Введение

Процесс добычи урановой руды из земли Добыча урана - это процесс добычи урановой руды из земли. В 2019 году было добыто более 50 тысяч тонн урана. Казахстан, Канада и Австралия были тремя крупнейшими производителями урана соответственно, и вместе они составляют 68% мирового производства. В число стран, производящих более 1000 тонн в год, входят Намибия, Нигер, Россия, Узбекистан, США и Китай. Почти весь добываемый уран в мире используется для питания атомных электростанций. Исторически уран также использовался в таких приложениях, как уран стекло или ферроуран, но эти приложения сократились из-за радиоактивности урана и в настоящее время в основном поставляются с обильным дешевым запасом обедненного урана, который также используется в уран боеприпасы. Помимо того, что он дешевле, обедненный уран также менее радиоактивен из-за более низкого содержания урана с коротким сроком жизни и урана, чем природный. Уран добывается путем вымывания на месте (57% мирового производства) или обычной подземной или открытой добычи руд (43% производства). В ходе добычи на месте раствор для выщелачивания закачивается в проходки в урановую руду, где растворяет рудные минералы. Затем жидкость, богатая ураном, перекачивается обратно на поверхность и обрабатывается для извлечения соединений урана из раствора. В обычной добыче руды обрабатываются путем измельчения рудных материалов до однородного размера частиц, а затем обработки руды для извлечения урана химическим выщелачиванием. Процесс измельчения обычно дает сухой порошкообразный материал, состоящий из природного урана, "yellowcake", который в настоящее время обычно продается на рынке урана как U3O8. В то время как некоторые атомные электростанции, в частности тяжеловесные реакторы, такие как CANDU, могут работать с природным ураном (обычно в виде диоксида урана), подавляющее большинство коммерческих атомных электростанций и многие исследовательские реакторы требуют обогащения урана, что повышает содержание урана с естественных 0,72% до 35% (для использования в легких водяных реакторах) или даже выше, в зависимости от применения. Обогащение требует преобразования желтого пирога в гексафторид урана и производства топлива (опять-таки обычно диоксида урана, но иногда карбида урана, гидрида урана или нитрида урана) из этого сырья.

Ранние добычи урана

До 1789 года, когда Мартин Генрих Клапрот открыл этот элемент, в состав урана входили нитрат, сульфат, фосфат, ацетат и калий и натриевый диуранат. Клапрот обнаружил элемент в смолевой бленде из шахты Джорджа Вагсфорта, Рудовые горы, и установил коммерческое использование в качестве окраски стекла. Пичбленда из этих гор упоминается еще в 1565 году, а с 1825 по 1898 год было произведено 110 тонн урана. В 1852 году был идентифицирован урановый минерал аутунит из Центрального массива. Около 1850 года добыча урана началась в Йоахимстале, Богемия, где с 1850 по 1898 год было произведено более 620 тонн урана (tU), из которых до закрытия в 1968 году было произведено 10 000 tU. В 1871 году добыча урановой руды началась в Центральном городе, штат Колорадо, где до 1895 года добывалось 50 тонн. В 1873 году добыча урана началась в шахте Южных Террас, Сент-Стивен в Браннеле, Корнуолл, производя большую часть 300 тУ из этой области в 19 веке. В 1898 году карнотит был впервые добыт в Ураванском минеральном поясе, давая 10 тУ в год. В 1913 году был обнаружен Шинколобве, провинция Катанга. В 1931 году было обнаружено месторождение Порт-Радий. Другие значительные открытия включали провинцию Бейра, Тюя Муюн и холм Радий. Согласно Ричарду Родсу, ссылаясь на немецкие исследования в области урана, "автор, специалисты по торию доставили первую тонну чистого оксида урана, обработанного из руд Йоахимсталя, в военное ведомство в январе 1940 года. В июне 1940 года Ауер заказал 60 тонн рафинированного оксида урана в Union Miniére в оккупированной Бельгии". В то время как советские республики Казахстан и РСФСР позже стали одними из ведущих производителей урана в мире, сразу после окончания Второй мировой войны наличие крупных запасов урана в СССР еще не было известно, и поэтому Советы разработали огромные добывающие операции в своих спутниковых государствах Восточная Германия и Чехословакия, которые знали о залежи урана в Рудных горах. Умышленно непрозрачно названный SDAG Wismut (немецкий термин "Wismut" для бисмута должен создавать иллюзию поиска металла, которого Советы определенно не искали) стал крупнейшим работодателем в саксонских рудных горах, а отдаленные горнодобывающие города, такие как Йоханнгеоргенштадт, увеличились в десять раз за несколько лет. Добыча полезных ископаемых стоила огромных сумм денег, и шахтеры, с одной стороны, подвергались более жестким репрессиям и наблюдению, но, с другой стороны, позволяли более щедро поставлять потребительские товары, чем другие восточные немцы. Хотя производство никогда не было в состоянии конкурировать с мировыми ценами на рынке урана, двойной характер использования добываемого материала, а также возможность платить шахтерам в мягкой валюте, но продавать уран за твердую валюту или заменить импорт, за который пришлось бы платить в твердой валюте, наклонили весы в пользу продолжения добывающих операций на протяжении холодной войны. После воссоединения Германии добыча полезных ископаемых была прекращена, и началась тяжелая задача восстановления земель, пострадавших от добычи полезных ископаемых. Семнадцать городов и шахт под контролем Висмута обеспечивали 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 авариях, а 20 000 получили травмы. После смерти Сталина в 1953 году Красная Армия передала контроль над производством СДАГ, а заключенные рабочие были освобождены, сократив численность рабочих до 45 000 человек. В 1953 году в шахте Святого Иоахимсталя находилось 16 100 заключенных, половина из которых были советскими политическими заключенными. В 1990 году 55% мирового производства приходилось на подземные шахты, но к 1999 году эта доля сократилась до 33%. С 2000 года новые канадские шахты снова увеличили долю подземных шахт, и с Olympic Dam она теперь составляет 37%. Добыча полезных ископаемых на месте (ISL или ISR) неуклонно увеличивает свою долю в общем объеме, в основном благодаря Казахстану. В 2009 году наиболее производительные рудники включали рудник урана McArthur River на 7400 т.е., рудник урана Ranger на 4423 т.е., рудник урана Rössing на 3574 т.е., рудники пустыни Moiynkum на 3250 т.е., рудник Streltsovsk на 3003 т.е., рудник Olympic Dam на 2981 т.е., рудник Arlit на 1808 т.е., рудник Rabbit Lake на 1400 т.е., рудник Akouta на 1435 т.е. и рудник McClean Lake на 1400 т.е. К крупнейшим месторождениям в мире относятся рудник Olympic Dam с 295 000 т.е., рудник Imouraren с 183 520 т.е., рудник McArthur River с 128 900 т.е., рудник Streltsovsk с 118 341 т.е., рудники Novo...

Виды депозитов

Было обнаружено и добыто много разных типов урановых месторождений. Существует три основных типа урановых месторождений, включая месторождения несовместимого типа, а именно палеоплацерные месторождения и месторождения песчаника, также известные как месторождения типа "roll front". Залежи урана классифицируются в 15 категорий в зависимости от их геологического положения и типа породы, в которой они находятся. Эта система геологической классификации определяется Международным агентством по атомной энергии (МАГАТЭ). Уран также содержится в морской воде, но при нынешних ценах на рынке урана, затраты должны быть снижены в 3-6 раз, чтобы сделать его извлечение экономичным.

