Начиная цикл статей о ядерной энергии я постараюсь описать несколько моментов, которые часто проговариваются вскольз, либо вообще не упоминаются при разговоре о "ядерной альтернативе" ископаемым минеральным топливам.
Стартанём с обычных цифр и картинок, которые иногда гораздо более красноречивы, нежели абзацы убористого текста. У кого развито левое полушарие — смотрят на цифры, у кого сильнее образы, за которые отвечает правое полушарие — впечатляются графиками и красивыми картинками.
Вот это — 200 тонн тринитротолуола (TNT, двоюродный дядя которого — динамит, за деньги от продажи которого, в том числе, и была учреждена Нобелем знаменитая Нобелевская премия):
Что, неужели 200 тонн? Три вагона взрывчатки?
Да, вот цифры плотности энергии различных веществ:
Плотность энергии.
Природная смесь изотопов урана №238 (U-238) и №235 (U-235), обогащённая до реакторной степени, обладает плотностью энергии, превосходящую плотность энергии бензина в 2 000 000 раз (прописью: в два миллиона раз)
Для этого начальное содержание U-235 в природной смеси изотопов, которое обычно составляет 0,71% надо увеличить до 2-4%, то есть всего лишь в 3-5 раз.
Ну, а если сравнивать такой обогащённый уран с модными нонче Li-Ion батареями, то плотность урана по энергии окажется выше плотности энергии в аккумуляторах "всего-то" в 120 миллионов раз.
Со свинцовыми аккумуляторами даже сравнивать не буду — уж очень смешные цифры получаются.
Короче, магия больших чисел начинается.
Собственно говоря, "ядерный клуб" в мире, по факту, это гораздо более закрытая структура, нежели ЕС, НАТО или G20. В неё нельзя попасть "просто так" — по "праву рождения", как в ЛАГ или "по убеждениям", как в Движение Неприсоединения.
По факту, для входа в "ядерный клуб" приходится положить на научные, технологические, инженерные исследования, организационные и производственные проекты жизнь и усилия, как минимум, одного поколения страны.
А потом надо день за днем, год за годом, поддерживать и совершенствовать свои структуры и своих людей, которые вовлечены в процесс обеспечения присутствия страны в "ядерном клубе".
Кроме того, судя по опыту США, ЮАР или Украины — "вход в клуб — рубль, выход — копейка, второй раз билет не продаём".
То есть, единожды войдя в клуб, но не уделяя потом должного, постоянного внимания развитию всего букета ядерных технологий, второй раз обычно уже невозможно вытянуть из страны все жилы для создания сверхусилия по возврату утраченного знания. Второй раз в ядерную реку уже не пускают.
Кто сейчас состоит в "ядерном клубе"? Вот все те, кто в той или иной степени вовлечён в ядерную энергию. Вначале я произвольно расположил "оружейников", которые ещё и обзавелись своей ядерной бомбой, потом — реакторщиков, которые имеют свой действующий реактор, а потом — всех остальных, которые в той или иной степени вовлечены в использование ядерной энергии.
Сначала — группа лидеров. В полосатых купальниках плывут они вперёд, к светлому ядерному будущему:
Необходимы пояснения? Их есть у меня.
Во-первых, у нас есть "Большая ядерная семёрка" — США, Россия, Франция, Китай, Великобритания, Индия и Пакистан. Военный ядерный клуб, люди, у которых есть возможность устроить Вам персональный армагеддец прямо на заднем дворе.
Против названия каждой из стран есть количество ядерных зарядов, накопленных ими за половину ХХ и начало XXI века. Кто-то может изничтожить шарик десяток раз, кто-то только разок — роли это не играет, любой из членов "Большой семерки" может легко втоптать небольшую страну в каменный век. Это Вам не ядерные террористы — Северная Корея и Израиль, эти ребята играют по-крупному.
Все эти страны успешно наладили у себя обогащение природного урана в промышленных количествах, поставив на своей территории достаточно мощные заводы по разделению изотопов. Собственно говоря, именно на этих заводах и производятся основные объёмы промышленного ядерного топлива, поскольку страна, добывающая уран, обычно не может превратить его во что-то путное и пригодное для ЯТЦ (ядерно-топливный цикл), и продает этот природный уран кому-то в "Большой семёрке", либо ещё нескольким странам ниже по списку, у которых есть технологии разделения изотопов урана — а потом уже получает обогащенное урановое топливо назад в виде красивых топливных "таблеток", как на первой фотографии. Там где в тазике лежит 200 тонн тротила.
