Az utóbbi negyedszázadban az urán nagy szolgálatokat tett az emberiségnek, habár nevéhez sokáig az atombombát társították. Mint hatalmas energiaforrást ma már főképpen békés célokra alkalmazzák, fontos tényezővé vált az emberiség energiaszükségletének fedezésében.
Már régen sejtették, de csak mintegy negyven éve bizonyították be, hogy az atommagban óriási energiamennyiség halmozódik fel. Megnyilvánulását azonban csak akkor érzékelhetjük, mikor az atommag önmagától vagy pedig külső hatásra felbomlik. Más szavakkal: az anyag és az energia között jól meghatározott viszony létezik, amit Einstein korszakalkotó egyenlete fejez ki. Eszerint az energia egyenesen arányos a tömeggel, egyenlő a tömegnek és a fénysebesség négyzetének szorzatával: E=mc2. A képlet alapján kiszámítható, hogy egy gramm anyag 25 millió kilowattóra elektromos energiával egyenértékű; hasonló energiamennyiség előállításáért hárommillió tonna kitűnő szenet kell elégetni.
Ilyen körülmények között érthetőek a tudományos-technikai és gazdasági befektetések, amiket az atommag-energia irányított felszabadítása és felhasználása érdekében tesznek. Az elért eredmények már az ipari alkalmazást is lehetővé tették. Az atomerőművek vitathatatlanul bizonyították létjogosultságukat : a legfejlettebb országokban az elektromos áram 3-5 százalékát termelik. A közeljövőben még látványosabb fejlődésnek indul ez az iparág, s az ezredfordulón az összenergia-termelésnek egyharmadát biztosítja majd. Az eddigi eredmények ellenére az anyag energiává alakítása még kezdetleges stádiumában van. ugyanis egyelőre nem sikerült olyan arányban megvalósítani, mint az Einstein egyenletéből következnék. Hasonló célokra csak az uránt használják, ugyanis csak ennek a szürke fémnek a túlzsúfolt atommagjai bomlanak önmaguktól; miközben olyan részecskéket lövellnek ki, amelyek megfelelő körülmények között a többi atommagot gyors bomlásra, hasadásra bírják. Az atommag hasadása közben hőenergia és különféle sugárzási energia szabadul fel.
Az atomreaktorokban lejátszódó folyamatok esetében a felszabaduló hőenergiát rendszerint vízgőz termelésével hasznosítják. A vízgőz – ugyanúgy, mint a jól ismert klasszikus erőműveknél – turbinát, ez pedig dinamógépet működtet, amely elektromos áramot termel. Az atomerőművek jellegzetes vonása a klasszikus erőművekkel szemben az, hogy a hőenergiát az uránatommag hasadásából nyerik s nem a szén, gáz vagy olaj elégetéséből. Lényeges különbség tehát csak a fűtőanyagban és annak „elégetési” módjában van, a többi gyakorlatilag azonos.
Összehasonlíthatatlan azonban az út, amit a szén vagy a kőolaj tesz meg a föld mélyéből a kazánig és az urán útja az atomreaktorig. Éppen ez a különbség teszi az atomszármazású elektromos energiát egyelőre drágábbá. Ez a megállapítás azonban főképp a viszonylag kis kapacitású erőművekre vonatkozik; az ezer megawattosnál nagyobb teljesítményű atomerőművek már gazdaságosság szempontjából is felveszik a versenyt a klasszikus erőművekkel.
A jelenlegi nehézségeknek és a magas költségeknek több oka van.
Elsősorban: az urán, bár viszonylag nagy mennyiségben található a földkéregben (összesen l,3.1014, százharmincezer milliárd tonna), igen szétszórt állapotban van. Ebből következik, hogy az uránércek igen szegények. Ha például a vas vagy alumínium esetében az iparilag felhasználható ércnek az illető fémből legalább 50-60 százalékot kell tartalmaznia, az uránérc már 0,1 százalékos fémtartalommal iparinak számít. Egy kilogramm urán termeléséhez tehát egy tonna ércet szükséges feldolgozni. A feldolgozás során az ércet hígított kénsavval kezelik, majd a feloldott uránt ioncserélő gyanták segítségével vonják ki. Utána a gyantákból is kivonják az uránt, koncentráltabb oldatot nyerve. Ez a vegykoncentrát már 60 százalék uránt tartalmaz. A dúsítási hatásfok tehát hatszázszoros.
Másodsorban: az urán mint fűtőanyag rendkívül tiszta kell hogy legyen. A szennyeződés aránya az egyszázad százalékot sem haladhatja meg. Bizonyos elemek, mint például a bór, kadmium és a ritka földfémek, megengedhető szennyeződési határa egymilliomod százalék. Ezért az urán vegykoncentrátot nagyfokú tisztításnak vetik alá organikus oldószerek segítségével. Csak azután lehet szó arról, hogy olyan vegyületet állítsanak elő, amiből a fémuránt készítik. Ez a vegyület az uránfluorid, amit magnéziummal vagy kálciummal kevernek, s a keverékből nyerik – 800-1000 fokos hevítés után – a 200–300 kilogrammos tiszta fémtömböket. Az öntecset nemesgáz-légkörben újraolvasztják és mintegy félméteres rudak formájába öntik. A rudakat hermetikusan rozsdamentes acél vagy zirkonium-alumínium ötvözet burkolatba zárják és csak ezután kerülhet az atomreaktorba mint „fűtőanyag.”