Игнозные или гидротермальные

Гидротермальные урановые месторождения включают в себя урановые руды венного типа. Гидротермальные урановые месторождения венного типа представляют собой эпигенетические концентрации урановых минералов, которые обычно заполняют брекии, переломы и зоны сдвига. Многие исследования пытались определить источник урана с гидротермальными венными типами отложений, и потенциальные источники до сих пор остаются загадкой, но, как полагают, включают в себя ранее существовавшие породы, которые были разрушены выветриванием и силой, исходящей из областей долгосрочного накопления осадков.

Брексия

Отложения урана бреччии обнаруживаются в породах, которые были разрушены из-за тектонического трескания или выветривания. Осаждения урана Бреччи наиболее распространены в Индии, Австралии и Соединенных Штатах. Большая масса бреччи называется трубой или дымоходкой и состоит из камней, образующих неправильную и почти цилиндрическую форму. Происхождение труб бреччи неизвестно, но считается, что они образуются на пересечениях и разломах. Когда образования находятся в твердой скале, называемой каменной мукой, это обычно место для добычи меди или урана. Коппер-Крик, штат Аризона, является домом для приблизительно 500 минерализованных труб бреччи, а Криппл-Крик, штат Колорадо, также является местом, содержащим месторождения руды труб бреччи, связанные с вулканической трубой. Шахта Olympic Dam, крупнейшее в мире месторождение урана, была обнаружена Western Mining Corporation в 1975 году и принадлежит BHP.

Разведка

Разведка урана аналогична другим формам разведки полезных ископаемых, за исключением некоторых специализированных приборов для обнаружения присутствия радиоактивных изотопов. Счетчик Гейгера был первоначальным детектором радиации, записывающим общую скорость отсчета от всех уровней энергии излучения. Камеры ионизации и счетчики Гейгера были впервые адаптированы для полевого использования в 1930-х годах. Первый переносный счетчик Гейгера-Мюллера (весом 25 кг) был построен в Университете Британской Колумбии в 1932 году. В 1934 году Х. В. Эллсворт из GSC построил более легкий, более практичный агрегат. Последующие модели были основными приборами, используемыми для разведки урана в течение многих лет, пока счетчики Гейгера не были заменены сцинтилляционными счетчиками. Использование воздушных детекторов для поиска радиоактивных минералов было впервые предложено Г. С. Ридлендом, геофизиком, работавшим в Порт-Радиуме в 1943 году. В 1947 году первое зарегистрированное испытание воздушных детекторов излучения (камеры ионизации и счетчики Гейгера) было проведено компанией Eldorado Mining and Refining Limited. (Канадийская королевская корпорация, которая была продана, чтобы стать Cameco Corporation). Первый патент на портативный гамма-спектрометр был подан профессорами Принглом, Роулстоном и Браунэллом из Университета Манитобы в 1949 году, в том же году, когда они испытали первый портативный счетчик сцинтилляции на земле и в воздухе в северной части Саскачевана. В настоящее время воздушная гамма-спектрометрия является признанной ведущей методикой для разведки урана с мировыми применениями для геологического картографирования, разведки полезных ископаемых и мониторинга окружающей среды. Спектрометрия гамма-лучей, используемая в воздухе специально для измерения и поиска урана, должна учитывать ряд факторов, таких как расстояние между источником и детектором и рассеивание излучения через минералы, окружающую землю и даже в воздухе. В Австралии был разработан индекс интенсивности погодных условий, чтобы помочь поисковикам, основанным на высоте и воздушных изображениях гамма-лучей, полученных с помощью миссии радиолокационной топографии шаттлов (SRTM). Оказывается, что уран, обнаруженный геофизическими методами, оценивается и отбирается образцы для определения количества урановых материалов, которые могут быть извлечены из этого месторождения при определенных затратах. Запасы урана - это количество руды, которое, по оценкам, может быть извлечено при заявленных затратах. По мере роста цен или по мере того, как технология позволяет снизить стоимость извлечения известных, ранее неэкономичных, месторождений, запасы увеличиваются. Для урана этот эффект особенно выражен, поскольку самый большой в настоящее время неэкономический запас - добыча урана из морской воды - больше, чем все известные наземные ресурсы урана вместе взятые.

Методы добычи

Как и в случае с другими видами добычи твердых пород, существует несколько методов добычи. В 2016 году процент добытого урана, произведенного каждым методом добычи, составлял: слив на месте (49,7 процента), подземная добыча (30,8 процента), открытая добыча (12,9 процента), слив на куче (0,4 процента), совместный продукт / продукт (6,1%). Остальные 0,1% были получены в виде различных извлечений.

Открытая яма

В открытой добыче скважины сверхзагрузка удаляется с помощью бурения и взрыва для выявления руды, которая затем добывается взрывом и раскопок с использованием погрузчиков и самосвал. Рабочие проводят много времени в закрытых каютах, таким образом ограничивая воздействие радиации. Вода широко используется для подавления уровня пыли в воздухе. Подземные воды являются проблемой во всех видах добычи полезных ископаемых, но при открытой добыче полезных ископаемых обычный способ борьбы с ними, т.е. когда целевой минерал находится ниже естественного уровня воды, - это понижение уровня воды путем откачки воды. При удалении грунтовых вод земля может значительно оседать и может снова неожиданно двигаться, когда грунтовые воды могут снова подняться после завершения добычи. Восстановление земель после добычи полезных ископаемых осуществляется по разным маршрутам в зависимости от количества удаленного материала. Из-за высокой энергетической плотности урана часто достаточно заполнить бывшую шахту с перегрузкой, но в случае дефицита массы, превышающего разницу в высоте между предыдущим уровнем поверхности и естественным уровнем воды, искусственные озера образуются, когда прекращается выведение грунтовых вод. Если в открытых породах присутствуют сульфиты, сульфиды или сульфаты, то кислотный дренаж может стать проблемой для этих вновь развивающихся водоемов. Теперь по закону горнодобывающие компании обязаны создавать фонд для будущего восстановления, пока добыча продолжается, и эти средства обычно депонируются таким образом, чтобы не пострадать от банкротства горнодобывающей компании.

Подземные

Если уран находится слишком глубоко под поверхностью для добычи на открытом грунте, то можно использовать подземную шахту с туннелями и шахтами, которые будут вырыты для доступа и извлечения урановой руды. Подземная добыча урана в принципе не отличается от добычи других твердых пород, и другие руды часто добываются в ассоциации (например, медь, золото, серебро). После того, как руда была идентифицирована, шахта загружается вблизи рудных вен, и поперечные разрезы проводятся горизонтально в вены на различных уровнях, обычно каждые 100-150 метров. Подобные туннели, известные как дрифы, прокладываются вдоль рудных вен от перекрестка. Чтобы добыть руду, следующим шагом является прокладка туннелей, известных как подъемники, когда они движутся вверх, и винзы, когда они движутся вниз, через месторождение от уровня к уровню. Затем используются подъемы для разработки стопов, где руда добывается из вен. Стопе, который является мастерской шахты, является раскопкой, из которого добывается руда. Обычно используются три метода стоп-майнинга. При методе "резание и наполнение" или "открытое забивание" пространство, оставшееся после удаления руды после взрыва, заполняется отходами породы и цемента. При методе "усадки" через нижние каналы удаляется только достаточное количество разбитой руды, чтобы позволить шахтерам, работающим с верхней части кучи, сверлить и взрывать следующий слой, чтобы отбить, в конечном итоге оставляя большую дыру. Метод, известный как "комната и столб", используется для более тонких, более плоских рудных тел. При этом методе рудный корпус сначала разделяется на блоки с помощью пересекающих приводов, удаляя руду при этом, а затем систематически удаляя блоки, оставляя достаточно руды для поддержки крыши. Влияние на здоровье, обнаруженное в результате воздействия радона в невентилируемой добыче урана, побудило перейти от добычи урана через туннель к открытой технологии выщелачивания и выщелачиванию на месте, методу добычи, который не вызывает тех же профессиональных опасностей или хвостохранилищ, что и обычная добыча. При наличии правил, обеспечивающих использование технологии вентиляции больших объемов при добыче урана в замкнутых помещениях, профессиональное воздействие и смертность в добыче могут быть в значительной степени устранены. Олимпийская плотина и канадские подземные шахты проветриваются мощными вентиляторами, при этом уровень радона в урановых шахтах сохраняется на очень низком, практически "безопасном уровне". Радон, который встречается в природе в других, не урановых шахтах, также может нуждаться в контроле с помощью вентиляции.

