Уран нь U гэсэн химийн тэмдэглэгээтэй, атомын дугаараараа үелэх системийн 92 дугаарт байрлах бөгөөд байгалийн цацраг идэвхт элемент юм. Уран нь түүхэнд хожуу нээгдсэн элементүүд болох “Актинид” гэж нэрлэгддэг элементүүдийн тусгай бүлэгт багтдаг. Уран бол бусад актинидийн нэгэн адил “цацраг идэвхтэй” бөгөөд цаг хугацааны явцад өөрөө задарч, энерги ялгаруулдаг. Түүний онцгой шинж чанарыг нь ашиглан цөмийн реакторын түлшний эх үүсвэр болгодог. Тахианы өндөгний хэмжээтэй ураны түлш нь 88 тонн нүүрс шатааж гаргах цахилгаан эрчим хүчтэй тэнцүү байдаг.

Уран бол дэлхийн царцдасын хамгийн түгээмэл элементүүдийн нэг бөгөөд алтнаас 500 дахин их байдаг. Хэдийгээр энэ нь маш ховор элемент мэт боловч бага хэмжээгээр дэлхийн хаанаас ч олж болно. Жишээлбэл: чулуу, хөрс, ус тэр бүү хэл бидний биед маш бага хэмжээгээр агуулагдаг. Мөн далайд их хэмжээний шингэрүүлсэн уран байдаг бөгөөд ойролцоогоор 4 тэрбум тонн орчим юм.

Уран нь бусад элементийн нэгэн адил масс болон физик шинж чанараараа ялгаатай боловч химийн шинж чанараараа адилхан хэд хэдэн төрөл байдаг. Эдгээрийг ураны изотопууд гэж нэрлэдэг.

УРАНЫ ИЗОТОПУУД ГЭЖ ЮУ ВЭ?

Зураг-1. U238 нь дэлхий дээрх ураны байгалийн 3 изотопын 99 хувийг бүрдүүлдэг.(Инфографик: А.Варгас/ОУАЭА)

Байгаль дээр 3 төрлийн ураны изотоп байдаг: Уран – 234 (U-234), Уран – 235 (U-235) болон Уран – 238 (U-238). Уран-238 нь хамгийн түгээмэл бөгөөд дэлхий дээрх байгалийн ураны 99%-ийг эзэлдэг. Ихэнх цөмийн реакторууд U-235 агуулсан түлшийг ашигладаг боловч энэхүү изотоп нь байгалийн ураны ердөө 0,72%-ийг эзэлдэг бөгөөд ихэнх реакторууд түлш болгон ашиглахдаа уран-235 изотопыг өндөр концентрацитай болтол баяжуулж ашигладаг.

Иймд U-235 изотопын концентрацийг “баяжуулах” гэдэг процессоор зохиомлоор нэмэгдүүлдэг. Зөвхөн Канадын CANDU реакторууд л баяжуулаагүй уран буюу байгалийн ураныг түлшэндээ ашигладаг.

УРАНЫ БАЯЖУУЛАЛТ ГЭЖ ЮУ ВЭ?

Ураны баяжуулалт бол U-235 изотопын концентрацийг 0.72%-иас 94% хүртэл ихэсгэх процесс юм.

U-235 изотопын концентраци 20%-аас доош байвал ураныг бага баяжуулсан гэж үзнэ. Ихэнх реакторууд 5%-ийн бага баяжуулсан ураны (ББУ) түлшийг ашигладаг бөгөөд 3-5% баяжилттай ураны түлшийг “reactor-grade uranium” гэж нэрлэдэг. ББУ нь эвдэрч мууддаггүй, олон жил хадгалах боломжтой байдаг.

Хэрвээ ураныг 20%-аас дээш баяжуулсан бол түүнийг өндөр баяжуулалттай гэж нэрлэдэг. Ийм өндөр баяжуулалтай Уран-235-ыг ихэвчлэн тэнгисийн цэргийн хөдөлгүүрийн реакторууд, цөмийн зэвсэг болон судалгааны реакторуудад ашигладаг. Уран-235 изотопын хэмжээг нэмэгдүүлэхийн тулд янз бүрийн аргыг ашиглаж болдог.

