Уран в фактах. От удивительного металла до атомной энергии

Уран – один из самых противоречивых и загадочных металлов таблицы Менделеева Д. И. Свойства этого металла до сих пор представляют научный интерес и вызывают много споров, как среди учёных, так и среди обывателей. Взять, хотя бы, радиоактивность – единственное природное явление, которое человек не ощущает несмотря на то, что по силе она сравнима с ураганом или смерчем. Отсутствие знаний рождает страх, поэтому в этой статье мы собрали как можно больше интересных и полезных фактов об уране.

Факт первый и самый необычный

Удивительно, но название этого природного минерала было предопределено за несколько лет до его официального открытия. В 1781 году английский астроном Вильям Гершель, наблюдая с помощью самодельного телескопа звездное небо, обнаружил светящееся облако, которое он поначалу принял за комету, но в дальнейшем убедился, что видит новую, неизвестную до этого времени седьмую планету солнечной системы. Гершель называет ее Ураном в честь древнегреческого бога неба [1]. Это событие взволновало все круги общества. Датой открытия урана стал 1789 год, когда немецкий философ и химик Мартин Генрих Клапрот впервые восстановил из саксонской руды настурана золотисто-жёлтую «землю» до чёрного металлоподобного вещества, который и назвал ураном, в честь самой далекой из известных в те времена планет.

Факт второй – история открытия

Важными датами в истории исследования урана стали 1789 год, когда из руды впервые был восстановлен металлоподобный уран, и 1840 год, когда французский химик Эжен-Мелькьор Пелиго смог доказать, что материал, полученный Клапротом, несмотря на подходящие внешние признаки, вовсе не металл, а оксид урана. Чуть позже, в том же 1840 году, Пелиго получил настоящий уран – очень тяжелый металл серого цвета. Именно тогда впервые и был определен атомный вес такого вещества как уран. С 92 протонами в ядре и атомным весом около 238,0289 а.е.м., уран является самым тяжелым природным элементом на Земле.

Факт третий – мировой запас

На нашей планете урана не так уж и мало. По своей распространенности в земной коре он занимает 38-е место. Содержание урана в земной коре составляет 0,0003% (вес), концентрация в морской воде – 3 мкг/л. Проблема состоит в том, что он в значительной степени рассеян, и его мощных месторождений не так много. В промышленности используют около 15 минералов урана (рис. 1). Мировое производство в среднем составляет около 60 тысяч тонн в год. Лидером по этому показателю является Казахстан, примерно треть общемирового объёма. В топ-5 стран по производству урана входят также Канада, Намибия, Австралия и Узбекистан. Россия занимает шестое место, производя около 2700 тонн урана.

Рис. 1. Циппеит – распространённый вторичный урановый минерал, встречающийся в зоне окисления урановых месторождений

Факт четвертый факт – физические свойства

Чистый уран относится к семейству актиноидов, имеет серебристо-белый цвет, плотность 19,05 г/см³, очень тяжёлый, немного мягче стали, ковкий, гибкий, обладает небольшими парамагнитными свойствами (рис. 2). Поверхность урана на воздухе быстро тускнеет, так как окисляется, и на его поверхности образуется тонкая плёнка оксида урана легкого коричневого оттенка. Уран имеет температуру плавления 1135°C и температуру кипения 4113°C. Выявлено, что уран способен самовоспламеняться при температуре от 150°C до 175°C в порошкообразном состоянии. Если довести температуру до 1000°С, химический элемент уран соединится с азотом и образуется вещество желтого цвета – нитрид металла. Неожиданным является факт, что вода может разъедать уран: при высоких температурах этот процесс будет происходить быстро, а при низких – медленно. Любопытно, что благодаря высокой плотности уран используют не для пуль, а для снарядов, пробивающих броню.