Вымывание на куче

Смывание насыпью - это процесс добычи, при котором химические вещества (обычно серная кислота) используются для извлечения экономического элемента из руды, которая была добыта и помещена в кучи на поверхности. В целом, экономически вымывание насыпью возможно только для окисленных рудных месторождений. Окисление сульфидных отложений происходит в ходе геологического процесса, называемого выветриванием. Поэтому окислые месторождения обычно находятся близко к поверхности. Если в руде нет других экономических элементов, шахта может выбрать для извлечения урана с использованием выщелачивающего агента, обычно низкомолярной серной кислоты. Если экономические и геологические условия позволяют, горнодобывающая компания выровняет большие площади земли с небольшим уклоном, накладывая на них толстый пластик (обычно HDPE или LLDPE), иногда глину, шлам или песок под пластиковым покрытием. Извлеченная руда обычно проходит через дробилку и помещается на кучи на поверхности пластика. Затем выщелачивающий агент распыляется на руду в течение 30 - 90 дней. По мере того, как выщелачивающий агент проникает через кучу, уран разорвёт свои связи с окисленной породой и войдет в раствор. Затем раствор будет фильтроваться вдоль градиента в сборные бассейны, которые затем будут перекачиваться на заводы на месте для дальнейшей обработки. Только часть урана (обычно около 70%) фактически добывается. Концентрации урана в растворе очень важны для эффективного отделения чистого урана от кислоты. Поскольку разные кучи дают разные концентрации, раствор закачивается в смесительную установку, которая тщательно контролируется. Затем правильно сбалансированный раствор закачивается в перерабатывающий завод, где уран отделяется от серной кислоты. Смесь с поливом значительно дешевле, чем традиционные процессы фрезеровки. Низкие затраты позволяют экономически осуществить использование руды низкого качества (учитывая, что это правильный тип руды). В соответствии с экологическим законодательством США, окружающие грунтовые воды должны постоянно контролироваться на предмет возможного загрязнения. Кроме того, в шахте должны быть продолжены наблюдения даже после закрытия шахты. В прошлом горнодобывающие компании иногда обанкротились, оставив ответственность за восстановление рудников на общественности. В XXI веке в законе США о добыче полезных ископаемых было добавлено требование, что компании должны откладывать деньги на восстановление до начала проекта. Деньги будут держаться общественностью, чтобы обеспечить соблюдение экологических стандартов, если компания когда-нибудь обанкротится.

Вымывание на месте

В Северной Америке, ин-ситу выщелачивание (ISL), также известное как добыча раствора, или в Северной Америке, извлечение на месте (ISR), включает в себя оставление руды там, где она находится в земле, и извлечение минералов из нее путем их растворения и перекачивания жидкого раствора на поверхность, где могут быть извлечены минералы. Следовательно, возникает мало поверхностных возмущений и не образуется хвостохранилища или отходов. Однако рудный корпус должен быть проницаемым для используемых жидкостей и расположен таким образом, чтобы они не загрязняли грунтовые воды, удаленные от рудного корпуса. Уран ISL использует природные грунтовые воды в рудном теле, которые обогащаются комплексирующим агентом и в большинстве случаев окислителем. Затем его прокачивают через подземное рудоношение, чтобы восстановить минералы в нем путем выщелачивания. После того, как раствор возвращается на поверхность, уран извлекается практически так же, как и на любом другом урановом заводе (мельнице). В австралийских шахтах ISL (Beverley, Four Mile и Honeymoon Mine) используется перекись водорода и серная кислота. В казахстанских шахтах ISL обычно не используется окислитель, но в циркулирующих растворах используются гораздо более высокие концентрации кислоты. В шахтах ISL в США используется щелочная вымывка из-за наличия значительного количества минералов, потребляющих кислоту, таких как гипс и известняк, в водоносных горизонтах. Более чем несколько процентов карбонатных минералов означает, что щелочная вымывка должна использоваться в предпочтении более эффективной кислотной вымывки. Правительство Австралии опубликовало руководство по наилучшей практике для добычи урана на месте с использованием лизинга, которое пересматривается с учетом международных различий.

Восстановление морской воды

Концентрация урана в морской воде низкая, приблизительно 3,3 части на миллиард или 3,3 микрограмма на литр морской воды. Но количество этого ресурса гигантское, и некоторые ученые считают, что этот ресурс практически безграничен в отношении мирового спроса. То есть, если даже часть урана в морской воде может быть использована, то весь мировой ядерный топливный источник энергии может быть обеспечен в течение длительного периода времени. Некоторые сторонники утверждают, что эта статистика преувеличена. Хотя исследования и разработки по извлечению этого элемента с низкой концентрацией неорганическими адсорбентами, такими как соединения оксида титана, проводились с 1960-х годов в Соединенном Королевстве, Франции, Германии и Японии, эти исследования были остановлены из-за низкой эффективности извлечения. В Такасакиском исследовательском учреждении радиационной химии Японского исследовательского института атомной энергии (JAERI Takasaki Research Establishment) исследования и разработки продолжались, достигнув высшей точки в производстве адсорбента путем облучения полимерного волокна. Были синтезированы адсорбенты, имеющие функциональную группу (амидоксимовую группу), которая селективно адсорбирует тяжелые металлы, и была улучшена производительность таких адсорбентов. Уран адсорбирует высоко, примерно в десять раз больше, чем обычный оксид титана. Один из методов извлечения урана из морской воды - использование специфической для урана нетканой ткани в качестве адсорбента. Общее количество урана, извлеченного из трех ящиков сбора, содержащих 350 кг ткани, составило > 1 кг желтого пирога после 240 дней погружения в океан. Эксперимент Секо и др. Тамада и др. в 2006 году. Они обнаружили, что стоимость варьировалась от 15 000 иен до 88 000 иен в зависимости от предположений и "Самая низкая стоимость, достижимая сейчас, составляет 25 000 иен с 4 г единиц на кг адсорбента, используемого в морской зоне Окинавы, с 18 повторными использованиями". С обменным курсом мая 2008 года это было около $240/кг U. В 2012 году исследователи ORNL объявили об успешной разработке нового адсорбента под названием "HiCap", который значительно превосходит предыдущие лучшие адсорбенты, которые выполняют поверхностное удержание твердых или газовых молекул, атомов или ионов. "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 технологии ORNL. HiCap также эффективно удаляет токсичные металлы из воды, согласно результатам, подтвержденным исследователями из Национальной лаборатории Тихоокеанского Северо-Запада. В 2012 году было подсчитано, что этот источник топлива может быть добыт по цене в 10 раз выше текущей цены на уран. В 2014 году, с достижениями в области эффективности добычи урана из морской воды, было предложено, что будет экономически конкурентоспособным производство топлива для легких водяных реакторов из морской воды, если процесс будет реализован в больших масштабах. Уран, добываемый в промышленных масштабах из морской воды, будет постоянно пополняться как речной эрозией горных пород, так и естественным процессом растворения урана с поверхности дна океана, причем оба этих процесса поддерживают растворимость равновесия концентрации морской воды на стабильном уровне. Некоторые комментаторы утверждают, что это укрепляет аргументы в пользу того, что ядерная энергия должна рассматриваться как возобновляемая энергия.

