Открит от немския химик Мартин Клапрот през 1789 г., елементът бил наречен с името на планетата Уран, току-що открита (1781 г.). През 1938 г. немските физици Хан и Щрасман показват, че уранът може да се дели на две части като отделя енергия.
Уранът е метал от семейството на актинидите и в свежо състояние прилича на стоманата. Той е най-тежкият естествен елемент, с плътност 19,05 g/cm3 (1,7 пъти по-тежък от оловото). Елементът е корозионно неустойчив - в естествена среда се окислява бързо, а при повишаване на температурата става порест и пластичен. По химични свойства прилича на волфрама. Реагира с всички химични елементи, освен с инертните газове. Най-важните съединения са UO2 и U3O8. Във въздуха U се покрива с окисна ципа, която обаче не го предпазва от по-нататъшни окисления, а при нагряване се възпламенява. Бурно реагира с водни пари с отделяне на водород. Малки количества вещества, съдържащи уран, са били използвани в керамичната промишленост за получаване на жълто-оранжеви глазури и за боядисване, но това приложение е прекратено, когато са станали известни ефектите от радиацията.
Природният уран се състои от три изотопа: 238U - 99,284 %, 235U - 0,711 % и 234U - 0,005 %. Най-слабо радиоактивният от тях е 238U. Той е a -емитер с енергия на a -частиците 4,2 МеV и слаб g -емитер - 48 кеV. Уран 238U е родоначалник на уран-радиевото семейство, състоящо се от 19 изотопа, с период на полуразпадане 4,5.109 години. От този изотоп се произвежда плутоний в реакторите-възпроизводители (бридери) с бързи неутрони. Делящият се изотоп 235U има време на полуразпадане 7,13.108 години и се използва като гориво за ядрените реактори и за производство на ядрени оръжия. Изотопът 234U има най-малко време на разпадане 245.103 години, и е най-силно радиоактивен.
Уранът се извлича от урановата руда. Чрез процеси на раздробяване и смилане се извлича уранов окис U3O8 във вид на жълта маса (кейк) - жълт прах, съдържащ 90 % уранов окис. За нуждите на ядрените реактори е необходимо уранът да бъде обогатен с 235U от природното му съдържание 0,07 % до 3,5-4 %. С това завършва химическата част от обработката на урана и следва обогатяването, което е физически процес. След обогатяване се превръща в уранов окис, от който се произвежда ядреното гориво във вид на таблетки, поставени в т. нар. горивни елементи.
В атомните електроцентрали ядреното гориво “изгаря”, като произвежда енергия и намалява съдържанието на 235U. При деленето на ядрата се произвежда значителна енергия, в същото време се получават високо радиоактивни продукти (средно тежки ядра). 238U, залавяйки неутрони произвежда тежки трансуранови изотопи, предимно плутоний. Отработеното ядрено гориво е високо радиоактивно и опасно и подлежи на специална преработка и съхранение. При това може да се извлича плутоний, който е основна суровина за ядрените оръжия, а може и да се получат материали за ядрено гориво.
Обедненият уран е отпадък от т. нар. ядрен горивен цикъл и притежава характеристики, които го правят много привлекателен за производство на конвенционални оръжия и танкови брони. Високата му плътност осигурява голяма проникваща способност на снарядите с уранов връх, след взривяването на които се отделя много топлина, която възпламенява урановите частички.
Снаряди с обеднен уран са използвани във войната в Персийския залив в операцията “Пустинна буря”. В редица страни са създадени различни оръжия с обеднен уран, в които той се използва както за усилване на броните, така и за снаряди. Такива са крилатите ракети ТОМАХОУК и 30 mm противотанкови снаряди.
Известно е, че във войната в Югославия са взривени около 1500 крилати ракети, съдържащи обеднен уран. След експлозията 80 % от урановите окиси се превръщат в дългоживущи стъклени частички с големина 0,5 ё 5 m m, които чрез дишането попадат в кръвта и лимфната система. Най-голяма радиационна заплаха представляват дъщерните продукти 226Ra и 222Rn, получени от a -разпадането на 238U. Такива ракети носят по три килограма уран, който при детонацията се превръща в окис, следователно:
3 kg UOx x 80 % x 1500 = 3600 kg UОx,
37 MBq/kg x 3600 kg = 133 200 MBq = 13,3 x 1010 Bq - радиев еквивалент.
Тази активност се равнява на 4 g Ra. Изчислява се, че застрашеното население е 20 млн. души. Урановите аерозоли могат да се подемат и разнасят от въздушните течения на стотици километри от мястото на взрива.
Таблица 1. Годишно постъпление в организма на 238U и неговите продукти на разпадане в региони с нормален естествен радиационен фон
Източник | Чрез органите на дишане | Чрез органите на хранене |
238U | 1.10-2 Bq | 5 Bq |
234Th | 1.10-2 Bq | 5 Bq |
234Pa | 1.10-2 Bq | 5 Bq |
234U | 1.10-2 Bq | 5 Bq |
230Th | 1.10-2 Bq | - |
226Ra | 1.10-2 Bq | 15 Bq |
210Pb | 4 Bq | 40 Bq |
210Po | 0,8 Bq | 40 Bq |
Смята се, че естественият уран се намира в радиоактивно равновесие с дъщерните си ядра 234Th, 234mРа и 234U, така че един килограм уран съдържа по 12 MBq от всеки от посочените четири радионуклида. Частичките прах на повърхността на Земята се явяват основен източник на постъпването му в атмосферния въздух. В таблица 2 са приведени данни за средната специфична активност на 238U в органите и тъканите и погълнатата доза, формирана от 238U, 234Th, 234mРа и 234U.