Собственно говоря, уже начиная с этого этапа ощущается разница в подходах между русскими и западными технологиями.
Американский (западный) ЯТЦ работает на закисьокиси урана (U3O8), называемой ещё "жёлтым" кеком. Вот эта субстанция, U3O8:
Выглядит приятно, но не куркума.
Российский же ЯТЦ изначально строился на использовании в качестве сырья другого соединения — тетрафторида урана (UF4):
Собственно говоря — раньше этим красили фарфор.
А вообще вот — все краски урана.
Поэтому когда мне начинают рассказывать о том, что "русские всю бомбу украли у американцев прямо в чертежах" я их отсылаю к этом малоизвестному факту. Потому что моя бабушка как раз со всей этой гадостью и работала в Днепродзерджинске, на одном из первых обогатительных предприятий советского ЯТЦ. И фарфоровая вазочка с красивой зелёной подглазурной росписью у нас стояла на видном месте в гостинном трюмо.
Собственно говоря, на жёлтом кеке и тетрафториде урана и заканчивается обычная жизнь природного урана и начинается уже то, за чем пристально следит МАГАТЭ — разделение изотопов.
Для этого и жёлтый кек и тетрафторид урана превращают в газ — гексафторид урана (UF6), который уже легко, за счёт мельчайшей разности в весе изотопов (всего 3 нейтрона на каждое ядро!) разделяется в очень сложных обогащающих установках — газовых центрифугах и газовых диффузорах. В настоящее время около 35% обогащения делается на диффузорах, а 65% — на центрифугах.
Тут список стран, в общем-то, как я сказал, немного шире, чем "Большая семёрка", но всё равно сжат донельзя — за обогащение изотопов без спроса и без должного контроля со стороны МАГАТЭ бьют по рукам, и больно. Собственно говоря, 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 предприятие по обогащению с Францией имеют Бельгия, Италия и Испания.
Таким образом, в "Изотопном клубе" у нас состоят — более или менее официально — 15 стран, и ещё 3 страны ассоциированы с этим клубом.
Две страны из "Изотопного клуба" — Израиль и Северная Корея, судя по всему, в настоящее время потихоньку клепают делящийся материал под свои военные программы (забив болт на мирный атом, о чём я расскажу ниже), ещё 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 ещё две страны — Германия и Япония, под нажимом своего "обезьяннего" лобби ("Назад, в пастораль!") сказали нет наркотикам атомной генерации.
Однако, для того, чтобы понять, кто чего стоит в "Изотопном клубе" — приведу данные из вот этого отчёта:
На долю России приходится 40% от мировых мощностей по разделению изотопов, на долю США — 20%, на долю Франции приходится 15% мощностей, на объединённую долю Германии-Великобритании-Бельгии — ещё 22% мощностей по обогащению.
Все остальные обогатители, включая Японию, имеют не более 3% от мировых мощностей по обогащению. На ядрен-батон может быть и хватит, а вот на создание своего замкнутого ЯТЦ — уже нет.
Поэтому, как говорится "шпайш машт флоу" — нет харвестеров центрифуг — нет обогащённого урана.
Собственно говоря, а почему сошёлся свет на центрифугах? И зачем отдельно вот таким значком (*) в таблице World Nuclear Association выделено газодиффузное обогащение? А ответ прост — энергия, энергия и ещё раз энергия.
Газодиффузное обогащение изначально создавалось под запросы военных.
Американским военным, собственно говоря, на энергетические затраты по разделению изотопов было элементарно наплевать — им был нужен оружейный, высокообогащённый уран (для реакторов подводных лодок — это несколько десятков процентов обогащения, для атомной бомбы — не менее 75%, а для реакторов, напомню — всего 2-4%!), причём быстро! Нефти и энергии было полно, о затратах никто не думал, вот и построили быстро газодиффузные заводы.
На протяжении нескольких десятков лет технологии изотопного обогащения урана в СССР и в странах Запада развивались абсолютно изолированно, хотя все начинали с газодиффузионной технологии. Из публикаций косвенных данных СССР было известно, какая промышленная технология используется Западом.
Но в конце 1940-х годов у страны катастрофически не хватало энергии и советские учёные вынуждены были искать альтернативы газодиффузному способу. В дальнейшем по понятным причинам условий Холодной войны газовая диффузия и центрифугование стали каждая развиваться по отдельности — диффузия на Западе, а центрифуги — в СССР.
