Чтение онлайн

ЯТЦ — это ядерно-топливный цикл, очень сложный процесс, который превращает простой уран в породе какой-нибудь шахты в стабильную электроэнергию в сети 220 вольт в вашем доме. И любой простой добытчик урана — Намибия ли, Нигер или даже Украина — продает свой природный уран кому-то в «Большой семерке» либо еще нескольким странам в мире. У этих стран есть технологии разделения изотопов урана, и они могут превратить выкопанный природный уран в реакторное топливо. Ну а потом желающие (например Украина, у которой, кроме урановых шахт есть и свои ядерные реакторы) уже получают обогащенное урановое топливо назад в виде красивых топливных «таблеток».

Для понимания ответим на еще один простой вопрос: а зачем вообще разделять уран на два изотопа?

Природный уран, который вот прямо в земле лежит, представляет собой «коктейль» из двух основных изотопов: 238U и 235U. Для современных реакторов нужен только легкий изотоп урана 235U. Именно он «горит» в современных реакторах. Ну а второй, тяжелый изотоп урана — 238U, это просто невзрачный серого цвета металл, который никак не заставишь гореть в современной конструкции реактора. Из 238U можно сделать сердечник артиллерийского снаряда, ну или… пустить его на фарфоровую краску. Впрочем, именно на 238U у нас основная ставка в будущем, но пока мы его в реакторах не сжигаем.

А вот что можно сделать из 235U? Ну, во-первых, атомную бомбу (в мировом хозяйстве нужная вещь), а во-вторых — топливо для АЭС.

Начиная с этого момента уже ощущается разница в подходах между русскими и западными технологиями. Фокстерьеры у нас разные. Одни зеленые, другие красные, желтые.

[56]

Американский (западный) ЯТЦ работает на закиси-окиси урана (U3O8), называемой еще «желтым кеком».

Российский же ЯТЦ изначально строился на использовании в качестве сырья другого соединения — тетрафторида урана (UF4).

И когда мне начинают рассказывать о том, что «русские всю бомбу украли у американцев прямо в чертежах», я их отсылаю к этому малоизвестному факту. Ибо моя бабушка как раз со всей этой гадостью и работала в Днепродзержинске, на одном из первых обогатительных предприятий советского ЯТЦ.

На желтом кеке и на тетрафториде урана заканчивается обычная жизнь природного урана и начинается то, за чем пристально следит МАГАТЭ, — разделение изотопов урана.

Для этого и желтый кек, и тетрафторид урана превращают в газ — гексафторид урана (UF6), который уже легко, за счет мельчайшей разности в весе изотопов (всего 3 нейтрона на каждое ядро урана!) разделяется на очень сложных обогащающих установках — газовых центрифугах и газовых диффузорах. В настоящее время около 35 % обогащения делается на диффузорах, а 65 % — на центрифугах.

И вот тут мы подходим к ключевому вопросу, как отделяют эти два, почти идентичных атома друг от друга? Ведь с точки зрения обычной химии и то, и другое — обыкновенный уран, который практически одинаково взаимодействует в рамках любых химических реакций.

В самом начале ядерной гонки величайшими учеными как в СССР, так и в США, осваивалась идея диффузионного разделения — пропускать уран через очень мелкое «сито». Точнее — через очень тонкие длинные трубочки, в которых более легкий изотоп 235U двигался бы чуть-чуть быстрее. В результате газ на выходе из этой тончайшей трубочки получается уже немного обогащен 235U и содержит меньше 238U. Поскольку «толстый», тяжелый уран тоже сочится в готовый продукт, обогащение получается на деле копеечное — на выходе из одной ступени газового диффузора уран обогащается всего в 1,00 429 раза. Поэтому газодиффузные обогатительные предприятия — это циклопические по размерам, состоящие из тысяч и тысяч ступеней обогащения громадные заводы.