Рис. 2. Внешний вид металла уран

Факт пятый – урановое стекло

Первый подтверждённый факт использования урана датируется 79 годом н. э.: на римской вилле в Неаполитанском заливе была найдена мозаика с фрагментами из жёлтого стекла, содержащего примерно 1% оксида урана. Это доказывает, что ещё в древнейшие времена природная окись урана использовалась для придания стеклу оттенка. Мастера разных эпох создавали красивые изделия, добавляя в стекло различные оксиды урана: жёлтый уранат натрия, тёмно-зелёный смешанный оксид, оранжевый триоксид и коричневый диоксид урана. Как правило, содержание урана в стекле составляет 2%, но в начале ХХ века доходило и до 25%. Наиболее широкое распространение уранового стекла происходило с 1830-х годов и вплоть до 1940-х. Своей популярностью оно обязано не только красивому цвету, но и необычному свойству – флуоресценции в ультрафиолете зелёным светом (рис. 3). Пик распространения пришёлся на эпоху арт-деко 1920–40-х годов, из необычного стекла изготавливались статуэтки, украшения, посуда, вазы, светильники. Но затем производство резко сократилось, так как все мировые запасы урана были направлены на использование в ядерном оружии и атомной энергетике. На сегодняшний день всего несколько компаний в мире занимаются изготовлением предметов из уранового стекла, в основном коллекционного значения. Изделия из уранового стекла радиоактивны – в них содержится уран-238 и его производные, но при соблюдении простейших правил использования (хранить в закрытых шкафах, не использовать в качестве посуды), они не представляют опасности, так как излучаемые альфа-частицы не проникают через преграды.

Рис. 3. Изделия из уранового стекла: римская тарелка 2-3 века (а), коллекция посуды ХХ век (б)

Факт шестой – явление радиоактивности

Несмотря на некоторые уникальные физические свойства, уран – это вещество, которое в массовом сознании ассоциируется исключительно с ядерной энергетикой. Радиоактивные свойства урана были обнаружены только сто лет спустя, с момента открытия элемента. Первым радиацию обнаружил французский физик Анри Беккерель в 1896 году. Он проводил эксперимент и выяснил, что вещество с солями урана (радиоактивный металл) в составе засвечивает фотопластинки даже через светонепроницаемую бумагу (рис. 4). Так, Венецкий С. И. [1] описывает историю появления этого знаменательного факта. «Беккерель интересовался явлением фосфоресценции. Однажды для проведения опытов ученый решил воспользоваться одной из солей урана. На обернутую черной бумагой фотопластинку он поместил вырезанную из металла узорчатую фигуру, покрытую слоем урановой соли, и выставил на яркий свет, чтобы фосфоресценция была наиболее интенсивной. Через 4 часа ученый проявил пластинку и увидел на ней отчетливый силуэт металлической фигуры. Спустя 2 дня Беккерель решил повторить опыты, но, к сожалению, погода была пасмурной. А какая же фосфоресценция без солнца!!!! Досадуя на погоду, ученый спрятал в ящик стола уже приготовленные диапозитивы вместе с образцами солей урана. Дождавшись солнечного дня, Беккерель поспешил в лабораторию, но будучи педантичным экспериментатором, решил проявить диапозитивы. На проявленных пленках четко и резко обозначались черные силуэты образцов.» 23 ноября 1896 года на заседании Академии наук Беккерель впервые рассказал о новом свойстве урана, которое заключалось в самопроизвольном делении ядер его атомов. А 1 марта 1897 года он выступил с докладом «Исследование урановых лучей».

Рис. 4. Изображение фотопластинки Беккереля, засвеченной излучением солей урана. Ясно видна «тень» металлического мальтийского креста, помещённого между пластинкой и солью урана

Термин «радиоактивность» впервые применила Мария Склодовская-Кюри. Именно ее наблюдения свойств урана и тория привели к открытию этого явления. Склодовская-Кюри открыла два новых радиоактивных элемента: полоний и радий. В 1898 году она и ее муж Пьер Кюри обнаружили, что уран после излучения таинственным образом превращается в другие химические элементы. Один из этих элементов супруги назвали полонием в память о родине Марии Кюри, а еще один – радием, поскольку по-латыни это слово означает «испускающий лучи». В 1903 году Мария и Пьер Кюри получили Нобелевскую премию в области физики (рис. 5).

Следует помнить, что радиоактивность урана не так велика, как это изображают в фильмах и книгах. Радиоактивность природного урана настолько мала, что не проникает даже сквозь верхний слой кожи. Академик Курчатов И. В., по воспоминаниям коллег, работал с ураном без защитных перчаток, а потом просто вытирал руки, и лучевой болезни у него не было.