Поэтому Запад узнал об успехах СССР лишь в 1990-е годы, когда в рамках контроля за процессом разоружения обе страны частично раскрыли информацию. Тогда и выяснилось, что Россия обладает значительно более производительным и экономичным процессом. Ликвидировать этот разрыв западные компании и страны не смогли до сих пор.
В итоге газодиффузное обогащение оказалось более чем в 20 раз энергозатратным, нежели обогащение на центрифугах.
Кстати, дополнительную пикантность ситуации придаёт то, что один из создателей первых советских центрифуг — немец Конрад Циппе впоследствии уехал на Запад, сотрудничал с англо-голландским концерном Urenco и разработал другую модель центрифуги и для них. Именно центрифуги Urenco сумел контрабандой сначала приобрести Пакистан, а потом и через Пакистан — Иран.
Поэтому, два из трех основных конкурентов России на мировом рынке услуг по обогащению урана, наиболее мощные компании — французская компания Areva (частично) и американская USEC (полностью), до сих пор используют чрезвычайно энергозатратную газодиффузионную технологию. Центробежной же технологией в "западном" исполнении совместно владеют европейские компании Urenco и Areva, но только последнее поколение их центрифуг возможно сможет хоть как-то конкурировать с российскими по уровню энергопотребления.
Завод Urenco в США недавно наконец-то пущен в промышленную эксплуатацию. 20 августа 2012 года первая очередь новых центрифуг Urenco была загружена гексафторидом урана.
Мощность завода Urenco составляет 1,5 млн. единиц работы разделения (ЕРР) в год. Или 7% от мощности существующих обогатительных предприятий России.
Россия же планирует до 2015 года увеличить мощности своих предприятий по разделению изотопов на 10 миллионов ЕРР в год.
И разделять за год 33 миллиона ЕРР. Или — контролировать 48% мирового рынка работы по разделению изотопов.
Шпайш машт флоу.
Who controls the spice, controls the Universe!
Комментарии
Соглашусь, но если примеру случится такое, что поставка газа будет завязана на "Технологическое сотрудничество во имя мира" и пунктом пойдёт ГТУ 270.
Маштаб хороший, но это чисто задача в рамках одного мощного завода. И нужны Инженеры. в первую очередь, наличием 40-60 умных дядек на совещаниях, как есть сейчас, ничего не решится. Так что кадры.
Расчёты с моделированием горячей части - чисто практика, мозги, программы (они есть и не секретны, но нужны мозги а не кульманы и дяди за 70) ну и + хороший фотоаппарат.
Всё решаемо, и не всё надо повторять, к примеру, камеры с многоступенатыми режимами, эта херня пошла в тупик, 6 клапанов, 6 режимов, куча головняков, чтобы сделать NOx ниже 10 ppm. Зачем? Сделай просто 2 режима 2 клапана, будет 15 - достаточно. Это решаемо и задача гораздо проще, там создания АЛ 31, в своё время
Сименс в России с 1993 года... Даже заводы стоят в Перми, Воронеже, в Ленинграде в Краснодаре (сервисный центр), и еще где-то электровозы делают... Петя Лeшер с нашим всем встречается с завидной регулярностью... только с передачей технологий беда... Это все очень изощренные филиалы отделов продаж, производимого в ФРГ оборудования, с элементами индустриального дизайна... все изощрения за счет российской стороны.
Японцы в отличии от западников отличются определенной честностью, сразу говорят - отверточной сборке да, технологиям нет, отверточная русская сборка будет дороже, чем японская, брать будете?
Самым успешным проектом получения западных технологий в этой области была покупка лицензии на ГТЭ -160 и освоение ее производства, затем вроде как купили на ГТЭ-260, но не производили. Вместо того, чтобы на базе переданного и освоенного в производстве начать развитие своей линейки, российская сторона делает очередное в истории ЛМЗ СП с Сименсом и разгоняет часть КБ по проектированию ГТУ. Поступает ровно так, как поступала когда-то энергомашкорпорация...
В зоне ответственности мечтысбывателя успешным приказано считать покупку неким РЭПом у GE лицензии на MS 5002S. В 2011 был план через 5 лет освоить полное производство на мощностях Невского Завода... Да вот беда, машина нужна под южный поток, а южный поток надо начинать строить уже и береговую часть закончить до того, как машину освоят в производстве... Так что отвертку в руки и вертим гайки...
