Добыча урана – это процесс добычи урановой руды из земли. В 2019 году было добыто более 50 тысяч тонн урана. Казахстан , Канада и Австралия вошли в тройку крупнейших производителей урана соответственно, на их долю приходится 68% мировой добычи. Другие страны, производящие более 1000 тонн в год, включают Намибию , Нигер , Россию , Узбекистан , США и Китай . [2] Почти весь добытый в мире уран используется для питания атомных электростанций . Исторически уран также использовался в таких областях, как производство уранового стекла или ферроурана , но эти применения сократились из-за радиоактивности урана, и в настоящее время в основном снабжаются обильным дешевым запасом обедненного урана , который также используется в урановых боеприпасах. Помимо того, что обедненный уран дешевле, он еще и менее радиоактивен из-за меньшего содержания короткоживущих веществ.234
У и235
Чем природный уран.
Уран добывается методом подземного выщелачивания (57% мирового производства) или традиционным подземным или открытым способом добычи руд (43% производства). Во время добычи на месте выщелачивающий раствор закачивается в скважины месторождения урановой руды, где он растворяет рудные минералы. Затем богатую ураном жидкость закачивают обратно на поверхность и обрабатывают для извлечения соединений урана из раствора. При традиционной добыче руды перерабатываются путем измельчения рудных материалов до однородного размера частиц, а затем обработки руды для извлечения урана путем химического выщелачивания . [3] В процессе измельчения обычно получается сухой порошкообразный материал, состоящий из природного урана, « желтого кека », который в настоящее время обычно продается на урановом рынке как U 3 O 8 . В то время как некоторые атомные электростанции – особенно тяжеловодные реакторы, такие как CANDU – могут работать на природном уране (обычно в форме диоксида урана ), подавляющее большинство коммерческих атомных электростанций и многие исследовательские реакторы требуют обогащения урана , что повышает содержание из235
U от природных 0,72% до 3–5% (для использования в легководных реакторах ) или даже выше , в зависимости от применения. Обогащение требует переработки желтого кека в гексафторид урана и производства топлива (опять же, обычно диоксида урана, но иногда карбида урана , гидрида урана или нитрида урана ) из этого сырья.
.jpg/1280px-Mine_on_North_Star_Mountain,_Colorado,_1879_-_DPLA_-_8d26e9b730b93baaee786d34e8d61abb_(cropped).jpg)
До 1789 года, когда Мартин Генрих Клапрот открыл этот элемент, образующиеся соединения урана включали нитрат, сульфат, фосфат, ацетат, а также диуранат калия и натрия . Клапрот обнаружил этот элемент в настуране из рудника Джорджа Вагсфорта в Рудных горах и установил коммерческое использование в качестве окраски стекла. Настуран из этих гор упоминается еще в 1565 году, а с 1825 по 1898 год было добыто 110 т урана. В 1852 году был идентифицирован урановый минерал аутунит из Центрального массива . [4]
Примерно в 1850 году добыча урана началась в Иоахимстале, Богемия , где с 1850 по 1898 год было произведено более 620 т металлического урана (т урана), из них 10 000 т урана было произведено до закрытия в 1968 году. В 1871 году началась добыча урановой руды в Сентрал-Сити, штат Колорадо. , где до 1895 года было добыто 50 т. В 1873 году добыча урана началась на руднике Саут-Террас, Сент-Стивен-ин-Браннель , Корнуолл , где в 19 веке была добыта большая часть из 300 т урана из этой области . В 1898 году в Ураванском минеральном поясе впервые был добыт карнотит с годовой добычей 10 т урана. [4]
В 1898 году Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри доставили из Санкт-Иоахимсталя 1 т урана, из которого Мария определила элемент радий . Пьер пропагандировал его использование в качестве лекарства от рака, что способствовало развитию спа-бизнеса в этом городе. [5]
В 1913 году было открыто Шинколобве , провинция Катанга . В 1931 году было открыто месторождение Порт-Радия . Другие важные открытия включали провинцию Бейра , Тюя Муюн и Радиевый холм . [4]
В 1922 году компания Union Minière du Haut Katanga начала производить медицинский радий на руднике Шинколобве, но закрылась в конце 1930-х годов из-за сокращения рынка радия. В мае 1940 года нацисты вторглись в Бельгию и захватили хранившуюся там урановую руду Union Minière. 18 сентября 1942 года 1250 т урановой руды Шинколобве для Манхэттенского проекта было приобретено у Эдгара Сенжера из Union Minière , который складировал руду на складе Archer Daniels Midland недалеко от Байонн-Бридж , Статен-Айленд . В 1943 году компания Sengier вновь открыла шахту Синколобве с помощью ресурсов Инженерного корпуса армии США и инвестиций США в размере 13 миллионов долларов. [5] : 45–50, 54–55 Сенжер сообщил, что урановая руда была извлечена из рудника на глубину 79 метров, но для добычи был доступен еще 101 метр руды. Это составило 10 000 тонн октоксида триурана с содержанием до 60% . Проект также приобрел большую часть продукции на шахте Эльдорадо (Северо-Западные территории) . [6]
По словам Ричарда Роудса , ссылаясь на немецкие исследования урана, « Ауэр , специалисты по торию... доставили первую тонну чистого оксида урана, переработанного из руд Иоахимсталя, в военное министерство в январе 1940 года. В июне 1940 года... Ауэр заказал шестьдесят тонн очищенного оксида урана с предприятия Union Miniére в оккупированной Бельгии». [7]
Хотя Советские Республики Казахстан и РСФСР позже стали одними из ведущих производителей урана в мире, сразу после окончания Второй мировой войны о наличии крупных урановых месторождений в СССР еще не было известно, и поэтому Советы разработали огромные горнодобывающие операции в своих государствах-сателлитах Восточной Германии и Чехословакии, которые знали урановые месторождения в Рудных горах. Намеренно непрозрачно названная SDAG Wismut (немецкий термин «Висмут» для обозначения висмута должен создавать иллюзию поиска металла, который Советский Союз определенно не искал ) стала крупнейшим работодателем в Саксонских Рудных горах, а количество отдаленных шахтерских городов, таких как Йоханнгеоргенштадт, выросло до десяти раз их население за несколько лет. Добыча стоила огромных денег, и горняки, с одной стороны, подвергались более суровым репрессиям и надзору, но, с другой стороны, допускали более щедрое снабжение потребительскими товарами, чем другие восточные немцы. Хотя производство никогда не могло конкурировать с мировыми рыночными ценами на уран, характер добытого материала двойного назначения , а также возможность платить горнякам в мягкой валюте, но продавать уран за твердую валюту или импортировать замещающий товар, за который пришлось бы платить в валюте. твердая валюта склоняла чашу весов в пользу продолжения горнодобывающих операций на протяжении всей холодной войны. После воссоединения Германии добыча полезных ископаемых была свернута [8] и началась трудная задача по восстановлению земель, пострадавших от добычи полезных ископаемых. [9]
Семнадцать городов и шахт, находящихся под контролем Висмута, давали 50 процентов урана, использованного в первой советской атомной бомбе Джо-1 , и 80 процентов урана, использованного в советской ядерной программе. Из 150 000 рабочих 1281 погиб в результате несчастных случаев и 20 000 получили ранения. После смерти Сталина в 1953 году Красная Армия передала контроль над производством ШДАГ, а заключенные были освобождены, в результате чего численность рабочих сократилась до 45 000 человек. На пике своего развития в 1953 году на шахтах Святого Иоахимсталя содержалось 16 100 заключенных, половина из которых были советскими политическими заключенными. [5] : 135–142, 151–157, 161–167, 173–176.
К 1975 году 75% мировой добычи урановой руды приходилось на кварц - галечные конгломераты и песчаники , расположенные в районе озера Эллиот в Канаде , Витватерсранде и плато Колорадо . [10]
В 1990 году 55% мировой добычи приходилось на подземные шахты, но к 1999 году эта цифра сократилась до 33%. С 2000 года новые канадские рудники снова увеличили долю подземной добычи, а с Олимпийской плотиной она теперь составляет 37%. Добыча подземного выщелачивания (ISL или ISR) неуклонно увеличивает свою долю в общем объеме, в основном за счет Казахстана. [11]
В 2009 году в число крупнейших добывающих рудников входили урановый рудник Макартур-Ривер - 7400 тонн урана, урановый рудник Рейнджер - 4423 тонны урана, урановый рудник Рёссинг - 3574 тонны урана, рудники пустыни Мойынкум - 3250 тонн урана, Стрельцовский рудник - 3003 тонны урана, Олимпийская плотина . рудник - 2981 тонн урана, рудник Арлит - 1808 тонн урана, рудник Рэббит-Лейк - 1400 тонн урана, рудник Акута - 1435 тонн урана и рудник МакКлин-Лейк - 1400 тонн урана. Крупнейшие в мире месторождения включают рудник Олимпик-Дэм в 295 000 тонн урана, рудник Имурарен в 183 520 тонн урана, рудник МакАртур Ривер в 128 900 тонн урана, Стрельцовский рудник в 118 341 тонны урана, Новоконстантиновский рудник в 93 630 тонн, рудник Сигар-Лейк в 80 500 тонн урана, Узбекистан. рудники - 76 000 тонн урана, рудник Элькон - 71 300 тонн урана, бразильский комплекс Итатайя - 67 240 тонн урана, проект Мареника - 62 856 тонн урана, рудник Лангер Генрих - 60 830 тонн урана, рудник Доминион - 55 753 тонны урана, урановый проект Инкай - 51 808 тонн урана, проект Киггавик — 51 574 тонн урана, рудник Рёссинг — 50 657 тонн урана, австралийский проект Йелири — 44 077 тонн и рудник Треккопье — 42 243 тонны урана. [12]
Было обнаружено и добыто множество различных типов месторождений урана. Существует в основном три типа урановых месторождений, включая месторождения несогласного типа, а именно палероссыпные месторождения и месторождения песчаника, также известные как месторождения типа валкового фронта. [ нужны разъяснения ]
Месторождения урана подразделяются на 15 категорий в зависимости от их геологического положения и типа горной породы, в которой они обнаружены. Эта система геологической классификации определена Международным агентством по атомной энергии (МАГАТЭ). [13]
Уран также содержится в морской воде , но при нынешних ценах на урановом рынке затраты придется снизить в 3–6 раз, чтобы сделать его добычу экономичной. [14]
Месторождения урана в осадочных породах включают месторождения в песчаниках (в Канаде и на западе США ), [15] докембрийских несогласиях (в Канаде), [15] фосфатах , [15] докембрийских кварц -галечных конгломератах , трубках обрушившейся брекчии (см. трубку Аризонской брекчии). урановая минерализация ) и калькрет .