Рис. 5. Лауреаты Нобелевской премии по физике слева направо Антуан Анри Беккерель, Мария Склодовская-Кюри, Пьер Кюри

Факт седьмой – цепная реакция. Создание ядерного оружия

Концепция цепной ядерной реакции впервые была выдвинута в 1933 году венгерским учёным Лео Силардом. Он понял, что в результате ядерной реакции образуются нейтроны, которые затем вызывают аналогичные реакции, а значит, возможна ядерная цепная реакция. В 1938 году немецкие учёные Отто Ган и Фриц Штрассман открыли деление ядер урана под воздействием медленных нейтронов на 2 основных изотопа с атомным весом 238 (стабильный изотоп) и 235 (радиоактивный изотоп). Тем не менее, зная об удивительной способности урана распадаться, понадобилось ещё почти пять лет, чтобы 2 декабря 1942 года команда ученых под руководством итальянского физика Энрико Ферми смогла провести первую в мире самоподдерживающуюся ядерную реакцию (рис. 6). Для проведения экспериментов требовалось немало денег. Убедить американское правительство, что опыты Э. Ферми и его команды позволят получить мощное атомное оружие, необходимое для борьбы с фашизмом помогло обращение Альберта Эйншейна к президенту США Франклину Рузвельту: «Сэр! Последняя работа Э. Ферми позволяет надеяться, что элемент уран в ближайшем будущем может быть превращен в новый важный источник энергии…». Учитывая огромный авторитет А. Эйншейна и серьезность международной обстановки, Ф. Рузвельт дал согласие на финансирование работ.

Подготовка к эксперименту началась в конце 1941 года. Было принято решение создать экспериментальный реактор «Chicago Pile-1» на площадке для тенниса под трибунами стадиона Stagg Field в Чикагском университете. Первоначальный план ученых – использовать обогащенный уран-235 в качестве топлива, был отброшен из-за его дефицита в то время. Вместо этого реактор был заправлен 45 тоннами оксида урана и 5,4 тоннами металлического урана. В качестве замедлителя нейтронов использовалось 360 тонн гранита. Опыт начался в 15 часов 25 минут по чикагскому времени. Через несколько минут томительного ожидания счетчики нейтронов защелкали. Цепная реакция началась! Атомному огню позволили гореть 28 минут, потом сработал сигнал тревоги, означавший, что безопасные показатели скорости реакции превышены, и эксперимент был остановлен. После чего один из участников подошел к телефону и заранее установленной шифровой фразой сообщил руководству: «Итальянский мореплаватель добрался до Нового Света!» Это означало, что выдающийся итальянский ученый доказал – человек может контролировать и использовать ядерную реакцию по своей воле. Однако, учитывая то, в какое время проводился эксперимент, не стоит удивляться, что цепная реакция рассматривалась прежде всего как этап на пути к созданию атомной бомбы. Начало создания самого грязного и разрушительного оружия было положено.

Рису. 6. Итальянский физик-теоретик, лауреат Нобелевской премии по физике Энрико Ферми (а) и первый в мире ядерный реактор «Чикагская поленница-1» («Chicago Pile-1») (б)

Факт восьмой, ужасающий

Шла Вторая мировая война. После удачно проведённого эксперимента с цепной реакцией, создание ядерной бомбы было лишь вопросом времени. 13 августа 1942 года официально был учреждён «Манхэттенский инженерный округ» инженерных войск армии США под научным руководством Роберта Оппенгеймера. Американские военные разработали три ядерные бомбы. Первая – плутониевая «Устройство», была взорвана при первом ядерном испытании. Вторая – урановый «Малыш», был сброшен 6 августа 1945 года на город Хиросиму. Бомба взорвалась примерно в 576 метрах над городом. Мощность взрыва составила 13 килотонн. Третье ядерное устройство – «Толстяк» – имплозивного типа с плутониевым ядром (его плутоний был получен из урана-235). «Толстяк» был сброшен на город Нагасаки 9 августа 1945 года (рис. 7).

