Уран известен человечеству еще с 79 года нашей эры, когда он использовался в керамической промышленности (в форме природного оксида) в нескольких частях Европы. Химический элемент был официально открыт только в 1789 году, когда во время эксперимента немецкий химик Мартин Генрих Клапрот наткнулся на странное, неизвестное вещество (оксид урана). Клапроту также приписывают открытие циркония, церия и теллура.
Впервые это стало известно на мировой арене в 1930-х годах, когда команда исследователей во главе с физиком Энрико Ферми, а затем Отто Ханом-Фрицем Страсманном раскрыла способность Урана распадаться (делиться) на более легкие элементы.
15. Нет недостатка в Уране как источнике энергии
Исследование, проведенное учеными Массачусетского технологического института в 2010 году показали, что более чем достаточно запасов урана для мировой атомной энергетики в обозримом будущем. В настоящее время все ядерные реакторы используют в этом процессе как уран, так и плутоний.
Интересно отметить, что большая часть используемого плутония фактически производится из изотопов урана, поскольку плутоний доступен только в небольших количествах в природе.
После успешного обнаружения способности деления урана, другая команда во главе с Энрико Ферми, на этот раз в рамках Манхэттенского проекта, начала работу над первым в мире ядерным реактором под названием Чикагская свая-1 (CP-1). 2 декабря 1942 года команда смогла инициировать первую в истории самоподдерживающуюся ядерную цепную реакцию в СР-1.
Их первоначальный план состоял в том, чтобы использовать обогащенный уран-235 в качестве топлива, но был отброшен из-за его дефицита в то время. Вместо этого реактор был заправлен 45 тоннами оксида урана и 5,4 тоннами металлического урана. В качестве замедлителя нейтронов было использовано около 360 тонн гранита. В отличие от многих современных ядерных реакторов, СР-1 не имел системы охлаждения.
13. Уран гораздо важнее, чем вы думаете
Распад тория, урана и калия-40 является основным источником тепла вблизи мантии Земли, который управляет критической мантийной конвекцией и удерживает внешнюю жидкость в противоположность твердому внутреннему ядру. Это тепло также играет важную роль в тектонике плит.
Кроме того, длительный период полураспада урана-238 (4,51× 10,9 лет) делает его идеальным для всех видов радиометрических исследований (радиоуглеродного датирования), т. е. Уран-уранового, уран–ториевого и уран-свинцового датирования. Он также используется для создания высокоэнергетических рентгеновских лучей.
12. Это самый тяжелый природный элемент, известный нам
Тяжесть элемента может быть определена двумя способами; с точки зрения его атомного веса и с точки зрения его плотности. С 92 протонами в его ядре и атомным весом около 238,0289 уран является самым тяжелым природным элементом на Земле.
Самым тяжелым синтетическим элементом, известным на сегодняшний день, является Оганесон (атомный номер 118). С другой стороны, самым тяжелым элементом по плотности является осмий (22,59 г / см 3 ).
11. Уран очень нестабилен
Все изотопы урана очень нестабильны, и это в основном из-за его размера. Том Зеллнер в своей книге «Уран: война, энергия и скала» описал уран примерно так: «Атом урана настолько перегружен, что он начал отливать из себя куски, как обманутый человек может сорвать с себя одежду».
10. Уран был впервые выделен в 1841 году.
Фотопластинки Беккереля, которая была засвечена излучением солей урана.
Первым человеком, который изолировал уран, был Эжен Пелиго, профессор химии в Национальной консерватории искусств и ремесел (Conservatoire National des Arts et Métiers) в Париже.
Пилиго успешно продемонстрировал, что таинственный черный порошок, открытый Мартином Генрихом Клапротом, был не чистым веществом, а оксидом урана (UO2 ). Он сделал это, обработав тетрахлорид урана (черный порошок) калием.
Затем в 1896 году физик Анри Беккерель обнаружил радиоактивные свойства урана наряду с самой радиоактивностью. Для этого он использовал несколько фосфоресцентных материалов, которые светятся в темноте после воздействия света.
