Поводом для разговора с ученым стала новость марта 2025 года о том, что Агентство по атомной энергии Японии (JAEA) изучает возможность использования урана в аккумуляторах.
Зачем делают обедненный уран: это объяснение поймет даже школьник
Он токсичен и химически агрессивен. Он радиоактивен и опасен, если его вдохнуть. Но человечество продолжает производить и накапливать это вещество, пока ученые ищут, как его можно применить. Редакция попросила эксперта из научной среды рассказать простыми словами, что это за вещество и как оно используется.
PhysicsOpenLab.org
Содержание
По устройству это обычный многоразовый химический аккумулятор, в котором один металл заменили другим. Анод прототипа выполнен из обедненного урана, а катод содержит железо. При размерах 10×10×5 см он создает напряжение 1,3 В – близкое к напряжению стандартной батарейки АА.
Разработчики зарядили и разрядили образец десять раз и утверждают, что его характеристики не изменились. Это хороший знак, обещающий, что урановые аккумуляторы будут достаточно долговечны. Ученые предложили использовать уран вместо привычного лития.
Возможно, вас слегка передернуло от мысли, что в вашем телефоне будет батарейка из урана – вещества, ассоциирующегося с радиационной опасностью. Но будет ли она там – еще вопрос: чтобы довести технологию до ума, нужны годы исследований, и успех вовсе не гарантирован. Однако давайте разберемся, действительно ли это опасно.
Зачем обедняют уран
Ни за чем: обедненный уран – это побочный продукт работы обогатительных фабрик. В природе уран представлен смесью трех изотопов: U-234, U-235 и U-238. Для АЭС из руды извлекают изотоп U-235 — эта процедура называется обогащением, объясняет заведующая кафедрой АЭС НИУ «МЭИ» Марина Хвостова.
Обогатительная фабрика Пикетон в США
«Название "обедненный" связано с пониженным содержанием урана-235 по сравнению с природным ураном – как правило, менее 0,3%. В основном в нем содержится уран-238, атомщикам не нужный», – уточняет она.
За эру атомной энергетики в мире накопилось, по разным оценкам, от 1,6 до 1,7 млн тонн обедненного урана.
Насколько он опасен
Активность обедненного урана невысока, говорит ученый: «Уран-238 является альфа-излучателем с большим периодом полураспада – около 4,5 млрд лет, а его дочерние продукты создают также бета- и гамма-излучения».
Капсула с U238.
Внешнее облучение от обедненного урана легко экранировать – достаточно обычного корпуса батарейки. «Альфа-частицы обладают низкой проникающей способностью и легко задерживаются даже тонким слоем одежды или кожи».
Такой аккумулятор будет безопасен – с оговоркой: если его корпус останется цел. Стоит урану попасть в окружающую среду, появляется риск его вдохнуть или проглотить, а вот внутреннее облучение и интоксикация действительно опасны.
У России самые большие запасы
По оценкам экспертов, к 2020 году в России накопилось свыше 1 млн тонн обедненного урана в виде гексафторида урана, уточняет Хвостова. «Большая часть этого объема находится на долговременном хранении в специальных герметичных стальных емкостях на открытых площадках четырех разделительно-сублиматных комплексов».
По российским законам обедненный уран считается не отходом, а ценным энергетическим ресурсом.
Как его используют
Хранить накопившийся уран трудно: он химически агрессивен. Поэтому ему стараются найти применение.
В таких контейнерах отходы обогатительных фабрик хранят в США. Коррозия приводит к утечкам, как на этом фото.
Самое известное – производство бронебойных снарядов и танковой брони, где полезны его высокая плотность и твердость. Он также применяется в радиационных экранах медицинского и промышленного оборудования, в качестве балластных грузов и как компонент топлива для реакторов на быстрых нейтронах, отмечает Хвостова.
Сердечник снаряда калибром 30 мм из обедненного урана
«Проблема накопления отходов и материалов, содержащих радиоактивные вещества, актуальна для многих стран, развивающих ядерные технологии, – говорит специалист. – Есть разные методы использования полезных компонентов радиоактивных отходов. Трансурановые элементы и другие изотопы извлекают и применяют в медицине, промышленности и науке. Разрабатываются экспериментальные методы использования тепла, выделяемого высокоактивными отходами. В России в рамках проекта "Прорыв" планируется технология трансмутации – "выжигания" наиболее опасных изотопов для снижения их радиологической активности».
Теперь JAEA предлагает использовать обедненный уран и в аккумуляторах – правда, не для бытовых устройств, учитывая потенциальные риски, а в стационарных системах хранения энергии, работающих вместе с ветряными и солнечными электростанциями.
«Если данная технология перейдет из разряда опытных образцов в серийное производство, скорее всего, она будет применяться с ограничениями, – предположила сотрудница МЭИ. – На производство, транспортировку и использование таких батарей потребуются особые лицензии, разрешения и сертификаты».