Сопродукт/побочный продукт

Уран может быть извлечен в качестве побочного продукта вместе с другими сопродуктами, такими как молибден, ванадий, никель, цинк и нефтепродукты. Уран также часто встречается в фосфатных минералах, где его приходится удалять, потому что фосфат в основном используется для удобрений. Фосфогипс - это отходы от добычи фосфатов, которые могут содержать значительное количество урана и радия. Угольная пепел также содержит значительное количество урана и предлагается в качестве источника добычи урана.

Резервы

Резервы - это самые доступные ресурсы. Около 96% мировых запасов урана находится в этих десяти странах: Австралии, Канаде, Казахстане, Южной Африке, Бразилии, Намибии, Узбекистане, Соединенных Штатах, Нигере и России. Известные запасы урана представляют собой более высокий уровень гарантированных ресурсов, чем обычно для большинства минералов. Дальнейшие разведки и повышение цен, безусловно, приведут к появлению новых ресурсов, поскольку существующие ресурсы будут использоваться. В период с 1985 по 2005 год было очень мало разведки урана, поэтому существенное увеличение объемов разведки, которое мы наблюдаем сейчас, может легко удвоить известные экономические ресурсы. На основе аналогий с другими металлическими полезными ископаемыми, удвоение цены с уровней цен в 2007 году может создать приблизительно десятикратное увеличение измеренных ресурсов с течением времени.

Известные обычные ресурсы

Известные обычные ресурсы - это ресурсы, которые, как известно, существуют и их легко добыть. В 2011 году эта цифра увеличилась до 7 млн. тонн. Поиск урана увеличился: с 1981 по 2007 год ежегодные расходы на поиски умеренно выросли с 4 млн. до 7 млн. долларов США. В 2011 году эта сумма увеличилась до 11 миллионов долларов США. В Красной книге ОЭСР перечислены области, которые по-прежнему открыты для исследования по всему миру. Многие страны проводят полные аэромагнитные радиометрические исследования, чтобы получить оценку размеров своих неоткрытых минеральных ресурсов. В сочетании с гамма-лучевым обследованием эти методы позволяют обнаружить неоткрытые месторождения урана и тория. Министерство энергетики США провело первую и единственную национальную оценку урана в 1980 году - Национальную оценку ресурсов урана (NURE).

Вторичные ресурсы

Вторичные ресурсы урана извлекаются из других источников, таких как ядерное оружие, запасы, переработка и обогащение. Поскольку вторичные ресурсы имеют чрезвычайно низкие затраты на открытие и очень низкие затраты на производство, они вытеснили значительную часть первичного производства. В 2017 году около 7% спроса на уран было удовлетворено за счет вторичных ресурсов. Но поскольку запасы урана, ранее использовавшегося в качестве оружия, исчерпались, добыча урана увеличилась, так что в 2012 году добыча урана обеспечивала 95 процентов потребностей реактора, а Агентство по ядерной энергии ОКРЭ и Международное агентство по атомной энергии прогнозировали, что в 2013 году пробел в поставках будет полностью устранен.

Инвентаризация

Инвентаризацию ведут различные организации - государственные, коммерческие и другие. Министерство энергетики США ведет инвентаризацию для обеспечения безопасности поставок, чтобы покрыть чрезвычайные ситуации, когда уран недоступен по любой цене.

Вывод из эксплуатации ядерного оружия

И США, и Россия обязались перерабатывать ядерное оружие в топливо для производства электроэнергии. Эта программа известна как "Программа "Мегатоны - мегаватт". В результате сжигания высокообогащенного урана (HEU) в российских вооружениях будет около 100 миллиардов долларов США низкообогащенного урана (LEU) в течение 20 лет. Это эквивалентно приблизительно природному потреблению, или чуть более чем в два раза годовому мировому спросу. С 2000 года военный высокоуглеродный уран вытесняет около Программа "Мегатоны в мегаватт" закончилась в 2013 году. США также взяли на себя обязательства по утилизации НОУ, не являющегося отходами.

Необычные ресурсы

Необычные ресурсы - это явления, для их использования и/или использования требуются новые технологии. Часто нетрадиционные ресурсы встречаются в низкой концентрации. Эксплуатация нетрадиционного урана требует дополнительных усилий в области исследований и разработок, для которых нет непосредственной экономической необходимости, учитывая большую базу традиционных ресурсов и возможность переработки отработанного топлива. Фосфаты, морская вода, уранная угольная пепел и некоторые виды нефтяных сланцев являются примерами нетрадиционных ресурсов урана.

Фосфаты

Уран встречается в концентрациях от 50 до 200 частей на миллион (ppm) в фосфатной земле или фосфатной породе. По мере роста цен на уран возник интерес к добыче урана из фосфатной породы, которая обычно используется в качестве основы для фосфатных удобрений. В фосфатных месторождениях находится 22 миллиона тонн урана. Окалывание урана из фосфатов является зрелой технологией; Исторические эксплуатационные затраты на извлечение урана из фосфорной кислоты составляют от 48 до 119 долларов США за килограмм U3O8. В 2011 году средняя цена, уплаченная за U3O8 в Соединенных Штатах, составила 122,66 доллара США за килограмм. Во всем мире действовало около 400 заводов по производству фосфорной кислоты в условиях влажного процесса. Если предположить, что среднее извлекаемое содержание урана составляет 100 ppm, и что цены на уран не растут, так что основное использование фосфатов - для удобрений, этот сценарий приведет к максимальному теоретическому годовому объему производства U3O8.

Морская вода

Необычные запасы урана включают до 0,5% урана, содержащегося в морской воде. Несколько технологий извлечения урана из морской воды были продемонстрированы в лабораторных условиях. По данным ОЭСР, уран может быть извлечен из морской воды примерно за 300 долларов США за 1 кг.

Уранная угольная пепел

Согласно исследованию Национальной лаборатории Оук-Ридж, теоретический максимальный энергетический потенциал (при использовании в реакторах-размножителях) следовых количеств урана и тория в угле на самом деле превышает энергию, высвобождаемую при сжигании самого угля. Международный консорциум решил изучить коммерческую добычу урана из уранного угольного пепла из угольных электростанций, расположенных в провинции Юньнань, Китай. Три угольные электростанции в Сяолонтанге, Далонгтанге и Кайюань накопили свои отходы. Первоначальные испытания из кучи пепла Сяолунтанга показывают, что материал содержит (160 180 частей на миллион урана), предполагая, что всего U3O8 можно извлечь только из этой кучи пепла.