Ерөнхийдөө, шар нунтагийг ураны гексафторид гэж нэрлэгдэх хийн хэлбэрт шилжүүлдэг. Дараа нь хийг хурдан эргэлдэх цилиндрүүд буюу центрифуд шахаж, Уран-238 гэх мэт хүнд изотопуудыг цилиндрийн хана руу шахаж, хөнгөн цөм болох Уран-235 изотоп нь цилиндрийн төвдөө үлддэг. Энэхүү процессоор Уран-235 изотопын өндөр агууламжтай хийг гаргаж авах боломжийг бүрдүүлдэг бөгөөд хангалтай агууламжтай болтол давтаж хийдэг. Үүний дараагаар тухайн хийг дахин хувиргах процессоор дамжуулан Уран-235-ыг ураны диоксид (ураны исэл) болгон хувиргадаг.

УРАНЫГ ХЭРХЭН ОЛБОРЛОДОГ ВЭ?

20-р зуунд ураны хүдрийг ихэвчлэн ил уурхай болон далд уурхай хэлбэртэйгээр олборлодог байсан тул ураныг бусад элементээс ялгахын тулд ураны хүдрийг буталж, тээрэмдэж, цэвэршүүлэх шаардлагатай байсан.

21-рзуунд энэ аргуудыг аажмаар “Газар доор уусган олборлох (ГДУО)” аргаар сольсон. 2000 онд энэ аргаар ураны дөнгөж 16%-ийг үйлдвэрлэж байсан бол одоогийн байдлаар уран олборлох хамгийн түгээмэл арга нь ГДУО арга юм. 2020 онд дэлхийн нийт олборлосон ураны 58%-ийг ГДУО аргаар олборлосон.

Зураг-2. Ураны хүдрийг олборлох, боловсруулах болон хяналт тавих процесс

ГДУО нь газрын гүнд байх ураны ордуудаар дамжууланисэлдүүлэгч бодис, бага хэмжээтэй хүчил зэрэг нэмэлт элементүүдтэй усыг битүү циклээрэргэлдүүлэх процесс юм. Энэ арга нь ураныг ордоос шууд уусгаж авах боломжийг олгодог. Дараа нь үүссэн уусмалыг газар доороос битүү хоолойгоор гарган авчтүүнийг үйлдвэрт боловсруулах замаарураны исэл буюу "шар нунтаг"-ыг гарган авдаг.

ЦӨМИЙН ТҮЛШНИЙ ЦИКЛ

Уран олборлох, цөмийн түлш бэлтгэх, цөмийн эрчим хүчний станц (ЦЭХС)-д ашигласан түлш, үүссэн цацраг идэвхт хаягдлыг булшлах шат дамжлагыг цөмийн түлшний цикл гэнэ.

Зураг-3. Ашигласан цөмийн түлшийг дахин ашиглах, дахин боловсруулах боломжтой байдаг.

Цөмийн түлшний цикл нь цөмийн эрчим хүчний реактор дахь уранаас цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх төрөл бүрийн үйл ажиллагаануудыг багтаасан үйлдвэрлэлийн процесс юм. Ураны хайгуулын дараа ураны хүдрийг олборлож, тээрэмддэг бөгөөд түүхий ураныг түлш болгон үр ашгийг нь нэмэгдүүлэхийн тулд боловсруулж, баяжуулах шаардлагатай. Цөмийн реакторт ашигласан түлшийг булшлахаас өмнө усан санд хөргөөж, хадгалах шаардлагатай эсвэл ашигласан түлшийг дахин боловсруулж, илүү их эрчим хүч үйлдвэрлэх эх үүсвэр болгон ашиглах боломжтой. Дахин боловсруулалт хийсний дараа үүссэн цацраг идэвхт хаягдал, ядуурсан ураныг булшлах шаардлагатай.

УРАНЫГ ХЭРХЭН ЦӨМИЙН ТҮЛШ БОЛГОХ ВЭ?

Ураныг цөмийн түлш болгох явцад хатуу, шингэн, хийн төлөвт оруулдаг. ГДУО замаар хатуу ураны хүдрийг [1] шингэж болгож, дараа нь шар нунтаг [2] хэлбэртэй хатуу болгож, ураны гиксофторид [3] гэх хий болгон хувиргаж центрифүгийн аргаар баяжуулдаг. Дараа нь ураны диоксид болгон боловсруулж, ЦЭХС-ын цөмийн түлшний багцуудын суурь болох ураны үрлийг (uranium pellet) бий болгодог.