Урановые месторождения песчаника обычно бывают двух типов. Отложения валкового типа встречаются на границе между верхним падением и окисленной частью тела песчаника и более глубокой восстановленной частью тела песчаника. Месторождения урана из пенеконкордантного песчаника, также называемые месторождениями типа плато Колорадо , чаще всего встречаются в обычно окисленных телах песчаника, часто в локализованных восстановленных зонах, например, в сочетании с карбонизированной древесиной в песчанике.
Докембрийские урановые месторождения кварц-галечного конгломератного типа встречаются только в породах возрастом более двух миллиардов лет. В конгломератах также присутствует пирит. Эти месторождения были добыты в районе Блинд-Ривер - Эллиот-Лейк в Онтарио, Канада, а также в золотоносных конгломератах Витватерсранд в Южной Африке.
Месторождения несогласного типа составляют около 33% урановых месторождений в мире за пределами зон централизованной плановой экономики (WOCA). [16]
Гидротермальные урановые месторождения включают урановые руды жильного типа. Гидротермальные урановые месторождения жильного типа представляют собой эпигенетические концентрации урановых минералов, которые обычно заполняют брекчии, трещины и зоны сдвига. [17] Многие исследования пытались идентифицировать источник урана с гидротермальными месторождениями жильного типа, и потенциальные источники до сих пор остаются загадкой, но считается, что они включают ранее существовавшие породы, которые были разрушены выветриванием и силой, пришедшей из областей длительного существования. - долговременное образование осадка. [17] Южно-Китайский блок является примером региона, который в течение последних полувека полагался на спрос на гидротермальные урановые месторождения жильного типа. [17] Магматические месторождения включают интрузивные нефелин-сиениты в Илимаусаке , Гренландия ; месторождение рассеянного урана в Россинге , Намибия; урансодержащие пегматиты и месторождение кратерного озера Аврора в кальдере Макдермитт в Орегоне. Вкрапленные месторождения также обнаружены в штатах Вашингтон и Аляска в США. [18] [19]
Месторождения урана брекчии встречаются в горных породах, разрушенных в результате тектонического разрушения или выветривания. Урановые месторождения брекчии наиболее распространены в Индии, Австралии и США. [20] Большая масса брекчии называется брекчиевой трубой или дымоходом и состоит из породы, образующей неправильную и почти цилиндрическую форму. Происхождение трубок брекчии неизвестно, но считается, что они образуются на пересечениях и разломах. Когда формации обнаруживаются в твердой форме в наземной вмещающей породе, называемой каменной мукой, обычно это место добычи меди или урана. Коппер-Крик, штат Аризона, является домом для примерно 500 минерализованных трубок брекчии, а Криппл-Крик, штат Колорадо, также является местом, где содержатся залежи руды трубок брекчии, связанные с вулканической трубкой.
Шахта Олимпик-Дэм , крупнейшее в мире месторождение урана, была открыта Western Mining Corporation в 1975 году и принадлежит BHP . [21]
Разведка урана аналогична другим формам разведки полезных ископаемых, за исключением некоторых специализированных приборов для обнаружения присутствия радиоактивных изотопов.
Счетчик Гейгера был оригинальным детектором радиации, регистрировавшим общую скорость счета всех энергетических уровней радиации. Ионизационные камеры и счетчики Гейгера были впервые адаптированы для полевого использования в 1930-х годах. Первый передвижной счетчик Гейгера-Мюллера (весом 25 кг) был сконструирован в Университете Британской Колумбии в 1932 году. Х. В. Эллсуорт из GSC построил более легкий и более практичный счетчик в 1934 году. Последующие модели были основными приборами, использовавшимися при поиске урана. много лет, пока счетчики Гейгера не были заменены сцинтилляционными счетчиками .
Использование бортовых детекторов для поиска радиоактивных минералов было впервые предложено Г. К. Ридландом, геофизиком, работавшим в Port Radium , в 1943 году. В 1947 году самые ранние зарегистрированные испытания бортовых детекторов радиации (ионизационные камеры и счетчики Гейгера) были проведены компанией Eldorado Mining and Рефайнинг Лимитед . (Корпорация канадской короны, которая впоследствии была продана и стала корпорацией Cameco ). Первый патент на портативный гамма- спектрометр был подан профессорами Принглом, Роулстоном и Браунеллом из Университета Манитобы в 1949 году, в том же году, когда они испытали первый портативный сцинтилляционный счетчик на земле и в воздухе в северном Саскачеване .
Воздушная гамма-спектрометрия в настоящее время является признанным ведущим методом разведки урана, который применяется во всем мире для геологического картирования, разведки полезных ископаемых и мониторинга окружающей среды . Воздушная гамма-спектрометрия, используемая специально для измерения и поиска урана, должна учитывать ряд факторов, таких как расстояние между источником и детектором и рассеяние излучения через минералы, окружающую землю и даже в воздухе. В Австралии в помощь старателям был разработан индекс интенсивности выветривания на основе изображений высоты, полученных с помощью радиолокационной топографии шаттла (SRTM), и изображений гамма-спектрометрии, полученных с воздуха. [22]
Месторождение урана, обнаруженное с помощью геофизических методов, оценивается и отбирается проба для определения количества урановых материалов, которые можно извлечь из месторождения при определенных затратах. Запасы урана представляют собой объемы руды, которые, по оценкам, могут быть извлечены по заявленным затратам. По мере роста цен или технологий, позволяющих снизить стоимость добычи известных, ранее нерентабельных месторождений, запасы увеличиваются. Для урана этот эффект особенно заметен, поскольку самый большой в настоящее время нерентабельный резерв – добыча урана из морской воды – превышает все известные наземные ресурсы урана вместе взятые. [23] [24] [25]
Как и в случае с другими видами добычи твердых пород, существует несколько методов добычи. В 2016 году доля добытого урана каждым способом добычи составила: подземное выщелачивание (49,7 процента), подземная добыча (30,8 процента), карьерная добыча (12,9 процента), кучное выщелачивание (0,4 процента), попутная добыча. побочный продукт (6,1%). Остальные 0,1% были получены в виде различных возмещений. [26]
При открытой добыче вскрышные породы удаляют буровзрывными методами, обнажая рудное тело, которое затем добывают взрывными и выемочными работами с использованием погрузчиков и самосвалов. Рабочие проводят много времени в закрытых кабинах, что ограничивает воздействие радиации. Вода широко используется для снижения уровня пыли в воздухе. Грунтовые воды являются проблемой при всех видах добычи полезных ископаемых, но при добыче полезных ископаемых открытым способом обычным способом решения этой проблемы (т. е. когда целевой минерал находится ниже естественного уровня грунтовых вод) является понижение уровня грунтовых вод путем откачки воды. Земля может значительно оседать при удалении грунтовых вод и может снова непредсказуемо перемещаться, когда грунтовым водам позволено снова подняться после завершения добычи. Рекультивация земель после добычи полезных ископаемых осуществляется разными способами в зависимости от количества вывезенного материала. Из-за высокой энергетической плотности урана зачастую бывает достаточно засыпать вскрышными породами бывшую шахту, но в случае дефицита массы, превышающего перепад высот между предыдущим уровнем поверхности и естественным уровнем грунтовых вод, образуются искусственные озера, когда грунтовые воды удаление прекращается. Если сульфиты, сульфиды или сульфаты присутствуют в ныне обнаженных горных породах, кислый дренаж шахт может стать проблемой для этих недавно развивающихся водоемов. Теперь по закону горнодобывающие компании обязаны создавать фонд для будущей рекультивации во время добычи полезных ископаемых, и эти средства обычно депонируются таким образом, чтобы на них не повлияло банкротство горнодобывающей компании.
Если уран находится слишком глубоко под поверхностью земли для добычи его открытым способом, можно использовать подземную шахту с вырытыми туннелями и шахтами для доступа и удаления урановой руды.
Подземная добыча урана в принципе ничем не отличается от любой другой добычи твердых пород , и другие руды часто добываются совместно (например, медь, золото, серебро). После того как рудное тело обнаружено, рядом с рудными жилами бурят шахту, и горизонтально к жилам на различных уровнях, обычно через каждые 100–150 метров, прокладывают поперечные разрезы. Подобные туннели, называемые штреками, прокладываются по рудным жилам от разреза. Чтобы добыть руду, следующим шагом является прокладка туннелей, известных как подъемы при движении вверх и винзы при движении вниз, через месторождение от уровня к уровню. Подъемы впоследствии используются для разработки забоев , где руда добывается из жил.
Забой, который является цехом рудника, представляет собой выработку, из которой добывается руда. Обычно используются три метода разработки очистных забоев. При методе «выемка и засыпка» или «открытая забойка» пространство, оставшееся после удаления руды после взрывных работ, заполняется пустой породой и цементом. При использовании метода «усадки» через желоба внизу удаляется только достаточное количество битой руды, чтобы позволить горнякам, работающим с верхней части кучи, пробурить и взорвать следующий слой, который нужно отколоть, в конечном итоге оставив большую яму. Метод, известный как «комната и столб», используется для более тонких и плоских рудных тел. В этом методе рудное тело сначала разделяется на блоки посредством пересекающихся проходов, при этом удаляется руда, а затем систематически удаляются блоки, оставляя достаточно руды для поддержки кровли.
Последствия для здоровья, обнаруженные в результате воздействия радона при невентилируемой добыче урана, побудили перейти от добычи урана туннельным способом к технологии открытого разреза и технологии подземного выщелачивания , метода добычи, который не создает таких же профессиональных рисков или хвостов шахт, как традиционные добыча полезных ископаемых.
При наличии правил, обеспечивающих использование технологии вентиляции большого объема в случае добычи урана в замкнутом пространстве, профессиональное облучение и смертность на шахтах могут быть в значительной степени устранены. [27] [28] Олимпийская плотина и канадские подземные шахты вентилируются мощными вентиляторами, при этом уровень радона в урановых рудниках поддерживается на очень низком или практически «безопасном уровне». Естественно встречающийся радон в других, не урановых, шахтах также может нуждаться в контроле с помощью вентиляции. [29]
Кучное выщелачивание — это процесс добычи, при котором химические вещества (обычно серная кислота ) используются для извлечения экономического элемента из руды, которая была добыта и сложена в кучи на поверхности. Кучное выщелачивание вообще экономически целесообразно только для месторождений оксидных руд. Окисление сульфидных месторождений происходит в ходе геологического процесса, называемого выветриванием. Поэтому месторождения оксидных руд обычно обнаруживаются близко к поверхности. Если в руде нет других полезных элементов, шахта может выбрать добычу урана с использованием выщелачивающего агента, обычно низкомолярной серной кислоты.
