ss69100 (ss69100) wrote,
ss69100
ss69100

Categories:

Российский прорыв в технологии обогащения урана

Начать придётся чуть-чуть издалека. Суть «обогащения» в том, что ядерным горючим является не уран, как таковой, а только 235 изотоп урана, естественная концентрация которого составляет всего 0.72%.

Для работы реакторов на тепловых нейтронах эту концентрацию необходимо повысить до 3-6%, реакторы на быстрых нейтронах потребляют обогащённый до 25-30% уран. Для бомбы же требуются 70, а лучше 90%.

Российский прорыв в технологии обогащения урана
Но изотопы не различаются по химическим свойствам. Только чуть-чуть по массе. Разделять их очень сложно, и изначально никто этого делать не намеревался.

Ведь обжигая стержни с естественным ураном в
тяжеловодных реакторах, можно получить плутоний, относительно легко отделяющийся химическим путём… Но плутоний оказался настолько неудобным материалом, что его переработка до недавнего времени оставалась экономически нецелесообразной даже сравнительно с обогащением урана.

Простейшим методом обогащения урана является газодиффузный. Соединение этого металла с фтором — гексафторид урана — при температуре выше 56 градусов превращается в газ. Этот газ можно прокачивать через молекулярные фильтры, причём более лёгкие и подвижные молекулы, содержащие атом 235 изотопа, будут иметь крошечное, но преимущество.

Метод привлекателен отсутствием необходимости в сложном оборудовании. Плох же тем, что практически он не работает. То есть, так можно разделять изотопы... но в 50-60-х годах, активно запасаясь ядерным оружием, США расходовали на работу обогатительных установок 7% вырабатывавшейся в стране электроэнергии.


СССР при всём энтузиазме мог наскрести для обогащения вдесятеро меньше киловатт-часов. В лоб проблема не решалась, поэтому, задача освоения технологии обогащения с помощью центрифуг, сокращавших энергетические затраты в 50 раз, была поставлена учёным сразу. Среди учёных, кстати, были и немецкие, трофейные. Вывезенные из Рейха вместе с образцами центрифуг.

Идея заключалась в том, что если газообразную смесь изотопов запустить в металлический цилиндр, а потом этот цилиндр раскрутить, центробежная сила размажет газ по стенкам, после чего уже сила Архимеда выдавит более лёгкую фракцию внутрь. В лабораторных условиях это работало с 30-х годов. Преимущественно для относительно лёгких химических элементов, у которых разница в массе изотопов может достигать 5-15%.

В случае гексафторида урана разница составляла 1%. И требовалось создать промышленную, а не настольную, установку.

Современная центрифуга 9+ поколения выглядит, как шестиметровый цилиндр из алюминия, стянутого углеволоконом — теми самыми неразрушимыми углеродными нанотрубками. Потому что скорость вращения точки на внутренней поверхности этого цилиндра вчетверо выше первой космической. Ну, где-то так. Точные характеристики засекречены.

Центрифуги объединяются в сборки по 20 штук так, чтобы чуть обогащённый газ перетекал из предыдущей в последующую, а сборки в тянущиеся на километры (не шутка) каскады.

В начале 60-х в СССР заработали центрифуги попроще, но и они позволили быстро ликвидировать отставание от США в масштабах обогащения. Прорыв не только не был секретным, но и широко использовался как повод для хвастовства, однако факт центрифугического обогащения урана в СССР, а позже в России, американские эксперты уверенно и аргументированно отрицали более 50 лет.

Сами американцы впервые отбросили идею центрифуги как избыточно сложную ещё в 1944 году. После чего повторяли данное упражнение ещё несколько раз. До тех пор, пока в результате совершенствования центрифуг разница в стоимости обогащения в России и США не стала сорокакратной. Последняя диффузная установка была закрыта у нас в 1992 году. В США — в 2013 году. Но в случае американцев это была просто последняя обогатительная установка.

Центрифугическое обогащение было освоено в середине 70-х в Европе, — с помощью тех самых трофейных немцев после того, как они были отпущены по домам. Позже, в Японии, Китае, Пакистане, Индии, Северной Корее… Но европейские и японские установки в настоящий момент соответствуют 6-му поколению российских. То есть, ещё советских центрифуг начала 80-х годов. Что позволяет продавать российский уран в том числе и французам. Уровень Китая, Ирана, Индии, КНДР — 4, 4+.

...И к делу. Революция-то где? Центрифуги — полвека не новость... Новость в том, что российские центрифуги 9, 9+ поколений обеспечивают экономическую целесообразность вторичной переработки обеднённого урана, которого только в России скопились сотни тысяч тонн. То есть, сырьём для них является то, что ранее было отходом процесса обогащения.

Более того, так они и работают, — на отходах. Ведь в процессе обогащения 235 изотоп извлекается не весь.

В обеднённом уране, концентрация «горючего» изотопа лишь снижается до 0.5% (диффузные установки) или до 0.3% (устаревшие советские центрифуги).

Современная же центрифуга выжимает остатки до уровня 0.1%. Это нецелесообразно само по себе, — с уменьшением концентрации урана-235 затраты растут прогрессивно… Но если сырьё — бесплатное. И возможность выжимать уран из отходов европейских обогатительных комбинатов (0.35%) по цене, позволяющей европейцам этот же уран потом и продать, — кое о чём говорит.


И. Край


***


Источник.
.

Tags: Европа, Россия, СССР, США, атом, изобретение, советский, технологии, физика, энергетика
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 10 comments