Сименс в России с 1993 года... Даже заводы стоят в Перми, Воронеже, в Ленинграде в Краснодаре (сервисный центр), и еще где-то электровозы делают... Петя Лeшер с нашим всем встречается с завидной регулярностью... только с передачей технологий беда... Это все очень изощренные филиалы отделов продаж, производимого в ФРГ оборудования, с элементами индустриального дизайна... все изощрения за счет российской стороны.
Японцы в отличии от западников отличются определенной честностью, сразу говорят - отверточной сборке да, технологиям нет, отверточная русская сборка будет дороже, чем японская, брать будете?
Самым успешным проектом получения западных технологий в этой области была покупка лицензии на ГТЭ -160 и освоение ее производства, затем вроде как купили на ГТЭ-260, но не производили. Вместо того, чтобы на базе переданного и освоенного в производстве начать развитие своей линейки, российская сторона делает очередное в истории ЛМЗ СП с Сименсом и разгоняет часть КБ по проектированию ГТУ. Поступает ровно так, как поступала когда-то энергомашкорпорация...
В зоне ответственности мечтысбывателя успешным приказано считать покупку неким РЭПом у GE лицензии на MS 5002S. В 2011 был план через 5 лет освоить полное производство на мощностях Невского Завода... Да вот беда, машина нужна под южный поток, а южный поток надо начинать строить уже и береговую часть закончить до того, как машину освоят в производстве... Так что отвертку в руки и вертим гайки...
В многом согласен, но даже ГТ 160 это гораздо лучше, чем 110 МВТ от Рыбинского завода, хотя по уровню эта турбина - конец 80-х.
Я убеждён, что сдвиги будут тогда и только тогда, когда ма САМИ избавимся от своей же гниложопости. Когда в какое-то руководство пробиваются исключительно прощелыги от продаж и маркетинга, да это важная часть, но реально, второстепенная. + всевозможная шняга обчитавшаяся курса по мба, но реально НИХЕРА не представляющая в настоящем производстве. На одном из СП щас рулит тётя, бывший типа гл.буха. в офисе.
Технологию надо БРАТЬ, её не дадут. Если все вокруг убежденны, что инженер - это чё-то типа скотины-неудачника, а манагер проекта - это фсьо то и будут осваивать сборку по 10 лет. Только жёсткой позицеей, а не положением второсортных отбросов, только опорой на СУПЕР инженеров, только так можно сделать. Надо создавать, а не сопли вешать, для этого многое есть.
По большому счету ситуация возле энергомощностей и в частности атомных напоминает ситуацию с переброской рек.
Потому как за последние 30 лет бытовое потребление не увеличиваеться.
Поясню-тетрадочка у меня валялась с контрольными замерами потребления аж с 75 года. Так вот потребление энергии не слабым городом в законченых строительством массивах практически не меняеться/плиты электрические/.Точнее растет пропорционально ,,точечной застройке,,
Промышленость загнулась и уже не берет то что брала. Новая промышленость по идее должна строиться на новых, менее затратных технологиях. Плюс в быту имееться большой резерв экономии/энергосберегающие лампы/. Так что в наличии некий миф о ,,недостатке мощностей,,
Полагаю что в подмосковье есть недостаток энергии ввиду строительства загородных дач , в которых развращеный достатком народ хотит топить конкретно электричеством, чтобы не заморачиваться. Но подмосковия не вся страна.
В сухом остатке желание правительства СТРОИТЬ, не важно что , но строить. С целью загрузить экономику . Плюс высвобождаем углеводороды для продажи задорого на запад.
Для справки потребление Города в зимний вечер включая всю городскую инфраструктуру составляет примерно киловат на списочную душу населения-соотнесите это с дачными 15 киловатами, которые вынь и дай.
Не "чтобы не заморачиваться" народ электричеством топит. А потому что газ в поселок прокинуть - большая проблема. И неудивительно, что газифицирована у нас лишь половина сельских населенных пунктов (это по официальной цифре).
Ошибка, видимо в природе, не в породе.
Для этого начальное содержание U-235 в породе, которое обычно составляет 0,71% надо увеличить до 2-4%, то есть всего лишь в 3-5 раз.
Породы различаются по содержанию урана в очень широких пределах, а вот смесь изотопов после извлечения металла из руды содержит порядка 0,7% U-235.
http://publicatom.ru/blog/stroyka/1740.html
Тем не менее, ранняя добыча урана происходила из очень богатых руд. Так, уранинит
из Конго (ныне – Республика Заир), использованный США при создании атомного оружия,
содержал до 65% (по весу) чистой двуокиси урана. В настоящее время о таких рудах можно
лишь мечтать, и к категории богатых относятся руды с содержанием урана свыше 0,3%. Руды
с меньшим содержанием считаются бедными. Современным пределом экономической рентабельности целевой добычи урана (при цене до 130 долл. США/кг) считается величина от 0,001% до 0,5%.