Если экономические и геологические условия подходящие, горнодобывающая компания выровняет большие площади земли с небольшим уклоном, покрыв их толстым слоем пластика (обычно HDPE или LLDPE ), иногда глиной, илом или песком под пластиковым слоем. Извлеченную руду обычно пропускают через дробилку и складывают кучами поверх пластика. Затем выщелачивающий агент распыляется на руду в течение 30–90 дней. Когда выщелачивающий агент фильтруется через кучу, уран разрывает связи с оксидной породой и попадает в раствор. Затем раствор фильтруется по градиенту в накопительные бассейны, которые затем перекачиваются на заводы для дальнейшей обработки. Фактически извлекается лишь некоторая часть урана (обычно около 70%).
Концентрация урана в растворе очень важна для эффективного отделения чистого урана от кислоты. Поскольку разные кучи дают разную концентрацию, раствор перекачивается в смесительную установку, за которой тщательно наблюдают. Правильно сбалансированный раствор затем перекачивается на перерабатывающий завод, где уран отделяется от серной кислоты.
Кучное выщелачивание значительно дешевле, чем традиционные процессы измельчения. Низкие затраты позволяют экономически целесообразно использовать руду более низкого содержания (при условии, что это правильный тип рудного тела). Экологическое законодательство США требует, чтобы окружающие грунтовые воды постоянно контролировались на предмет возможного загрязнения. За рудником также необходимо будет осуществлять постоянный мониторинг даже после закрытия рудника. В прошлом горнодобывающие компании иногда банкротились, оставляя ответственность за рекультивацию шахт на общество. Дополнения XXI века к закону США о горнодобывающей промышленности требуют, чтобы компании выделяли деньги на рекультивацию до начала проекта. Деньги будут храниться у населения для обеспечения соблюдения экологических стандартов, если компания когда-либо обанкротится. [30]
Подземное выщелачивание (ISL), также известное как добыча раствором или извлечение на месте (ISR) в Северной Америке, включает в себя оставление руды там, где она находится в земле, и извлечение из нее минералов путем их растворения и перекачивания полезных ископаемых. раствор на поверхность, где можно восстановить минералы. Следовательно, происходит незначительное нарушение поверхности и отсутствие образования хвостов или пустой породы. Однако рудное тело должно быть проницаемым для используемых жидкостей и расположено так, чтобы они не загрязняли грунтовые воды вдали от рудного тела.
Для добычи урана ISL используются природные подземные воды рудного тела, обогащенные комплексообразователем и в большинстве случаев окислителем. Затем его прокачивают через подземное рудное тело для извлечения содержащихся в нем минералов путем выщелачивания. Как только насыщенный раствор возвращается на поверхность, уран извлекается почти так же, как и на любом другом урановом заводе (заводе).
На австралийских рудниках ISL ( Беверли , Фор-Майл и Ханимун-Майн ) в качестве окислителя используется перекись водорода и комплексообразователь серная кислота. Казахские шахты ПВП обычно не используют окислитель, но используют гораздо более высокие концентрации кислоты в циркулирующих растворах. На шахтах ISL в США применяется щелочное выщелачивание из-за присутствия в вмещающих водоносных горизонтах значительных количеств минералов, потребляющих кислоту, таких как гипс и известняк. Если содержание карбонатных минералов превышает несколько процентов, это означает, что следует использовать щелочное выщелачивание, а не более эффективное кислотное выщелачивание.
Правительство Австралии опубликовало руководство по передовой практике добычи урана с помощью подземного выщелачивания, которое в настоящее время пересматривается с учетом международных различий. [31]
Концентрация урана в морской воде низкая, примерно 3,3 части на миллиард или 3,3 микрограмма на литр морской воды. [32] Но количество этого ресурса огромно, и некоторые ученые полагают, что этот ресурс практически безграничен с точки зрения мирового спроса. То есть, если бы можно было использовать хотя бы часть урана, содержащегося в морской воде, весь мир ядерной энергетики мог бы быть обеспечен в течение длительного периода времени. [33] Некоторые сторонники утверждают, что эта статистика преувеличена. [34] [ нужен лучший источник ] Хотя исследования и разработки по извлечению этого элемента с низкой концентрацией с помощью неорганических адсорбентов, таких как соединения оксида титана , проводились с 1960-х годов в Великобритании, Франции, Германии и Японии, эти исследования были остановлены из-за низкой эффективности восстановления.
В Научно-исследовательском институте радиационной химии Такасаки Японского научно-исследовательского института атомной энергии (JAERI Takasaki Research Institute) продолжались исследования и разработки, кульминацией которых стало производство адсорбента путем облучения полимерного волокна. Синтезированы адсорбенты, имеющие функциональную группу ( амидоксимную группу ), избирательно адсорбирующую тяжелые металлы, и улучшены характеристики таких адсорбентов. Адсорбционная способность полимерного волокнистого адсорбента по урану высока, примерно в десять раз выше, чем у обычного адсорбента на основе оксида титана.
Одним из методов извлечения урана из морской воды является использование в качестве адсорбента нетканого материала, специфичного для урана. Общее количество урана, извлеченного из трех ящиков для сбора, содержащих 350 кг ткани, составило >1 кг желтого кека после 240 дней погружения в океан. [35] Эксперимент Секо и др. был повторен Тамадой и др. в 2006 году. Они обнаружили, что стоимость варьировалась от 15 000 до 88 000 йен в зависимости от предположений и «Самая низкая достижимая стоимость в настоящее время составляет 25 000 йен с адсорбентом 4 г U / кг, используемым в морской зоне Окинавы, с 18 повторениями [ sic ] ." По обменному курсу на май 2008 года это составляло около 240 долларов США/кг урана. [36]
В 2012 году исследователи ORNL объявили об успешной разработке нового адсорбирующего материала, получившего название «HiCap», который значительно превосходит предыдущие лучшие адсорбенты, удерживающие на поверхности твердые или газовые молекулы, атомы или ионы. [37] «Мы показали, что наши адсорбенты могут извлекать в пять-семь раз больше урана при скорости поглощения в семь раз быстрее, чем лучшие в мире адсорбенты», - сказал Крис Янке, один из изобретателей и член отдела материаловедения и технологий ORNL. Согласно результатам, подтвержденным исследователями из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории , HiCap также эффективно удаляет токсичные металлы из воды. [38] [39]
В 2012 году было подсчитано, что этот источник топлива может быть добыт по цене, в 10 раз превышающей нынешнюю цену урана. [40] В 2014 году, с учетом достижений в эффективности добычи урана из морской воды, было высказано предположение, что производство топлива для легководных реакторов из морской воды будет экономически конкурентоспособным, если этот процесс будет реализован в больших масштабах. [41] Уран, добываемый в промышленных масштабах из морской воды, будет постоянно пополняться как за счет речной эрозии горных пород, так и за счет естественного процесса растворения урана с поверхности дна океана, оба из которых поддерживают равновесие растворимости концентрации морской воды на стабильном уровне. уровень. [42] Некоторые комментаторы утверждают, что это усиливает аргументы в пользу того, что ядерную энергетику следует считать возобновляемой энергией . [43]
Уран может быть извлечен как побочный продукт вместе с другими побочными продуктами, такими как молибден, ванадий, никель, цинк и нефтепродукты. Уран также часто встречается в фосфатных минералах, откуда его необходимо удалять, поскольку фосфат в основном используется для удобрений. Фосфогипс — это отход добычи фосфатов, который может содержать значительные количества урана и радия. Угольная зола также содержит значительное количество урана и была предложена в качестве источника для добычи урана.
