Часть 1. Лидер атомной промышленности. Кто он?
Часть 2.
Вопрос о технологиях обогащения урана берёт своё начало с Манхэттенского проекта.
То есть, он стоял изначально, так как атомную бомбу можно было произвести двумя способами: обогащением урана до нужных 90%, либо наработкой плутония, о чём я писал в цикле статей про быстрые реакторы.
Для решения этой задачи перепробовали все имеющиеся на тот момент методы и их комбинации.
В результате, наиболее эффективным стал газодиффузионный метод с последующим обогащением урана электромагнитным методом.
Принцип работы диффузионного метода основан на скорости прохождения сквозь специальную пористую мембрану молекул газообразного вещества. Это вещество описано в первой части, им является гексафторид урана.
Напомню, это соединение изотопа фтора (F19) с изотопами урана-238 и урана-235, которое является единственным известным методом получения «газообразного урана».
Уран-235, ввиду особенности молекулярной массы, легче урана-238. Следовательно, гексафторид с изотопом урана-235 проходит через мембрану быстрее и легче, нежели гексафторид с изотопом урана-238. После прохождения мембраны газ будет более обогащён лёгкими молекулами гексафторида с изотопом урана-235. То есть, произойдет увеличение концентрации урана-235. В этом и есть суть диффузионного обогащение урана.
Из-за того, что массы молекул гексафторида с ураном-235 и ураном-238 отличаются всего на 1,5%, а концентрация изначального гексафторида больше чем на 99% состоит из молекул с изотопами урана-238, производительность диффузионного метода чрезвычайно маленькая. Тем более, тут вступают в силу уже квантовые эффекты, когда через мембрану с определённой долей вероятности может пройти то, что по определению проходить через неё не должно, и наоборот - то, что должно проходить, может и не пройти…
Следовательно, отдельная установка произведёт обогащение урана лишь на десятые доли процента, поэтому для эффективного обогащения урана до нужной концентрации тысячи газодиффузионных установок объединяют между собой в каскад. Например, первый в СССР завод по газодиффузионному обогащению урана имел каскад из 3000 установок типа ОК-7.
Как видно из фото, подобная машина – немаленькая, с таким же немаленьким энергопотреблением. И это было только начало. Вводились в эксплуатацию новые заводы с новыми газодиффузионными машинами. Уже к 1953 году в СССР на Уральском электрохимическом комбинате работало 15 000 установок!
В 1950-е годы СССР расширил диффузионные мощности тремя заводами ( АЭХК, ЭХЗ, СХК), тем самым увеличив энергопотребление обогатительных комплексов до 3% от всей электроэнергии СССР!
А согласно статистике всемирной ядерной ассоциации, в США для аналогичной задачи затрачивали 7% всего энергопотребления.
Собственно, несмотря на все проблемы газодиффузионного метода обогащения, он стал основным методом промышленного разделения изотопов. В США было построено три завода.
В Англии в 1956 году был введён газодиффузионный завод в Кэйпенхёрсте; в Китае в 1960 году при помощи СССР заработал газодиффузионный завод вблизи города Ханчжоу;
С 1964 года — в Пьерлатте и Трикастене (Франция).
Но, хоть эта технология и была признана самой эффективной, изначально наряду с ней в США и СССР рассматривали возможность применения центрифужного метода разделения изотопов.
Сама идея центрифужного метода разделения изотопов урана принадлежит немецкому инженеру-изобретателю Фрицу Ланге, сбежавшему из нацистской Германии в СССР, австрийскому инженеру Герноту Циппе, которого Советский Союз взял в плен в 1945 году, и знаменитому немецкому физику Максу Штеенбеку, который создал в 1947 году первую газовую центрифугу для разделения изотопов урана.
Они развивали это направление, активно сотрудничая с нашими специалистами. Дорабатывали и доводили до промышленной реализации технологию уже наши инженеры, в первую очередь Сергеев Виктор Иванович.
Учёные США посчитали центрифугу слишком сложной и неэффективной, ни один из их опытных образцов не давал такой производительности, как диффузионный метод. Поэтому данное направление в США посчитали неэффективным и отбросили, как тупиковый путь. Надо понимать, что в СССР могла возникнуть точно такая же ситуация, ведь изначальная идея и её дальнейшее развитие принадлежит упомянутым немецким инженерам, которые активно сотрудничали с нашими специалистами.
Но немецкие специалисты вернулись на родину, и в 1957 году СССР запустили экспериментальный участок с газовыми центрифугами, а уже в 1962 году - первый в мире газоцентрифужный обогатительный завод.
Более подробно о газовых центрифугах и о вкладе наших инженеров в следующей статье.
P. S. Ссылки на источники теперь находятся в группе Вконтакте!
