«Первое поколение СНУП-топлива для стартовой загрузки БРЕСТ-ОД-300 обосновано с выгоранием на уровне 6 % тяжелых атомов. Наша цель – поэтапно увеличить глубину выгорания до среднего значения 12 %. Чтобы испытать СНУП-топливо до максимальных предельных параметров в реакторе БН-600, наши ученые уже применили ряд нестандартных инновационных решений, например, специальные выемные контейнеры в облучательных сборках. Твэлы с жидкометаллическим подслоем ОС-5 – это революционное технологическое решение и еще один важный шаг в развитии нитридного топлива для «быстрых» реакторов. Именно с этой сборкой мы рассчитываем достичь проектных целевых показателей топлива для быстрых реакторов будущего», – отметил руководитель объединенного отраслевого проекта «Разработка твэл и ТВС со СНУП-топливом», заместитель директора Бочваровского института Михаил Скупов.

Облучательная сборка ОС-5 изготовлена на Сибирском химическом комбинате в Северске Томской области (АО «СХК», предприятие Топливного дивизиона «Росатома») в кооперации с коллегами из Топливного, Научного и Машиностроительного дивизионов «Росатома». После согласования со стороны Ростехнадзора, инновационное топливо пройдет опытно промышленную эксплуатацию в реакторе БН-600 на Белоярской АЭС в Свердловской области.

«Работа наших ученых по развитию технологий нитридного СНУП-топлива имеет стратегическое значение для атомной энергетики будущего. У нас есть опыт эксплуатации “быстрого” реактора БН-800 с полной загрузкой оксидным МОКС-топливом. Нитридное топливо – более плотное, а значит потенциально более экономически эффективное. Изначально оно создавалось для реакторов со свинцовым теплоносителем – БРЕСТ-ОД-300 и последующего за ним БР-1200. Но потенциально оно может использоваться и в быстрых натриевых реакторах БН-1200М, где также предусмотрен вариант с нитридной активной зоной. Опыт покажет, какая технология более жизнеспособна. Наша конечная цель – не только использовать те преимущества, которое дает замыкание ядерного топливного цикла в реакторах на быстрых нейтронах, но и сделать эти установки максимально конкурентоспособными на рынке электроэнергии и мощности по сравнению с другими видами генерации», – отметил старший вице-президент по научно-технической деятельности АО «ТВЭЛ» Александр Угрюмов.

https://atommedia.online/press-releases/v-rosatome-izgotovil...

Парень настолько увлёкся практической химией, что к 12 годам читал учебники из программы колледжей и делал выписки из институтских учебников по химии своего отца. При этом увлечение экспериментальной химией никак не коррелировало с успеваемостью по остальным предметам - Дэвид едва не завалил годовой тест по математике.

Во многом из-за того, что родители особо не интересовались, чем был занят их ребёнок, Дэвид полностью пренебрегал техникой безопасности. К 14 годам он синтезировал нитроглицерин, отравился кантаксантином, подорвал скаутскую палатку магниевой бомбой, а при попытке истолочь красный фосфор получил взрыв в лицо и едва не лишился зрения. Устав от экспериментов Дэвида, отец запретил проводить их в доме, и Дэвид оборудовал лабораторию в сарае у матери.

Отец попытался взяться за воспитание и подумал, что решением вопроса дисциплины станет трудно достижимая цель - получить "Скаутского Орла", высший значок в иерархии скаутов, для получения которого требовался 21 скаутский значок. Кроме стандартных заданий вроде оказания первой помощи и выполнения социально полезных работ, требовалась сдача и защита научного проекта. Дэвид выбрал категорию "Атомная энергия" - по словам скаутмастера Джо Авито, на его памяти такую секцию взяли впервые. Дэвид блестяще защитил проект и получил "Орла" в 1991 году, через пять месяцев после своего пятнадцатилетия. В процессе работы над проектом у Дэвида сформировалось убеждение, что ядерный реактор необходим на случай исчерпания других источников энергии. Бойфренд его матери, Майкл Поласек, вспоминал, как Дэвид однажды сказал ему: "Когда-нибудь у нас кончится нефть". Эта идея стала второй поворотной точкой в истории - Дэвид захотел собрать ядерный реактор.

