List od czytelnika
Interesujemy się zasobami minerałów, które mogą dostarczyć paliwa do elektrowni atomowych. W pierwszym rzędzie szukamy uranu. Kolejny kandydat to tor, pierwiastek, który nie jest paliwem reaktorowym, jest materiałem paliworodnym – po odpowiedniej obróbce, przekształceniach, jest paliwem.
- Rozważania oraz wnioski o budowie geologicznej, składzie skał, opieramy na danych pośrednich, powszechnie dostępnych, opublikowanych w wielu periodykach.
- Uran oraz tor są nietrwałe i przechodzą promieniotwórcze przemiany, ulegają naturalnym rozpadam i dają początek łańcucha transmutacji, które opisujemy jako szeregi promieniotwórcze. Uran: uranowo-radowy (15 etapów) i tor: torowy (11 etapów). Każdy szereg kończy się trwałym izotopem.Izotop Rad-228 pochodzi z szeregu uranowo-radowego (6-ty) a Rad-226 z torowego (2‑gi). To nietrwałe substancje, ulegają dalszym rozpadom, rejestrujemy produkty i identyfikujemy izotopy radu. W stanie równowagi (bo myślimy o sytuacji po upływie nawet setek milionów lat) liczba rozpadów zasilających dany etap jest równa liczbie rozpadów zmniejszających ilość izotopu tego etapu. Stąd mierząc obfitość radu-228 i radu-226 możemy oszacować zawartość w skale uranu i toru, pierwiastków, które zaczynają szeregi rozpadów.
- Cel naszych poszukiwań znajduje się pod ziemią, w skorupie ziemskiej. Rozpad uranu i toru skutkuje wyrzucaniem części nowych izotopów poza skałę macierzystą. To zjawisko odrzutu jądrowego*7). Zasięg wynosi ok. 10-8m. Z warstwy o tej grubości na zewnątrz skały wydostaje się 25% radu z przypadków rozpadu, reszta pozostaje wewnątrz.
- Izotopy Rad-226, Rad-228, które mierzymy by stwierdzić obecność uranu i toru, przyczepiają się do cząsteczek soli i wydostają się na powierzchnię wypłukiwane przez silnie zasoloną wodę – solankę. Na powierzchnię wypływa ok. 40%*6) radu wyrzuconego ze skały.
- Woda zanieczyszczona izotopami radu występuje głównie w kopalniach węgla kamiennego Górnośląskiego Zagłębia Węglowego, zwłaszcza na terenie Rybnickiego Okręgu Węglowego (KWK Chwałowice/Jankowice) oraz KWK Piast i Ziemowit.
- Solanki są silnie promieniotwórcze, zjawisko nazywa się anomalią radiohydrogeologiczną. Zasolone wody GZW wykazują największą radioaktywność w skali światowej, przekraczają tysiące a nawet dziesiątki tysięcy razy promieniowanie tła.
- Na podstawie opublikowanych danych ilości izotopów Rad-228 (uran) i Rad-226 (tor), substancji radioaktywnych, zrzucanych do Wisły i Odry otrzymujemy, że źródłem mierzonych izotopów jest tor w ok. 84% i uran w ok. 16%*4)*5)*6). Do rzek trafia tylko część radu. Zawartość izotopów w wodach dopływających do wyrobisk w kopalniach jest inna, wskazująca, że pierwotnie w skale źródłem radioaktywności jest tor w ok. 74% i uran w ok. 26%*4).
Minerał o takim składzie to ruda toru i uranu – torianit.
Najwyższą zawartość radu wykazują osady z solanek światowego rekordzisty, KWK Piast*9) - Poszukiwane rudy występują głównie w skale około węglowej, wydobywanej razem z węglem.
To odpady, 250-300kg na tonę węgla, trafiające na wysypisko. Zatem możemy rozważyć przetwarzanie setek mln ton hałd*4). Np. nasza rekordzistka kopalnia Piast (ok. 5,5 mln ton węgla rocznie) wyprodukowała, szacunkowo, ok. 70 mln ton hałd.
- Opisane zjawisko występuje w wielu kopalniach węgla kamiennego i brunatnego oraz innych kopalin*5)*2).
Dodatkowe informacje, użyteczne dane.
1 ppm = 1mg/tona; aktywność 1mg: uran-238: 12,4Bq, tor-232: 4,1Bq (Bq = jeden rozpad na sekundę)
Czas połowicznego zaniku, uran-238: 4,5mld lat, tor-232: 14,5mld lat. Abundancja, obfitość uranu i toru:
Zawartość w skorupie ziemskiej: uran 2÷4 ppm (~37Bq/kg), tor 6÷12 ppm (~37Bq/kg),
skały okołowęglowe uran: 2 660g/tona, ~2,7g/kg, 0,3%, 32 240Bq/kg
Osady z solanek kopalni Piast (Rad-226): 378kBq/kg => 378kBq/12,4Bq/mg ~ 3% uran, czyli x10 w skale płonnej ~ 30%.
(Rad-228): 182kBq/kg => 182kBq/4,1Bq/mg ~ 4,4% toru, czyli x10 w skale ~ 44%.
Czynnik 10 wynika z 0,25 (25%) pierwotnej ilości wyrzuconej poza skałę i następnie 0,4 (40%) jest transportowana na powierzchnię, zatem: 0,25×0,4 = 0,1.
Kowary R1, wydobywano uran przy zawartości ok. 1% (10kg/tona, 10g/kg, 10 000ppm), wydobyto ok. 600 ton uranu (ok. 100-200 tys. ton rudy).
Dane o aktywności zrzucanych izotopów radu do rzek przez kopalnie:
Rad-226: 225MBq/dzień, rad-228: 400MBq/dzień, publikacje podają różne liczby (inne daty pomiarów) ale wzajemne relacje są zbliżone (z dokładnością ok. 2%), otrzymujemy szacunkowo 84% toru i 16% uranu.
Dane o aktywność na dole w wyrobisku:
Rad-226: 725MBq/dzień, rad-228: 700MBq/dzień, otrzymujemy szacunkowo 74% toru i 26% uran.
Uran i tor występują w postaci tlenków tych pierwiastków. Ruda o podobnym składzie to uranotorianit gdy przeważa tor to torianit, gdy uran to uraninit. Zwykle poza tlenkami toru i uranu zawiera do 10-15% innych minerałów, ołów, metale rzadkie itp.
Zatem u nas to torianit i stąd slogan:
„Polska leży na torze”.
Ciężar właściwy interesujących minerałów:
UO2 = 10,97g/cm3, U3O8 = 8,3g/cm3, torianit ThO2 = 10,0g/cm3,
U = 19,04g/cm3, Th = 11,4g/cm3, woda (H2O) = 1g/cm3
Fe = 7,9g/cm3, Pb = 11,3g/cm3, Hg = 13,5g/cm3, Ag = 19,25g/cm3,
skała 2,5-3g/cm3 (granit->bazalt), najcięższa substancja osm (Os) = 22,65g/cm3
Promieniowanie tła, udział, orientacyjne, zmienne w czasie i źródle (tu CLOR):
uran – ok. 44,4%, tor – ok. 8,5%, antropogeniczne (radiologia…) – ok. 24%, promieniowanie kosmiczne ok. 10,8%, potas – 3,4%, organizm człowieka – 8%.