А про ядерные двигатели на которых мы полетим к Марсу будет?
Можете уже начинать неспешное изучение материала:
http://www.projectrho.com/public_html/rocket/crossindex.php
Думаю на месяцок хватит. Хотя картинки можно и быстрее просмотреть. ;)
Про запасы урана в мире собираетесь рассказать?
В России это вроде засекречено. Но для вас, уважаемый Ужееще, не должно быть тайн.
Логично иногда просматривать мой блог. Если о чём-то не рассказал, то расскажу вскорости.
Ну и как прихожане Церкви Гугла Последних Дней мы, в принципе, можем молиться божеству напрямую, без использования уполномоченных духовных особ. ;)
Спасибо.
В принципе известно, что урана в мире мало. Но чтоб так мало! Хотелось услышать от вас именно цифру 100 лет.
Это - просто смешно. И что тогда толку развивать атомную энергетику?
Что значит - мало?
"Общие запасы такого урана оцениваются как 5 404 000 тонн. При сохранении нынешнего уровня парка атомных энергоблоков их хватило бы почти на 100 лет. Здесь не учитываются различные возможности повторного использования ядерного топлива (MOX, регенерат, замыкание цикла на быстрых реакторах и так далее)."
"Природный уран состоит из смеси трёх изотопов: 238U (99,2745 % от содержания в породе) и 235U (0,7200 %, T1/2 = 7,04·108 лет)"
Сжигаем мы пока в реакторах исключительно 235U, до гораздо более распространённого в природе 238U, которого в 137 раз больше, чем 235U пока дело даже не дошло. Им пока больше сердечники артиллерийских снарядов начиняют.
Поэтому смело умножайте 100 лет еще на 100 - получится 10 000. Надо строить бридеры, куда же без них. Ну и ториевый цикл (который тот же урановый, но на изотопе 233U) осваивать. Тория в природе ещё 4,5 миллиона тонн, если что.
В общем, моё мнение - все вопросы к ядерной энергии - исключительно социального (страх) и политического (зависть, злость) плана.
У России всё с ядерной программой в порядке. Много лучше, чем у США, Германии или Японии.
ЗЫ. Ну и для понимания - 5 лет назад мировые запасы урана оценивались в 3 537 000 тонн. Рост на 52%. Это не нефть, тут ещё, на самом деле - бурить и бурить, искать и искать. Задача ведь исключительно найти более-менее пристойное содержание урана в породе, а так этот товарищ почти везде в мире есть - в тех же гранитах. Подойтите к Мавзолею Ленина с дозиметром - прозреете. ;)
кста! в нас будет реактор на подкритической сборке в Харькове! который типа на 238 сможет работать.
У меня прям оргазм от Ваших статей)
Учитывая, что Гугл не индексирует толком сайт avanturist.org и его форрум, а многим бы хотелось почитать более подробно о центрифугах и газовой диффузии, даю тут последовательно в комментариях ссылки на посты Добряка с ГА з темы "А как же оно тикает". Там просто уже сейчас 343 страницы текста, не всяк осилит... :)
Мировая история ядерных центрифуг и место Советского Союза в ней достойны пары страниц на "И как же оно тикает?".
для опытного завода ГТ-1, решение о строительстве которого было принято в 55 г. -2626 центрифуг. До этого -единичные опытные образцы. Завод был пущен в 57 г. В 58 г Синёвым была разработана центрифуга ВТ-3ф -первая промышленная модификация (которая была запущена в серию в 60 году) -прародитель всех последующих поколений. Успех полный, так что в 60-м решено попросту перейти на центрифуги, и с 62-го по 64-й залы бывших диффузионных заводов были заполнены центрифугами в основном третьего поколения.
Я предлагаю здесь сухую выжимку из дискуссии, имевшей место быть на Росбалте,
http://forum.rosbalt.ru/index.php?showtopic=467521&hl=%D1%C8%CD%B8%C2&st=300
с участием Зоила, естественно Мимохожего, ну и я в числе прочих отметился. Там много чего перемешано, и я постарался вычленить интересную часть, опуская для связности кто чего сказал, кому важны детали, см. ссылку наверху.