Из-за того что получить доступ к радиоактивным материалам в достаточном количестве было сложно, эффективной моделью, выбранной Дэвидом, был реактор-размножитель (также известный как бридерный реактор), который вырабатывает больше ядерного топлива, чем необходимо для его функционирования.

Техническое отступление

Все реакторы, как обычные, так и бридерные, полагаются на критическую массу естественно радиоактивного элемента в качестве "топлива" для поддерживаемой цепной реакции, известной как деление. Деление происходит, когда нейтрон соединяется с ядром радиоизотопа, например урана-235, превращая его в уран-236. Этот новый изотоп крайне нестабилен и немедленно распадается на две более мелкие части, образуя два меньших ядра, выделяя большое количество излучаемой энергии (часть которой проявляется в виде тепла) и несколько нейтронов. Эти нейтроны поглощаются другими атомами урана-235, и процесс начинается снова.

Бридерный реактор уран-плутониевого топливного цикла, также известный как реактор на быстрых нейтронах, устроен таким образом, что сердечник из плутония-239 окружён "оболочкой" из урана-238. Когда плутоний испускает нейтроны, они поглощаются ураном-238 и превращают его в уран-239, который затем распадается, сопровождаемый бета-излучением, и превращается в нептуний-239. После ещё одного этапа "радиоактивного распада" нептуний становится плутонием-239, который может пополнять топливный сердечник.

Для уран-ториевого топливного цикла размножителем может быть и реактор на тепловых нейтронах с тяжеловодным теплоносителем и замедлителем. При этом в активной зоне находится уран-233, а в зоне размножения - торий-232. Особенностью такого реактора является то, что коэффициент размножения, равный единице или незначительно больше единицы, может быть достигнут при равномерном размещении топлива и "сырья" в активной зоне, без выделения отдельных зон, как у реактора на быстрых нейтронах. Это позволяет в принципе создать реактор с топливной кампанией в несколько десятилетий, то есть способный работать весь срок службы без манипуляций с топливом.

Зарождающаяся ядерная индустрия США когда-то представляла реакторы-размножители как магическое решение энергетических потребностей страны. К 1961 году правительство США уже открыло два экспериментальных бридерных реактора на испытательном полигоне в Айдахо. В 1963 году с большой помпой компания Detroit Edison запустила электростанцию "Энрико Ферми I" - первый и единственный в стране коммерчески эксплуатируемый бридерный реактор. В следующем десятилетии Конгресс выделил миллиарды долларов на строительство Бридерного реактора на реке Клинч в Теннесси. Ожидания были столь высоки, что Гленн Сиборг, председатель Комиссии по атомной энергии в годы правления Никсона, предсказывал, что бридеры станут основой зарождающейся ядерной экономики, а плутоний может стать "логичным претендентом на замену золота в качестве стандарта денежной системы".

Оптимизм не оправдал себя: первый реактор в Айдахо пострадал от частичного расплава ядра в 1961 году и был заглушён, а второй в Мичигане страдал от нескончаемой серии механических проблем и в 1966 году также пострадал от частичного расплава ядра. В целом уран-ториевый цикл в США пытались покорить шесть раз, однако федеральная комиссия признала проект нерентабельным и опасным и свернула программу бридерных реакторов в 1983 году, а также приложила руку, чтобы прикрыть подобные проекты в Европе.

Единственные, кто в то время довёл технологию до ума - Россия. На данный момент действуют два бридера: БН-600 и БН-800 на Белоярской АЭС, и один экспериментальный БН-20 работает в Китае [уточнение от пользователя @del22: В Китае также работают CFR/CEFR реакторы на АЭС Сяпу и планируется постройка ещё одного (комментарий)]. Все отечественные БН представляют собой реакторы уран-плутониевого топливного цикла. Уран-ториевый топливный цикл на данный момент задействован в одном 2-мегаваттном экспериментальном реакторе TMSR-LF1 в Китае и трёх промышленных MTR/PHWR/LMFBR реакторах в Индии. Это доказывает, что идея подобного реактора не тупиковая.

Первые шаги

Однако Дэвида Хана не смутили проблемы американских EBR, и для реактора ему было необходимо топливо. Путь до уран-плутониевого цикла был заказан, а вот уран-ториевый представлялся возможным. Поэтому в качестве первого шага Дэвид вознамерился построить нейтронную пушку, чтобы, бомбардируя нейтронами радиоактивные изотопы, запускать трансмутацию. Под нейтронной бомбардировкой торий-232 захватывает нейтрон и превращается в торий-233, затем торий-233 испытывает бета-распад, испускает антинейтрино и электрон и превращается в проактиний-233. Этот изотоп претерпевает ещё один β−-распад и превращается в U-233, который может быть использован в качестве топлива.

