Импортозамещение идей. Часть 2
Терминология. То, что повсеместно называют "обогащением урана" никаким обогащением никак не является. В процессе производства атомного топлива и взрывчатки производится разделение изотопов урана, это ключевое звено технологической цепочки. Обогащение урановой руды действительно имеет место, но оно не особо отличается от обогащения любой другой руды, например, медной или железной.
Пример импортозамещения №2.
История появления атомной бомбы и сопутствующих товаров раньше была известна многим (как ошибочно считалось), сейчас известна немногим (потеря интереса).
Стоит заметить, что все началось еще в первые годы 20 века (1905 год, Ал-наше-все-Энштейн), довольно вяло тянулось до 30-х годов, бурно развивалось до 45, в 1945 году проблема была решена в США, в 1949 году проблема была решена в СССР, все закрутилось-завертелось, противостояние атомных держав...
Сейчас важно другое.
Металла под названием "уран" на планете Земля довольно много. Он встречается в самых разных местах и с химческой точки зрения ничего интересного из себя не представляет.
Однако, у этого металла есть интересная особенность - руда содержит в своем составе не один уран, а по сути два урана, U-238 и U-235 (на самом деле 3, но 234 настолько мало, что можно пренебречь). Числа обозначают атомную массу изотопа.
U-238 вполне обычный металл, довольно тяжелый, хорошо горит (тоже нестабильный, но недостаточно). U-235 всё то же самое, но он еще и радиоактивный, в руки не брать, близко не подходить. U-238 обычно в общей массе руды 99%, U-235 - 0,8, это очень мало. Бывают и другие соотношения, врут, что до 98/2, но совсем не верю. Залегает в виде т.н. "смолки", обогащается как обычно. (Отсюда, кстати, следует что все сказки о радиоктивности залежей не что иное как чушь).
Нестабильный изотоп U-235 при помощи создания критической массы можно заставить очень сильно нагреваться, это следствие цепной реакции в ядрах. Можно заставить нагреваться настолько сильно и быстро, что получается очень сильный взрыв с выделением гигантского количества тепла на единицу массы - получается оружие.
О, круто, одна маленькая бомба заменит 300 составов динамита, давайте ее сделаем!
Однако есть проблема - содержание нужного изотопа в массе ненужного изотопа. Оно очень низкое. U-238 не взрывается, он нам мешает, его надо убрать, оставить только 235. Как это сделать, ведь металл один и тот же? Очевидно, химическим способом это невозможно. Надо найти другой способ разделения. Способ был найден.
Газодиффузионная технология разделения изотопов урана была настолько очевидна, что ни у кого не возникло вопросов (на самом деле вопросы были, но их отринули). Технология представляет собой грубо говоря фильтрацию горячего газа (гексафторид урана, очень ядовитый) через очень тонкий фильтр несколько раз пока содержание более лекгого изотопа не достигнет хотя бы 5%. То есть берем баллон с горячим газом, компрессор высокого давления, фильтр с газоотводом и начинаем гонять газ по системе при высокой температуре пока не получим нужную "сгущенку". Звучит довольно просто и привычно.
Но на деле создать диффузионную установку с хоть сколько-нибудь приемлемой производительностью чудовищно сложная инженерная задача. Над этой задачей и задачей совершенствования технологии бились десятки тысяч талантливейших инженеров по всему миру - в США, Британии, Франции, СССР.
По некоторым причинам политического характера США получили заметное преимущество над конкурентами, занятыми Второй мировой войной и преимущество это полностью реализовали. К 1944 году завод в Окридже выдал необходимое количество "взрывчатки", бомба состоялась.
СССР по понятным причинам всегда находился в позиции догоняющего и с каждым годом отставание увеличивалось. Неизвестно, как именно американским инженерам удалось создать настолько эффективное разделительное производство, это коммерческая тайна, но где то к 1970 году общая производительность двух разделительных заводов в Окридже И Падьюке превышала производительность производств в СССР в 29 раз. Доктор технических наук, глядя мне в глаза, грустно признался, что потратил 25 лет своей жизни на разработку фильтров для диффузии, но так и не смог получить нужного результата. Догнать было абсолютно нереально.
Схема высокопроизводительного диффузного контура (США)
Тогда в СССР было принято решение об импортозамещении разделительной технологии. Конечно, так это не называлось и вообще все было немного сложней, но по сути решили использовать другое решение, позволяющее резко повысить эффективность и производительность заводов по разделению изотопов - разработка и внедрение газовых центрифуг.
Принцип работы совсем другой, отдаленно напоминает не раз виденные в киношках лабораторные центрифуги для диализа жидкостей (крови, например). Крутилки такие, с пробирками.
Очевидные преимущества центрифуг - более простая конструкция элементов технологического процесса, в сотни раз меньший расход электроэнергии, более низкая температура... Неочевидным преимуществом оказалась невероятная гибкость технологического процесса, позволяющая сегодня утром делать взрывчатку, а вечером топливо для реактора (утрирую, но не сильно).
Каскад газовых центрифуг (очень небольшая часть)
В 70-х годах мировой рынок ядерного топлива и услуг по разделению был буквально поставлен на колени появлением вдесятеро более дешевого топлива, положение СССР на рынке стало доминирующим, разделительные заводы в США к настоящему времени фактически не существуют, европейским производителям удалось втиснуться, создав собственную центрифужную технологию и они получили половину (технология технологией, но еще и сырьё нужно, у "Urenco" оно есть). Сейчас США предпринимают некоторые попытки провернуть такой же финт ушами, освоить лазерную технологию разделения, еще более эффективную и гибкую, но там само оборудование стоит настолько диких денег, что ничего скорей всего не выйдет.
Так и живём.
И всё было бы нормально, Росатом никому не отказывал (и пока не отказывает) в разделении изотопов урана, поставках реакторов, продаже топливных элементов, если бы не наступление очередного глобального Подкрадывающегося Незаметно.
Кому-то показалось очень хорошей идеей укусить Россию, лишив ее возможности покупать готовые процессоры для серверов и рабочих станций (аляля, а вы не умеете!). Возможно, РФ лишит кое-кого возможности приобретать ядерное топливо и заказывать разделение, возможно нет.
А возможно именно у нас будет найдено решение проблемы массового производства микросхем, кто знает? Ведь были прецеденты (сверхточная фрезеровка лопаток для газовых турбин, например).
Источник: История промышленности разделения изотопов урана в России в 4‑х частях
ISBN 978-5-9907184-0-1