Уран в природе встречается во многих горных породах и даже в морской воде. Однако, как и другие металлы, его концентрация редко бывает достаточной, чтобы его можно было экономически извлечь. [44] Как и любой ресурс, уран нельзя добывать в любой желаемой концентрации. Независимо от технологии, в какой-то момент добывать руду более низкого качества становится слишком дорого. Горнодобывающие компании обычно считают, что концентрации выше 0,075% (750 частей на миллион) являются рудой или породой, экономически выгодной для добычи при текущих рыночных ценах на уран. [45] В земной коре содержится около 40 триллионов тонн урана, но большая его часть распределена в следовых концентрациях по всей его поверхности.Масса 3 × 10 19 тонн . [46] [47] По оценкам, количество, сконцентрированное в руде, доступной для добычи по цене менее 130 долларов за кг, может составлять менее миллионной доли от этой суммы. [48]
Уран-235, делящийся изотоп урана, используемый в ядерных реакторах, составляет около 0,7% урана из руды. Это единственный природный изотоп, способный напрямую генерировать ядерную энергию. Хотя уран-235 можно «вывести» из234
U , естественный продукт распада238
U присутствует в концентрации 55 частей на миллион во всех образцах природного урана, уран-235, в конечном счете, является конечным невозобновляемым ресурсом . [51] [52]
Из-за низкой цены на уран в настоящее время большинство коммерческих легководных реакторов работают по «однократному топливному циклу», который оставляет практически всю энергию, содержащуюся в исходном топливе.238U , составляющий более 99% природного урана, не используется. Ядерная переработка может восстановить часть этой энергии путем производства МОХ-топлива или ремикс-топлива для использования в обычных легководных реакторах, производящих электроэнергию. Эта технология в настоящее время используется в промышленных масштабах во Франции, России и Японии. Однако при нынешних ценах на уран многие считают это неэкономичным, если рассматривать только «входную» сторону. [ нужны разъяснения ]
Технология реактора-размножителя может позволить нынешним запасам урана обеспечивать человечество электроэнергией в течение миллиардов лет, тем самым превращая ядерную энергетику в устойчивую энергетику . [53] [54]
Запасы – это наиболее доступные ресурсы. [55] Около 96% мировых запасов урана находятся в этих десяти странах: Австралии, Канаде, Казахстане, Южной Африке, Бразилии, Намибии, Узбекистане, США, Нигере и России. [56]
Известные ресурсы урана представляют собой более высокий уровень гарантированных ресурсов, чем обычно для большинства полезных ископаемых. Дальнейшая разведка и более высокие цены, на основе нынешних геологических знаний, безусловно, приведут к появлению дополнительных ресурсов по мере того, как существующие будут израсходованы. В период с 1985 по 2005 год разведка урана велась очень незначительно, поэтому значительный рост геологоразведочных работ, который мы наблюдаем сейчас, может легко удвоить известные экономические ресурсы. Если исходить из аналогии с другими металлическими минералами, то можно ожидать, что удвоение цены по сравнению с уровнем цен 2007 года со временем приведет к примерно десятикратному увеличению измеренных ресурсов. [57]
Известные традиционные ресурсы – это ресурсы, о существовании которых известно и которые легко добыть. [55] В 2006 году насчитывалось около 4 миллионов тонн традиционных ресурсов. [58] В 2011 году этот показатель увеличился до 7 миллионов тонн. Разведка урана увеличилась: с 1981 по 2007 год ежегодные расходы на разведку выросли незначительно: с 4 миллионов долларов США до 7 миллионов долларов США. В 2011 году эта цифра увеличилась до 11 миллионов долларов США. [59]
Крупнейшие в мире месторождения урана находятся в трех странах. Австралия обладает чуть более 30% обоснованно подтвержденных и предполагаемых ресурсов урана в мире – около 1,673 мегатонны (3,69 × 10 9 фунтов). [44] Казахстан обладает около 12% мировых запасов, или около 651 килотонны (1,4 × 10 9 фунтов). [60] Канада имеет 485 килотонн (1100 × 10 6 фунтов) урана, что составляет около 9%. [44]
Неоткрытые традиционные ресурсы – это ресурсы, которые предположительно существуют, но не были добыты. [55] Потребуются значительные усилия по разведке и разработке, чтобы найти оставшиеся месторождения и начать их добычу. Однако, поскольку в настоящее время вся география Земли не исследована на наличие урана, все еще существует потенциал для обнаружения пригодных для эксплуатации ресурсов. [61] В «Красной книге» ОЭСР перечислены районы, все еще открытые для освоения во всем мире. Многие страны проводят полные радиометрические исследования с помощью аэромагнитного градиентометра, чтобы оценить размеры своих неразведанных минеральных ресурсов. В сочетании с гамма-разведкой эти методы позволяют обнаружить необнаруженные месторождения урана и тория. [62] Министерство энергетики США провело первую и единственную национальную оценку урана в 1980 году – программу Национальной оценки ресурсов урана (NURE). [63]
Вторичные ресурсы урана извлекаются из других источников, таких как ядерное оружие, запасы, переработка и повторное обогащение. Поскольку вторичные ресурсы имеют чрезвычайно низкую стоимость открытия и очень низкие затраты на добычу, они вытеснили значительную часть первичной добычи. [64] В 2017 году около 7% спроса на уран было удовлетворено за счет вторичных ресурсов. [65] [66]
Из-за сокращения запасов ядерного оружия большое количество бывшего оружейного урана было высвобождено для использования в гражданских ядерных реакторах. В результате, начиная с 1990 года, значительная часть потребностей ядерной энергетики в уране удовлетворялась за счет бывшего оружейного урана, а не вновь добытого урана. В 2002 году добытый уран обеспечил лишь 54 процента потребностей ядерной энергетики. [67] Но по мере того, как запасы бывшего оружейного урана были израсходованы, добыча увеличилась, так что в 2012 году добыча обеспечила 95 процентов потребностей реакторов, а Агентство по ядерной энергии ОЭСР и Международное агентство по атомной энергии прогнозировали, что разрыв в поставки будут полностью прекращены в 2013 году. [68] [69]
Инвентаризации ведутся различными организациями – государственными, коммерческими и другими. [70] [71]
Министерство энергетики США хранит запасы для обеспечения безопасности поставок на случай чрезвычайных ситуаций, когда уран недоступен по любой цене. [72]
И США, и Россия обязались переработать свое ядерное оружие в топливо для производства электроэнергии. Эта программа известна как Программа «Мегатонны в мегаватты» . [73] Смешивание 500 тонн (1100 × 10 3 фунтов) высокообогащенного урана (ВОУ) из российского оружия приведет к получению примерно 15 килотонн (33 000 × 10 3 фунтов) низкообогащенного урана (НОУ) в течение 20 лет. Это эквивалентно примерно 152 килотоннам (340 × 10 6 фунтов) природного урана, что чуть более чем вдвое превышает годовую мировую потребность. С 2000 года 30 тонн (66 × 10 3 фунтов) военного ВОУ заменяют около 10,6 килотонн (23 × 10 6 фунтов) добычи оксида урана в год, что составляет около 13% мировых потребностей в реакторах. [74] Программа «Мегатонны в мегаватты» завершилась в 2013 году. [73]
Плутоний, извлеченный из ядерного оружия или других источников, можно смешать с урановым топливом для получения смешанного оксидного топлива. В июне 2000 года США и Россия договорились утилизировать по 34 килотонны (75 × 10 6 фунтов) оружейного плутония к 2014 году. США обязались реализовать самофинансируемую двойную программу (иммобилизация и МОХ-топливо). Страны «Большой семерки» предоставили 1 миллиард долларов США на создание российской программы. Последний изначально был специально разработан для реакторов ВВЭР, российской версии водо-водяного реактора (PWR), причем его высокая стоимость объяснялась тем, что это не было частью российской политики топливного цикла. Это МОХ-топливо для обеих стран эквивалентно примерно 12 килотоннам (26 × 10 6 фунтов) природного урана. [75] США также взяли на себя обязательства по утилизации 151 тонны (330 × 10 3 фунтов) безотходного ВОУ. [76]
Ядерная переработка (или рециркуляция) может увеличить запасы урана за счет отделения урана от отработанного ядерного топлива . Отработанное ядерное топливо в основном состоит из урана с типичной концентрацией около 96% по массе. [77] Состав переработанного урана зависит от времени нахождения топлива в реакторе, но в основном это уран-238 , около 1% урана-235 , 1% урана-236 и меньшие количества других изотопов, включая уран-236. 232 .
В настоящее время в мире существует одиннадцать перерабатывающих заводов. Из них два являются крупными коммерческими заводами по переработке отработавших топливных элементов легководных реакторов с производительностью более 1 килотонны (2,2 × 10 6 фунтов) урана в год. Это Ла-Аг, Франция, мощностью 1,6 килотонны (3,5 × 10 6 фунтов) в год и Селлафилд , Англия, мощностью 1,2 килотонны (2,6 × 10 6 фунтов) урана в год. Остальные — небольшие экспериментальные заводы. [78] Два крупных коммерческих завода по переработке вместе могут перерабатывать 2800 тонн урановых отходов в год. [79] В прошлом в США были заводы по переработке, но в конце 1970-х годов переработка была запрещена из-за высоких затрат и риска распространения ядерного оружия через плутоний.
Основными проблемами переработки урана являются стоимость добытого урана по сравнению со стоимостью переработки, [80] [81] В настоящее время переработка и использование плутония в качестве реакторного топлива обходятся гораздо дороже, чем использование уранового топлива и утилизация отработавшего урана. топливо напрямую – даже если топливо перерабатывается только один раз. [82] Переработка наиболее полезна как часть ядерного топливного цикла с использованием реакторов на быстрых нейтронах, поскольку переработанный уран и плутоний реакторного качества имеют изотопный состав, неоптимальный для использования в современных реакторах на тепловых нейтронах .
Нетрадиционные ресурсы – это места, требующие новых технологий для их разработки и/или использования. Часто нетрадиционные ресурсы встречаются в низкой концентрации. Разработка нетрадиционного урана требует дополнительных усилий в области исследований и разработок, в которых нет непосредственной экономической необходимости, учитывая большую базу традиционных ресурсов и возможность переработки отработавшего топлива. [83] Фосфаты, морская вода, ураноносная угольная зола и некоторые виды горючих сланцев являются примерами нетрадиционных ресурсов урана.
Уран встречается в концентрациях от 50 до 200 частей на миллион (ppm) в насыщенной фосфатами земле или фосфоритной породе . По мере роста цен на уран возник интерес к добыче урана из фосфоритной руды, которая обычно используется в качестве основы фосфорных удобрений. [84] В фосфатных месторождениях имеется 22 миллиона тонн урана. Извлечение урана из фосфатов является отработанной технологией ; [83] он использовался в Бельгии и США, но высокие затраты на добычу ограничивают использование этих ресурсов: согласно отчету ОЭСР за 2003 г. новый проект мощностью 100 тU/год. [85] Исторические эксплуатационные затраты на извлечение урана из фосфорной кислоты колеблются в пределах $48–119/кг U 3 O 8 . [86] В 2011 году средняя цена за U 3 O 8 в США составила $122,66/кг. [87]
Во всем мире действовало около 400 заводов по производству фосфорной кислоты мокрым способом . Если предположить, что среднее извлекаемое содержание урана составляет 100 частей на миллион, и что цены на уран не вырастут настолько, что фосфаты будут использоваться в основном для производства удобрений , этот сценарий приведет к максимальному теоретическому годовому производству в 3,7 килотонн (8,2 × 10 6 фунтов). У 3 О 8 . [88]
Нетрадиционные ресурсы урана включают до 4000 мегатонн (8800 × 109 фунтов ) урана, содержащегося в морской воде. В лабораторных масштабах было продемонстрировано несколько технологий извлечения урана из морской воды. По данным ОЭСР, уран можно извлечь из морской воды по цене около 300 долларов США за кг урана. [85]
В 2012 году исследователи ORNL объявили об успешной разработке нового абсорбирующего материала, получившего название HiCap, который значительно превосходит предыдущие лучшие адсорбенты, удерживающие на поверхности твердые или газовые молекулы, атомы или ионы. «Мы показали, что наши адсорбенты могут извлекать в пять-семь раз больше урана при скорости поглощения в семь раз быстрее, чем лучшие в мире адсорбенты», - сказал Крис Янке, один из изобретателей и член отдела материаловедения и технологий ORNL. Согласно результатам, подтвержденным исследователями из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории , HiCap также эффективно удаляет токсичные металлы из воды. [89] [90] [91] [92] [93]
Согласно исследованию Ок-Риджской национальной лаборатории , теоретический максимальный энергетический потенциал (при использовании в реакторах-размножителях ) следов урана и тория в угле фактически превышает энергию, выделяемую при сжигании самого угля. [95] И это несмотря на очень низкую концентрацию урана в угле, составляющую всего лишь несколько частей на миллион в среднем перед сжиганием.