Он накрыл фотопластинку черной бумагой и поочередно поместил разные фосфоресцентные соли. Он предположил, что свечение, создаваемое в ЭЛТ (электронно-лучевые трубки) рентгеновскими лучами, может быть связано с фосфоресценцией.
Результаты были неожиданными, так как урановая соль была единственным веществом, которое вызывало значительное почернение пластины. Исследование прояснило, что фосфоресценция не была позади запотевания пластины (соли урана не являются фосфоресцентными) и что там была какая-то форма невидимого излучения, которое проникало в черную бумагу и создавало вид, будто пластина подвергается воздействию света.
9. Природный реактор ядерного деления
Вам может быть интересно, как это возможно? Ну, чтобы понять это, вы должны сначала знать, что уран-235, который сегодня составляет всего около 0,72% природного урана, может выдерживать цепную реакцию деления, в отличие от урана-238. Он также разлагается гораздо быстрее, чем уран-238. Это означает, что уран-235 истощил намного больше, чем уран-238 с момента рождения Земли.
Краткие и быстрые факты
Теоретически, килограмм урана-235 может произвести
80 тераджоулей энергии. Потребовалось бы более 3000 тонн угля для производства такого же количества энергии.
Пенетраторы высокой плотности из обедненного урана военного класса
Однако прямое употребление этого вещества может привести к серьезным повреждениям многих органов, раку и длительным неврологическим расстройствам. Хотя потребление большого количества урана, безусловно, смертельно, почки могут справиться с низким уровнем воздействия урана.
Цены на уран стремительно растут. В какие акции вложиться?
С середины августа цены на уран выросли примерно на 60%. Такая динамика вызывает большой интерес, поскольку сфера применения этого металла ограничена атомной энергетикой. Уран — один из важнейших элементов для производства ядерной энергии. Как следствие, у него довольно ограниченный рынок сбыта. Давайте разберемся, почему же он так резко вырос в цене.
Рынок урана: потребители и спекулянты
Уран обеспечивает человечество ядерным топливом, которое используется для выработки электроэнергии на атомных электростанциях. Один фунт (453 грамма) урана способен произвести столько же энергии, сколько три миллиона фунтов (1360 тонн) угля (рис. 1).
Уран-235 — это единственный материал природного происхождения, который способен поддерживать цепную реакцию деления, выделяя при этом огромное количество энергии. Тепло, полученное в результате этой реакции, может использоваться в различных промышленных процессах.
Спрос на уран в меньшей степени зависит от экономических циклов, чем спрос на другие промышленные товары и металлы. Основные потребители этого вещества — атомные электростанции. Сейчас в мире их насчитывается 445, и работают они в 32 странах мира.
На сегодняшний день 13 стран мира покрывают не менее 25% своих энергетических потребностей за счет атомной энергетики. Ранее в число таких стран также входили Германия и Япония. В США действует более 90 ядерных реакторов, которые вырабатывают около 20% всей электроэнергии страны, а во Франции на АЭС приходится около 70% электрогенерации.
А вот крупных урановых шахт на планете мало. Крупнейший производитель урана — Казахстан (более 40% мирового производства), за ним следуют Австралия (13%) и Намибия (11%). Самые крупные шахты находятся на территории Казахстана, Канады, Намибии и Австралии.
Производство урана: запасы и добыча
На мировом рынке по запасам урана с значительным отрывом лидирует Австралия, второе место занимает Казахстан, а за ним следуют Канада и Россия (рис. 2).
Последние несколько лет производство урана было ограничено, а в 2020 году на добыче сказалась еще и пандемия COVID-19.
Из-за распространения коронавируса мировая добыча урана в прошлом году сократилась на 9,2%. Так, в Канаде был законсервирован крупнейший в мире рудник, в результате чего общее производство урана в стране упало на 43,9%. Параллельно на 14,6% сократил производство и Казахстан. На эти две страны в совокупности приходится около 60% мировой добычи урана.
Ожидается, что мировая добыча урана в период до 2025 будет расти в среднем на 6,2% в год, а пальму первенства по объему производства в ближайшие несколько лет сохранит Казахстан (рис. 3).