Информации в открытом доступе почти не было, поэтому подросток придумал вымышленную личность, под которой начал писать в Комиссию по ядерному регулированию (Nuclear Regulatory Commission, NRC), утверждая, что является учителем физики в старших классах в Долине Чипева (Chippewa Valley High School). Ироничный факт: больше всего помощи он получил от директора агентства по производству и распространению изотопов Дональда Эрба из NRC. Первоначально Эрб заверил Хана, что "опасностью можно пренебречь", так как "для обладания любыми радиоактивными материалами в количествах и формах, способных представлять угрозу, требуется получение лицензии от Комиссии по ядерному регулированию или эквивалентной организации".

В качестве источника альфа-излучения был выбран америций-241, который в очень малых количествах содержится в датчиках дыма. Дэвид связался с компаниями по изготовлению датчиков и сообщил им, что ему требуется большое количество этих устройств для выполнения одного школьного проекта. Одна из компаний продала ему около сотни неисправных детекторов по доллару за штуку. Где именно в датчике находится америций-241, ему любезно подсказала Бет Вебер, сотрудница из службы по работе с клиентами из компании BRK Electronics в Иллинойсе. Дэвид расплавил америций из датчиков паяльной лампой и поместил его внутри полого куска свинца с маленьким отверстием с одной стороны, перед которым он поместил лист алюминия так, чтобы его атомы абсорбировали альфа-частицы и излучали нейтроны.

Поскольку нейтроны не имеют заряда, счётчиком Гейгера поток не измерить, и Дэвид не был уверен, что собранное устройство работает. Однако он знал, что парафин испускает протоны, будучи облучённым потоком нейтронов; направив пушку на кусок парафина, он счётчиком Гейгера зарегистрировал выбитые нейтронами протоны. Первая версия нейтронной пушки была готова.

Теперь дело было за топливом для реактора. Дэвид купил множество калильных сеток из газовых фонарей, которые были покрыты составом, включавшим в себя торий-232, и пережёг их в золу. Чтобы выделить торий из золы, он приобрёл литиевых батарей на тысячу долларов (деньги он собирал на подработках довольно продолжительное время) и изрезал их все на куски ножницами по металлу. Он завернул литиевые обрезки и ториевую золу в шар из алюминиевой фольги и нагрел его в пламени горелки. Так он выделил чистый торий с уровнем чистоты, в 9000 раз большим, чем он встречается в природе и в 170 раз большем количестве, которое требовало бы наличие лицензии NRC. Но нейтронная пушка на основе америция не могла превратить торий в уран.

Радий-бериллиевая пушка

Чтобы улучшить нейтронную пушку, Дэвид начал собирать радий. Он стал лазить по окрестным свалкам и антикварным магазинам в поисках часов, где в светящейся краске циферблата использовался радий. Если такие часы ему попадались, то он соскребал с них краску и складывал её в пузырёк. Также всё тот же Дональд Эрб из NRC услужливо подсказал, что "лучший материал, из которого альфа-частицы могут выбивать нейтроны - это бериллий". Пластинку бериллия для Дэвида спёр его приятель из лаборатории местного колледжа Макомб.

Примерно в это же время Дэвид написал в чехословацкую фирму, которая продавала уран университетским лабораториям, получив контакт всё от той же NRC, комиссии по ядерному регулированию. Представившись поддельным именем, он получил несколько образцов чёрной руды - либо диоксида урана, либо смоляной обманки (урановой слюдки), которые оба содержат небольшие количества урана-235 и урана-238.

Механически измельчив руду молотком, он направил радиево-бериллиевую нейтронную пушку на порошок, однако и тут его постигла неудача. И вновь на выручку приходит Дональд Эрб, который подсказывает, что нейтроны из пушки летят слишком быстро - до 17 миллионов миль в час (7600 км/с). А быстро летящие нейтроны с высокими энергиями куда с меньшей вероятностью будут захвачены ядром. Замедляя их до 5000 миль в час (2,23 км/с), вероятность их захвата ядром сильно возрастает.

