Минуя вводные, начать сразу стоит с того, что уран перед употреблением принято обогащать, поскольку ядерным горючим является только 235 изотоп, концентрация которого составляет всего 0.72%. А этого мало. Для использования в энергетике её нужно поднять до 3-6% (даже до 20-30% в случае реакторов на быстрых нейтронах), в оружейном же деле – до 70-90%.
Обогащение же – задача в высшей степени нетривиальная, ибо отделять друг от друга требуется фракции вещества с идентичными химическими и почти идентичными физическими свойствами. Затруднения так велики, что возникает соблазн без обогащения обойтись. Что, в принципе, позволяют сделать реакторы, в которых в качестве теплоносителя используются углекислота или тяжёлая вода. Но они имеют свои недостатки, главным из которых оказывается объём ядерных отходов, – он в 30 раз выше… Паника по поводу отходов, «которые негде хранить», кстати, пришла из эпохи, когда массовое использование тяжеловодных реакторов рассматривалось… И, опять-таки, уран в производстве ядерных вооружений можно заменить плутонием, извлекаемым из отходов тяжеловодных реакторов… Но плутоний, в свою очередь, такая дрянь, что проблемы с его переработкой заслуживают отдельной публикации.
Так что, – надо обогащать. Для чего практикуются два метода. Простейшим является газодиффузный, подразумевающий прокачку газообразного гексафторида урана через молекулярные фильтры. Молекулы с атомом урана-235 просачиваются с чуть большим успехом. Но разница именно так мала, как кажется. А вот сопротивление потоку газа оказываемое молекулярным фильтром – велико. Соответственно, метод, будучи очень простым технически, требуется сюрреалистического расхода энергии. В 50-60 годах, когда Штаты активно наращивали ядерный арсенал, работа обогатительных станций поглощала 7% вырабатывавшейся в стране электроэнергии.
Теоретически, это означало, что СССР для поддержания паритета, должен был тратить на обогащение урана 30% электроэнергии. На практике же, по количеству боеприпасов Советский Союз отставал от США в несколько раз. Ибо даже 7% выделить для решения этой задачи не мог. Количественное отставание пытались компенсировать большей мощностью зарядов… Но это отдельная история.
Такое положение дел повышало заинтересованность СССР в разработке технологий обогащения урана центрифугированием, при которой тот же гексафторид запускался во вращающийся циллиндр. При этом более тяжёлая – 238-я – фракция размазывалась по стенкам, вытесняя 235 уран к оси вращения. Технология сулила сокращение затрат энергии в 50 раз. Но была сложной чрезвычайно. Трофейные, немецкие учёные уже бились над ней с начала 40-х. Однако проблема оказалась твёрже немецких лбов.
Эффект применения немецких лбов на советской почве оказался примерно таким же. Будучи отпущены, немецкие учёные выехали в США, чтобы уже там сеять уныние и отчаяние. Причём, семена упали на подготовленную почву. Собственные разработки технологий центрифугирования велись в США ещё с 1944 года. И успехом не увенчались. Немцы же уверили новых нанимателей, что и у русских в этом плане всё безнадёжно… Как следствие, в Америке центрифугирование было признано бесперспективным направлением.
А в СССР – нет. И в начале 60-х годов первые центрифуги заработали. Распространялись и совершенствовались они не в один день. Так что, последняя газодиффузная установка работала у нас до 1992 года. В США же – до 2013 года. Но был нюанс. В Америке это просто была последняя установка для обогащения урана.
...Между тем, в середине 70-х проблема создания центрифуг была решена во Франции. А потом и в прочих странах, включая не только Китай, но и КНДР, и, наконец, Иран. Заметив, что центрифуги заставить работать, видимо, можно, раз уж у других получается, американцы несколько раз возобновляли разработки, но деньги, как это обычно бывает в условиях отсутствия системной коррупции, исчезали неведомо куда, и Конгресс их следов найти не мог… Потому что, достижение результата не казалось важным. После ограничения ядерных вооружений военные имели избыток урана и плутония. Уран же для атомных электростанций Штаты начали во всё больших объёмах закупать в СССР. Благо, продавался он, – чтобы политические барьеры стали преодолимыми, – по демпинговой цене… У нас, кстати, поставки урана в Америку не афишировались, и какие-то слухи поползли, вызвав к жизни тьму конспирологических теорий, только в эпоху «гласности».
В США же не было ни гласности, ни, соответственно, слухов. Самое же интересное, об использовании центрифуг в СССР в Белом Доме не знали до конца 90-х. Хотя, – это самое поразительное в истории, – Советский Союз с самого начала не скрывал наличия центрифуг. Принципы работы обогатительных установок описывались в школах. В конце концов, в 1989 году американской делегации было предложено обогатительный комбинат посетить… Однако аналитики ЦРУ и тогда остались при своём мнении: «потёмкинские деревни». Технологии центрифугирования слишком сложны для Верхней Вольты с атомной бомбой.
В 2012 году очередная программа создания американских центрифуг провалилась, а в 2017 году «Вестингауз» объявил о банкротстве. И теперь американцы думают, чем заменить российский уран? Французским? Но французы тоже покупают уран у нас.
Современная центрифуга 9+ поколения выглядит, как шестиметровый цилиндр из алюминия, стянутого углеволоконом — теми самыми неразрушимыми углеродными нанотрубками. Потому что скорость вращения точки на внутренней поверхности этого цилиндра вчетверо выше первой космической. Центрифуги объединяются в сборки по 20 штук, так, чтобы чуть обогащённый газ перетекал из предыдущей в последующую, а сборки в тянущиеся на километры (не шутка) каскады.
Уровень французских технологий соответствует советскому 80-х годов, – это 6 или 7 поколение. Уровень Китая, Ирана, Индии, КНДР – 4, 4+. Разница же в поколениях в себестоимости обогащения. Если до распада СССР она была вшестеро ниже, чем в США, то… теперь была бы в 40 раз ниже, если бы наличествовал предмет для сравнения.
Кроме этого, центрифуги 9 поколения способны работать на отходах, – на обеднённом уране. Ведь, в процессе обогащения 235 изотоп извлекается не весь. В обеднённом уране, концентрация «горючего» изотопа лишь снижается до 0.5% (диффузные установки) или до 0.3% (устаревшие советские центрифуги, 0.35% французские). Современная же центрифуга выжимает остатки до уровня 0.1%.
И, кстати, о конспирологии. Ни СССР, ни Россия никогда не продавали оружейный уран (для начала, это категорически запрещено международными конвенциями). Но американцы действительно 15 лет полагали, что выкупают, – и причём, дешево, себе не в убыток, – «бывший» оружейный уран, предварительно «обеднённый». Не веря в существование центрифуг, – причём, качественно более эффективных, чем где-либо в мире, – они не могли объяснить ситуацию на рынке иным образом.