С 1965 по 1967 год Union Carbide управляла заводом в Северной Дакоте , США, сжигающим урансодержащий бурый уголь и извлекающим уран из золы. Перед закрытием завод произвел около 150 тонн U 3 O 8 . [96]
Международный консорциум приступил к изучению возможности коммерческого извлечения урана из золы ураноносного угля на угольных электростанциях, расположенных в провинции Юньнань, Китай. [83] Первое лабораторное количество желтого урана, извлеченного из золы урансодержащего угля, было объявлено в 2007 году. [97] Три угольные электростанции в Сяолунтане, Далунттане и Кайюане накопили золу. Первоначальные испытания кучи пепла Сяолунтан показали, что материал содержит (160–180 частей на миллион урана), что позволяет предположить, что в общей сложности только из этой кучи пепла можно извлечь 2,085 килотонн (4,60 × 10 6 фунтов) U 3 O 8 . [97]
Некоторые горючие сланцы содержат уран, который можно извлечь в качестве побочного продукта. В период с 1946 по 1952 год морской тип сланца Диктионема использовался для производства урана в Силламяэ , Эстония, а между 1950 и 1989 годами с той же целью использовался глиноземный сланец в Швеции. [98]
Реактор-размножитель производит больше ядерного топлива, чем потребляет, и, таким образом, может увеличить запасы урана. Обычно он превращает доминирующий изотоп природного урана, уран-238, в делящийся плутоний-239. Это приводит к стократному увеличению количества энергии, производимой на единицу массы урана, поскольку уран-238, составляющий 99,3% природного урана, не используется в обычных реакторах, в которых вместо этого используется уран-235 (содержащий 0,7% природного урана). природного урана). [99] В 1983 году физик Бернард Коэн предположил, что мировые запасы урана фактически неисчерпаемы и поэтому могут рассматриваться как форма возобновляемой энергии . [54] [53] Он утверждает, что быстрые реакторы-размножители , работающие на естественно восполняемом уране-238, извлеченном из морской воды, могут обеспечивать энергию, по крайней мере, в течение ожидаемого оставшегося срока службы Солнца в пять миллиардов лет. [54]
Существует два типа заводчиков: быстрые заводчики и термические заводчики. Усилия по коммерциализации реакторов-размножителей оказались в основном безуспешными из-за более высоких затрат и сложности по сравнению с LWR, а также из-за политической оппозиции. [100] Существует несколько коммерческих реакторов-размножителей. В 2016 году российский реактор-размножитель быстрых нейтронов БН-800 начал промышленное производство на полную мощность (800 МВт), присоединившись к предыдущему БН-600 . По состоянию на 2020 год [обновлять]китайский CFR-600 находится в стадии строительства после успеха китайского экспериментального быстрого реактора на базе БН-800. Эти реакторы в настоящее время производят в основном электроэнергию, а не новое топливо, поскольку обилие и низкая цена добытого и переработанного оксида урана делает разведение неэкономичным, но они могут переключиться на производство нового топлива и замкнуть цикл по мере необходимости. Реактор CANDU , который был спроектирован для работы на природном уране, способен использовать в качестве топлива отработанное топливо легководных реакторов, поскольку оно содержит больше делящегося материала , чем природный уран. Исследования «DUPIC» – прямого использования отработавшего топлива PWR в реакторах типа CANDU – продолжаются и могут повысить удобство использования топлива без необходимости переработки. [101]
Быстрый размножитель, помимо потребления урана-235, преобразует воспроизводящий уран-238 в плутоний-239 , делящееся топливо. Реакторы-размножители на быстрых нейтронах более дороги в строительстве и эксплуатации, включая переработку, и могут быть экономически оправданы только в том случае, если цены на уран в реальном выражении вырастут до значений, существовавших до 1980 года. Помимо значительного увеличения запасов пригодного для использования топлива, эти реакторы имеют преимущество в том, что они производят меньше долгоживущих трансурановых отходов и могут потреблять ядерные отходы нынешних легководных реакторов , генерируя при этом энергию. [102]
Урана оказалось гораздо больше, чем предполагалось, и цена на уран быстро упала (с резким скачком вверх в 1970-х годах). Вот почему Соединенные Штаты прекратили их использование в 1977 году, [103] а Великобритания отказалась от этой идеи в 1994 году. [104] При использовании FBR возникли серьезные технические проблемы и проблемы с материалами, а геологические исследования показали, что дефицита урана не будет. беспокойство в течение некоторого времени. К 1980-м годам из-за обоих факторов стало ясно, что FBR не смогут быть коммерчески конкурентоспособными по сравнению с существующими легководными реакторами. Экономика FBR по-прежнему зависит от стоимости получаемого плутониевого топлива по сравнению со стоимостью свежего урана. [105]
При более высоких ценах на уран реакторы-размножители могут быть экономически оправданы. Во многих странах существуют текущие исследовательские программы селекционеров. Китай, Индия и Япония планируют широкомасштабное использование реакторов-размножителей в ближайшие десятилетия. Наработан 300-реакторолетний опыт их эксплуатации. [106]
Делящийся уран можно производить из тория в тепловых реакторах-размножителях. Тория в три раза больше, чем урана. Торий-232 сам по себе не расщепляется, но его можно превратить в делящийся уран-233 в реакторе-размножителе. В свою очередь, уран-233 может расщепляться с тем преимуществом, что в результате захвата нейтронов образуется меньшее количество трансуранов по сравнению с ураном-235 и особенно по сравнению с плутонием-239 .
Несмотря на ряд привлекательных особенностей ториевого топливного цикла , его крупномасштабная разработка может столкнуться с трудностями, главным образом из-за сложности разделения и переработки топлива. [107] Сторонники реакторов с жидкой активной зоной и расплавленных солей , таких как LFTR, утверждают, что эти технологии сводят на нет вышеупомянутые недостатки тория, присутствующие в твердотопливных реакторах.
Первый успешный коммерческий реактор в Энергетическом центре Индиан-Пойнт в Бьюкенене, штат Нью-Йорк (блок № 1 Индиан-Пойнт) работал на тории. Первое ядро не оправдало ожиданий. [108] [ нужны разъяснения ]
Крупнейшими мировыми производителями урана в 2017 году были Казахстан (39% мировой добычи), Канада (22%) и Австралия (10%). Другие крупные производители включают Намибию (6,7%), Нигер (6%) и Россию (5%). [66] Производство урана в 2017 году составило 59 462 тонны, что составляет 93% потребности. [65] Остальное получено за счет запасов коммунальных предприятий и других компаний топливного цикла, запасов правительств, отработанного реакторного топлива, которое было переработано, переработанных материалов военных ядерных программ и урана в запасах обедненного урана. [109] [ нужно обновить ]
Спрос на уран в 2017 году составил 62,8 килотонн (138 × 10 6 фунтов). [110]
Поскольку некоторые страны не в состоянии экономически обеспечить свои собственные потребности в уране, страны прибегли к импорту урановой руды из других мест. Например, в 2006 году владельцы атомных энергетических реакторов США купили 67 миллионов фунтов (30 кт) природного урана. По данным Министерства энергетики, из этого количества 84%, или 56 миллионов фунтов (25 кт), было импортировано у иностранных поставщиков. [111]
Благодаря усовершенствованиям в технологии газовых центрифуг в 2000-х годах, заменившим прежние газодиффузионные установки, более дешевые разделительные рабочие установки позволили экономично производить более обогащенный уран из заданного количества природного урана путем повторного обогащения хвостов, в конечном итоге оставляя хвост обедненного урана. более низкого обогащения. Это несколько снизило спрос на природный уран. [110]
По данным Cameco Corporation, спрос на уран напрямую связан с количеством электроэнергии, вырабатываемой атомными электростанциями. Мощность реакторов растет медленно, реакторы работают более продуктивно, с более высокими коэффициентами мощности и уровнями мощности реакторов. Улучшение производительности реактора приводит к увеличению потребления урана. [112]
Атомные электростанции мощностью 1000 мегаватт требуют около 200 тонн (440 × 10 3 фунтов) природного урана в год. Например, в Соединенных Штатах имеется 103 действующих реактора со средней генерирующей мощностью 950 МВт. В 2005 году им потребовалось более 22 килотонн (49 × 10 6 фунтов) природного урана. [113] По мере увеличения числа атомных электростанций растет и спрос на уран.
Поскольку строительство атомных электростанций занимает много времени, а дозаправка топлива осуществляется через спорадические, предсказуемые промежутки времени, спрос на уран в краткосрочной перспективе довольно предсказуем. Она также в меньшей степени зависит от краткосрочных циклов экономического бума и спада, поскольку атомная энергетика имеет одно из самых сильных соотношений постоянных и переменных затрат (т.е. предельные затраты на эксплуатацию, а не на бездействие уже построенной электростанции, очень низки по сравнению с капитальные затраты на строительство), и поэтому почти никогда не рекомендуется оставлять атомную электростанцию бездействующей по экономическим причинам. Однако ядерная политика может привести к краткосрочным колебаниям спроса, о чем свидетельствует поэтапный отказ от ядерной энергетики в Германии , решение о котором было принято правительством Герхарда Шредера (1998–2005 гг.) и отменено во время второго кабинета Меркель (2009–2013 гг.) только на один период. изменение этого изменения произошло в результате ядерной аварии на Фукусиме , которая также привела к временной остановке нескольких немецких атомных электростанций.
Вообще говоря, в случае ядерной энергетики стоимость топлива имеет наименьшую долю в общих затратах на энергию среди всех видов энергии, потребляющих топливо (т.е. ископаемое топливо, биомасса и ядерная энергия). Кроме того, учитывая огромную энергетическую плотность ядерного топлива (особенно в форме обогащенного урана или высококачественного плутония), легко накопить такое количество топливного материала, которого хватит на несколько лет при постоянном потреблении. Электростанции, которые не имеют возможности онлайн-дозаправки , как и в случае с подавляющим большинством действующих коммерческих электростанций, будут дозаправляться как можно реже, чтобы избежать дорогостоящих простоев, и обычно планируют остановки для дозаправки заблаговременно, чтобы обеспечить возможность технического обслуживания и проверки. также использовать запланированное время простоя. Таким образом, операторы электростанций, как правило, заключают долгосрочные контракты с поставщиками топлива, на которые – если вообще – лишь незначительно влияют колебания цен на уран. Влияние на цену электроэнергии для конечных потребителей незначительно даже в таких странах, как Франция, которые получают большую часть своей электроэнергии за счет атомной энергии. Тем не менее, краткосрочные изменения цен, такие как урановый пузырь 2007 года , могут иметь серьезные последствия для горнодобывающих компаний, поисков и экономических расчетов относительно того, целесообразно ли определенное месторождение для коммерческих целей.