Разведение

Реактор-размножитель производит больше ядерного топлива, чем потребляет, и, таким образом, может увеличить запасы урана. Он обычно превращает доминирующий изотоп в природном уране, уран 238, в расщепляющийся плутоний 239. Это приводит к стократному увеличению количества энергии, производимой на единицу массы урана, потому что уран 238, который составляет 99,3% природного урана, не используется в обычных реакторах, которые вместо этого используют уран 235 (содержащий 0,7% природного урана). В 1983 году физик Бернард Коэн предложил, что мировые запасы урана фактически неисчерпаемы, и поэтому его можно считать формой возобновляемой энергии. Он утверждает, что реакторы быстрого размножения, питаемые естественным ураном 238, добываемым из морской воды, могут обеспечивать энергией, по крайней мере, до тех пор, пока ожидаемая продолжительность жизни Солнца составляет пять миллиардов лет. Существует несколько коммерческих реакторов-размножителей. В 2016 году российский реактор быстрого размножения нейтронов BN 800 начал коммерческую выработку на полной мощности (800 МВт), присоединившись к предыдущему БН 600. По состоянию на 2020 год, китайский CFR 600 находится в стадии строительства после успеха китайского экспериментального быстрого реактора, основанного на БН 800. В настоящее время эти реакторы производят в основном электричество, а не новое топливо, потому что из-за обилия и низкой цены добытого и переработанного оксида урана разведение неэкономично, но они могут переключиться на разведение нового топлива и закрыть цикл по мере необходимости. Реактор CANDU, который был разработан для заправки природным ураном, способен использовать отработавшее топливо из легководных реакторов в качестве топлива, поскольку он содержит больше расщепляющегося материала, чем природный уран. Исследования по "DUPIC" прямому использованию отработавшего топлива PWR в реакторах типа CANDU продолжаются и могут повысить полезность топлива без необходимости переработки.

Быстрый размножающийся

Быстрый завод, помимо потребления урана 235, превращает плодородный уран 238 в плутоний 239, расщепляющееся топливо. Быстрые реакторы с размножением более дорогие в строительстве и эксплуатации, включая переработку, и могут быть экономически оправданы только в том случае, если цены на уран вырастут до уровня 1980 года в реальном выражении. Помимо значительного увеличения запасов топлива, эти реакторы имеют преимущество в том, что они производят менее долгоживущие трансурановые отходы и могут потреблять ядерные отходы от текущих легководных реакторов, генерируя энергию в процессе. Уран оказался гораздо более обильным, чем ожидалось, и цена урана быстро снизилась (с подъемом в 1970-х годах). Именно поэтому в 1977 году Соединенные Штаты прекратили использование этих средств, а в 1994 году Великобритания отказалась от этой идеи. С FBR были обнаружены значительные технические и материальные проблемы, а геологические исследования показали, что дефицит урана не будет вызывать беспокойства в течение некоторого времени. К 1980-м годам, в связи с обоими факторами, стало ясно, что FBR не будут коммерчески конкурентоспособны с существующими легкими водяными реакторами. Экономика FBR по-прежнему зависит от стоимости выращенного плутониевого топлива относительно стоимости свежего урана. При более высоких ценах на уран заводские реакторы могут быть экономически оправданы. Во многих странах существуют программы по изучению разведения. Китай, Индия и Япония планируют в ближайшие десятилетия широко использовать реакторы-размножители. 300 лет опыта реактора были получены в их эксплуатации.

Терморазведчик

Расщепляющийся уран может быть получен из тория в терморазмножающих реакторах. Тория в три раза больше, чем урана. Торий 232 сам по себе не является расщепляющимся, но его можно превратить в расщепляющийся уран 233 в реакторе-размножителе. В свою очередь, уран 233 может быть расщеплен, с тем преимуществом, что меньшее количество трансураников производится путем захвата нейтронов по сравнению с ураном 235 и особенно по сравнению с плутонием 239. Несмотря на то, что топливный цикл тория имеет ряд привлекательных особенностей, его разработка в больших масштабах может столкнуться с трудностями, главным образом из-за сложности разделения топлива и переработки. Сторонники реакторов с жидким ядром и расплавленной солью, таких как LFTR, утверждают, что эти технологии отрицают вышеупомянутые недостатки тория, присутствующие в реакторах на твердом топливе. Первый успешный коммерческий реактор в Энергетическом центре Индиан-Пойнт в Бьюкенене, Нью-Йорк (Индиан-Пойнт, блок 1) работал на тории. Первое ядро не оправдывало ожиданий.

Производство

В 2017 году ведущими мировыми производителями урана были Казахстан (39% мирового производства), Канада (22%) и Австралия (10%). Другие крупные производители включают Намибию (6,7%), Нигер (6%) и Россию (5%). Остаток был получен из запасов, принадлежащих коммунальным предприятиям и другим компаниям, занимающимся топливным циклом, запасов, принадлежащих правительствам, использованного реакторного топлива, которое было переработано, переработанных материалов из военных ядерных программ и урана в запасах обедненного урана.

Спрос

Спрос на уран был в 2017 году. Поскольку некоторые страны не могут обеспечить свои потребности в уране экономически, они прибегают к импорту урановой руды из других стран. Например, владельцы ядерных реакторов США купили природный уран в 2006 году. Из них 84%, или , были импортированы от иностранных поставщиков, согласно Министерству энергетики. Благодаря усовершенствованию технологии газовых центрифуг в 2000-х годах, заменившей бывшие газодиффузионные установки, более дешевые сепаративные рабочие единицы позволили экономически 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. Ядерные электростанции мощностью 1000 мегаватт требуют около 100 000 тонн природного урана в год. Например, в Соединенных Штатах 103 действующих реактора со средней мощностью 950 MWe потребовали больше природного урана в 2005 году. По мере увеличения числа атомных электростанций растет и спрос на уран. Поскольку строительство атомных электростанций занимает много времени, а дозаправка производится через спорадические, предсказуемые промежутки времени, спрос на уран в краткосрочной перспективе довольно предсказуем. Кроме того, она менее зависит от краткосрочных циклов экономического роста и падения, поскольку у ядерной энергетики один из самых высоких коэффициентов между фиксированными и переменными затратами (то есть предельные затраты на эксплуатацию уже построенной электростанции, а не на ее бездействие, очень низки по сравнению с капитальными затратами 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 решение о постепенном отказе от ядерной энергии в Германии, принятое правительством Герхарда Шредера (1998-2005) и отмененное во время второго кабинета Меркель (2009-2013), только для того, чтобы отмена этого отмены произошла в результате ядерной аварии в Фукусиме, которая также привела к временному закрытию нескольких немецких атомных электростанций.