В ней нет никаких Клаусов Фуксов и семейств Розенбергов, что пудами воровали для нас документацию. Все наоборот: как мы опередили остальной мир на ...дцать лет? Почему амеры так отстали? И почему у нас обогащение эдак втрое дешевле, чем у амеров с их газовой диффузией?
Для начала: уже в конце 19-го века на любой приличной молочной ферме мира бойко крутились молочные сепараторы-центрифуги. Физика их тривиальна. Дьявол кроется в деталях, и укротили дьявола именно в СССР.
Сколько лет гончарному кругу столько центробежные силы известны человечеству. Но первый труд Ce vi Centrifuga был написанГюйгенсом только в 1659-м, и опубликован посмертно в 1703-м. Именно он связал с центробежными силами потенциал подобный гравитационному: тяжелые газы ближе к Земле (стенка ротора), а легкие газы повыше (ось ротора): пишется барометрическая формула, но вместо линейного гравиатационного потенциала входит квадратичный центробежный. А первым экспериментально разделил смесь ГАЗОВ -- водорода и азота -- Бредиг в 1895-м, крутивший стекляную ампулу со скоростью 55 м/сек на концах. А свою центрифугу он взял взаймы в гигиенической лаборатории Амстердамского университета, так что центрифуги (для разделения взвесей, не газов) были тогда уже в полном ходу. Кстати, уже при тех скоростях вращения центростремительные силы в полторы тыщи раз превышали силу тяжести.
Задолго до урановой эпопеи, в 1936-м, группа Бимс-а в Виргинском университете разделила (обогатила) изотопы хлора. И они же осознали, что чахлое обогащение сводится на нет перемешиванием из-за конвекции в газе. Утверждается, что эта же группа в 1939 сделала работающую центрифугу современной геометрии с вертикальным цилиндрическим ротором. С началом Манхэттенского проекта в США центрифугой занялись очень и очень всерьез, не кто иной как нобелевский лауреат Поль Дирак внес большой вклад в теорию, в частности, закон, что обогащение идет как 4-ая степень линейной скорости ротора.
В СССР тоже не спали. Харитон на Харьковской сессии АН СССР по атомному ядру (ноябрь 1939) высказал идею, а Ф.Ланге, В.А. Маслов и В.С. Шпинель из Харьковского Физтеха (УФТИ) на заявку "Способ приготовления урановой смеси, обогащенной ураном с массовым числом 235. Многокамерная центрифуга" от 17.10.1940 г. получили авторское свидетельство # 6359с. Чуть позже Ланге и Маслов подают еще одну заявку на изобретение - "Термоциркуляционная центрифуга" (1 января 1941 г.).
В сентябре 1941 г. УФТИ эвакуировали в Уфу, и Распоряжение Государственного комитета обороны # 2352 сс от 28 сентября 1942 г. "Об организации работ по урану" дало конкретное поручение Ланге: ". Академии наук УССР (академик Богомолец) организовать под руководством профессора Ланге разработку проекта лабораторной установки для выделения урана-235 методом центрифугирования и к 20 октября 1942 года сдать технический проект казанскому заводу "Серп и молот" Наркомата тяжелого машиностроения.
Народному комиссариату тяжелого машиностроения (т. Казаков) изготовить на казанском заводе подъемно-транспортного машиностроения "Серп и молот" для Академии наук СССР к 1 января 1943 года лабораторную установку центрифуги по проекту проф. Ланге, разрабатываемому в Академии наук УССР". В лаборатории электрических явлений Уральского физико-технического института в 1943 г. начались эксперименты с ГОРИЗОНТАЛьНОЙ центрифугой Фрица Ланге. В своих воспоминаниях Д.Симоненко, работавший вместе с Ланге, пишет: "Центрифуга в сборе представляла собой довольно громоздкое сооружение, общий вес деталей которого составлял немногим меньше тонны". В результате проведенных экспериментов была разработана оригинальная установка - самокаскадирующаяся противоточная колонка для разделения газовых смесей и изотопов. Конструктивное решение колонки было предложено Ланге и Симоненко. В записке Курчатова заместителю Председателя СНК СССР М.Г. Первухину "О задержках в изготовлении центрифуги и в обеспечении Лаборатории # 2 от 13 апреля 1943 г." отмечается: "Одним из наиболее важных этапов работы Лаборатории # 2 является испытание центрифуги, изготовляемой по проекту проф. Ланге на моторном заводе # 26 в г. Уфе… Выполнение центрифуги на моторном заводе # 26, однако, недопустимо задержалось… Для того, чтобы избежать дальнейших задержек, прошу Вашего распоряжения об ускорении изготовления центрифуги на заводе # 26". С 26 по 29 апреля было произведено 4 испытания аппарата на числе оборотов 12 000 в минуту. Испытания показали неудовлетворительную работу ШАРИКОВЫХ подшипников, сейчас производятся некоторые изменения в этой части прибора, и 3 мая с.г. намечено в 5-й раз произвести испытания".
