Президент США Джо Байден, выступая с предвыборной агитационной речью в Вашингтоне, сообщил, что в США произвели первые 90 кг обогащённого урана, а к концу года США планируют обогатить около тонны топлива для своих атомных реакторов, вложив дополнительные 3,4 миллиарда долларов в собственный производственно-обогатительный комплекс.
Главная цель — восстановление обогатительных мощностей, чтобы не зависеть от импорта энергетического урана из России.
Конечно, американцы занялись собственным обогащением, предварительно скупив отовсюду уран и сделав себе хороший запас.
В первую очередь США на протяжении года активно скупали уран у России. За первое полугодие 2023 года США закупили у России 416 тонн урана на 696,5 млн долларов.
- Вообще же по итогу 2023 года США закупили у России уран на сумму 1,2 миллиарда долларов. Объём закупок составил 702 тонны. Это вообще была их рекордная закупка.
Кроме того, США нарастили закупку урана практически у всех поставщиков.
- Во Франции, Китае, Японии, Бельгии, Казахстане, Южной Африке, Индии, Чехии, Швейцарии США закупили урана совокупно на 897 миллионов долларов;
- Закупка у Германия возросла на 9% — до 677 миллионов долларов;у Великобритании — на 19% — до 609 миллионов долларов.
- Канада увеличила экспорт урана в США сразу в 2,1 раза — до 530 миллионов долларов.
Но на самом деле вся новость про собственное производство обогащённого урана — это просто пыль в глаза.
США в сотрудничестве с Японией, Великобританией, Францией и Канадой намерены создать международную сеть поставок, чтобы освободиться от зависимости от России.
Ранее, согласно заявлению, опубликованному правительствами Великобритании, Франции, США, Канады и Японии, они договорились объединиться с целью вытеснить Россию с международного рынка атомной энергетики, включая поставки урана, методом создания подконтрольной только им «международной» сети поставок урана, чтобы освободиться от зависимости от России.
Помимо этого, с 2019 года идёт активная работа по освоению ранее «запретной» для США технологии газоцентрифужного метода обогащения, над которой американцы страдают уже более 60 лет.
У них была прекрасная технология газодиффузионного обогащения для производства оружейного и коммерческого урана для АЭС, на которую они тратили 7% всей электроэнергии США.
Процесс газодиффузионного обогащения урана был довольно эффективным, но требовал больших затрат энергии, поэтому с появлением газоцентрифужного метода он перестал применяться в атомной промышленности.
Если говорить вкратце, метод газодиффузионного обогащения урана сводится к пропусканию газообразного гексафторида урана под давлением через ряд пористых мембран. Поскольку молекулы изотопа урана-235 легче молекул изотопа урана-238, они движутся быстрее и имеют несколько больше шансов пройти через поры в мембране.
- Уран, встречающийся в природе, состоит в основном из двух изотопов: уран-235 (0,7%) и уран-238 (99,3%). Производство энергии в ядерных реакторах происходит за счёт «деления» атомов изотопа урана-235, а уран-238 непосредственно в процессе деления не участвует. Для работы современных промышленных атомных реакторов требуется обогатить уран-235 до 3–5%.
Таким образом, газ (гексафторид урана), который диффундирует через мембрану, слегка обогащается, в то время как газ, который не прошёл через неё, обедняется.
Этот процесс многократно повторяется в каскаде газодиффузионных установок.
Далее технология по своим энергетическим характеристикам начала проигрывать газоцентрифужной технологии, эффективность которой с каждым новым поколением центрифуг возрастала. В конечном итоге газоцентрифужная технология обогащения превзошла энергетическую эффективность газодиффузионного метода в 50 раз.
В центрифужном методе, как и в диффузионном процессе, в качестве сырья используется гексафторид урана (газ UF6). Газ подаётся в серию вакуумных трубок, каждая из которых идёт в ротор центрифуги. Под действием вращения ротора даже небольшая разница в массе между изотопами урана-235 и -238 становится заметной, концентрация более тяжёлых молекул урана-238 увеличивается по направлению к внешнему краю цилиндра-ротора, а соответствующее увеличение концентрации молекул урана-235 происходит вблизи центра.
- Противоточный поток, создаваемый температурным градиентом и прочими способами, позволяет извлекать обогащённый газ в осевом направлении: более тяжёлые молекулы на одном конце и более легкие — на другом.