Цена на уран: котировки и драйверы
С середины августа цены на урановое сырье выросли примерно на 60%. Инвесторы и спекулянты активно скупают этот товар, ожидая, что в ближайшие 3-5 лет спрос на него вырастет как в связи с новыми разработками модульных реакторов, так и по причине консервирования крупных рудников в Канаде.
Общемировой тенденцией сейчас стал постепенный переход от нефтяных и угольных энергоносителей к экологически чистым источникам энергии. В рамках этого тренда атомная энергетика рассматривается как переходный этап: хотя само по себе использование атома для генерации энергии гораздо экологичнее, чем использование угля и нефти, строительство АЭС и сырье для них стоят довольно дорого.
Внимание к рынку урана вернули оптимистичные прогнозы по спросу от Всемирной ядерной ассоциации и Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ). Это первое повышение прогнозов со времени аварии на японской станции в Фукусиме в марте 2011 года.
Повышению интереса к отрасли способствовали и инновации в сфере ядерных технологий. Китай, США, Польша и Великобритания сейчас разрабатывают малые модульные реакторы (SMR), которые должны значительно снизить капитальные затраты при строительстве объектов атомной энергетики, что должно повысить ее доступность (рис. 5).
Влияние на цену оказали и проблемы со стороны предложения. Как мы уже отметили, из-за низких цен часть урановых рудников по всему миру была законсервирована. Например, в 2018 году канадская Cameco приостановила добычу на своем руднике McArthur River. А дополнительное снижение производства на фоне пандемии усугубило ситуацию.
14 сентября компания Global Industry Analysts выпустила новый прогноз, в котором повысила ожидания по темпам роста мирового рынка урана до 2026 года включительно. В компании прогнозируют, что в указанный период рынок будет расти в среднем на 2% в год. При этом наиболее быстро спрос будет восстанавливаться в США — в среднем на 3,1% в год. В Европе рост ожидается на уровне 1,6%, а в Японии — на уровне 1,4% в год.
Рост спроса на уран. Какие компании выиграют?
НАК Казатомпром — национальная атомная компания Казахстана, крупнейший мировой производитель урана. Казатомпром пользуется приоритетным доступом к огромной ресурсной базе уранового сырья, поскольку ископаемые запасы урана на территории Республики Казахстан относятся к числу одних из самых богатых в мире. Компания основана в 1997 году, в ее штате более 20 тыс. сотрудников (рис. 6).
Cameco — канадская горнорудная компания, которая до 2018 года добывала на своем месторождении McArthur River около 13-14% всего мирового объема добычи урана. Предприятия компании обладают лицензионными мощностями для производства более 53 миллионов фунтов урана в год, что покрывает около 37% мирового спроса (рис. 7).
Казатомпром имеет более сильные и стабильные финансовые показатели и демонстрирует высокую рентабельность по чистой прибыли на уровне 25,8%. Обладая статусом национального оператора урановых месторождений, компания имеет привилегии в доступе к сырьевой базе страны и ведет переговоры о разработке месторождений напрямую с правительством.
Мировая экономика восстанавливается после пандемии 2020 года, и ее потребности в энергии растут. А высокие цены на природный газ и прогресс в разработке модульных реакторов заставляют инвесторов пристальнее присмотреться к акциям основных компаний урановой отрасли.
Не является торговым сигналом или инвестиционной рекомендацией.
Текст подготовлен при помощи команды InvestFuture: аналитика Александра Холодова и редактора Сергея Глушкова.
Сели на хвост. Зачем в Россию ввозят токсичный уран и почему экологи против
Сегодня, 26 ноября, из Амстердама в Санкт-Петербург прибыло грузовое судно «Михаил Дудин» с 600 тоннами отвального гексафторида урана (ОГФУ, т.н. урановые хвосты) — материала, который остаётся после обогащения урана. Всего голландско-немецкое предприятие Urenco планирует отправить 12 тысяч тонн ядерных материалов (так называемых вторичных «урановых хвостов»).
