Как химический элемент уран был открыт еще в 1789 г. немецким химиком М. Г. Клапротом (как оказалось впоследствии, М. Г. Клапрот получил не чистый металлический уран, а диоксид урана), назвавшим его в честь недавно обнаруженной планеты Уран. Более полувека спустя, в 1841 г., французский химик Э. М. Пелиго, применив новый способ восстановления (нагревая в платиновом тигле безводный хлорид урана, смешанного с металлическим калием), получил черный металлический порошок — металлический уран. Элемент этот был настолько неинтересен, что химики даже не дали точной его характеристики. В частности, они считали, что его атомная масса равна 120.
Обдумывая и создавая Периодическую систему, Д. И. Менделеев по всем правилам должен был поставить уран в третью группу как тяжелый аналог алюминия. Но на деле уран по своим свойствам не вписывался в эту клетку, и Д. И. Менделеев, без специального исследования, повинуясь интуиции, помещает уран в конец таблицы — туда, где он должен иметь атомную массу 240. В 1872 г. он пишет по этому поводу следующее: «Между всеми известными химическими элементами уран выделяется тем, что обладает наивысшим атомным весом… Наивысшая, из известных, концентрация массы несомого вещества,… существующая в уране… должна влечь за собой выдающиеся особенности…
Убежденный в том, что исследование урана, начиная с его природных источников, поведет еще ко многим новым открытиям, я смело рекомендую тем, кто ищет предметов для новых исследований, особо тщательно заниматься урановыми соединениями».
Впоследствии оказалось, что Д. И. Менделеев был прав во всем. Установленная атомная масса урана равна 236,03. Уран оказался необыкновенным элементом. Лишь после выявления радиоактивных урановых соединений А. А. Беккерелем в 1896 г. и открытия вслед за этим новых радиоактивных элементов — радия и полония — (Марией и Пьером Кюри в 1898 г.) он привлек к себе пристальное внимание исследователей. Позднее французский ученый Фредерик Жолио-Кюри установил, что распад уранового ядра имеет характер взрыва, а сам процесс сопровождается выделением огромного количества энергии. Советские ученые в 1939 г. Я. Б. Зельдович и Ю. Б. Харитон установили два пути осуществления цепной ядерной реакции, а К. А. Петржак, Г. Н. Флеров в 1940 г. доказали, что в природе идет процесс самопроизвольного распада ядер урана. Все эти события предшествовали осуществлению человеком первой цепной реакции. До этих пор, хотя добывать уран начали с 1905 г., использовался он только для извлечения радия в стекольной промышленности.
Современная урановая промышленность (добыча урановой руды, ее обогащение и т. д.) начала формироваться лишь после того, когда стало ясно, что уран практически может быть источником огромного количества энергии (1 г урана дает 4,18 ГДж).
Впервые атомная энергия была использована в военных целях. В конце второй мировой войны США сбросили атомные бомбы на японские города Хиросиму и Нагасаки. С целью ликвидации монополии США на атомное оружие, в СССР была создана атомная (1949 г.), а затем водородная (1953 г.) бомбы. Однако параллельно с этим в СССР ведутся работы по использованию атомной энергии в мирных целях: под руководством академика И. В. Курчатова в 1946 г. в СССР создается первый атомный реактор, в 1954 г. под Москвой начинает вырабатывать энергию первая в мире атомная электростанция. Входят в строй и другие энергетические атомные установки — стационарные (электростанции, опреснители) и подвижные (атомоходы «Ленин» в 1959 г., «Ермак», «Арктика», «Сибирь», подводные лодки, передвижные электростанции и др.). Уже сегодня применение атомной энергетики в мирных целях целесообразно (естественно, при строгом соблюдении технологии). Удельная стоимость ядерных реакторов непрерывно снижается в связи с ростом единичной мощности агрегатов. Если первые в мире АЭС обладали мощностью в пределах одной сотни тысяч киловатт, то сейчас Ленинградская АЭС имеет четыре реактора мощностью по 1 млн. кВт., Курская АЭС — 3 млн. кВт, в Литве на АЭС функционируют реакторы мощностью по 1,5 млн. кВт.
Впервые в мире в СССР использовали ядерную энергию для теплоснабжения: на Чукотке работает Билибинская АТЭЦ. Академик Н. А. Доллежаль в 1966 г. с целью «экологической емкости» зон размещения АЭС в малонаселенных районах предложил создание крупных атомных энергокомплексов, содержащих на одной площадке группу АЭС суммарной мощностью в несколько десятков миллионов киловатт, а также сопутствующие предприятия по переработке ядерного горючего и радиоактивных отходов, иными словами, крупные территориально-производственные объединения с полным циклом использования и передела ядерного топлива.
Высказываются и альтернативные точки зрения (особенно в связи с авариями на АЭС в разных странах мира), а в некоторых странах (США, Западная Европа) наблюдается определенное сокращение капиталовложений в строительство АЭС (хотя, например, и сегодня во Франции более 60 % электроэнергии производится на АЭС). Ведутся поиски безаварийных конструкций и технологий АЭС, предлагается размещать реакторы под землей и т. д.
Одновременно разрабатывается проблема применения атомной энергии для высокотемпературных (до 1000 °С и более) технологических процессов (например, в металлургической и химической промышленностях).