По-другому устроена газовая центрифуга. Это просто очень качественный агрегат, работающий по принципу молочного сепаратора, который отделяет нам сливки от молока. Степень разделения молекул гексафторида урана в центрифугах пропорциональна квадрату отношения скорости вращения к скорости молекул в газе. Отсюда очень желательно как можно быстрее раскрутить центрифугу. Типичные линейные скорости вращающихся роторов обогатительных центрифуг — 250–350 м/с, а у современного поколения — и более 600 м/с. Для того чтобы обеспечить такую линейную скорость ротора, центрифуги должны крутиться не быстро, а очень быстро. Где-то со скоростью в 2000 оборотов ротора в секунду. Это безумная скорость оборотов, современная центрифуга крутится где-то в 60 раз быстрее, чем коленчатый вал в двигателе вашего автомобиля на спокойных оборотах.

Типичный коэффициент сепарации для центрифуг уже выше, чем для диффузоров, и составляет 1,01–1,1, в зависимости от совершенства их конструкции. И для полного понимания процесса: самая плохая центрифуга где-то вдвое лучше самого хорошего диффузора. А хорошие современные центрифуги лучше газовых диффузоров в десятки раз.

Список стран, которые могут разделять изотопы чуть шире, чем «Большая семерка», но все равно сжат донельзя — за обогащение изотопов урана без спроса и без должного контроля со стороны МАГАТЭ бьют по рукам, и больно. Все вопросы к Северной Корее, Израилю и Ирану часто возникают именно по этому поводу. Хотя рано или поздно при должном упорстве и наглости, понятное дело, бомбу себе делают все желающие.

Вот эти счастливчики-обогатители: Аргентина, Бразилия, Великобритания, Германия, Израиль, Индия, Иран, Китай, Нидерланды, Северная Корея, Пакистан, Россия, США, Франция, Япония.

Кроме того, совместное с Францией предприятие по обогащению имеют Бельгия, Италия и Испания.

Таким образом, в «Изотопном клубе» у нас состоят — более или менее официально — 15 стран, и еще 3 страны ассоциированы с этим клубом.

Две страны из «Изотопного клуба» — Израиль и Северная Корея, судя по всему, в настоящее время обладают только военными программами. Они потихоньку наполняют свои ядерные арсеналы, забив болт на мирный атом. Еще три страны — Аргентина, Бразилия и Иран — находятся в «предпороговом» состоянии, имея собственные программы по разделению изотопов, но используя их пока исключительно на цели мирного атома, а еще две страны — Германия и Япония, под нажимом своего «обезьяньего» лобби («Назад, в пастораль!») сказали нет атомной генерации.

Однако для того, чтобы понять, кто чего стоит в «Изотопном клубе», приведу вам данные о мощности предприятий по конверсии урана в гексафторид и мощности заводов по разделению изотопов урана в мире.

На долю России приходится 40 % от мировых мощностей по разделению изотопов, на долю США — 20 %, на долю Франции приходится 15 % мощностей, на объединенную долю Германии-Великобритании-Бельгии — еще около 23 % мощностей по обогащению. В таблице же мощность обогатительных заводов представлена в безразмерных единицах измерения — так называемых ЕРР (Единицах Работы Разделения) или по-английски — SWU. Чем больше у вас этих магических ЕРР, тем больше урана вы сможете обогатить.

Все остальные обогатители мира, включая и Японию с ее мощной ядерной энергетикой, имеют не более 3 % от мировых мощностей по обогащению. На ядрен-батон, может быть, им и хватит, а вот на создание своего замкнутого ЯТЦ уже нет. И Япония или Южная Корея для своих АЭС вынуждены покупать готовое урановое топливо за рубежом, например во Франции или США.

Внезапно выясняется, что нищая Россия в два раза превосходит США по обогатительным мощностям, что, оказывается, фокстерьер уже вырос и в ядерной энергии оказался в два раза больше нефтяного динозавра.