Рис. 7. Ядерные грибы от сброшенных бомб «Толстяк» (а) и «Малыш» (б), разрушительные последствия и трагедия Хиросимы и Нагасаки (в, г)

Факт девятый – мирное горючее ХХ века

Масштабы и необратимость разрушений от ядерных бомбардировок были ужасающими. Перед учеными всего мира встал вопрос – создавать ли еще более кошмарное оружие, способное уничтожить человечество? Ответ был очевиден – нет! Отныне колоссальная энергия, заключенная в ядрах атомов, должна служить человеку на благо. В СССР полномасштабные работы над собственными атомными проектами начались в 1943 году. Под руководством советского ученого, академика И. В. Курчатова (рис. 8) 25 декабря 1946 года были завершены работы по проектированию и строительству первого ядерного ректора Ф-1, что стало отправной точкой развития отечественной атомной промышленности и энергетики. Первой в мире электростанцией на атомной энергии с полезной мощностью 5МВт считается Обнинская АЭС в Калужской области, запущенная 26 июня 1954 года. Первой промышленной атомной электростанцией, начавшей работу 27 августа 1958 года, считается Сибирская АЭС. По официальным данным Росатома на сегодняшний день в мире насчитывается 438 работающих энергоблоков в 31 стране мира, при этом в эксплуатации находятся 192 атомные электростанции. В России действует 10 атомных электростанций, на которых функционируют 33 энергоблока. Их суммарная установленная мощность превышает 29,3 ГВт.

Рис. 8. Выдающийся советский физик Игорь Васильевич Курчатов

Факт десятый – Чернобыль

Наверное, нет ни одного человека, который при упоминании урана-235 не вспоминал бы о его радиоактивности и, как следствие, о Чернобыльской катастрофе. Достаточно сказать, что мощность радиоактивного выброса, произошедшего при взрыве четвёртого энергоблока в ночь с 25 на 26 апреля 1986 года, была эквивалентна 500 атомным бомбам, сброшенным на Хиросиму и Нагасаки. До этого человечество не сталкивалось с подобными разрушениями, масштаб которых кратно увеличивался по мере оценки ситуации специалистами. Сложность принятия экстренных мер защиты и оценки последствий заключались и в том, что радиоактивность никак не ощущается. Невозможно точно сказать, сколько человек погибло в результате аварии, но доказано, что радиационный удар по здоровью получили сотни тысяч человек, особенно дети, из-за накопления в щитовидной железе радиоактивного йода-131. После аварии в атмосферу попало колоссальное количество радиоактивных частиц, которые поднялись на высоту многих километров, образовав радиоактивное облако, затронувшее территории многих государств, добравшись даже до Канады, Северной Америки и Японии. Позднее были составлены карты загрязнения цезием-137, одним из основных радиоактивных компонентов, образующемся при делении ядер в реакторах (рис. 9). Разрушенный энергоблок был накрыт специальными изоляционными сооружениям, чтобы минимизировать перенос радиоактивной пыли и аэрозолей. В 1986 году в кратчайшие сроки был возведён бетонный «Саркофаг». Но после частичного обвала бетонных плит над машинными отделениями в 2013 году, было решено установить второй слой укрытия. Так, в 2019 году был введён в эксплуатацию новый безопасный конфайнмент (НБК), представляющий собой арочную конструкцию, которая полностью накрыла старый саркофаг и конструкции АЭС (рис 10).

Рис. 9. Карта загрязнения цезием-137

Рис. 10. Разрушенный взрывом четвёртый энергоблок Чернобыльской АЭС (а), «Саркофаг» (б), НБК (в)

Факт одиннадцатый – атомные ледоколы

В настоящее время в мире существует 12 атомных ледоколов, и все они были спроектированы в Советском Союзе и России. К первому поколению относится «Ленин» (спущен на воду 5 декабря 1957 года, в 1989 году – выведен из состава флота) (рис. 11). Чтобы заставить работать его двигатель во всю мощь – 44 тысячи лошадиных сил – нужно «сжечь» всего несколько десятков грамм урана. Затем был «Таймыр» (введен в эксплуатацию 30 июня 1989 года), «Вайгач», «Ямал», «50 лет Победы». ГУАЛ «Арктика» – самый большой и мощный атомный ледокол в мире. (рис. 11) Его длина 173,3 м, ширина 34 м, осадка 10,5–8,65 м, полное водоизмещение 33540 тонн. Специально для этого судна была разработана ядерная энергетическая установка «Ритм-200» мощностью 175 МВт. Новейшие корабли относятся к новому поколению проекта 22220. В 2022 году строй пополнили «Сибирь» и «Урал». А к декабрю 2026 года планируется завершить строительство атомохода «Чукотка». По данным на ноябрь 2025 года в России находятся 8 действующих атомных ледоколов («Таймыр», «Вайгач», «Ямал», «50 лет Победы», «Арктика», «Сибирь», «Урал» и «Якутия») и одно атомное ледокольно-транспортное судно (лихтеровоз) «Севморпуть».

