ПОИСКИ РУДОПРОЯВЛЕНИЙ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
ДЛЯ ТОРИЕВЫХ АЭС
Энергия является важнейшим элементом устойчивого развития любого государства. Каждый виток исторического развития человечества сопровождается более высоким уровнем потребления энергии. Среди разных видов энергии наибольшее значение имеет электрическая энергия. Представить нашу жизнь без электроэнергии невозможно. Электроэнергетика вторглась во все сферы деятельности человека. От уровня ее развития зависит все достижения каждого государства. В современном мире энергетика является основой развития базовых отраслей промышленности, определяющих прогресс общественного производства. Во всех промышленно развитых странах темпы развития энергетики опережают темпы развития других отраслей.
Электроэнергетика вторглась во все сферы деятельности человека: промышленность и сельское хозяйство, науку и космос, в быт людей. Столь широкое распространение объясняется ее специфическими свойствами: возможностью превращаться практически во все другие виды энергии (тепловую, механическую, звуковую, световую и т.п.); способностью относительно просто передаваться на значительные расстояния в больших количествах и т.д.
В зависимости от источника энергии различают следующие типы электростанций: тепловые (ТЭС), гидравлические(ГЭС), атомные (АЭС), дизельные(ДЭС), ТЭС с газотурбинными (ГТУ) и парогазовыми установками (ПГУ),солнечные (СЭС),ветровые (ВЭС),геотермальные (ГЕОТЭС), приливные (ПЭС) и др.
Особую роль в последние годы приобрела ядерная энергетика, занимающаяся производством электрической и тепловой энергии путём преобразования ядерной энергии. Так для получения ядерной энергии используют цепную ядерную реакцию деления ядер плутония-239 или урана-235. Ядра делятся при попадании в них нейтрона, при этом получаются новые нейтроны и осколки деления. Нейтроны деления и осколки деления обладают большой кинетической энергией. В результате столкновений осколков с другими атомами эта кинетическая энергия быстро преобразуется в тепло.
Главные достоинства атомных станций:
• Отсутствие вредных выбросов;
• Выбросы радиоактивных веществ в несколько раз меньше угольной электростанции аналогичной мощности (зола угольных ТЭС содержит процент урана и тория, достаточный для их выгодного извлечения);
• Небольшой объём используемого топлива и возможность его повторного использования после переработки;
• Высокая мощность: 1000—1600 МВт на энергоблок;
• Низкая себестоимость энергии, прежде всего, тепловой.
Учитывая данные факторы в республике Узбекистан, принято решение о создании первой в стране АЭС.
Однако появились многочисленные сообщения о возможности создания АЭС нового типа, работающих не на уране, а на другом радиоактивном элементе - тории (Th-232). Интерес к торию, как топливу для ядерных реакторов объясняется возможностью образования делящегося изотопа U-233 в результате захвата теплового нейтрона природным изотопом Th-232. Как правило, в топливных системах отработавшее топливо перерабатывается с целью извлечения делящегося U-233. Однако в некоторых случаях U-233 сжигается на месте без переработки и производства нового топлива. Так как U-233 не существует в природе, топливный цикл может начаться лишь на существующем в природе делящемся изотопе, а именно на U-235. Если в топливе накоплено достаточное количество U-233, то реактор может работать длительное время, лишь на одном тории и воспроизводимом им U-233.
Реакторы на ториевом топливном цикле подобны реакторам на быстрых нейтронах. В реакторах этого типа естественный радиоэлемент Th-232 при поглощении нейтронов превращается в делящийся изотоп урана (U-233). Этот изотоп, участвуя в цепной реакции деления, выделяет теплоту и избыточные нейтроны, которые преобразовывают еще большее количество тория в U-233. Такая технология привлекательна тем, что, во- первых, позволяет избежать производства плутония, во-вторых, в качестве топлива используется довольно распространенный торий, а, в-третьих, эффективность использования топлива может быть близка к эффективности реакторов на быстрых нейтронах.
Тория в природных условиях существенно больше, чем урана(U-238 и U-235), и потому станции на таком топливе могут работать существенно дольше, создавая большую конкуренцию углеводородному топливу. Во многих странах мира началась постройка ториевых АЭС, особенно сильно разработка их ведется в Индии, Китае, странах Западной Европы.
Узбекистан тоже может присоединиться к этой группе стран, ибо на её территории есть рудопроявления и месторождения тория, и, прежде всего, в этом отношении перспективным считается Чаткало-Кураминский регион.
