Часто вижу обсуждение ядерного оружия, ядерных держав, центрифуги какие-то и мне стало интересно чуть более в это вникнуть.
Итак, ЯО, обогащение Ирана урана и почему не все страны себе могут это позволить...
Есть разные степени обогащения. От 2 - 5% — энергетика. До 20% исследовательские и экспериментальных реакторах. От 20% до 90% — высокообогащённый уран. Он используется в: ядерных энергетических установки на подводных лодках и авианосцах (некоторые военные ядерные реакторы используют топливо с обогащением до 90%. Более высокое обогащение позволяет дольше не менять топливо и сделать реактор более компактным), в исследованиях и для производства бабах. U-235 — это изотоп, способный к цепной реакции. Чтобы взрыв был быстрым и мощным (а не просто нагревом, как в реакторе), нужно достичь критической массы и высокой плотности U-235. При меньшем обогащении реакция либо не пойдёт, либо будет недостаточно быстрой и сильной для взрыва.
Обогащение — это процесс увеличения концентрации U-235 в конечном продукте. Главная сложность в том, что U-235 и U-238 химически одинаковы, но чуть-чуть различаются по массе (разница в 3 нейтрона). Отделяют их друг от друга с помощью центрифуг.
Газовые центрифуги. Уран переводят в газовую форму. Который затем крутят в тысячах центрифуг, на огромных скоростях. За счёт разницы массы U-238 и U-235 происходит частичное разделение. Потом материал перекачивают в следующую каскадную ступень. Чтобы получить оружейный уран, нужно пройти сотни или тысячи ступеней. Слышал, кто-то так самогонку перегонял для повышения градуса. Вот тут тоже самое.
Раньше при слове центрифуга я представлял себе барабан от стиральной машинки. Ну и цену соответствующую... Однако для урана центрифуги стоят от 30 тысяч баксов за старые модели до 200 000+ за новые. Отличаются скоростью выполения работы тут уж как вам угодно. Новое оборудование (и соответственно более дорогое) производительнее устаревшего в 5 и более раз. В реальности работают каскады — сложные цепочки по 100–200 штук, последовательно и параллельно. Просто поставить 1000 в один ряд — не получится.
По итогу, технологическая сложность является одной из причин, почему не все страны влядеют ядерными технологиями. Центрифуги требуют сверхточной инженерии, устойчивости к перегрузкам, точного баланса, спецматериалов (например, роторы из углепластика или бериллия).
Да и мало это — 1000 штук. 1 бомба в год, ну что это такое? А ещё наука, энергетика... десятки тысяч таких аппаратов должны быть на одном заводе. Дорого, короче. Очень.
Насколько сложно обогатить уран?
Обогащение урана — это не линейный процесс. Чем выше концентрация U-235, тем легче её повысить ещё сильнее. Есть такое понятие SWU (Separative Work Unit) или ЕРР — единица работы разделения, если человеческим языком. Это главный способ оценки трудоёмкости обогащения. Чтобы получить 1 кг урана 3,5% до 60% — требуется ≈75 SWU. С 60% до 90% — требуется всего ≈15–20 SWU. То есть сделать 60% уран из природного — это 80% работы. А добить до 90% — последние 20%. Вот почему, когда Иран начал обогащать уран до 60%, все напряглись: технически до оружейного уровня оставалось. А у них они вроде как были. Есть у этой единицы и своя цена.
Стоимость 1 SWU на международном рынке колеблется от 80 долларов до 200, в зависимости от кризисов в мире, политики и дружеских отношений с некоторыми странами. Потому можно примерно прикинуть стоимость конечного продукта на выходе.
Минутка гордости за Россию. РФ унаследовала от СССР огромную ядерную инфраструктуру, которую с тех пор не просто сохранила, но и технологически обновила. Точное число центрифуг засекречено, но по оценкам (WNA, IAEA, NTI) — более 1 миллиона центрифуг по всей стране. Это больше, чем у всех остальных стран вместе взятых.
Центрифуги России — сверхэффективные, производят до 10 SWU/год каждая, при минимальном энергопотреблении. Годовая мощность оценивается в 30–35 млн SWU/год. Для сравнения: США (+Европа) ~ 5 млн SWU/год, Китай ~12 млн SWU/год, Франция ~7,5 млн SWU/год
Россия — абсолютный мировой лидер по обогащению урана, поставляет его в десятки стран, включая Францию, Венгрию, даже США (по контрактам для реакторов). И при всём при этом полный цикл от добычи до производства АЭС и ЯО. Кроме того производство работает с большим запасом мощностей и способно в разы увеличить темп выпуска обогащенного урана...
