а не хранить его. Таким образом, с конца 1970 года США, СССР, Великобритания и Франция начали использовать свои запасы обеднённого урана для производства бронебойных снарядов.

Вооружённые силы США использовали боеприпасы с обеднённым ураном в 1991 году в Персидском заливе, в войне в Боснии, при бомбардировке Сербии и в иракской войне (с 2003 года).

Классификация Природный уран содержит около 0,71 % U-235, 99,28 % U-238 и примерно 0,0054 % U-234. Комиссия по регулированию ядерной деятельности даёт определение обеднённому урану, как урану с долей изотопа 235U менее 0,711 % по массе. Военные спецификации указывают, что используемый Министерством обороны США обеднённый уран содержит менее 0,3 % 235U.

Производство и наличие

Обогащение природного урана Большинство энергетических и исследовательских реакторов рассчитаны на использование топлива с обогащённым ураном, то есть урана в котором доля 235-го изотопа значительно (во много раз) больше чем в природном уране. Чтобы обеспечить их потребности существуют заводы разделения изотопов урана. Такие заводы потребляют природный уран с содержанием изотопа U-235 0,72 %, отправляют потребителю обогащённый уран с содержанием изотопа U-235 от 3 % до 90 % и в качестве отхода получают обеднённый уран с содержанием изотопа U-235 0,1 %..0,3 %. Процесс обогащения даёт большое количество обеднённого урана. Например, для производства 1 кг 5-процентного обогащённого урана требуется 11,8 кг природного урана и остаётся около 10,8 кг обеднённого урана, содержащего 0,3 % урана-235.

Чем меньше 235-го изотопа остаётся в обеднённом уране, тем дороже его извлечение. В зависимости от рыночной конъюнктуры и по мере совершенствования технологий обеднённый уран могут повторно отправлять на доизвлечение оставшегося урана-235. Потому обогатительные производства предпочитают хранить обеднённый уран на заводских площадках в удобной для повторного обогащения форме гексафторида урана.

Для обогащения уран переводят в гексафторид урана. Соответственно, на выходе обеднённый уран также получают в виде гексафторида. Предполагая дообогащение гексафторид обедненного урана складируют для долговременного хранения в герметичных металлических контейнерах. Однако химическая активность и лёгкость газообразования вынуждают переводить гексафторид в более инертную химическую форму, например оксид урана. Это снижает риски долговременного хранения.

Переработка отработавшего ядерного топлива В период гонки ядерных вооружений между США и СССР наработка оружейного плутония велась в специальных ядерных реакторах. В качестве ядерного топлива в них загружался природный уран. После короткой работы с небольшой глубиной выгорания урана-235 это топливо отправлялось на переработку с целью выделения наработанного плутония. Поскольку выгорание урана-235 было невелико, а природный уран был в дефиците то оставшийся после выделения плутония уран дообогащали и вновь отправляли в реакторы. Отходом этого процесса был обеднённый уран, загрязнённый радиоактивными изотопами, характерными для отработавшего ядерного топлива, например, изотопом уран-236 и следовыми количествами .

По мере развития ядерной энергетики задумались об аналогичной переработке отработавшего топлива коммерческих и исследовательских реакторов. Это уменьшает объёмы высокоактивных отходов, но получившийся обеднённый уран также оказывается загрязнён отсутствующими в природе радиоактивными изотопами.

Гексафторид урана

Значительная часть обеднённого урана хранится в виде фторида урана (VI) (гексафторида урана, UF6) в стальных цистернах неподалёку от предприятий, занимающихся обогащением. Каждая цистерна вмещает до 12,7 тонн UF6. В США к 1993 году накопилось 560 тысяч тонн обеднённого UF6, к 2005 году — 686,5 тысяч тонн (57122 цистерны). Хранение UF6 представляет опасность для окружающей среды и здоровья вследствие его химической активности. При контакте UF6 с водяным паром, содержащимся в атмосферном воздухе, он вступает в реакцию с паром и образует UO2F2 и плавиковую кислоту (крайне токсичные). Цистерны должны регулярно проверяться на предмет признаков коррозии и утечек. По оценкам, срок службы стальных цистерн составляет около 10 лет.

