Kto ma największe złoża uranu na świecie i do czego służy wzbogacony uran?

Jak wydobywa się uran? Proces ten polega na wydobyciu rudy uranu z ziemi i oddzieleniu cennego pierwiastka. Odbywa się to na trzy sposoby: poprzez górnictwo odkrywkowe, górnictwo podziemne lub metodę otworową (ang. In Situ Leaching - ISL), polegającą na wpompowywaniu pod ziemię substancji ługującej (kwasu siarkowego), która upłynnia rudę uranu, i wypompowywaniu roztworu na powierzchnię. Tradycyjne kopalnie stanowią w 43% źródło pozyskania uranu, podczas gdy ługowanie ISL odpowiada za 57% światowej produkcji.

Surowiec jest pozyskiwany poprzez mielenie lub ługowanie. Mielenie polega na kruszeniu rudy uranu, mieleniu jej i zmieszaniu ze środkami chemicznymi, które pozwala rozpuścić uran. Jest on następnie oddzielany, zestalany i pakowany jako tlenek uranu (tzw. yellowcake, U^3O8, ze względu na wygląd przypominający żółte ciasto). Ługowanie polega natomiast na rozpyleniu chemikaliów na skałach zawierających uran, a następnie odzyskaniu pierwiastka z roztworu.

Największe złoża uranu na świecie posiada Kazachstan, który również jest jego największym producentem (43% światowego wydobycia). Drugim krajem pod względem wydobycia uranu jest Kanada. Spore zasoby tego radioaktywnego metalu ma także Australia (28% zasobów na świecie). Inni ważni producenci to Rosja, Chiny, Namibia, Niger i Uzbekistan. Potencjalne złoża uranu występują także w Polsce, jednak nasz kraj nie prowadzi aktualnie wydobycia. Możliwe, że ok. 7300 ton rudy mieści się na Podlasiu, Warmii, w Sudetach oraz Górach Świętokrzyskich.

Uran odkrył w 1789 roku niemiecki chemik Martin Heinrich Klaproth (1743-1817). Oprócz niego odkrył również cyrkon (1789) oraz brał udział w odkryciu tytanu (1795), strontu (1793), ceru (1803) i chromu (1797). Niemiec opisał uran i cyrkon jako odrębne pierwiastki, niemniej jednak nie potrafił ich wyizolować.

Źródła podają, że chemikowi udało się wytrącić żółty osad, rozpuszczając blendę uranową z kopalni srebra w Czechach w kwasie azotowym, a następnie zobojętniając ten roztwór wodorotlenkiem sodu. Na dnie tygla zobaczył czarny proszek, który według niego mógł zawierać nowy metal. Nadał mu nazwę "uran" na część planety Uran, która została odkryta w tej samej dekadzie. Czysty uran jako pierwiastek wyodrębnił dwa lata później (w 1841 r.) francuski chemik Eugène-Melchior Péligot (1811-1890).

Uran w swojej naturalnej postaci tlenku uranu występował na ziemi już w starożytności i był używany m.in. w Cesarstwie Rzymskim do barwienia ceramiki na żółto. W późnym średniowieczu zaczęto wydobywać uranit (rzadki minerał promieniotwórczy) w czeskich Rudawach (dawniej Górach Kruszcowych) i stosowano go do barwienia szkła. Jeszcze do początku XIX wieku położone tam kopalnie były jedynymi znanymi źródłami uranu.

Wzbogacony uran jest szczególną formą tej substancji, w której udział procentowy uranu-235 (²³⁵U) został zwiększony w procesie rozdzielania izotopów. Naturalnie występujący uran składa się z izotopów ²³⁸U (ponad 99%), ²³⁵U (ok. 0,72%) i ²³⁴U (ok. 0,005%). W przeciwieństwie do dominującego uranu-238 uran-235 jest jedynym znanym rozszczepialnym nuklidem występującym w naturze. Jako materiał rozszczepialny jest on w stanie podtrzymać reakcję łańcuchową wykorzystywaną w fizyce jądrowej.

Uran wydobyty ze złóż podziemnych ma zbyt niską zawartość rozszczepialnego izotopu, aby mógł zasilać reaktory atomowe lub być wykorzystany w bombie atomowej. Jest on zatem poddawany procesom chemicznym znanym jako wzbogacanie uranu. Poprzez zwiększenie zawartości izotopu ²³⁵U do kilku procent uzyskuje się uran nisko wzbogacony (ang. LEU), który może już zasilać większość reaktorów wodnych na świecie.

Przy koncentracji izotopu powyżej 20% uzyskuje się już uran wysoko wzbogacony (ang. HEU), który może służyć jako materiał rozszczepialny w broni jądrowej, a także jako składnik paliw reaktorów okrętów podwodnych i reaktorów szybkich neutronów.

Wyróżnia się jeszcze uran nieznacznie wzbogacony (0,9-2% pożądanego izotopu) i uran odzyskany ze zużytego paliwa (ang. RepU), który zawiera nieco więcej ²³⁵U niż uran pochodzenia naturalnego. Wzbogacanie uranu jest trudnym i czasochłonnym procesem opartym na rozdzielaniu izotopów za pomocą dyfuzji gazowej lub wirówki wzbogacającej.