Цены

В целом, в случае с ядерной энергетикой стоимость топлива имеет самую низкую долю в общих затратах на энергию из всех видов энергии, потребляющих топливо (то есть ископаемое топливо, биомасса и ядерное). Кроме того, учитывая огромную плотность энергии ядерного топлива (особенно в виде обогащенного урана или высокосортного плутония), легко накопить количество топливного материала, которое может длиться несколько лет при постоянном потреблении. Электростанции, которые не имеют возможности заправки в режиме онлайн, как это происходит с подавляющим большинством коммерческих электростанций, заправляют как можно реже, чтобы избежать дорогостоящих простоев, и обычно планируют задержки заправки заранее, чтобы позволить техническому обслуживанию и инспекции использовать запланированное время простоя. Таким образом, операторы электростанций, как правило, имеют долгосрочные контракты с поставщиками топлива, которые, если вообще, лишь незначительно подвержены колебаниям цен на уран. Влияние на цену электроэнергии для конечных потребителей незначительно даже в таких странах, как Франция, которые получают большую часть своей электрической энергии из ядерной энергии. Тем не менее, краткосрочные изменения цен, такие как урановый пузырь 2007 года, могут оказать существенное влияние на горнодобывающие компании, поиск и экономические расчеты относительно того, стоит ли определенное месторождение для коммерческих целей. С 1981 года цены и количества урана в США сообщаются Министерством энергетики. Цена импорта снизилась с 32,90 долл. США за фунт У3O8 в 1981 году до 12,55 долл. США в 1990 году и до уровня ниже 10 долл. США за фунт У3O8 в 2000 году. Цены, уплаченные за уран в 1970-х годах, были выше, 43 доллара США за фунт U3O8 были сообщены Центром ядерной информации как цена продажи австралийского урана в 1978 году. Цены на уран достигли рекордно низкого уровня в 2001 году, когда они составляли 7 долларов США за фунт, но в апреле 2007 года цена на уран на спотовом рынке выросла до 113,00 долларов США за фунт, что стало пиком уранового пузыря 2007 года. Это было очень близко к рекордному максимуму (с учетом инфляции) в 1977 году. После ядерной катастрофы в Фукусиме в 2011 году мировой уранный сектор оставался в депрессии, цены на уран упали более чем на 50%, стоимость акций снизилась, а рентабельность производителей урана снизилась с марта 2011 года и в 2014 году. В результате, урановые компании во всем мире сокращают расходы и ограничивают операции. Недостоверный источник: дата = сентябрь 2014 г. Например, Westwater Resources (ранее Uranium Resources) была вынуждена прекратить все операции по производству урана из-за неблагоприятных цен. С тех пор Westwater пыталась выйти на другие рынки, а именно литий и графит. В июле 2014 года цена концентрата урана оставалась на уровне, близком к пятилетнему минимуму, поскольку цена урана снизилась более чем на 50% по сравнению с пиковой ценой спот в январе 2011 года, что отражает потерю спроса в Японии после ядерной катастрофы в Фукусиме в 2011 году. В результате продолжающихся низких цен в феврале 2014 года горнодобывающая компания Cameco отложила планы по расширению добычи из существующих канадских рудников, хотя она продолжила работу по открытию нового рудника в Cigar Lake. Также в феврале 2014 года Paladin Energy приостановила работу на своей шахте в Малави, заявив, что высокая стоимость операции при текущих ценах приносит убытки.

Влияние цен на добычу полезных ископаемых и атомные электростанции

В целом, краткосрочные колебания цен на уран вызывают большее беспокойство у операторов и владельцев шахт и потенциально прибыльных месторождений, чем у операторов электростанций. Благодаря высокой энергетической плотности уран легко накапливать в виде стратегических запасов, и, таким образом, краткосрочное повышение цен может быть компенсировано доступом к этим запасам. Кроме того, многие страны имеют фактические запасы в виде переработанного урана или обедненного урана, которые все еще содержат долю расщепляющегося материала, который может сделать обогащение полезным, если того потребуют рыночные условия. Ядерная переработка отработавшего топлива с 2020 года осуществляется коммерчески, в основном для использования расщепляющегося материала, все еще содержащегося в отработанном топливе. Обычно используемый процесс PUREX восстанавливает уран и плутоний, которые затем могут быть преобразованы в топливо MOX для использования в тех же легких водяных реакторах, которые производили отработавшее топливо. Экономичность переработки является предметом многочисленных дебатов и частично зависит от предположений относительно цены урана и стоимости утилизации через глубокие геологические хранилища или ядерную трансмутацию. Реакторы, которые могут работать на природном уране, потребляют меньше добытого урана на единицу произведенной мощности, но могут иметь более высокие капитальные затраты на строительство из-за необходимости использования тяжелой воды в качестве модератора. Кроме того, они должны иметь возможность заправки в режиме онлайн, потому что сжигание, достижимое с использованием природного урана, ниже, чем с обогащенным ураном. Реакторы с размножающимся реактором также становятся более экономичными по мере роста цен на уран, и это, в частности, снижение цен на уран в 1970-х годах привело к снижению интереса к технологии реакторов с размножающимся реактором. Торийный топливный цикл является дополнительной альтернативой, если и когда цены на уран остаются на высоком уровне, и, следовательно, интерес к этой альтернативе современной "основной" технологии легких водяных реакторов зависит в немалой степени от цен на уран.

Законность

Добыча урана незаконна в ряде юрисдикций. Поскольку уран часто добывается в сочетании с другими минералами, запрет на практике обычно означает, что уран снова закапывается в шахте после первоначальной добычи. Страна/территория Государство/провинция Статус Новый Южный Уэльс запрещен в 1986 году. Разведка полезных ископаемых легальна. Виктория запретила Южную Австралию Один из крупнейших в мире источников Тасмания нет активных рудников Квинсленд запретил Северную территорию долгую историю добычи урана Западная Австралия запрет снят в 2008 году везде запрет снят везде запрет в 2021 году везде запрет в 1996 году Вирджиния запрет в 1982 году везде запрет в 2019 году везде крупный производитель

Политика

В марте 1951 года Комиссия по атомной энергии Соединенных Штатов установила высокую цену на урановую руду. В результате урановой лихорадки на юго-запад привлекли многих искателей. Чарльз Стин сделал значительное открытие около Моава, штат Юта, в то время как Пэдди Мартинес сделал еще одно открытие около Гранта, штат Нью-Мексико. Однако к 1960-м годам Соединенные Штаты, СССР, Франция и Китай сокращали свои закупки урана. Соединенные Штаты начали обогащать только ураном, добываемым в их стране, но к 1965 году производство упало на 40 процентов. К 1971 году, в попытке остановить дальнейшее снижение цен, руководители горнодобывающих компаний UCAN, Nufcor, Rio Tinto и представители правительства согласились разделить рынок с канадцами, получающими 33,5 процента, Южной Африки 23,75 процента, Франции 21,75 процента, Австралии 17 процентов 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 бойкотов ОПЕК, а Соединенные Штаты прекратили запрет на торговлю иностранным ураном. Ирландия в 2008 году также не планировала менять свою позицию по не ядерному оружию. В 1976 и 1977 годах добыча урана стала главной политической проблемой в Австралии, когда в докладе Ranger Inquiry (Fox) начались общественные дебаты о добыче урана. В 1976 году была создана группа "Движение против добычи урана", и было проведено много протестов и демонстраций против добычи урана. Опасения связаны с рисками для здоровья и экологическими последствиями добычи урана. Известные австралийские активисты против урана включают Кевина Буззкотта, Жакки Катона, Ивонн Маргарула и Джиллиан Марш. Всемирный уранный слушание состоялось в Зальцбурге, Австрия, в сентябре 1992 года. Противники ядерной энергетики со всех континентов, включая представителей коренных народов и ученых, выступили с заявлениями о проблемах, связанных с охраной здоровья и окружающей средой, связанных с добычей и переработкой урана, ядерной энергетикой, ядерным оружием, ядерными испытаниями и утилизацией радиоактивных отходов. Среди выступавших на слушании 1992 года были: Томас Баньякья, Кацуми Фурицу, Мануэль Пино и Флойд Ред Кроу Вестерман. Они подчеркнули угрозу радиоактивного загрязнения для всех народов, особенно для коренных общин, и сказали, что их выживание требует самоопределения и акцента на духовных и культурных ценностях. Была высказана поддержка коммерциализации возобновляемых источников энергии. Королевство Саудовская Аравия при помощи Китая построило завод по добыче урана из урановой руды. По словам западных чиновников, имеющих информацию о месте добычи, процесс проводится богатой нефтью королевством, чтобы продвигать ядерные технологии. Однако министр энергетики Саудовской Аравии отрицал, что построил завод по добыче урановой руды, и утверждал, что добыча полезных ископаемых является основополагающей частью стратегии королевства по диверсификации своей экономики. Несмотря на санкции против России, некоторые страны по-прежнему покупают уран в 2022 году, а некоторые утверждают, что ЕС должен прекратить это. по состоянию на 2022 год S&P Global говорит, что нероссийские шахтеры ожидают большей уверенности перед тем, как решить, инвестировать ли в новые шахты.