Военное использование

Боеприпасы Основное военное применение обеднённого урана — бронебойные снаряды.

Идея использования обеднённого урана в качестве бронебойных сердечников восходит к Второй мировой войне, когда министр вооружения Альберт Шпеер распорядился использовать уран из-за дефицита вольфрамаAlbert Speer, «Inside the Third Reich », гл.16: «Летом 1943 года импорт вольфрамита из Португалии был прекращен, что создало критическую ситуацию для боеприпасов с твердым бронебойным сердечником. Поэтому я приказал использовать урановые сердечники для этого типа боеприпасов. Моё распоряжение на использование нашего уранового запаса около двенадцати сотен тонн показало, что мы не заинтересованы в создании атомной бомбы»..

Использование обеднённого урана в боеприпасах связано с его свойствами — высокой массовой плотностью и пирофорностью — благодаря которым снаряды с обеднённым ураном обеспечивают высокое бронебойное действие (за счёт увеличения кинетической энергии) и вызывают существенные запреградные разрушенияРощупкин В. Предупреждения профессора Гюнтера // Независимая газета, 7 апреля 2006, что в итоге определяет их эффективность. В странах с развитой атомной промышленностью, располагающих накопленными запасами обеднённого урана, его использование в боеприпасах обходится относительно дешевле, чем использование других материалов.

Плотность обеднённого урана высокая — 19 050 кг/м³, она на 67 процентов выше плотности свинца, немного меньше, чем плотность вольфрама и золота, и лишь на 16 % меньше плотности осмия и иридия — самых плотных металлов таблицы Менделеева. В результате диаметр бронебойного сердечника из обеднённого урана меньше эквивалентного по массе сердечника из почти любого другого металла, соответственно меньше его аэродинамическое сопротивление и больше глубина проникания в преграду.

Использование боеприпасов из обеднённого урана является спорным вопросом, поскольку нет чёткого ответа на многочисленные вопросы по поводу долгосрочных последствий для здоровья. По мнению ряда экспертов, экологов, правозащитников и политиков, применение боеприпасов с обеднённым ураном вызывает заражение местности с последующей вспышкой раковых[ В НАТО и Евросоюзе пройдут совещания по проблеме «балканского синдрома»] и наследственных заболеваний. Пентагон, НАТО, власти США и Великобритании настаивают на том, что это невозможно.

Применение

В войне против Ирака США применяли боеприпасы с ураном во время войны против Ирака в 1991 году. Армия США израсходовала около 14 тысяч танковых выстрелов, содержащих обеднённый уран. Всего, согласно оценкам, было использовано от 275 до 300 тонн обеднённого уранаУран или оружие «Икс»? // Русская служба Би-би-си, 13 января 2001. По словам директора Центра международных инициатив в Нью-Йорке Сары Фландерс, «Пентагон использовал огромное количество оружия с обеднённым ураном в войне против Ирака. За эту операцию было выпущено более 940 тысяч 30-миллиметровых снарядов с ураном и более 14 тысяч крупнокалиберных танковых снарядов — 105- и 120-миллиметровых снарядов»Пыль обедненного урана // Радио Свобода, 16 октября 2002. Выброс в окружающую среду таких количеств (275 - 300 тонн, или 4 - 4.5 ТБк) обеднённого урана эквивалентно тысячам ТБк I-131 согласно таблице радиологических эквивалентов, или 5-6 уровню по шкале INES.

В войне против Югославии

В течение продолжавшейся 78 дней операции НАТО против Югославии самолёты НАТО нанесли около 2300 ракетно-бомбовых ударов по 990 объектам на территории Сербии и Черногории, использовав при этом некоторые типы боеприпасов с обеднённым ураном.

Использование урана в боеприпасах привело впоследствии к крупному скандалу в Европе (заболеваниям и смерти военнослужащих; это явление получило наименование «балканский синдром»).