Торий почти всегда содержится в минералах редкоземельных элементов, которые служат одним из источников его получения. Содержание тория в земной коре 8-13 г/т. В магматических породах содержание тория уменьшается от кислых (18 г/т) к основным (3 г/т). Значительное количество тория накапливается в связи с пегматитовыми и постмагматическими процессами, при этом его содержание увеличивается с повышением количества калия в породах. Основная форма нахождения тория в породах в виде основной составной части уран-ториевых, либо изоморфной примеси в акцессорных минералах. . Накапливается торий также в некоторых грейзеновых месторождениях, где он концентрируется в ферриторите либо образует минералы, содержащие титан, уран и др. Входит в состав, в виде примесей, наряду с ураном, в почти любые слюды, (флогопит, мусковит и др.) — породообразующих минералов гранита. Месторождения этих минералов известны в Австралии, Индии, Норвегии, США, Канаде, Южной Африке, Бразилии, Пакистане, Малайзии, Шри-Ланке, Киргизии и других странах.
Наиболее эффективны для поисков радиоактивных элементов считаются геохимические и особенно геофизические методы поисков полезных ископаемых.
Разведочная геофизика является важной составляющей геологоразведочного процесса благодаря высокой эффективности, надёжности, дешевизне и скорости проведения всех видов полевых работ.
Постановка таких методов в Чаткало-Кураминском регионе дала следующие результаты.
Так применение аэрогеофизических методов показало, что поле радиоактивного излучения, создаваемое породами региона, характеризуется определенной неоднородностью, причиной которой является, прежде всего, развитие в пределах площади резко контрастных по радиоактивным свойствам пород: от низкорадиоактивных известняков до высокорадиоактивных гранит-порфиров и сиенитов Чаткальской подзоны. Для изверженных пород района характерно же сравнительно небольшое варьирование калия. В то же время на указанной территории отмечается значительная контрастность в содержании тория: низкие (10-15*10-4%) в пределах Кураминской подзоны, и высокие (достигающие 6-7 кларков и более) в гранитойдах Чаткальской подзоны.
По параметру радиогеохимической специализации (РГС) площадь работ разделяется на две крупные области с преобладанием калиевой и ториевой РГС соответственно.
Калиевая РГС в различных в структурно-формационных зонах выделяет различные геологические объекты. Так, например, в Бельтау-Кураминском вулкано-плутоническом комплексе ею индицируются андезито-дациты повышенной щелочности и экзотермальные кварц-серицитовые метасоматиты.Эти породы, как правило, входят в состав рудоперспективных на халькофильную минерализацию палео-вулканических кальдер герцинского возраста В пределах Средне-Тяньшанского Срединного массива ( Чаткальская подзона) калиевой РГС выделяются участки региональной микроклинизации рифейских плагиогранитов ( с халькофильной минерализацией), пространственно сближенные с ними нижнепалеозойские глинисто-углистые сланцы и песчаники (О-S), а также калишпатизированные песчаники нижнекарбоновой толщи на контактах с интрузивными породами. В ряде случаев с последними ассоциирует халькофильная минерализация.
Проведенные детальные наземные работы показали, что наиболее эффективно индицируются такие компоненты вулканоструктур, как специализированные по калию изверженные породы и околорудные кварц-серицитовые и кварц-адуляровые метасоматиты. Они отражаются совмещенными зонами калиевых РГС и доминант калия.
Эти компоненты вулканоструктур пространственно сближены с промышленной халькофильной минерализацией в пределах Кочбулакской палеовулканической кальдеры, Чадакского, Гузаксайского, Кызылалмасайского, Сегенекского и др. рудных полей. Содержания радиоэлементов в околорудных метасоматитах этих образований составляют, в среднем, 3-6% калия и 8-15х10-4 % тория.
Совмещенными значениями калиевых РГС и доминат были выделены практически все известные рудные зоны в пределах Кураминской подзоны, а также выявлены новые рудоперспективные участки на малоизученных флангах полей ( Гульдурама, Сегенек, Шаугаз, юго-восточное продолжение Пирмираба и др.)
АГСМ-съемкой в пределах Тереклинского грабена, расположенного на границе Кураминской и Чаткальской подзон, калиевыми РГС и доминантами фиксируются известные рудопроявления халькофильных элементов. Выделяются также новые перспективные участки в его юго-восточной части. Наземная проверка показала, что этими участками отмечаются поля развития вторичных кварцитов с кварц-серицитовыми метасоматитами и сульфидной минерализацией.