Риски для здоровья

Урановая руда выделяет газ радона. Влияние на здоровье высокого уровня воздействия радона является особой проблемой при добыче урана; значительное количество случаев смерти от рака легких было выявлено в эпидемиологических исследованиях уранных шахтеров, работавших в 1940-х и 1950-х годах. Первые крупные исследования радона и здоровья произошли в контексте добычи урана, сначала в Йоахимстальском регионе Богемии, а затем в Юго-Западной части Соединенных Штатов в начале холодной войны. Поскольку радоны образуются при радиоактивном распаде урана, в подземных урановых шахтах может содержаться высокая концентрация радона. Многие шахтеры в области Четырех углов заболели раком легких и другими патологиями в результате высокого уровня воздействия радона в середине 1950-х годов. Увеличение заболеваемости раком легких было особенно заметно среди шахтеров-навахо и мормонов (которые обычно имеют низкий уровень рака легких). Отчасти это связано с религиозным запретом курения в мормонах. В этот период не были широко применены или соблюдены стандарты безопасности, требующие дорогостоящей вентиляции. Хотя воздействие радона является основным источником рака легких у некурящих людей, которые не подвергаются воздействию асбеста, есть доказательства того, что комбинация курения и воздействия радона увеличивает риск выше совокупных рисков любого из вредных веществ. В исследованиях уранных шахтеров, работники, подвергавшиеся воздействию уровня радона от 50 до 150 пикокурий радона на литр воздуха (2000-6000 Bq/m3) в течение примерно 10 лет, показали повышенную частоту рака легких. Статистически значимые превышения смертности от рака легких наблюдались после совокупного воздействия менее 50 WLM. Размер связанного с радоном увеличения риска рака легких варьировался более чем на порядок величины в разных исследованиях. С тех пор в большинстве пострадавших шахт, которые продолжают работать, применяется вентиляция и другие меры для снижения уровня радона. В последние годы среднегодовое воздействие урана на шахтеров упало до уровня, аналогичного концентрации, вдыхаемой в некоторых домах. Это снизило риск профессионально вызванного рака от радона, хотя это все еще остается проблемой как для тех, кто в настоящее время работает в пострадавших шахтах, так и для тех, кто работал в прошлом. Добыча угля в дополнение к другим рискам для здоровья может также подвергать шахтеров воздействию радона, поскольку уран (и его продукт распада радона) часто встречается в угольных месторождениях и вблизи них и может накапливаться под землей, поскольку радона плотнее воздуха. В США Закон о компенсации за воздействие радиации предусматривает компенсацию для лиц, страдающих различными проблемами со здоровьем, связанными с воздействием радиации, или для их оставшихся в живых родственников. Уран-добытчики, работники урановых заводов и работники уранового транспорта получают компенсации в рамках этой схемы.

Усилия по очистке Соединенных Штатов

Несмотря на усилия, предпринятые для очистки урановых месторождений, на территории Навахо и в штатах Юта, Колорадо, Нью-Мексико и Аризона до сих пор существуют серьезные проблемы, связанные с наследием разработки урана. Сотни заброшенных шахт не очищены и представляют опасность для окружающей среды и здоровья во многих общинах. По просьбе Комитета Палаты представителей США по надзору и правительственной реформе в октябре 2007 года и в консультации с Навахо-нацией Агентство по охране окружающей среды (EPA) совместно с Бюро по делам индейцев (BIA), Комиссией по ядерному регулированию (NRC), Департаментом энергетики (DOE) и Индийской службой здравоохранения (IHS) разработали скоординированный пятилетний план по решению проблемы загрязнения урана. Подобные усилия по координации между ведомствами начинаются и в штате Нью-Мексико. В 1978 году Конгресс принял Закон о контроле радиации уранных заводов (UMTRCA), который был разработан для помощи в очистке 22 неактивных мест обработки руды на юго-западе. Это также включало в себя строительство 19 мест для утилизации хвостохранилищ, которые содержат в общей сложности 40 миллионов кубических ярдов низкорадиоактивного материала. Агентство по охране окружающей среды оценивает, что в 14 западных штатах есть 4000 шахт с документированной добычей урана и еще 15000 мест с урановыми запасами, большинство из которых находится в районе Четырех углов и Вайоминге. Закон о контроле за радиацией уранных хвостовых отходов - это закон США об окружающей среде, который внес поправки в Закон об атомной энергии 1954 года и предоставил Агентству по охране окружающей среды полномочия по установлению стандартов охраны здоровья и окружающей среды для стабилизации, восстановления и утилизации хвостовых отходов урановых заводов. В соответствии с разделом 1 Закона EPA должна была установить стандарты охраны окружающей среды, соответствующие Закону о сохранении и восстановлении ресурсов, включая ограничения по защите грунтовых вод; Министерство энергетики - внедрить стандарты EPA и обеспечить постоянную охрану некоторых объектов; и Комиссия по ядерному регулированию - рассмотреть очистку и лицензирование объектов для штатов или DOE для постоянной охраны. В соответствии с разделом 1 была создана программа по восстановлению уранового завода, совместно финансируемая федеральным правительством и штатом. В разделе 1 Закона также были определены 22 неактивных урановых завода для рекультивации, в результате чего в ячейках содержания UMTRCA Title 1 было содержимое 40 миллионов кубических ярдов низкорадиоактивного материала.

Поставки урана

В земной коре около 40 триллионов тонн урана, но большая часть распределена в низких частях на миллион следовой концентрации по его 3 массе. Исследование жизненного цикла Ян Виллема Сторма ван Леувена показало, что ниже 0,010,02% (100200 ppm) в руде энергия, необходимая для извлечения и обработки руды для снабжения топливом, эксплуатации реакторов и правильного удаления, приближается к энергии, полученной при использовании урана в качестве расщепляющегося материала в реакторе. Исследователи из Института Пола Шеррера, которые проанализировали статью Яна Виллема Сторма ван Леувена, однако, подробно описали ряд неправильных допущений Яна Виллема Сторма ван Леувена, которые привели их к этой оценке, включая их предположение, что вся энергия, используемая в добыче Олимпийской плотины, является энергией, используемой в добыче урана, когда эта шахта является преимущественно медной шахтой, а уран производится только в качестве сопродукта, наряду с золотом и другими металлами. Оценка ядерной энергии командой MIT в 2003 году, обновленная в 2009 году, заявила, что: Большинство комментаторов приходят к выводу, что полвека беспрепятственного роста возможен, особенно с учетом того, что ресурсы, стоимость которых составляет несколько сотен долларов за килограмм (не оценивается в Красной книге), также будут экономически полезны. Мы считаем, что мирового предложения урановой руды достаточно для обеспечения топливом для развертывания 1000 реакторов в течение следующего полувека.