С 1981 года цены и объемы урана в США сообщаются Министерством энергетики . [114] [115] Импортная цена упала с 32,90 долларов США/фунт U 3 O 8 в 1981 году до 12,55 в 1990 году и ниже 10 долларов США/фунт U 3 O 8 в 2000 году. Цены, уплаченные за уран. в 1970-е годы были выше: 43 доллара США/фунт U 3 O 8 сообщает Центр ядерной информации как продажная цена австралийского урана в 1978 году. Цены на уран достигли рекордно низкого уровня в 2001 году и составили 7 долларов США за фунт, но в апреле 2007 года цена урана на спотовом рынке выросла до 113 долларов США за фунт, [116] высшей точки уранового пузыря 2007 года . Это было очень близко к рекордному уровню (с поправкой на инфляцию) 1977 года. [117]
После ядерной катастрофы на Фукусиме в 2011 году глобальный урановый сектор оставался в депрессии: цены на уран упали более чем на 50%, снизилась стоимость акций и снизилась прибыльность производителей урана с марта 2011 года по 2014 год. В результате урановые компании во всем мире сокращают затраты. и ограничения операций. [118] [ ненадежный источник? ] Например, компания Westwater Resources (ранее Uranium Resources) была вынуждена прекратить все операции по добыче урана из-за неблагоприятных цен. С тех пор Westwater попыталась выйти на другие рынки, а именно лития и графита . [119]
По состоянию на июль 2014 года цена на урановый концентрат оставалась вблизи пятилетнего минимума, причем цена на уран упала более чем на 50% по сравнению с пиковой спотовой ценой в январе 2011 года, что отражает потерю спроса в Японии после ядерной катастрофы на Фукусиме в 2011 году . [120] В результате продолжающихся низких цен в феврале 2014 года горнодобывающая компания Cameco отложила планы по расширению производства на существующих канадских рудниках, хотя продолжала работу по открытию новой шахты в Сигар-Лейк. [121] Также в феврале 2014 года компания Paladin Energy приостановила работу на своем руднике в Малави, заявив, что дорогостоящая операция приводит к убыткам в текущих ценах. [122]
В целом краткосрочные колебания цен на уран больше беспокоят операторов и владельцев шахт и потенциально прибыльных месторождений, чем операторов электростанций. Благодаря высокой энергетической плотности уран легко накапливать в виде стратегических запасов , и, таким образом, краткосрочное повышение цен может быть компенсировано путем доступа к этим запасам. [123] Более того, многие страны де-факто имеют запасы в виде переработанного урана [124] или обедненного урана , которые все еще содержат долю расщепляющегося материала , что может сделать повторное обогащение целесообразным, если этого потребуют рыночные условия. [125] Ядерная переработка отработавшего топлива – по состоянию на 2020-е годы – осуществляется в коммерческих целях, главным образом, для использования делящегося материала, все еще содержащегося в отработавшем топливе. Широко используемый процесс PUREX восстанавливает уран и плутоний, которые затем могут быть преобразованы в МОХ-топливо для использования в тех же легководных реакторах, в которых производилось отработавшее топливо. Вопрос о том, является ли переработка экономичной, является предметом многочисленных споров и частично зависит от предположений относительно цены урана и стоимости захоронения через глубокие геологические хранилища или ядерную трансмутацию . [126] [127] [128] Реакторы, которые могут работать на природном уране, потребляют меньше добытого урана на единицу произведенной энергии, но могут иметь более высокие капитальные затраты на строительство из-за необходимости использования тяжелой воды в качестве замедлителя . [129] Кроме того, они должны иметь возможность онлайн-дозаправки, поскольку выгорание , достижимое при использовании природного урана, ниже, чем при использовании обогащенного урана – необходимость остановки всего реактора для каждой дозаправки быстро сделает такой реактор нерентабельным. [130] Реакторы-размножители также становятся более экономичными по мере роста цен на уран, и именно снижение цен на уран в 1970-х годах привело к падению интереса к технологии реакторов-размножителей. [131] [132] Ториевый топливный цикл является дальнейшей альтернативой, если и когда цены на уран останутся на устойчиво высоком уровне и, следовательно, интерес к этой альтернативе нынешней «основной» технологии легководных реакторов будет зависеть в немалой степени от цен на уран. [133]
Добыча урана является незаконной в ряде юрисдикций. Поскольку уран часто добывается параллельно с другими полезными ископаемыми, на практике запрет обычно означает, что уран снова захоранивается на руднике после первоначальной добычи.
В марте 1951 года Комиссия по атомной энергии США (AEC) установила высокую цену на урановую руду. Возникшая в результате лихорадка урана привлекла на Юго-Запад многих старателей. Чарльз Стин сделал важное открытие недалеко от Моава, штат Юта , а Пэдди Мартинес сделал еще одно важное открытие возле Грантса, штат Нью-Мексико . Однако к 1960-м годам США, СССР, Франция и Китай сокращали закупки урана. Соединенные Штаты начали обогащать только уран, добываемый внутри страны, но к 1965 году производство упало на 40 процентов. К 1971 году, пытаясь остановить дальнейшее снижение цен, руководители горнодобывающих компаний UCAN, Nufcor, Rio Tinto и представители правительства согласились разделить рынок с канадцами, получившими 33,5 процента, Южной Африкой 23,75 процента, Францией 21,75 процента, Австралией 17 процентов и и Rio Tinto Zinc 4 процента. К 1974 году это соглашение о доле рынка закончилось, поскольку цены на уран выросли вместе с ценами на энергоносители из-за бойкота ОПЕК , а Соединенные Штаты отменили торговый запрет на иностранный уран. [5] : 131–135, 144–151, 157–161, 191–196.
В Европе сложилась неоднозначная ситуация. Значительные мощности атомной энергетики созданы, особенно в Бельгии, Финляндии, Франции, Германии, Испании, Швеции, Швейцарии и Великобритании. Во многих странах развитие ядерной энергетики было остановлено и прекращено в результате судебных исков. В Италии использование ядерной энергии было запрещено референдумом 1987 года; сейчас это находится на доработке. [134] Ирландия в 2008 году также не планировала менять свою неядерную позицию . [135]
В 1976 и 1977 годах добыча урана стала серьезной политической проблемой в Австралии, а отчет Ranger Inquiry (Fox) положил начало общественным дебатам о добыче урана. [136] Группа «Движение против добычи урана» была сформирована в 1976 году, и было проведено множество протестов и демонстраций против добычи урана. [136] [137] Опасения связаны с риском для здоровья и экологическим ущербом от добычи урана. Среди известных австралийских антиурановых активистов были Кевин Буззакотт , Жаки Катона , Ивонн Маргарула и Джиллиан Марш. [138] [139] [140]
Всемирные слушания по урану были проведены в Зальцбурге, Австрия , в сентябре 1992 года. Антиядерные ораторы со всех континентов, включая представителей коренных народов и ученых, свидетельствовали о проблемах для здоровья и окружающей среды, связанных с добычей и переработкой урана, ядерной энергетикой , ядерным оружием , ядерными испытаниями. и захоронение радиоактивных отходов . [141] На слушаниях 1992 года выступали: Томас Баньясия , Кацуми Фурицу , Мануэль Пино и Флойд Ред Кроу Вестерман . Они подчеркнули угрозу радиоактивного заражения всем народам, особенно коренным народам, и заявили, что их выживание требует самоопределения и акцента на духовных и культурных ценностях. Выступали за увеличение коммерциализации возобновляемых источников энергии . [142]
Королевство Саудовская Аравия при помощи Китая построило предприятие по добыче желтого урана из урановой руды. По словам западных чиновников, располагающих информацией о месте добычи, богатое нефтью королевство проводит этот процесс с целью поддержки ядерных технологий. Однако министр энергетики Саудовской Аравии отрицает факт строительства предприятия по добыче урановой руды и утверждает, что добыча полезных ископаемых является фундаментальной частью стратегии королевства по диверсификации экономики. [143]
Несмотря на санкции против России, некоторые страны все еще будут покупать ее уран в 2022 году, [144] а некоторые утверждают, что ЕС должен остановиться. [145] По данным S&P Global на 2022 год, нероссийские горнодобывающие компании ждут большей определенности, прежде чем принимать решение о том, инвестировать ли в новые рудники. [146][обновлять]
Урановая руда выделяет газ радон . Последствия высокого воздействия радона на здоровье представляют собой особую проблему при добыче урана; Значительное превышение смертности от рака легких было выявлено в ходе эпидемиологических исследований среди шахтеров, добывающих уран, работавших в 1940-х и 1950-х годах. [147] [148] [149]
Первые крупные исследования радона и здоровья произошли в контексте добычи урана, сначала в регионе Иоахимсталь в Богемии , а затем на юго-западе США в начале холодной войны . Поскольку радон является продуктом радиоактивного распада урана, подземные урановые рудники могут иметь высокие концентрации радона. Многие шахтеры урана в регионе Четырех Углов заболели раком легких и другими патологиями в результате высокого уровня воздействия радона в середине 1950-х годов. Рост заболеваемости раком легких был особенно заметен среди шахтеров навахо и мормонов (у которых обычно низкий уровень заболеваемости раком легких). [150] Частично это связано с религиозным запретом на курение в мормонизме. [151] [152] В этот период стандарты безопасности, требующие дорогостоящей вентиляции, широко не применялись и не контролировались. [153] Хотя воздействие радона является основным источником рака легких у некурящих, которые не подвергаются воздействию асбеста , существуют доказательства того, что сочетание курения и воздействия радона увеличивает риск выше совокупного риска любого вредного вещества. [154] [155]
В исследованиях шахтеров урана у рабочих, подвергавшихся воздействию радона в концентрациях от 50 до 150 пикокюри радона на литр воздуха (2000–6000 Бк/м 3 ) в течение примерно 10 лет, было выявлено увеличение частоты рака легких. [156] Статистически значимое увеличение смертности от рака легких наблюдалось после кумулятивного воздействия менее 50 WLM. [156] В этих результатах наблюдается необъяснимая неоднородность (доверительные интервалы которых не всегда перекрываются). [157] Размер связанного с радоном увеличения риска рака легких варьировался более чем на порядок в разных исследованиях. [158]
С тех пор вентиляция и другие меры использовались для снижения уровня радона в наиболее пострадавших шахтах, которые продолжают работать. В последние годы среднегодовое воздействие на шахтеров урана упало до уровней, аналогичных концентрациям, вдыхаемым в некоторых домах. Это снизило риск профессионального рака, вызванного радоном, хотя он по-прежнему остается проблемой как для тех, кто в настоящее время работает на пострадавших шахтах, так и для тех, кто работал в прошлом. [158] Возможности обнаружения каких-либо избыточных рисков у горнодобывающих компаний в настоящее время, вероятно, невелики, а риски гораздо меньше, чем в первые годы горнодобывающей деятельности. [159] Добыча угля, помимо других рисков для здоровья, также может подвергать шахтеров воздействию радона, поскольку уран (и продукт его распада радон) часто обнаруживаются в угольных месторождениях и вблизи них и могут накапливаться под землей, поскольку радон плотнее воздуха. [160] [161]
В США Закон о компенсации за радиационное воздействие предусматривает компенсацию лицам, страдающим различными проблемами со здоровьем, связанными с радиационным воздействием , или их выжившим родственникам. По этой схеме компенсировались шахтеры, рабочие урановых заводов и транспортники урана.