Далее к северо-востоку, в пределах Чаткальской подзоны совмещенными значениями калиевых РГС и доминант выделяются три типа геологических объектов:
а) калишпатизированные песчаники С1, залегающие в основании толщи известняков С1-С2. Содержание калия в них доходит до 5%, тория - 8-10*10-4 %. Калишпатизация песчаников наблюдается на контакте терригенной толщи с гранитойдами и, в ряде случаев, сопровождается образованием скарнов с халькофильной минерализацией (Cu , Bi).
б) углистые сланцы и песчаники нижнего палеозоя (O-S), в них отмечаются локальные концентрации редких металлов. Содержания калия достигают 8%, тория – до 10-12* 10-4%.
в) микроклиниды в рифейских плагиогранитах, эти региональные структуры, расположенные в приводораздельной части Чаткальского хребта на северо-востоке площади, были впервые выделены исполнителями при АГСМ-съемке, в них содержание калия до 8%, тория – 8-12 *10-4%.
С зонами щелочного метасоматоза пространственно ассоциируют кварц-анкерит кальцитовые жилы с халькофильной минерализацией, перспективы которой оцениваются в настоящее время.
Анализ данных аэромагнитной съемки показал, что используя параметр морфологической неоднородности поля (Д) район работ можно разделить на две области: с повышенными и пониженными значениями этого параметра.
Первая соответствует геосинклинальому вулкано-плутоническому комплексу, характеризующемуся относительно пониженной мощностью гранитного слоя и обилием халькофильных рудопроявлений.
К северу и к востоку от него пониженной неоднородностью поля выделяется область срединного массива с увеличенной мощностью консолидированного «гранитного» слоя и литофильными рудопроявлениями.
В Кураминской подзоне более детально представлены результаты структурирования различных физических полей (радиоактивного, магнитного и гравитационного) полученные на основе аэрогамма-спектрометрической съемки масштаба1: 10 000, аэромагнитной съемки в масштабе 1:100 000 (Нполета=500м) и наземной гравииметрической съемки масштаба 1: 100 000.
На рисунках 1,2,3 показаны карты распределения по площади исследования содержаний тория, калия, урана.
С увеличением интенсивности гамма-спектрометрических параметров совпадает уменьшение напряженности магнитного поля к востоку-северо-востоку в сторону Бабайтагского гранитного массива. В том же направлении возрастает и мощность «гранитного» слоя. По содержанию калия породы района практически однотипны. Участками калиевых РГС фиксируются поля околорудных метасоматитов и изверженных пород повышенной щелочности (трахиандезиты и граносиениты) . С этими полями ассоциируют основные рудопроявления данной подзоны.
Участками ториевых РГС фиксируются граниты приводораздельных частей Кураминского и Шаваз-Дукентского грабенов.
Рис.1. Карта распределения тория (Th)
Рис.2. Карта распределения калия (К-40)
Рис.3. Карта распределения урана(U-238 )
Рассмотренные примеры показывают, что Р Уз может стать страной, реализующей на практике строительство нового (более перспективного) вида атомного реактора - базирующегося на использовании в качестве энергоносителя радиоактивный торий (Th-232), месторождения которого находятся на её территории и могут уже в ближайшее время получить свое применение на практике.
Литература
1.Геология и полезные ископаемые республики Узбекистан. ( под ред. Т.Ш.Шаякубова, Т.Н.Далимова). –Ташкент: Университет. 1998. – 723с.
2.Kремнев И.Г. и др. Результаты комплексной интерпретации геофизических материалов по ряду площадей Чаткало-Кураминского региона.. Материалы Международной научно-технической конференции 18 августа 2014г. –Ташкент: ГП «НИИМР», 2014.
3. Сим Л.А. Геология, поиски и разведка месторождений урана. - Т.: ГП «НИИМР», 2010.
4. Учкудукский тип урановых месторождений Республики Узбекистан/ Каримов Х.К., Бобоноров Н.С., Бровин К.Г. и др./.- Ташкент:Фан,. 1996.
5.Современные геофизические технологии при прогнозно-поисковых работах на уран. Голомолзин В.Е., Высокоостровская Е.Б., Краснов А.И., Мац Н.А. «Разведка и Охрана Недр» М. 2009г. № 3. стр. 46-54.