Таблица 2. Средна специфична активност на 238U в тъканите и съответната годишна погълната доза от вътрешно облъчване от дъщерните му продукти.
Органи и тъкани | Отдадена активност* 238U, Bq/kg | Годишно погълната доза, Gy | ||||||||||
238U (a ) | 234Th (b ,g ) | 234mPa (b ,g ) | 234U (a ) | |||||||||
Гонади | 5 | 1,1.10-7 | 2,0.10-9 | 2,0.10-8 | 1,2.10-7 | |||||||
Костна тъкан | 150 | - | - | - | - | |||||||
Червен кос-тен мозък | 5 | 2,1.10-7 | 1,1.10-8 | 1,4.10-7 | 2,4.10-7 | |||||||
Щитовидна жлеза | 5 | 1,1.10-7 | 2,0.10-9 | 2,0.10-8 | 1,2.10-7 | |||||||
Бъбреци | 5 | 1,1.10-6 | 1,5.10-8 | 2,1.10-7 | 1,2.10-6 | |||||||
*Предполага се, че 234Th, 234mРа и 234U се намират в радиоактивно равновесие с 238U във всички органи и тъкани.
За външно облъчване този елемент не представлява радиационна заплаха. Но ако се инхалира или погълне чрез хранене, рискът за лъчево индуцирани карценоми се увеличава многократно. Силно токсичен е и високите му концентрации в организма разрушават вътрешните органи, главно бъбреците. Ранните признаци за отравяния от уран и неговите соли са главоболие, повръщане, отпадналост. Бързо се развиват процеси на остри поражения на бъбреците - токсичен нефрозо-нефрит, често без повишаване на артериалното налягане. Нанася поражения на паренхимните органи, особено черния дроб (хепатит).
Предизвиква левкоцитоза - увеличен брой на левкоцитите в кръвта повече от 109/l, повишаване на телесната температура, затруднено дишане, отслабване на сърдечния ритъм. Наличието му може да доведе до нарушаване на функциите на отделителната система - анурия - задържане на урината в бъбреците, пикочопроводите и пикочния мехур.
Отравянето с UF6 протича като химично изгаряне. Предизвиква силно раздразнение на лигавицата на дихателните пътища, болка в гърдите, кашлица, секрети със сиво-зелен цвят и примес на кръв, задух, раздразнение на очите, умъртвяване на роговицата на окото. При попадане върху кожата причинява изгаряния.
В случай на непрекъснато облъчване са направени следните изчисления: на 1 m g/m3 уранова концентрация във въздуха съответстват 5,5 mSv/а (при 17,8 m3/d вдишан въздух). Според ICRP границата на дозата за население категория “В” е 1 mSv/а, което съответства на концентрация във въздуха 0,18 m g/m3. За работещи категория “А”, ГГД е 20 mSv/а, което е еквивалентно на 9,8 m g/m3 уранова концентрация във въздуха (при 2400 m3/а вдишан въздух).
По отношение на химичната токсичност критериите се дефинират така:
- 0,2 mg U/m3 във въздух (за разтворим уран);
- 0,045 mg Uест/m3 във въздух като ураниев прах преди химичното му отделяне от рудата, ако е в равновесие с дъщерните си продукти.
Uест (неразтворим): 2,0.10-11 m Ci/ml (=0,74 Bq/m3, еквивалентно на 29,5 m g/m3);
Според някои американски стандарти нивото на урана за “минимален риск” при поглъщане чрез храна, се допуска да бъде 1 m g/kg телесна маса на ден. Тази стойност е определена на базата на злокачествените ефекти, наблюдавани при плъхове, които са поемали 1,1 mg/kg на ден. За стандартен човек (70 kg), 1 m g/d е еквивалентно на 26 mg/y.
Общата допустима концентрация във вода за 234U и 238U е 30 pCi/l (1,11 Bq/l).
От гледна точка на продължителността на човешкия живот този елемент е вечен и при замърсяване ще представлява постоянна радиоактивна опасност. Възстановяването на околната среда от това вредно вещество е много скъпо и трудоемко. Нашите специалисти се опитват да контролират чистотата на въздуха, почвата и да търсят урана в изследваните проби. Това не е лесно и не може да се прави с измерване на радиационния гама-фон, което е добре поставено в нашата страна. Използват се по-сложни радиохимични и физични методи, които са усвоени в специализирани институти. Засега замърсяване не е открито, но предстои много голяма и сериозна работа по контрол на въздуха и търсене на замърсявания на почвата. Ние трябва да познаваме състоянието на нашата природа, за да опазим здравето на населението.