Сколько стоит боеголовка?
Типичная бомба типа «Малыш» (которой Хиросиму бомбили) использовала около 64 кг урана, из которых ~50 кг было U-235, но современные боеголовки гораздо эффективнее. Принято считать, что от 15 до 25 кг высокообогащённого U-235 (90%) достаточно. Возьмём 25 кг оружейного урана на одну боеголовку.
Чтобы получить 25 кг урана с 90% U-235, понадобится примерно от 3 до 6 тонн природного урана (не нашёл точного количества, в разных источниках — разный объём) и около 2500–3000 SWU усилий по обогащению. Это примерно $600 000 — 770 000 только себестоимость, без доставки и систем запуска. И без учёта того, что тебя могут бомбить ещё на стадии закупки центрифуг. (вроде как в РФ себестоимость сильно ниже из-за доступности сырья, массовости производства и хороших технологий)
Но если инфраструктуры нет, то затраты на: строительство завода, закупку центрифуг, обучение персонала, защита от разведки и саботажа, логистика и всё остальное, о чём я могу только догадываться. Это миллиарды долларов, прежде чем будет получена первая боеголовка. Мне тут нейронка подсказывает, что инфраструктура по созданию ЯО будет стоить 7 — 10 миллиардов баксов, хотя, думаю, занижает. С нуля это всё делать... Казахам прайс за АЭС выставили в 10-15 млрд баксов, а тут другие масштабы... Если у кого есть другие данные, пишите в комментах)
Обогащение урана — это двойные технологии: то, что планировалось для науки, энергетики или медецины вполне может стать ступенькой на пути к ядерному оружию. Из-за этого большинство компонентов, технологий и знаний под контролем МАГАТЭ, США, ЕС. Которые вполне могут (и накладывают) санкции. Чем выше ступень обогащения, тем пристальнее приглядываются к тебе монополисты Атома. А ещё саботаж и кибератаки (например вирус Stuxnet против Ирана)
Короче, всё это совокупно и делает количество ядерных держав таким незначительным. Всё это и ещё одна незначительная деталь. ДНЯО — Договор о нераспространении ядерного оружия
Все признанные ядерные державы по ДНЯО (США, СССР, Британия, Франция, Китай) — испытали ядерное оружие до принятия договора в 1968 году. Остальные (Индия, Пакистан, Израиль и вышедший в 2003 из ДНЯО КНДР) — нарушители режима ДНЯО или вообще не подписывали его.
Есть мировой контролёр МАГАТЭ. Который внезапно проверяет страны на предмет развития ядерных программ. И если какая-то страна начинает на этом поприще достигать значительных открытий/скачков/рывков, то её бомбит Израиль и США подвергают атакам вирусов Stuxnet, карают санкциями... Обогащение, переработка топлива, тяжеловодные реакторы, — всё это можно использовать и для энергетики, и для ЯО. Поэтому любой интерес к таким технологиям вызывает международную истерию
UPD:
Часто бывает, что коллективный разум умнее, опытнее и охватывает куда больше информации, чем один тупой ТС, поэтому дополню (вернее поправлю) информацию.
Korea Hydro & Nuclear Power (KHNP) — полноправный экспортер атомных технологий. А вот Вестингауз сейчас не строит АЭС. Хотя и продолжает поставлять технологии, топливо, и участвует в достройках (в т.ч. Украина, Польша, Чехия), а также продвигает SMR (малые модульные реакторы).
В комментах поправили на счёт США, который тоже нарушил ДНЯО... Упустил этот момент, исправляюсь, жаль что так поздно(
@user10746907:
"США тоже является нарушителем ДНЯО, потому что в нем черным по белому было написано, что нельзя размещать ядерное оружие в других странах, но американцы сделали финт ушами: сначала сколотили костяк НАТО, чтоб никто им по зубам не дал, а потом придумали новый закон, что в НАТО можно размещать ядерку где угодно. Але-оп, и что вы нам сделаете? Бомбить попробуете? Ну давайте, попробуйте!"
@stromptrsnen, верно подметил, что испытаний безплутониевых бомб было минимум 2. 596 (ядерное испытание) — 1 китайская бабаха была максимально из урана.