Можно было бы использовать воду, дейтерий или тритий, и Дэвид выбрал третий тритиевый путь. Он начал заказывать ночные оружейные оптические прицелы со специфическим покрытием, соскабливать с них воскоподобное покрытие, содержащее тритий, и возвращать, сообщая о браке. Ему отправляли их назад восстановленные или заменённые, и он повторял процедуру. Накопив достаточное количество вязкой субстанции с тритием, Дэвид размазал её по бериллию и ещё раз направил нейтронную пушку на ураново-ториевый порошок.

И это наконец сработало - радиоактивность порошка начала расти день ото дня. Настало время для сбора полноценного реактора-размножителя. Он знал, что без критического объёма в 30 фунтов (около 13 с половиной килограммов) обогащённого урана у него нет шансов инициировать поддерживаемую цепную реакцию, но был полон решимости зайти как можно дальше, пытаясь заставить взаимодействовать между собой различные радиоизотопы. Как он заявлял впоследствии, "что бы ни случилось, что-то всё равно будет превращаться во что-то - будет какое-то действие". За основу была взята схема "шахматного" бридерного реактора, которую он видел в одном из университетских учебников отца.

Демоническое ядро

На этом моменте техника безопасности, вышедшая из чата десяток параграфов назад, собрала манатки и покинула город. Максимум из техники безопасности, что делал Дэвид - это менял обувь и одежду при входе в сарай и использовал какой-то импровизированный свинцовый фартук.

Название "демоническое ядро" - это подкритический объём плутония массой 6,2 кг в форме двух полусфер, который участвовал в двух несчастных случаях в лаборатории Лос-Аламоса в 1945 и 1946 годах. За свою чрезвычайную опасность эксперимент носил название "дёргание дракона за хвост". Экспериментатор помещал ядро между двумя бериллиевыми полусферами (играющими роль отражателя) и вручную опускал верхнюю полусферу на ядро, придерживая её большим пальцем за отверстие в верхней части. При перемещении полусферы вверх и вниз датчики регистрировали изменение активности сборки. Единственным предметом, препятствовавшим смыканию полусфер, являлось жало плоской отвёртки, которую учёный держал в правой руке.

В общем, Дэвид по технике безопасности был где-то недалеко: он вынул высокорадиоактивные радий и америций из их свинцовых футляров, смешал эти изотопы со стружкой бериллия и алюминия, всё это завернул в алюминиевую фольгу. То, что прежде служило источниками нейтронов для его пушек, стало импровизированным "сердечником" его реактора. Он окружил этот радиоактивный шар "покрывалом", составленным из крошечных кубиков золы тория и порошка урана, завернутых в фольгу, которые укладывались в чередующемся порядке с углеродными кубиками и удерживались вместе сантехнической изолентой.

"Он был радиоактивен, как чёрт знает что, - говорил Дэвид, - гораздо больше, чем в разобранном состоянии". За три недели наблюдений излучение увеличилось вдвое, а шар начал потихоньку нагреваться. В попытке контролировать реакцию по совету 22-летнего приятеля, Джима Миллера (который, к слову, работал поваром в "Бургер Кинг"), Хан воткнул в импровизированное ядро кобальтовые свёрла, имитируя стержни-замедлители, однако процесс становился неуправляемым - счётчик Гейгера зарегистрировал излучение за пять домов от сарая, где Хан проводил свои эксперименты. После этого Дэвид решил разобрать реактор, спрятав часть материалов на месте, а часть загрузил в багажник своей машины, чтобы вывезти в лес и закопать.

Развязка

В 2:40 ночи 31 августа 1994 года в полицию Клинтона позвонил неизвестный и сообщил, что какой-то молодой человек, похоже, пытается украсть покрышки от машины. Когда полиция приехала, Дэвид сказал им, что собирается встречать своего друга. Полиции это показалось неубедительным, и они решили осмотреть автомобиль. Они открыли багажник и обнаружили в нём ящик из-под инструментов, который был закрыт на замок и замотан изолентой. Здесь же лежали замотанные в фольгу кубики с каким-то загадочным серым порошком, небольшие диски и цилиндрические металлические предметы. Полицейских сильно насторожила коробка из-под инструментов, про которую Дэвид сказал им, что она радиоактивна. Полицейские порядком струхнули, вызвали сапёров и федералов, которые задействовали план противодействия радиоактивной угрозе.