Разумеется, в США предпринимали попытки освоить газоцентрифужный метод обогащения. С конца 1950-х было построено четыре масштабных проекта, которые закончились провалом.
Однако это не значит, что они не смогли получить обогащённый уран на газовых центрифугах.
Но в чём тогда проблема построить газовую центрифугу? Почему Пакистан или Иран смогли сделать свои центрифуги, а США — нет?
Проблема не в центрифуге как таковой, а в комплексе технологий газоцентрифужного обогащения.
Центрифуга не просто должна обогащать уран, а делать это максимально эффективно. А вот тут есть проблемы: чтобы значительно превзойти старую газодиффузионную технологию, центрифуга должна не только работать, но и правильно объединяться в каскад.
Объединить центрифугу в каскад не так-то просто, как кажется на первый взгляд. Центрифуга своими микровибрациями и газодинамикой оказывает воздействие на соседние центрифуги, с каждым новым каскадом паразитные эффекты возрастают, что в какой-то момент приводит к разрушению центрифуги или выходу из строя каскада.
И в США часто разрушалось и то, и другое.
Более того, газовая центрифуга выходит на максимальную производительность, когда скорость вращения её ротора достигает сверхкритической величины.
- Для эффективного разделения двух изотопов урана центрифуги вращаются с очень высокой угловой скоростью, при этом внешняя стенка вращающегося цилиндра движется со скоростью от 400 до 500 метров в секунду, что в миллион раз превышает ускорение свободного падения (силы тяжести).Это так называемые "закритичные центрифуги".
Почему так происходит? При наборе вращения скорости ротора центрифуга проходит свою резонансную частоту, и делать это она должна филигранно, без дополнительных вибраций и прочих паразитных эффектов.
- И делать это должна не одна центрифуга, а весь каскад.
Поэтому соединение центрифуг в каскад — это отдельная сложнейшая задача, которую эффективно решили только в СССР.
Чем больше каскад, тем меньше затраты на электроэнергию и ресурсов требуется для производства обогащённого урана.
Поэтому в России могут массово изготавливать маленькие дешёвые центрифуги, причём даже докритичные, и объединять их в тысячи кластеров, формируя тем самым каскады любой сложности и протяжённости. И на выходе получать очень дешёвый уран.
Российский каскад уменьшает концентрацию урана-235 с 0,7% исходной концентрации до 0,1%. То есть в отвал идёт уран с содержанием 0,1% изотопа урана-235 и 99,9% изотопа урана-238.
- Зарубежные (Япония, Китай) каскады газовых центрифуг способны уменьшить концентрацию до 0,3% (европейские центрифуги уменьшают до 0,22%).
Но если с большими каскадами не получается, то есть другой путь — увеличение размеров центрифуг, благодаря чему увеличивается её производительность, и в теории монструозные каскадные соединения, как в России, не нужны.
По этому пути пошли в Европе, когда им не удалось полностью скопировать наработки Союза. Там была своя история, которую я рассказывал тут:
Европейские центрифуги имеют длину около 5,5–6 метров и диаметр корпуса около 215 мм. Российская длиной меньше метра, её буквально можно взять и унести в руках.
- Американцы решили всех обхитрить и построили 12-метровые центрифуги (диаметром в полметра), решив, что чем больше, тем лучше, и уже больше 40 лет не могут заставить их работать в каскаде.
Безусловно, они получали на них обогащенный уран. И не 90 кг, про которые гордо заявил Джо Байден, а десятки тонн. Просто центрифуга долго не жила, разрушалось то одно, то другое: то каскад и строя выйдет, то центрифуга разлетится на куски.
В 2009 году состоялась четвёртая попытка освоения газоцентрифужного метода обогащения урана. Подняли старые наработки, на их основе решили построить демонстрационный завод по производству газовых центрифуг и в 2012 году запустить его в коммерческую эксплуатацию.
- Но не тут-то было... Министерство энергетики США не оценило «столь грандиозный проект» газовой центрифуги, и отказалось выделять гарантию по кредиту в размере 2 миллиардов долларов.
А вы тоже думали, что в США кредиты выдают кому угодно направо и налево?
Хочешь организовать производство — нужно идти к правительству и просить гарантию на кредитную линию, тогда банк даст кредит, ведь в случае провала идеи кредит погасит правительство США.