Несмотря на усилия по очистке урановых месторождений, серьезные проблемы, связанные с наследием урановых разработок, все еще существуют сегодня на территории народа навахо , а также в штатах Юта, Колорадо, Нью-Мексико и Аризона. Сотни заброшенных шахт не были очищены и представляют угрозу для окружающей среды и здоровья во многих общинах. [162] По запросу Комитета Палаты представителей США по надзору и правительственной реформе в октябре 2007 года и по согласованию с народом навахо Агентство по охране окружающей среды (EPA) совместно с Бюро по делам индейцев (BIA) Комиссия (NRC), Министерство энергетики (DOE) и Служба здравоохранения Индии (IHS) разработали скоординированный пятилетний план по борьбе с загрязнением урана. [163] Аналогичные усилия по межведомственной координации начинаются и в штате Нью-Мексико. В 1978 году Конгресс принял Закон о радиационном контроле на хвостохранилищах урановых заводов (UMTRCA) — меру, призванную помочь в очистке 22 бездействующих предприятий по переработке руды на юго-западе страны. Это также включало строительство 19 полигонов для захоронения хвостохранилищ, которые содержат в общей сложности 40 миллионов кубических ярдов низкоактивного радиоактивного материала. [164] По оценкам Агентства по охране окружающей среды, существует 4000 шахт с документально подтвержденной добычей урана и еще 15 000 мест с залежами урана в 14 западных штатах, [165] большинство из которых находятся в районе Четырех Углов и Вайоминге. [166]
Закон о радиационном контроле в хвостах урановых заводов — это экологический закон США , который внес поправки в Закон об атомной энергии 1954 года и дал Агентству по охране окружающей среды полномочия устанавливать санитарные и экологические стандарты для стабилизации, восстановления и утилизации хвостов урановых заводов . Раздел 1 Закона требовал от Агентства по охране окружающей среды установить стандарты защиты окружающей среды, соответствующие Закону о сохранении и восстановлении ресурсов , включая пределы защиты подземных вод ; Министерство энергетики должно внедрить стандарты EPA и обеспечить постоянный уход за некоторыми объектами; и Комиссия по ядерному регулированию для проверки очистки и лицензирования участков для штатов или Министерства энергетики для постоянного ухода. [167] Раздел 1 установил программу восстановительных мер на урановом заводе, совместно финансируемую федеральным правительством и штатом. [168] Раздел 1 Закона также определил 22 недействующих объекта урановых заводов для восстановления, в результате чего в камерах хранения раздела 1 UMTRCA было помещено 40 миллионов кубических ярдов низкоактивного материала. [169]
Пик урана — это момент времени, когда достигается максимальный мировой уровень производства урана . Прогнозы пика урана сильно различаются. Пессимистические прогнозы будущего производства высококачественного урана основаны на тезисе о том, что либо пик уже произошел в 1980-х годах [170], либо что второй пик может произойти где-то около 2035 года. Оптимистические прогнозы утверждают , что запасы гораздо больше чем спрос и не прогнозировать пик урана.
По состоянию на 2017 год [update]выявленные запасы урана, извлекаемые по цене 130 долларов США/кг, составили 6,14 млн тонн (по сравнению с 5,72 млн тонн в 2015 году). При темпах потребления в 2017 году этих запасов хватит чуть более чем на 130 лет снабжения. Выявленные запасы по состоянию на 2017 год, извлекаемые по цене 260 долларов США/кг, составляют 7,99 млн тонн (по сравнению с 7,64 млн тонн в 2015 году). [66]
Ожидаемое количество урана, пригодного для использования в ядерной энергетике и которое можно восстановить, во многом зависит от того, как он используется. Главным фактором являются ядерные технологии: легководные реакторы, составляющие сегодня подавляющее большинство реакторов, потребляют лишь около 0,5% уранового топлива, оставляя более 99% его в виде отходов отработанного топлива. Вместо этого быстрые реакторы-размножители потребляют около 99% уранового топлива. Еще одним фактором является возможность извлекать уран из морской воды. Около 4,5 миллиардов тонн урана можно получить из морской воды, что примерно в 10 раз превышает текущую цену урана при нынешних технологиях добычи, что примерно в тысячу раз превышает известные запасы урана. [171] Земная кора содержит около 65 триллионов тонн урана, из которых около 32 тысяч тонн попадают в океаны в год через реки, которые сами питаются в результате геологических циклов эрозии, субдукции и поднятия. [53] Таким образом, возможность экономично извлекать уран из морской воды сделает уран возобновляемым ресурсом на практике. Уран также можно получить из тория (который сам по себе в 3–4 раза более распространен, чем уран) в некоторых реакторах-размножителях, хотя в настоящее время в мире нет коммерчески практичных ториевых реакторов, и их разработка потребует значительных финансовых вложений, что не оправдано с учетом текущие низкие цены на природный уран. [172]
По данным Energy Watch Group, тринадцать стран достигли пика и исчерпали свои экономически извлекаемые запасы урана при текущих ценах . [48]
Как и в случае с любым другим природным металлическим ресурсом, каждое десятикратное увеличение стоимости килограмма урана приводит к трехсоткратному увеличению количества доступных руд более низкого качества, которые затем станут экономически выгодными. [50] Эту теорию можно было наблюдать на практике во время уранового пузыря в 2007 году, когда беспрецедентный рост цен привел к инвестициям в разработку месторождений более низкого качества, которые в основном превратились в бесполезные активы после того, как цены на уран вернулись на более низкий уровень.
В земной коре содержится около 40 триллионов тонн урана, но большая его часть распределена по его следам с низкой концентрацией частей на миллион.Масса 3 × 10 19 тонн . [46] [47] По оценкам, количество, сконцентрированное в руде, доступной для добычи по цене менее 130 долларов за кг, может составлять менее миллионной доли от этой суммы. [48]
Одно подвергнутое резкой критике [173] исследование жизненного цикла, проведенное Яном Виллемом Стормом ван Леувеном, показало, что содержание руды ниже 0,01–0,02% (100–200 частей на миллион) требует энергии для добычи и переработки руды для поставки топлива, эксплуатации реакторов и правильной утилизации. приближается к энергии, полученной при использовании урана в качестве делящегося материала в реакторе. [174] Однако исследователи из Института Пола Шеррера , анализировавшие статью Яна Виллема Сторма ван Леувена , подробно описали ряд неверных предположений Яна Виллема Сторма ван Леувена, которые привели их к этой оценке, включая их предположение о том, что вся энергия, используемая в добыча Олимпийской плотины — это энергия, используемая при добыче урана, когда этот рудник представляет собой преимущественно медный рудник, а уран добывается только как побочный продукт, наряду с золотом и другими металлами. [173] В докладе Яна Виллема Шторма ван Леувена также предполагается, что все обогащение осуществляется с помощью более старой и более энергоемкой газодиффузионной технологии, в то время как менее энергоемкая технология газовых центрифуг позволяет производить большую часть обогащенного урана в мире в течение ряда лет. десятилетий.
На заре атомной промышленности считалось, что урана очень мало, поэтому необходим замкнутый топливный цикл . Реакторы на быстрых нейтронах потребуются для создания ядерного топлива для других энергетических реакторов. В 1960-е годы новые открытия запасов и новые методы обогащения урана развеяли эти опасения. [59]
Оценка ядерной энергетики, проведенная группой Массачусетского технологического института в 2003 году и обновленная в 2009 году, показала, что: [175]
Большинство комментаторов приходят к выводу, что полвека беспрепятственного роста возможно, тем более, что ресурсы стоимостью в несколько сотен долларов за килограмм (не оцененные в Красной книге) также будут экономически пригодными... Мы считаем, что мировые запасы урановой руды достаточно, чтобы обеспечить развертывание 1000 реакторов в течение следующих полувека.