Природный уран представлен тремя изотопами с массовыми числами 238 (99,28%), 235 (0,71%), 234 (0,006%); в результате ядерных реакций получаются еще 11 изотопов с массовыми числами 228—240. Уран — мягкий блестящий серебристо-белый с голубоватым оттенком металл, химически активный и легко окисляющийся на воздухе. Плотность его 19, температура плавления 1138 °С. Известно более 200 урановых и урансодержащих минералов, 100 из них имеют практическое значение. Важнейшие среди них: уранинит, или урановая смолка (оксид урана, содержащий 62—78 % металла, агрегат: черные кристаллы), настуран (оксид урана, 52—76 % металла, черные аморфные натеки), урановые черни (оксид, 81 % металла), урановые слюдки, или карнотит (56 % урана, агрегат: зеленовато-желтый налет) и торбернит (48 % урана, изумрудно-зеленые чешуйки).
До 1945 г. в добыче урана важную роль играли Чехо-Словакия (Рудные Горы), США (плато Колорадо), Бельгийское Конго (Шинколобве), Канада (Большое Медвежье озеро). После 1945 г. развернувшиеся поиски урана во всех странах мира привели к открытию других крупных месторождений. Различают собственно урановые, урано-полиметаллические, медно-урановые, золото-урановые, железо-урановые, урановованадиевые, уран-никель-кобальт-висмутовые и другие руды.
Запасы урана известны в 24 странах несоциалистического мира. Эти запасы (по классификации МАГАТЭ — обоснованно гарантированные запасы, рентабельные для разработки при цене до 80 долл. за 1 кг урана) — составляют 1,7 млн. т. Около двух третей этих запасов размещено в развитых капиталистических странах, а 5/6 их — находятся всего в 7 странах (в млн. т): в Австралии — 0,46, в ЮАР — 0,3, в Канаде — 0,15, в Нигере — 0,18, в Бразилии — 0,16, в США — 0,13, в Намибии — 0,1. Более одной трети запасов выявлено в Африке. Общие прогнозные ресурсы урана в 1986 г. составили 3,7 млн. т. Основные месторождения урана располагаются в Австралии (крупнейшее в мире медно-ураново-золотое месторождение Олимпик-Дэм в Южной Австралии с запасами до 0,6 млн. т урана, Джибалука — с запасами до 0,2 млн. т), в ЮАР (руды урана заключены в докембрийских золотоносных конгломератах Витватерсранда, с запасами 0,3 млн. т, в Канаде (Эллиот-Лейк с запасами 0,23 млн. т, Сигар-Лейк — 0,1, Ки-Лейк, Мидуэст, Раббит-Лейк), в США (плато Колорадо — 0,5 млн. т — в том числе Амброзия-Лейк, Лагуна и др., провинции бассейнов Вайоминта, в т. ч. Газ-Хилл и др.), в Нигере (Арлит, Акута, Имурарен), в Бразилии (Итатая, Лагоа-Реал), в Намибии (Россинг с запасами 0,3 млн. т, Лангер-Хайнрих), в Заире (провинция Шаба).
В настоящее время исследователи выделяют радиоактивные (урановые или ториевые) провинции — это районы, характеризующиеся повышенным содержанием радиоактивных веществ в земной коре, сопровождающиеся увеличением γ-излучения в приземном воздухе и усиленным отложением радионуклидов в тканях живых организмов. Урановые провинции известны на всех континентах. Они связаны с выходом на поверхность коренных пород (например, гранитов), обогащенных ураном (Франция — Центральный Французский массив). Ториевые провинции встречаются на побережье теплых морей и связаны с россыпями минералов тория — монацита и др. (Индия, США и др.), а также в районах месторождений тория (например, в США — Аляска, Калифорния, штаты Айдахо и Колорадо).
Производство урана в концентратах (в пересчете на металл) в 17 уранодобывающих несоциалистических странах составляет на 1986 г. около 37,5 тыс. т. Более 98 % урана производят восемь стран: Канада — почти до 12, ЮАР — до 5, США и Намибия — более 4, Австралия, Франция и Нигер — по 3, Габон — около 1. США и Великобритания широко используют уран, добываемый в других странах.
ЮАР, обладающая большими запасами и добычей урана, не только снабжает им развитые капиталистические страны, но сама с помощью США ведет работы в области ядерной энергетики. США поставляет ЮАР обогащенный уран; американские компании обслуживают ядерные реакторы в Куберге (ЮАР), западногерманские фирмы «Сименс» и другие помогли ЮАР в строительстве уранообогатительного завода в Валиндобе, «АЭГ — Телефункен» и другие фирмы поставляют расистской ЮАР электронное и электротехническое оборудование для обогащения урана. Здесь разработан новый метод обогащения урана. Тревожно, что все эти достижения в урановой промышленности ЮАР имеют явно выраженную военную направленность.
Вот примерно как выглядит структура расходов на уран для ядерного топливного цикла: снабжение ураном — 18 %, обогащение — 22 %, изготовление топливных элементов — 18 %, регенерация обработанного топлива и захоронение отходов — 52 % (!).
Оптовые цены на уран на капиталистическом рынке в середине 80-х гг. составляли в среднем 35 долл. за 1 кг U3O8.
Источник: В.Д. Войлошников, Н.А. Войлошникова. Книга о полезных ископаемых. Издательство «Недра». Москва. 1991