Пример:
в 2010 году автомобильная компания "Tesla" получила от Министерства энергетики США прямой заём в размере 465 млн долларов на организацию производства электромобилей. И Илон Маск не в банк пошёл брать кредит под 3%, а у правительства США!
К слову, все прорывные технологии, идеи и стартапы в 99% случаев так или иначе финансируются правительствами, а уж потом выходят на свободный рынок.
Так вот, кредитную линию под строительство завода газовых центрифуг в правительстве тогда не одобрили, сказав, что такой проект не готов к коммерческому производству, и вообще — работать не будет.
В итоге проект центрифуги 2008 года «АС-100», разработанный на основе технологии центрифуг 1980-х, где и старая, и новая технологии так и не заработали, решили немного доработать и представили в 2019 году как проект центрифуги с «минимальным риском».
Риск уменьшили путём уменьшения частоты вращения ротора, благодаря чему никакого сверхкритического перехода нет, вибраций минимум, каскад и сами центрифуги не разрушаются, продолжительность эксплуатации увеличивается.
Правда, эффективность производства на такой центрифуге стремится к газодиффузионному методу — то есть очень дорого. Поэтому обогащать уран до 5% на ней убыточно, ведь затраты на электроэнергию даже не покрывают стоимость продажи произведённого такими центрифугами урана.
Но всё меняется, когда дело касается обогащения урана до 20%. Дело в том, что обогатить уран до 20% хоть и труднее с технической точки зрения, но выгоднее по отношению к затратам на исходное сырьё и конечную стоимость его реализации.
График показывает, что из одной тонны природного урана можно получить около 120–130 кг урана, который используется в качестве топлива для энергетических реакторов (до 5% обогащения), 26 кг урана для исследовательских реакторов и перспективных малых модульных АЭС и примерно 5,6 кг урана, который подходит для производства оружия.
После того, как процент обогащения достигает 5%, кривая обогащения резко выравнивается. Это происходит потому, что масса обогащаемого материала постепенно уменьшается по сравнению с первоначальной массой в одну тонну.
Это требует меньших усилий для дальнейшего значительного увеличения процента обогащения.
Относительно небольшое увеличение усилий, необходимых для достижения увеличения по сравнению с нормальным уровнем (3–5%), является причиной того, что обогатительные фабрики считаются чувствительной технологией в отношении предотвращения распространения оружия и находятся под очень строгим контролем в соответствии с международными соглашениями.
То есть усилия для обогащения урана с 0,7% до 3-5% более затратны, чем для обогащения с 5% до 20% и так далее.
Вот тут уже просматривается выгода.
Поэтому в 2019 году компания "Centrus Energy Corp" подписала соглашение с американскими разработчиками малых модульных реакторов на производство топлива уровня «Халево» — фактически обогащённый до 20% уран. И вот уже под это дело компания получила от Министерства энергетики США нужные ей инвестиции.
В первом квартале 2024 года на газовых центрифугах был произведён тот самый уран марки «Халево» в количестве 90 кг для ещё нереализованных проектов АЭС малой мощности.
Теперь правительство США выделит 3,4 млрд долларов, чтобы попробовать коммерчески выгодно произвести уран с обогащением до 5% для своих АЭС, вдруг получится.
Пресс-служба Белого дома цитирует слова Байдена:
"Слишком долго мы полагались на импортный уран для питания ядерных реакторов — импорт из таких стран, как Россия, которым мы вообще не можем доверять. Моя администрация работает над тем, чтобы изменить всё это. Мы инвестируем 3,4 миллиарда долларов в производство современного ядерного топлива прямо здесь, в Америке".
И ещё раз: то, что они произведут тонну урана с обогащением до 5% — это естественный процесс. Странно было бы, если бы они сказали, что не могут этого сделать.
Просто неизвестно, во сколько это им встанет, как будет вести себя центрифуга при продолжительной работе, сможет ли технология конкурировать с европейскими и российскими центрифужными обогатительными комплексами.
Хотя в преддверии выборов США, да и вообще в условиях нынешней мировой политической обстановки, главное отчитаться, что американцы смогли произвести свой уран, а вот насколько эффективен этот процесс обогащения — об этом лучше промолчать.
Да и в самой компании, которая произвела 90 кг урана марки "Халева" для Министерства энергетики США, пишут, что процесс производства является демонстрационным. И второй этап — произвести 900 кг урана в течение года — тоже демонстрационный. Любители шоу — в своём репертуаре...