Российские предприятия могут повторно дообогатить максимум 20% урана — это значит, что на территории РФ осядет примерно 10 тысяч тонн «урановых хвостов».
Гексафторид урана — это соединение урана со фтором, летучие кристаллы (от прозрачных до белых, светло-серых). Соединение очень ядовито.
«Росатом» утверждает, что «урановые хвосты» — это ценное сырьё, из которого можно получить дополнительный уран-235. Европейские технологии, в отличие от российских, не позволяют выжать максимум из природного урана.
В природном уране содержится 0,7% урана-235. По данным «Росатома», европейцы выбирают примерно до 0,3%, а после переработки русских остается 0,1% — то есть они забирают еще 0,2%.
Экологи убеждены, что «Росатом» лукавит: немецкие технологии позволяют дообогащать «урановые хвосты», просто Германии это невыгодно. Во-первых, это технологически затратно, во-вторых, для ядерных отходов понадобятся новые хранилища, а в-третьих, Россия и так готова разместить урановые «хвосты» на своей территории.
Уран-235 использовали в бомбе «Малыш» при ядерной бомбардировке Хиросимы. Сейчас его применяют как топливо в ядерных реакторах.
Когда Urenco начала завозить «урановые хвосты» в Россию?
Компания Urenco ввозила «урановые хвосты» в Россию с 1996 года. Обеднённый уран более десяти лет транспортировали через порт Санкт-Петербурга — на открытые склады в Зеленогорске в Красноярском крае, Ангарске под Иркутском и Северске, расположенном в Томской области.
Общие мощности завода на 2018 год составляли 18,6 миллиона кг единиц работоразделения (ЕРР — условная единица, показывает фактические затраты на получение 1 кг низкообогащённого урана).
Контракт действовал до 2009 года. За это время Urenco экспортировала в Россию более 100 тысяч тонн «урановых хвостов».
По состоянию на 2019 год «Росатом» накопил порядка миллиона тонн обеднённого урана. По оценке сопредседателя международной группы «Экозащита» Владимира Сливяка, 15–20% от этого объёма пришли из-за рубежа.
Почему поставки «урановых хвостов» прекратили?
Экологи требовали прекратить отгрузки. В 2006-м активисты из России и Германии на 1,5 часа перекрыли предприятие в Гронау и Посольство Германии в Москве, протестуя против ввоза ядерных отходов.
Активисты предупреждали: обеднённый уран хранят в баллонах под открытым небом, они ржавеют и токсичное вещество может выйти на поверхность. Сам гексафторид урана крайне нестабилен. При контакте с водой он образует плавиковую кислоту, которая опасна для человека. Она поражает дыхательные пути, пищеварительную и сердечно-сосудистую систему.
Ежегодный отчёт Ростехнадзора от того же 2006 года подтвердил: «Хранение ёмкостей с отвальным гексафторидом урана на открытых площадках производится в условиях недостаточного нормативного обоснования и значительной величины риска разгерметизации ёмкостей».
В конце концов «Росатом» прислушался к этим доводам — и обещал не ввозить новые «урановые хвосты», пока существующие запасы не переведут в более удобную и безопасную для длительного хранения форму с помощью так называемого обесфторивания — перевода «хвостов» в закись-окись урана.
«Обеднённый уран не имеет никакой опасности с точки зрения радиационной и уж тем более ядерной. Но он находится в форме газа, это так называемый гексафторид урана. Он со фтором и в виде газа, вот этот газ может иметь риски химической опасности. Эти контейнеры везде в мире — и в Америке, и в Европе, и у нас — хранятся на открытых площадках. И возникает один вопрос — а если вдруг, в силу какой-нибудь техногенной катастрофы, падения самолёта на такую площадку, страшного землетрясения разгерметизируются эти контейнеры. Мы с 2006 года запретили заключение новых контрактов по ввозу этих „хвостов“, и старые контракты истекли в течение нескольких лет», — объясняли в 2010 году в «Росатоме».
Чем опасен гексафторид урана?
Что не так с обещаниями «Росатома»?