Горизонтальный ротор и шариковые подшипники были тупиком. Но найти тупик не менее важно, чем проторить правильную тропку. Американцы в Манхэттенском проекте сделали вертикальный ротор. Но от шарикоподшипника не ушли. И положили на центрифугу то-о-о-о-о-олстый болт.
В связи с законом 4-й степени скорости надо вспомнить Де Лаваля, имя которого известно всем теплотехникам. Доведенный до отчаяния частым разрушением газовых турбин, в 1889 (!) году он изобрел самобалансировкy или самоцентровку, с которой хорошо знаком каждый владелец стиральной машины. Без этого никакая чистота механической обработки ротора не помогла бы. Расхожая байка гласит, что если по ротору ядерной центрифуги мазнуть пальцем, то после разгона возникший разбаланс её разорвет.
Одна из глубоких причин: никто в Манхеттенском проекте, равно как и в фашистской Германии, не вспомнил (!!!) о магнитных подшипниках, которые были реализованы Эвершедом ещё в 1900-м. А в Советcком Союзе вспомнили, и Мимохожий в этой связи поминал Капицу. Пустячок: на вращение одного советского ротора потребна мощность мотoров в НЕСКОЛьКО ВАТТ (!!!), всего лишь в ТЫЩУ раз меньше, чем в Манхэттенском проекте. Ротор --- стакан ---, стоит на игле, нагрузка на которую вдобавок магнитной подвеской сильно снимается. Никаких ремней: стакан есть ротор электромотора и висит над плоским статором --- фактически это линейный электромотор. Грубо говоря, ротор ничего механически не касается, кроме как слегка стоит на игле. И крутится спокойно со скоростью поверхности в ДВА Маха и выше.А у Ланге он лежал своим весом на подшипниках... Далее, можно заставить с пользой поработать и конвекцию, чтобы она выносила наверх более легкий уран-235. Десятки на улице не валяются, не говоря о сотнях, а тут выигрыш в потребляемой мощности в тыщу раз! Прочие разные хитрости включают борьбу с резонансами в стакане: загуди он -- разнесет! И материал, и сильфоны и много чего. Все учившие сопромуть и физику оболочек знают, что собственные частоты стакана должны быть сильно выше частоты вращения. Материаловедение ротора центрифуги --- отдельная песня.
Для читателей с техническим образованием очень хорош обзор физики центрифуг, с очень частичным описанием советского прорыва ---- ДЫК МЫ НИЧЕО И НЕ ПУБЛИКОВАЛИ! --- , принципа самоблансировки Де Лаваля и отличия между подкритическими и сверхкритическими центрифугами в общедоступном журнале Rev. Mod. Phys. 56, 67 - 97 (1984), автор Stanley Whitley. В обзоре обсуждены все достижения науки к 1962 году. После этого ВСЕ по ядерным центрифугам было засекречено.
Ключевая дата 1962 не случайна. На Западе героем центрифуг считается австрияк Гернот Циппе. Как один из трофейных инженеров, он работал механиком в группе Макса Штеенбека в Сухумском Физтехе (НИИ-5). Они там тоже сварганили каракатицу, которая крутилась, но ничего не разделяла. Циркуляцию газа в роторе и переход из одной центрифуги в другую пытались осуществить через конденсацию (нагрев-охлаждение). Очередной тупик. В 51 году эту группу "прикрыли", а троих немцев перевели в КБ к Синёву --- это имя еще появится. Там Циппе и подглядел кое что. Когда после 1956-го их отпустили взад, Циппе попал на конференцию по обогащению урана в Германии. И поразился, что о центрифугах все молчат. Он заговорил о советском успехе, и все грамотеи, знавшие, что амеры тему закрыли как бесперспективную, подняли его на смех. Циппе не будь дурак запатентовал спешно советскую центрифугу. Наши об этом воровстве знали, но молчали чтобы не раскрываться и не спугнуть амеров раньше времени. Он стучался еще несколько лет, но его посылали на@. Тогда он поехал в США и сумел получить грант на работу над прототипом. В второсортном Виргинском университете --- в места получше его не пустили. И когда в 61-м прототип заработал, амеры схватились за голову. А Циппе начал выдавать себя за автора советской центрифуги. По возвращению в Европу именно благодаря Циппе раскрутились работы по евроцентрифуге --- ноне это известная компания URENCO. К середине 60-х американцы настолько погрязли в диффузионном разделении изотопов, что на центрифугу переходить не стали. У нас сегодня в ходу центрифуги до 8-го поколения и на подходе 9-е поколение. Каждое следующее поколение наших центрифуг на 30-50 % эффективнее предыдущего.