Рис. 11. Атомный ледоход «Ленин» (а), Атомный ледоход «Арктика» (б)

Факт двенадцатый – уран в нашем организме

Радиоактивные материалы вошли в состав Земли с самого ее рождения. Даже человек слегка радиоактивен, поскольку в организме есть радиоактивный изотоп калий-40 – незаменимый элемент, участвующий в ряде важных метаболических процессов. Потому не удивительно, что биологи доказали наличие в микроскопических количествах урана в тканях живых организмов. Попадая в организм с пищей, водой, воздухом и даже через повреждения кожных покровов, в теле человека соединения урана распределяются неравномерно: наибольшее содержание печени и лёгких, наименьшее в головном мозге и сердце. Установлено, что среднее содержание урана в организме человека составляет порядка 9*10^-5 г (по данным Международной комиссии по радиационной защите). Правда, эта цифра несколько колеблется для различных районов и территорий.

Факт тринадцатый – возраст

Метод радиоизотопного датирования используется для определения возраста различных образцов. Суть этого процесса проста – зная период полураспада конкретного изотопа, учёные анализируют, какая его доля успела распасться за время существования образца.

Геологи, например, определяют возраст пород и минералов. Ураново-свинцовым методом им удалось узнать возраст самых древних минералов. При исследовании метеоритных пород удалось определить примерную дату зарождения нашей планеты. Благодаря «урановым часам» был определён возраст лунного грунта. На основании того, что самые молодые куски лунного вещества прожили срок больше возраста древнейших земных минералов, было сделано любопытное открытие – в течение 3 млрд лет на Луне отсутствует вулканическая активность.

Не менее интересное применение метода радиоизотопного датирования – определение возраста и подлинности вина. В этом случае один из вариантов – использование радиоактивного изотопа углерод-14, содержащегося в небольшом количестве в растениях. До конца 1940-х годов весь существующий углерод-14 был результатом взаимодействия космического излучения и азота в верхних слоях атмосферы, но после атомных испытаний и катастроф, количество этого изотопа измеримо выросло. Подлинность возраста редких бутылок можно проверить, определив было ли оно разлито до или после появления определённых технологий у человека. Например, если в составе найден цезий-137, образующийся в результате ядерных испытаний, то вино не может быть старше 1945 года.

Факт четырнадцатый – стоимость урана

Стоимость урана в виде фиксированной цены открыто не публикуется, так как она сильно зависит от его обогащения и чистоты, особенно для ядерного топлива. По данным находящимся в открытом доступе в конце сентября 2025 года цена урана на спот-рынке составляла примерно 83 доллара за фунт (с марта по сентябрь цена выросла на 29% в связи с дефицитом из-за сокращения добычи), а в начале ноября 2025 года немного снизилась до 78,95 долларов за фунт.

Факт пятнадцатый – заключительный

В статье раскрыты интересные факты самого удивительного металла природы, но, тем не менее, споры и обсуждения методов и объёмов использования урана будут продолжаться и дальше, потому что он неразрывно связан с таким явлением как радиация. Не стоит забывать, что радиационное излучение – явление, требующее внимательного и подробного изучения, которое может при правильном применении вывести цивилизацию на новую ступень развития. Автор статьи провёл опрос 64 респондентов из разных возрастных групп на тему радиации. Выяснилось, что старшее поколение (35+ лет) хорошо знакомо с понятием радиация, а почти половина младшего (8–13 лет) не понимает о чём идёт речь. При этом взрослые люди, лучше осведомлённые о радиации, воспринимают её адекватнее, чем респонденты младшего школьного возраста - дети путают причины и следствия воздействия радиации (рис. 12). Таким образом подтвердилась гипотеза, что распространение доступной информации о радиации сможет повысить образованность населения и грамотное отношение к радиационному излучению и использованию урана в мирных целях.

Рис. 12. Выдержка из сводных данных по анкетированию. Ответы на вопрос «О каких опасностях радиации вы слышали», разделённые по возрастным группам