Harmadsorban: a tiszta fémurán sem a legjobb minőségű atomfűtőanyag! Ez az állítás talán magyarázatra szorul. A természetes urán (azért hangsúlyozzuk, hogy természetes, mert az atomreaktorokban mesterséges elemek is képződnek) kétféle atomból áll, amelyek vegyileg teljesen azonosak ugyan, de atommagjaik nagysága kissé különbözik, és – ami fontos – az atomhasadás tekintetében teljesen más tulajdonságokkal rendelkeznek. Így a természetes urán 99,3 százalékban 238-as uránizotópot tartalmaz, és csak 0,7 százalékban 235-ös izotópot. A 238-as urán atommagja stabil, nem hasadó, így mint atomfűtőanyag nem jöhet számításba. A tulajdonképpeni értékes atomfűtőanyag csak a 235-ös uránizotóp, tehát a természetes urán viszonylag kis része, 0,7 százalék. Hangsúlyozni kell, hogy a két izotóp minden urántermékben együtt van, ugyanis így alakult ki a természetben, és vegyi tulajdonságai tekintetében teljesen azonos. Ezért arányukat vegyi vagy kohászati eljárásokkal megváltoztatni nem lehet.
Bár a – tisztított – természetes uránt is használják fűtőanyagként, jelenleg az a törekvés, hogy 235-ös izotópban gazdagabb uránt állítsanak elő, és ezt használják az atomreaktorokban. Ennek megvalósításához azonban bonyolult és költséges eljárás szükséges. Lényege: a gázosított uránhexafluoridot rendkívül finom „molekuláris szitán” préselik át. Mivel a két izotóp molekulái méreteikben különböznek, elválasztásuk ilyen „szitálási” módszerrel lehetségessé válik. Az elválasztási hatásfok persze rendkívül alacsony, ezért a gázosított uránvegyületet a „szitán” jó néhány ezerszer kell átpréselni. A technológiai folyamatok bonyolultságát és óriási energiafogyasztását talán a 235-ös izotópban különbözőképpen dúsított urántermékek világpiaci árával lehet a legjobban szemléltetni. A természetes, vagyis a 235-ös izotópot 0,7 százalékban tartalmazó urán kilogrammjának ára 40 dollár, a 20 százalékot tartalmazóé 260 dollár, míg a 95 százalékosé 16 000 dollár.
Mint már említettük, a földkéregben százharmincezer milliárd tonna urán található. A jelenleg iparilag felhasználható uránérc-tartalék azonban csak mintegy másfél millió tonna, vagyis: tízezer tonna tiszta 235-ös izotóp. Ha figyelembe vesszük, hogy egy tonna 235-ös urán 2,5 millió tonna konvencionális szénnel egyenértékű, akkor arra a következtetésre jutunk, hogy a jelenleg számításba jöhető urán körülbelül 25 milliárd tonna konvencionális szénnek felel meg. Ez nem is olyan sok, ugyanis csupán 1972-ben mintegy hétmilliárd tonnát fogyasztott az emberiség. Ha a fogyasztási értékeket áthelyezzük az ezredfordulóra, akkor az egy évi energiaszükséglet 20-25 milliárd tonna konvencionális fűtőanyagnak felel meg, más szóval, a jelenlegi egész urántartalékot egy év alatt ki lehetne meríteni, természetesen csak akkor, ha kizárólag általa fedeznénk a teljes energiaszükségletet. Erről azonban szó sincs, ugyanis becslések szerint 2000-ben az energiának csak egyharmadát fogja az emberiség ilyen úton termelni.
Tudományosan igazolt számítások alapján állíthatjuk, hogy az elkövetkező húsz-huszonöt évben a feldolgozható uránérctartalékok legalább tízszeresükre növekednek. Egyébként a legtöbb nyersanyag és érc esetében a feldolgozható tartalékok mindig párhuzamosan nőttek a szükséglettel.
A következő tíz-húsz évben nemcsak az urántartalékok növekedése várható, hanem a fémkinyerés önköltségi árának csökkenése is, a feldolgozási eljárások tökéletesítése révén. (Ne feledjük, hogy az alumínium is ezelőtt száz évvel drágább volt az ezüstnél.)
Az uránatom-fűtőanyagon alapuló energiatermelés jövőjét tehát évszázadokban mérik. Ez különösképpen igaznak tűnik, ha azokra a beláthatatlan lehetőségekre gondolunk, amiket a tudományos kutatások tárnak fel. Ezzel kapcsolatban érdekes volna megemlíteni azokat az új típusú reaktorokat, amelyek energiatermelés közben újabb atomfűtőanyagot termelnek és – ami a legérdekesebb – többet, mint amennyit az eredetileg tartalmazott. Ez a reaktor olyan kályhához hasonlítható, aminek a hamuja jobb tüzelő, mint a benne elégett szén. (Sajnos, ezt a „hamut” csak bonyolult és nem veszélytelen feldolgozás után lehet újra„égetni”.) Arról van szó, hogy a 235-ös urán hasadása közben felszabaduló neutronokat a 238-as urán atommagjai felveszik, miközben plutóniummá – egy mesterséges elemmé – alakulnak. A plutónium pedig éppúgy, mint a 235-ös urán: atomfűtőanyag, vagyis hasonlóképpen hasadó. Ilyen úton sikerül a 238-as uránizotóp értékesítése is, ami azt jelenti, hogy az urán kiaknázható energiatartaléka egy csapásra megszázszorozódik.
Nem csupán elméleti jellegű tehát a megállapítás, mely szerint az urán energetikai hasznosításának távlatai határtalanok.
Megjelent A Hét V. évfolyama 18. számában, 1974. május 3-án.