Прошло больше десяти лет — запасы пока не переведены в стабильное состояние, а поезда с гексафторидом урана снова едут в Россию. Более того, как выяснили немецкие СМИ, «урановые хвосты» тайно ввозят в Россию уже с 2016 года.
В нынешнем году возобновились поставки из немецкого предприятия Urenco в Гронау, а его британский филиал начал отправлять токсичные «урановые хвосты» три года назад.
По информации Greenpeace, договор по «урановым хвостам» был заключён в 2018 году между компанией Urenco Enrichment Company Ltd. и её «дочками» Urenco UK, Urenco NL и Urenco Deutschland GmbH и компанией Tradewill Ltd. (дочерней компанией АО «Техснабэкспорт», которая, в свою очередь, является дочерней компанией госкорпорации «Росатом»).
Условия перевозки на судне «Михаил Дудин»
Правда, в 2014-м нидерландский фонд Laka (Центр документации и исследований в области ядерной энергии) обвинил Urenco и американский банк Goldman Sachs в спекуляциях на уране. На судебном заседании выяснилось, что Urenco заключил с российской Tenex (торговая марка принадлежит «Техснабэкспорту») постоянный контракт на обогащение урана.
Кроме того, по странному стечению обстоятельств в декабре 2015 года Urenco получила лицензию на экспорт в Россию тысячи тонн обеднённого урана.
Условия перевозки на судне «Михаил Дудин»
А что «Росатом» говорит сейчас?
Позиция «Росатома» неизменна. Россия никогда не ввозила и не ввозит ядерные отходы. «Уникальная центрифужная российская технология обогащения урана позволяет производить обогащённый уран из обеднённого экономически эффективным способом. Иностранный обеднённый уран ввозится в Россию не „на захоронение“, а на переработку до полезного продукта с его последующим вывозом обратно за рубеж», — сообщает «Техснабэкспорт» (TENEX, входит в «Росатом», экспортёр урана и услуг по обогащению).
Возобновление поставок в «дочке» «Росатома» объяснили тем, что уран пользуется большим спросом на мировом рынке. А ещё подтвердили: вторичные «урановые хвосты» остаются на территории РФ — но хранят их временно, чтобы впоследствии использовать в машиностроении и атомной промышленности.
Впрочем, переработка и использование всех «урановых хвостов» — это очень далёкая перспектива. По данным экологической организации «Беллона», в России хранится 41% от общемирового объёма (2 млн тонн накопленного ОГФУ) — 820 000 тонн.
Избавиться от запасов гексафторида урана удастся в лучшем случае к 2080 году: четыре установки, необходимые для перевода ОГФУ в закись-окись, планируют ввести в эксплуатацию в 2024 и 2027 годах. Greenpeace отмечает, что реальных планов по использованию и переработке такого количества отходов нет.
«Росатом» купил у французской компании Areva технологию перевода отвального гексафторида урана в закись-окись — и построил завод в Зеленогорске. Мощность производства — до 10 тысяч тонн в год. Но достаточно ли такой мощности, если речь идет о почти миллионе тонн уже накопленных урановых «хвостов»?
Какая позиция у властей Германии?
Первыми тревогу забили немецкие СМИ. Они написали о первых отгрузках «хвостов» из уранообогатительного предприятия Urenco в немецком городе Гронау. Минэнерго земли Северный Рейн — Вестфалия подтвердило эту информацию.
«На ваш запрос отвечаем: 600 тонн обеднённого гексафторида урана были отправлены на обогащение в Россию. Там уран обогатят для коммерческого использования и вернут в Urenco Ltd. По состоянию на 15 августа 2019 года на складе компании Urenco в Гронау размещены 22 тысячи тонн обеднённого гексафторида урана (приблизительно 1850 ёмкостей)», — сообщили в министерстве представителю Федерального союза гражданских инициатив в защиту окружающей среды Удо Буххольцу.