Производство

По словам Роберта Вэнса из Агентства по ядерной энергии ОЭСР, уровень мирового производства урана уже достиг своего пика в 1980 году, составив 22 млрд. Однако это не связано с отсутствием производственных мощностей. Исторически сложилось так, что урановые рудники и мельницы по всему миру работали на уровне около 76% от общей производственной мощности, варьирующейся в пределах от 57% до 89%. Низкие темпы производства в значительной степени обусловлены избыточным производственным потенциалом. Замедление роста атомной энергетики и конкуренция со стороны вторичных поставок значительно снизили спрос на свежедобытый уран до недавнего времени. Вторичные поставки включают военные и коммерческие запасы, обогащенные хвосты урана, переработанный уран и смешанное оксидное топливо. Согласно данным Международного агентства по атомной энергии, мировое производство добытого урана достигло пика дважды в прошлом: один раз, примерно в 1960 году, в ответ на накопление запасов для военного использования, и снова в 1980 году, в ответ на накопление запасов для использования в коммерческой ядерной энергии. До примерно 1990 года добываемый уран превышал потребление электростанций. Но с 1990 года потребление электростанций превысило добываемый уран; дефицит покрывается ликвидацией военных (с помощью вывода из эксплуатации ядерного оружия) и гражданских запасов. Добыча урана увеличилась с середины 1990-х годов, но все еще меньше, чем потребление электростанциями.

Первичные источники

Различные агентства пытались оценить, как долго будут существовать первичные ресурсы урана, предполагая, что цикл будет один раз. В 2001 году Европейская комиссия заявила, что при нынешнем уровне потребления урана известные запасы урана хватит на 42 года. Если добавить к военным и вторичным источникам, то ресурсы могут быть расширены до 72 лет. Однако эта скорость использования предполагает, что атомная энергия по-прежнему обеспечивает лишь небольшую часть мирового энергоснабжения. Если бы мощность электроэнергии увеличилась в шесть раз, то 72-летний запас хватил бы всего на 12 лет.

Прогнозы

В прошлом было много предсказаний пика урана. В 1943 году Элвин М. Вайнберг и др. считал, что существуют серьезные ограничения в ядерной энергии, если только U используется в качестве топлива для атомной электростанции. Они пришли к выводу, что для начала эпохи почти бесконечной энергии необходимо размножение. В 1956 году М. Кинг Хабберт объявил, что мировые запасы делящихся материалов достаточны по крайней мере на несколько следующих столетий, предполагая, что разведение и переработка будут развиты в экономические процессы. В 1975 году Министерство внутренних дел США, Геологическая служба, распространила пресс-релиз "Известные запасы урана в США не удовлетворят спроса". Было рекомендовано, чтобы США не зависели от иностранного импорта урана.]] Многие аналитики предсказывали пик запасов урана и истощение запасов урана в прошлом или в ближайшем будущем. Эдвард Стайдл, декан Школы минеральной промышленности в Пенсильванском государственном колледже, в 1952 году предсказал, что запасы делящихся элементов слишком малы, чтобы поддерживать производство энергии в коммерческих масштабах. Майкл Мичер, бывший министр окружающей среды Великобритании (1997-2003), сообщает, что пик добычи урана произошел в 1981 году. Он также предсказывает серьезный дефицит урана раньше 2013 года, сопровождаемый накоплением и его стоимостью, поднятой до уровня драгоценных металлов. В 1975 году М. К. Дэй прогнозировал, что запасы урана могут закончиться уже в 1989 году, но, более оптимистично, они будут исчерпаны к 2015 году. Energy Watch Group подсчитала, что даже при высоких ценах на уран добыча урана достигнет своего пика к 2035 году и что только до этого времени можно будет удовлетворить спрос на топливо ядерных электростанций. Различные агентства пытались оценить, как долго эти ресурсы будут работать. В 2001 году Европейская комиссия заявила, что при нынешнем уровне потребления урана известные запасы урана хватит на 42 года. Если добавить к военным и вторичным источникам, то ресурсы могут быть расширены до 72 лет. Однако эта скорость использования предполагает, что атомная энергия по-прежнему обеспечивает лишь небольшую часть мирового энергоснабжения. Если бы мощность электроэнергии увеличилась в шесть раз, то 72-летний запас хватил бы всего на 12 лет. По данным отраслевых групп ОЭСР, NEA и МАГАТЭ, в настоящее время в мире имеются измеренные запасы урана, экономически извлекаемого по цене 130 долларов США за килограмм, которых хватит на 100 лет при текущем потреблении. Недостоверный источник: дата = сентябрь 2013 Однако в настоящее время, как правило, считается, что добывать новый уран из земли дешевле, чем использовать переработанный уран, и поэтому использование переработанного урана ограничено только несколькими странами. По оценкам ОЭСР, при мировых уровнях производства ядерной электроэнергии в 2002 году, при использовании ЛВР, прошедших топливный цикл, существует достаточно обычных ресурсов, чтобы продержаться 85 лет с использованием известных ресурсов и 270 лет с использованием известных и еще не открытых ресурсов. У заводчиков это продлевается до 8500 лет. Если кто-то готов заплатить 300 долларов за килограмм урана, то в океане его огромное количество. По оценкам МАГАТЭ, используя только известные запасы при текущем уровне спроса и исходя из того, что ядерного цикла достаточно, чтобы урана хватило на 100 лет. Однако, если использовать все известные первичные запасы, вторичные запасы, неоткрытые и нетрадиционные источники урана, уран будет исчерпан через 47 000 лет.

Возможные последствия

По мере снижения добычи урана, ожидается, что цены на уран возрастут. Однако цена урана составляет лишь 9% от стоимости эксплуатации атомной электростанции, что намного ниже, чем стоимость угля в угольной электростанции (77%) или стоимость природного газа в газовой электростанции (93%). Уран отличается от обычных энергетических ресурсов, таких как нефть и уголь, в нескольких ключевых аспектах. Эти различия ограничивают последствия краткосрочного дефицита урана, но большинство из них не влияют на его окончательное истощение. Некоторые ключевые особенности: Рынок урана разнообразен, и ни одна страна не имеет монопольного влияния на его цены. Благодаря чрезвычайно высокой энергетической плотности урана, накопление топлива на несколько лет является возможным. Существуют значительные вторичные запасы уже добытого урана, включая выведенное из эксплуатации ядерное оружие, хвосты обедненного урана, пригодные для повторного обогащения, и существующие запасы. Огромное количество урана, примерно в 800 раз превышающее известные запасы добытого урана, содержится в чрезвычайно разбавленных концентрациях в морской воде. Внедрение реакторов с быстрыми нейтронами увеличило бы эффективность использования урана примерно в 100 раз.

Заменители

Альтернатива урана - торий, который в три раза распространеннее урана. Быстрые реакторы размножения 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. Однако создание технологии, инфраструктуры и знаний, необходимых для экономии тория, не является экономически выгодным при текущих и прогнозируемых ценах на уран.