Зураг-4. Ураны хүдрээс цөмийн түлш болох шат дамжлага

Ураны диоксид нь хар нунтаг хэлбэртэй бодис юм [4]. Уг бодисыг халаах замаар жигнэж, шахаж ураны үрлийг хийдэг [5]. Үүний дараа үрлүүдийг нэг нэгээр нь урт металл хоолойд хийж, нэгтгэн цөмийн түлшний гол эх үүсвэр болох түлшний багц [6] хийдэг.

ДАХИН БОЛОВСРУУЛСАН УРАН ГЭЖ ВУ ВЭ?

Ашигласан цөмийн түлшийг төрөлжсөн дахин боловсруулах үйлдвэрүүдэд дахин боловсруулж болдог. Ашигласан цөмийн түлшнээс гаргаж авсан ураныг дахин боловсруулсан уран гэж нэрлэдэг бөгөөд үүнийг шинэ төрлийн түлш болгон ашиглах боломжтой.

ЯДУУРСАН УРАН ГЭЖ ВУ ВЭ?

Центрифугээр Уран-235 изотопын концентрацийг их хэмжээгээр нэмэгдүүлж болохыг баяжуулалтын хэсэгт үзсэн. Эндээс үзвэл баяжуулалтаар үүссэн дайвар бүтээгдэхүүнд Уран-235 изотоп бага хэмжээгээр үлддэг. Хэрэв баяжуулалтын ийм дайвар бүтээгдэхүүнд Уран-235 изотопын харьцаа 0.7%-аас бага байвал түүнийг ядуурсан уран гэж нэрлэдэг.

Ядуурсан уран нь байгалийн уранаас бага цацраг идэвхтэй, учир нь байгалийн ураны нэгж масс дахь U-235-аас бага байдаг. Ураныг баяжуулахаас өмнө химийн аргаар цэвэршүүлэх явцад бүх үлдэгдэл задралын бүтээгдэхүүнд байхгүй болсон. Ядуурсан ураныг бага түвшний цацраг идэвхт хаягдал болгон булшлах эсвэл ашигласан цөмийн түлшийг дахин боловсруулах явцад ялгасан авсан плутонитой хольж, холимог исэл түлш буюу MOX үйлдвэрлэхэд ашиглах боломжтой.

БИД ӨДӨР ТУТАМДАА УРАНД ХЭРХЭН ӨРТДӨГ ВЭ?

Ерөнхийдөө, хүн дундажаар ураныг залгих, амьсгалах замаар жилд 1 мкЗв-ээс бага тунг авдаг. Жишээлбэл: Лондонгоос Лос Анжелес руу нэг удаа нисэхэд сансраас 58.8 мкЗв цацрагийн тунг авдаг. Түүнчлэн ураны задралын бүтээгдэхүүн болох усанд агуулагдах маш бага хэмжээтэй задралын бүтээгдэхүүнүүд, радий-226, гэр, байшинд хуримтлагдах радон-222, тамхины утаанд агуулагдах полони-210 зэрэг бодисыг ууж, амьсгалснаар хүн жилд дунджаар 120 мкЗв тунг авдаг. Гэсэн хэдий ч хоолны дэглэмийн ялгаа, ундны усан дахь ураны хэмжээ зэргээс шалтгаалан дэлхийн хэмжээнд ураны хэрэглээний түвшин маш их ялгаатай байдаг.

Их хэмжээгээр залгисан буюу амьсгалсан уран нь химийн хордлогын улмаас хор хөнөөл учруулж болзошгүй юм. Ураны хайгуул, олборлолт, боловсруулалтад оролцон ажиллаж буй хүмүүс эрсдэлтэй бүлэгт багтаж, хамгаалалтын хэрэгсэл зүүх, эрүүл мэндээ хамгаалахын тулд дүрэм, журмыг чанд мөрдөж ажиллах шаардлагатай.

Эх сурвалж: https://www.iaea.org/newscenter/news/what-is-uranium