Дэвид отказался сотрудничать и на удивление спокойно пережил допросы, назвав свой домашний адрес, где проживал с отцом, и умолчал об адресе матери, по которому находился сарай, служивший базой для экспериментов. Только спустя три месяца, ко Дню Благодарения, на очередном допросе Дэвид признался о наличии лаборатории. 29 ноября 1994 года эксперты обыскали сарай и нашли алюминиевые формы для пирогов, банки с кислотами, стаканы из огнеупорного стекла Pyrex, пластиковые ящики и другие предметы, многие из которых были заражены тем, что в последующих официальных отчётах назвали "чрезмерными уровнями" радиоактивных материалов, особенно америция-241 и тория-232.

Насколько высокими были показатели? Например, радиация от жестяной банки из-под овощей в 1000 раз превышала нормальный уровень фоновой радиации. Чего не знали эксперты, так это того, что мать Дэвида, предупреждённая Кеном и Кэти и до смерти напуганная тем, что правительство может отобрать у неё дом из-за экспериментов сына, разгромила сарай и выбросила большую часть найденного, включая его нейтронную пушку, радий, шарики тория, которые были куда более радиоактивными, чем то, что обнаружили специалисты по здравоохранению, а также несколько литров радиоактивного порошка.

Представители агентства по защите окружающей среды (EPA) прибыли на место только 25 января 1995 года, спустя 5 месяцев после того, как Дэвида остановила полиция. А окончательную зачистку провели только 28 июля, то есть ещё полгода спустя, когда сарай покрошили до состояния, что всё можно было упаковать в бочки, загрузили 39 бочек и вывезли их на могильник "Great Salt Lake Desert", захоронив рядом с тоннами других радиоактивных отходов. И конечно же, выставили счёт в 60 тысяч долларов за уборку мусора.

Итог

К сожалению, история Дэвида не имеет хэппи-энда. Пережив депрессию, родители отправили его в колледж, из которого его отчислили за прогулы и неуспеваемость. После этого ему выдвинули ультиматум - или он уходит в армию, или его выставляют из дома. Парень попал на авианосец (по иронии судьбы, атомный) USS Enterprise, где занимался рутинными делами. После увольнения на гражданку его поймали на краже датчиков дыма (тех самых), и Дэвид загремел за решётку на три месяца. Дальнейшие годы его жизни прошли относительно спокойно, а незадолго до смерти он хотел получить разрешение на работу механиком. Дэвид Хан умер 27 сентября 2016 года в возрасте 39 лет. Поначалу высказывались предположения, что свою роль сыграло долгое воздействие радиации. Но обследования при жизни показывали, что серьёзного урона здоровью Хан себе не нанёс. Предположительная причина смерти - алкогольная интоксикация.

Послесловие

Большинство статей описывает события сумбурно, перетасовывают хронологию или вообще представляет Дэвида Хана дурачком-социопатом, который почти собрал "грязную бомбу". Но у Дэвида был вполне обоснованный план, по которому он планомерно действовал в течение нескольких лет, собирая информацию и материалы. Чего у него не было, так это наставника и внимания со стороны родителей, которые могли бы направить пытливый ум в конструктивное русло. Во многих статьях авторы обвиняют подростка в том, что он собрал активную зону реактора, не собрав сначала защитный кожух и теплообменник. Ну, такое себе...

Он открыто говорил о своём увлечении химией, что хочет собрать все элементы таблицы Менделеева, что хочет оставить след в истории и изобрести что-то важное. По мнению Альберта Гиорсо, известного учёного-ядерщика, у Дэвида были все шансы стать учёным и добиться неплохих результатов. Однако Дэвид Хан был одинок, и единственный след в истории, который он оставил - сама история, которую вы только что прочитали.

Источники:

• "The Radioactive Boy Scout", - Ken Silverstein. Harper's Magazine, ноябрь 1998

• The Radioactive Boy Scout: The Frightening True Story of a Whiz Kid and His Homemade Nuclear Reactor. Ken Silverstein, 2004, ISBN 978-0812966602.

• "Радиоактивный бойскаут", - Станислав Иванейко, onliner.by, 02.012.2018

• Wikipedia [en, David Hahn], [ru, Дэвид Хан]

• Фотографии/иллюстрации взяты из открытых источников. Все права на изображения принадлежат их законным правообладателям.