По словам Роберта Вэнса из Агентства по ядерной энергии ОЭСР, мировые темпы производства урана уже достигли своего пика в 1980 году, составив 69 683 тонны (150 × 10 6 фунтов) U 3 O 8 в 22 странах. Однако это не связано с отсутствием производственных мощностей. Исторически сложилось так, что урановые рудники и заводы по всему миру работали примерно на 76% от общей производственной мощности, варьируясь в пределах от 57% до 89%. Низкие темпы производства во многом объясняются избыточными мощностями. Медленный рост ядерной энергетики и конкуренция со стороны вторичных поставок до недавнего времени значительно снижали спрос на свежедобынный уран. Вторичные поставки включают военные и коммерческие запасы, обогащенные урановые хвосты, переработанный уран и смешанное оксидное топливо. [170]
По данным Международного агентства по атомной энергии , мировое производство добытого урана в прошлом достигало пика дважды: один раз, примерно в 1960 году, в ответ на накопление запасов для использования в военных целях, и снова в 1980 году, в ответ на накопление запасов для использования в коммерческой ядерной энергетике. Примерно до 1990 года добыча урана превышала потребление электростанциями. Но с 1990 года потребление электростанциями превысило объёмы добычи урана; дефицит восполняется за счет ликвидации военных (путем вывода из эксплуатации ядерного оружия) и гражданских запасов. Добыча урана увеличилась с середины 1990-х годов, но все еще меньше, чем потребление электростанциями. [176]
Различные агентства пытались оценить, как долго сохранятся первичные ресурсы урана, предполагая однократный цикл . Европейская комиссия заявила в 2001 году, что при нынешнем уровне потребления урана известных запасов урана хватит на 42 года. Если добавить к военным и вторичным источникам, этот ресурс может быть увеличен до 72 лет. Тем не менее, такие темпы использования предполагают, что ядерная энергетика продолжает обеспечивать лишь часть мирового энергоснабжения. Если бы электрическая мощность была увеличена в шесть раз, то 72-летнего запаса хватило бы всего на 12 лет. [177] Нынешние измеренные мировые ресурсы урана, экономически извлекаемые по цене 130 долларов США/кг по данным отраслевых групп Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР), Агентства по ядерной энергии (АЯЭ) и Международного агентства по атомной энергии ( МАГАТЭ), хватит на «по крайней мере столетие» при нынешних темпах потребления. [178] [68] По данным Всемирной ядерной ассоциации , еще одной промышленной группы, предполагая, что текущие мировые темпы потребления составляют 66 500 тонн урана в год и нынешние измеренные мировые ресурсы урана (4,7–5,5 Мт) [178] составляют достаточно, чтобы прослужить около 70–80 лет. [60]
В прошлом было множество предсказаний пика урана. В 1943 году Элвин М. Вайнберг и др. считал, что существуют серьезные ограничения на ядерную энергетику, если в качестве топлива для атомных электростанций будет использоваться только уран-235. [179] Они пришли к выводу, что разведение необходимо, чтобы возвестить эпоху почти бесконечной энергии. В 1956 году М. Кинг Хабберт заявил, что мировых запасов расщепляющихся ядер достаточно, по крайней мере, на следующие несколько столетий, предполагая, что разведение и переработка будут превращены в экономические процессы. [180] В 1975 году Геологическая служба Министерства внутренних дел США распространила пресс-релиз «Известные запасы урана в США не удовлетворят спрос». Было рекомендовано, чтобы США не зависели от иностранного импорта урана. [179]
Многие аналитики предсказывали урановый пик и истощение запасов урана в прошлом или ближайшем будущем. Эдвард Стейдл, декан Школы горнодобывающей промышленности Государственного колледжа Пенсильвании , предсказал в 1952 году, что запасы расщепляющихся элементов слишком малы для поддержки производства энергии в коммерческих масштабах. [182] Майкл Мичер , бывший министр окружающей среды Великобритании в 1997–2003 годах и член парламента Великобритании, сообщает, что пик урана пришелся на 1981 год. Он также предсказывает серьезную нехватку урана раньше, чем 2013 год, сопровождающуюся накоплением и повышением его стоимости. до уровня драгоценных металлов. [183] MC Day [ нужны разъяснения ] прогнозировал, что запасы урана могут исчерпаться уже в 1989 году, но, более оптимистично, они будут исчерпаны к 2015 году. [181] Ян Виллем Сторм ван Леувен , независимый аналитик Ceedata Consulting, утверждает, что запасы высококачественной урановой руды, необходимой для производства ядерной энергии, при нынешних уровнях потребления продлятся примерно до 2034 года. После этого он ожидает, что стоимость энергии для добычи урана превысит цену поставляемой электроэнергии. [184] Группа Energy Watch подсчитала, что даже при высоких ценах на уран производство урана достигнет своего пика к 2035 году, и что до этого момента будет возможно удовлетворить потребность атомных электростанций в топливе. [185]
Различные агентства пытались оценить, как долго хватит этих ресурсов. Европейская комиссия заявила в 2001 году, что при нынешнем уровне потребления урана известных запасов урана хватит на 42 года. Если добавить к военным и вторичным источникам, этот ресурс может быть увеличен до 72 лет. Тем не менее, такие темпы использования предполагают, что ядерная энергетика продолжает обеспечивать лишь часть мирового энергоснабжения. Если бы электрическая мощность была увеличена в шесть раз, то 72-летнего запаса хватило бы всего на 12 лет. [177] По данным промышленных групп ОЭСР , АЯЭ и МАГАТЭ , нынешние измеренные мировые ресурсы урана, экономически извлекаемые по цене 130 долларов США за кг, достаточны для того, чтобы просуществовать 100 лет при нынешнем потреблении. [68] По данным Австралийской урановой ассоциации , другой промышленной группы, при условии, что нынешние мировые темпы потребления в 66 500 тонн урана в год и нынешние измеренные мировые ресурсы урана (4,7 Мт) достаточны на 70 лет. [60]
Все последующие ссылки утверждают, что предложение намного превышает спрос. Поэтому они не предсказывают пик урана. В своей статье 1956 года М. Кинг Хабберт писал, что ядерная энергия сохранится в «обозримом будущем» . быть преобразован в уран). Он также предполагал, что будут открыты экономические способы переработки. По политическим, экономическим причинам и причинам распространения ядерного оружия плутониевая экономика никогда не материализовалась. Без нее уран используется в прямоточном процессе и достигнет пика и [186] [ ненадежный источник? ] Однако в настоящее время оказывается, что добывать новый уран из земли дешевле, чем использовать переработанный уран, и поэтому использование переработанного урана ограничивается только несколько наций.
По оценкам ОЭСР, при мировых темпах производства ядерной электроэнергии в 2002 году с использованием LWR и прямоточного топливного цикла традиционных ресурсов хватит на 85 лет при использовании известных ресурсов и на 270 лет при использовании известных и еще не открытых ресурсов. У селекционеров этот срок продлевается до 8500 лет. [187]
Если кто-то готов платить 300 долларов за кг урана, в океане его имеется огромное количество. [68] Стоит отметить, что, поскольку стоимость топлива составляет лишь небольшую часть общей стоимости атомной энергии за киловатт-час, а цена на сырой уран также составляет небольшую часть общих затрат на топливо, такое увеличение цен на уран не повлечет за собой очень значительное увеличение общей стоимости произведенного кВтч.
В 1983 году физик Бернард Коэн предположил, что уран фактически неисчерпаем и поэтому может считаться возобновляемым источником энергии. [54] Он утверждает, что быстрые реакторы-размножители , работающие на естественно пополняемом уране, извлеченном из морской воды, могут обеспечивать энергию, по крайней мере, до тех пор, пока ожидаемый оставшийся срок службы Солнца составляет пять миллиардов лет. [54] Хотя уран является ограниченным минеральным ресурсом на Земле, водород на Солнце также ограничен – таким образом, если запасы ядерного топлива могут сохраняться в таких временных масштабах, как утверждает Коэн, то ядерная энергия ничуть не менее устойчива. как солнечная энергия или любой другой источник энергии, с точки зрения устойчивости во времени существования жизни на этой планете. Его статья предполагает извлечение урана из морской воды из расчета 16 килотонн (35 × 10 6 фунтов) урана в год. [54] Текущая потребность в уране составляет около 70 килотонн (150 × 10 6 фунтов) в год; Однако использование реакторов-размножителей означает, что уран будет использоваться как минимум в 60 раз более эффективно, чем сегодня .
Джеймс Хопф, инженер-ядерщик, пишущий для журнала American Energy Independent в 2004 году, считает, что запасов восстанавливаемого урана на несколько сотен лет хватит даже для стандартных реакторов. Для реакторов-размножителей «он практически бесконечен». [188]
По оценкам МАГАТЭ , использование только известных запасов при нынешнем уровне спроса и предположение о прямоточном ядерном цикле обеспечит достаточное количество урана как минимум на 100 лет. Однако если будут использованы все первичные известные запасы, вторичные запасы, неоткрытые и нетрадиционные источники урана, уран истощится через 47 000 лет. [68] Кеннет С. Деффейес подсчитал, что если можно принять руду в десять раз богаче, то запас доступного урана увеличится в 300 раз. [50] Его статья показывает, что концентрация урана в рудах имеет логарифмически нормальное распределение. Существует относительно мало высокосортного урана и большие запасы очень низкосортного урана. Эрнест Монис , профессор Массачусетского технологического института и бывший министр энергетики США , в 2009 году заявил, что избыток урана поставил под вопрос планы по переработке отработанного ядерного топлива. Планы переработки датируются десятилетиями ранее, когда считалось, что урана не хватает. Но сейчас, «грубо говоря, уран из наших ушей льётся уже очень-очень долго», — сказал профессор Мониш. [189]
Поскольку добыча урана снижается, цены на уран, как ожидается, вырастут. Однако цена урана составляет лишь 9% стоимости эксплуатации атомной электростанции, что намного ниже, чем стоимость угля на угольной электростанции (77%) или стоимость природного газа на газовой электростанции. сгорела электростанция (93%). [190] [191]
Уран отличается от традиционных энергетических ресурсов, таких как нефть и уголь, по нескольким ключевым аспектам. Эти различия ограничивают последствия краткосрочной нехватки урана, но большинство из них не имеют никакого отношения к возможному истощению. Некоторые ключевые особенности:
Альтернативой урану является торий , который встречается в три раза чаще, чем уран. Реакторы на быстрых нейтронах не нужны. По сравнению с обычными урановыми реакторами, ториевые реакторы, использующие ториевый топливный цикл, могут производить примерно в 40 раз больше энергии на единицу массы. [193] Однако создание технологий, инфраструктуры и ноу-хау, необходимых для экономики ториевого топлива, является неэкономичным при текущих и прогнозируемых ценах на уран.
Австралийские урановые рудники в основном разрабатывались открытым способом и поэтому хорошо вентилировались. Олимпийская
плотина
и канадские подземные шахты вентилируются мощными вентиляторами. Уровень радона на урановых рудниках поддерживается на очень низком и, безусловно, безопасном уровне. (Радон в неурановых шахтах также может нуждаться в контроле с помощью вентиляции.)
... этот ресурс... может поддерживать в течение 6500 лет 3000 ГВт ядерной мощности... Исследования процесса, разрабатываемого в Японии, показывают, что может быть осуществимо извлечение урана из морской воды по цене 120 долларов за фунт U
3
О
8
.
[40]
Хотя это более чем в два раза превышает нынешнюю цену на уран, это внесет лишь 0,5 цента за кВтч в стоимость электроэнергии для реактора следующего поколения, работающего по прямоточному топливному циклу —...
{{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь ){{cite book}}: |website=игнорируется ( помощь ){{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )3.4.2. Правительство сохранит законодательный запрет на ядерную генерацию в Ирландии. Правительство считает, что по соображениям безопасности, экономической целесообразности и эксплуатации системы ядерная генерация не является подходящим выбором для этой страны. Правительство продолжит формулировать свою твердую позицию в отношении ядерной генерации и проблем трансграничной безопасности в Европе в контексте Энергетической стратегии ЕС. Развитие ядерной энергетики в Великобритании и других государствах-членах будет внимательно отслеживаться с точки зрения последствий для Ирландии.
{{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь ){{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь ){{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )документе «Уран 2007: Ресурсы, производство и спрос»
, также известном как «Красная книга», оценивается выявленный объем традиционных ресурсов урана, которые можно добыть по цене менее 130 долларов США за кг, примерно в 5,5 миллионов тонн по сравнению с 4,7 миллионами тонн, указанными в 2005. Неразведанные ресурсы, т.е. залежи урана, обнаружение которых можно ожидать на основании геологических характеристик уже открытых ресурсов, также возросли до 10,5 миллионов тонн. Это увеличение на 0,5 млн тонн по сравнению с предыдущим изданием отчета. Увеличение обусловлено как новыми открытиями, так и переоценкой известных ресурсов, чему способствуют более высокие цены.
{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)