Более того, они так и написали, что будут производить топливо для разрабатываемых ядерных реакторов, а не для действующих:
«HALEU — это современное ядерное топливо, необходимое для большинства разрабатываемых в настоящее время конструкций реакторов следующего поколения. Мощность каскада из 16 центрифуг невелика — около 900 кг HALEU в год».
Налицо явное противоречие: президент США заявляет одно, а компания пишет о другом.
Современные АЭС, в том числе в США, работают на обогащённом до 3-5% топливе. Разрабатываемые перспективные проекты реакторов, призванные со временем заменить широко распространённые в мире легководные аппараты типа PWR и BWR, будут использовать в качестве топлива уран повышенного обогащения "HALEU" (High-Assay Low-Enriched Uranium) - это уран с обогащением от 5% до 20%.
В железе нигде, кроме России, таких реакторов не построено. В США самый проработанный проект такого реактора уже потерпел коммерческий крах.
Компания "NuScale" представила проект «UAMPS», который предполагает строительство шести модулей малого реактора типа «VOYGR» с электрической мощностью 77 МВт каждый. Суммарная электрическая мощность станции составит 462 МВт. За реализацию этого проекта компания запрашивает «доступную для всех» сумму в размере 9,336 миллиарда долларов США.
Например, за 10 миллиардов долларов можно построить современную и надёжную атомную электростанцию, готовую к использованию, с двумя энергоблоками общей мощностью 2400 мегаватт. При этом не потребуется дополнительное обогащение топлива, а значит, его покупка обойдётся гораздо дешевле.
Получается, что в США похвастались производством топлива, которое невозможно использовать в действующих промышленных АЭС США.
Но это только на первый взгляд противоречие, ибо нужно, как я выше пояснил, в нынешней политической ситуации отчитаться, что американцы смогли обогатить уран на центрифуге!
Сенат Конгресса США уже единогласно принял законопроект, который запрещает импорт обогащённого урана из России до 2040 года. Документ направлен на подпись президенту США Джо Байдену.
Казалось бы, в России должны "испугаться" такого поворота, но законопроект уже на первом этапе предусматривает «временный» обход запрета до начала 2028 года.
Более того, видимо, на всякий пожарный случай российский уран, от которого на законодательном уровне отказываются США, был внесён в белый список.
Столь амбициозные планы Большой Семёрки изолировать «путинскую Россию» претерпели существенные изменения год спустя. США разрешили (сняли санкции с транзакций) ВТБ, Альфа-банку, Сбербанку, банку «Открытие», Совкомбанку, Росбанку, ВЭБ.РФ, «Зениту», банку «Санкт-Петербург», а также Центробанку проводить транзакции, касающиеся энергетики.
Лицензия позволяет осуществлять сделки с нефтью, газом, ураном, древесиной, углём и другими видами топлива. Срок действия лицензии составляет шесть месяцев — до 1 ноября 2024 года, с возможностью последующего продления.
Ну, что думаете? Смогут ли американцы наконец-то освоить газоцентрифужный метод обогащения урана или их нынешние попытки, как и все предыдущие, закончатся неудачно?
Мне кажется, что через 5 лет США вернутся к закупке российского урана, ибо каждый вырабатываемый МВт*ч электроэнергии на АЭС в США существенно подорожает.
Газовая центрифуга — это уникальная технология, освоение которой даёт любой стране независимость и дешёвый способ получения обогащённого урана.
Россия передала наработки и сами центрифуги 5-го и 6-го поколения Китаю. Сегодня в России работают закритические центрифуги 9-го и 9+ поколения.
Иран и Пакистан разработали свои центрифуги на основе вывезенных (украденных) технологий европейских центрифуг. Они получились не слишком производительные, но вполне рабочие.
Видеоверсия:
Объявление!
Да, вы, наверное, уже сами всё знаете.
В начале января 2024 года Дзен ограничил показы моих материалов в 2500 раз, с 40 тысяч в час до 16.
Показ всех материалов на канале был обнулён.
Прошло уже более четырёх месяцев, но ситуация не меняется:
Канал пропал из ленты рекомендаций, и даже подписчикам материалы перестали показываться. Многие заходят на канал уже через поисковики. Вот скрин сегодняшних заходов по заголовкам:
Техподдержка Дзена говорит, что всё в порядке:
=============================================
«Поддержать канал за полезные статьи»
2200 7004 4118 8512 Тинькофф
4276 1609 2125 1899 СБЕР