Депутаты Бундестага от «зелёных» и левых осудили компанию Urenco за ввоз радиоактивных отходов в Россию. «Urenco поступает безответственно. Компания давно могла бы прекратить эти поставки», — заявила депутат Бундестага, председатель комитета по экологии и охране окружающей среды Сильвия Коттинг-Уль. Представитель левых Хубертус Здебел добавил: «Экспорт, очевидно, возобновили из-за того, что ядерные отходы дешевле утилизировать в России».
Что говорят российские активисты?
У экологов есть весомый аргумент против импорта «урановых хвостов». Они утверждают, что в Германию возвращают только обогащённый уран (10–20% от поставки) — а остальные ядерные отходы остаются на хранении в РФ.
Сопредседатель международной экологической группы «Экозащита» Владимир Сливяк уверен, что «Росатом» лукавит, утверждая, что Urenco не хватает мощностей для дообогащения.
«На любой вид обращения и хранения им надо было бы потратить на два порядка больше денег, чем нужно заплатить в Россию, где все эти отходы остаются и даже не считаются иностранными. Мы знаем, что в этом году компании Urenco надо было строить новые хранилища для ядерных отходов, но она вдруг отказалась от получения соответствующей лицензии, а потом выяснилось, что Urenco вновь решила отправлять отходы в Россию», — говорит он.
Эксперт российского отделения Greenpeace Рашид Алимов подтверждает, что услугой по дообогащению обедненного урана прикрывают размещение ядерных отходов в РФ.
«Что-то там, конечно, дообогащается и действительно возвращается назад в Германию. Но порядка 90% от массы „хвостов“, которые ввезли оттуда изначально, никакой вторичной переработке уже не поддаётся и после дообогащения остаётся в России», — пояснил он.
Основательница общественного движения «Экозащита!» Александра Королева говорит ровно о том же: «Правда заключается в том, что уран от Urenco останется на территории российских компаний в дополнение к почти миллиону тонн ядерных отходов собственного производства в России. Опыт показывает, что более 90 процентов урана остаётся в России».
Что думают немецкие активисты?
Немецкие активисты возмущены сделкой между «Росатомом» и Urenco не меньше российских. В октябре стало известно о первых поставках «урановых хвостов» — и в Германии начались акции протеста. Полсотни активистов растянули у завода в Гронау гигантский плакат с надписью на русском «Россия — не полигон для урановых хвостов из Германии» и расставили вокруг жёлтые бочки со знаком «радиоактивная опасность».
Трое активистов-альпинистов задержали очередной поезд с «урановыми хвостами» на 7,5 часа — они повисли на деревьях над железнодорожными путями и отказывались слезть, пока поезд не развернут обратно. Но безрезультатно: сотрудники полиции сняли активистов с высоты, а состав продолжил свой путь.
Во время вынужденной стоянки поезда в лесу представитель российского Greenpeace Рашид Алимов замерил радиационный фон. У головы состава было 116 микрорентген в час, в центре — около 120 микрорентген в час (норма — 20 микрорентген в час).
Какие-то аварии уже были?
В мировой и российской атомной индустрии не было зарегистрировано ни одного инцидента, существенного с точки зрения безопасности по шкале INES (её применяют в отношении объектов атомной промышленности). Но утечки бывают. В августе на предприятии в Новоуральске зафиксировали выброс гексафторида урана. Токсичное вещество могло попасть в Нейво-Рудянский пруд.
Превышения радиационного фона у поездов с отвальным гексафторидом урана фиксировали в 2006, 2008 и 2010 годах. Все три инцидента произошли в Петербурге — при перегрузке «урановых хвостов» с судов на железнодорожные платформы.
В 2006 году Greenpeace обнаружил урановый поезд у питерской платформы Капитолово. Радиационный фон возле него был в 100 раз выше естественного — 2 тыс. мкР/час. История повторилась в 2010-м. Радиационный фон возле контейнеров с урановыми хвостами на платформе Капитолово был превышен в 40 раз (800 мкР/час).
В 2008-м экологи обнаружили состав с «урановыми хвостами» вблизи станции питерского метро «Автово». Замеры возле контейнеров показали превышение радиации более чем в 30 раз — 680 мкР/час.