Что касается советских работ, то лучше почитать самому очень интересную историю
http://proceedings.usu.ru/?base=mag/0012(03_07-1999)&xsln=showArticle.xslt&id=a19&doc=../content.jsp
Пресловутый Циппе здесь помножен строго на ноль.
Интересная сводка событий в
http://209.85.135.104/search?q=cache:4P9CW...lnk&cd=12&gl=de
Выдержки из "Хронология основных событий истории атомной отрасли СССР и России"
http://npc.sarov.ru/issues/coretaming/chronology1.html
Как меняется важность задач со временем: центрифуги в центре внимания, не первом плане именно Ф.Ланге, потом это на заднем плане, а сегодня все стоит на этой технологи... Итак, выдержки:
конец 1938 года - Формулировка директором Физического института С.И. Вавиловым предложений по организации работ в институтах АН СССР по исследованию атомного ядра.
25 ноября 1938 года - Постановление Президиума АН СССР по организации работ в АН СССР по исследованию атомного ядра и созданию постоянной Комиссии по атомному ядру при Физико-математическом отделении АН СССР. В состав комиссии вошли С.И. Вавилов (председатель), А.Ф. Иоффе, И.М. Франк, А.И. Алиханов, И.В. Курчатов и В.И. Векслер. В июне 1940 года в состав Комиссии были введены В.Г. Хлопин и И.И. Гуревич.
7 марта 1939 года - Предложение М.Г. Первухина о концентрации исследовательских работ по атомному ядру в Физико-техническом институте в г. Харькове.
15-20 ноября 1939 года - Четвертая Всесоюзная конференция по ядерной физике в г. Харькове.
16-17 апреля 1940 года - Первое Всесоюзное совещание по химии изотопов. На конференции обсуждались планы производства тяжелой воды на Чирчикском электролизном заводе.
июль 1940 года - Предложение А.П. Виноградова об использовании гексафторида урана для разделения изотопов урана.
23 августа 1940 года - Предложение А.П. Виноградова о необходимости поисков новых летучих соединений урана (кроме гексафторида UF6), необходимых для решения проблемы изотопного разделения урана.
29 августа 1940 года - Предложения И.В. Курчатова, Ю.Б. Харитона, Л.И. Русинова и Г.Н. Флерова об использовании энергии деления урана в цепной реакции.
конец 1940 года - Предложение Ф.Ф. Ланге, В.А. Маслова и В.С. Шпинеля по центрифужному способу разделения изотопов урана.
начало 1941 года - Предложение Ф.Ф. Ланге и В.А. Маслова по развитию центрифужного способа разделения изотопов урана.
10 декабря 1945 года - Постановление СНК СССР об организации Инженерно-технического совета при Специальном Комитете во главе с М.Г. Первухиным. В составе совета действовало шесть секций:
* первая секция по проектированию и сооружению заводов плутониевого комбината No. 817 (М.Г. Первухин, И.В. Курчатов);
* вторая секция по проектированию и сооружению заводов комбината No. 813 по газодиффузионному разделению изотопов урана (В.А. Малышев, И.К. Кикоин);
* третья секция по проектированию и сооружению установок завода No. 814 по разделению изотопов урана электромагнитным методом (Г.В. Алексенко, Л.А. Арцимович);
* четвертая секция по проектированию установок по выделению изотопов (А.В. Касаткин, М.О. Корнфельд);
* пятая секция по проектированию и сооружению горнометаллургических предприятий (А.П. Завенягин, Н.Ф. Правдюк);
* шестая секция приборостроения (Н.А. Борисов).
17 декабря 1945 года - Постановление СНК СССР о создании Лаборатории No. 4 ПГУ по разработке технологии разделения изотопов урана центрифужным методом (начальник - Ф.Ф. Ланге).
---------------------------------------------------------------------
И, может тогда это было за пределами даже научной фантастики, но о пучковом оружии думали:
15 августа 1948 года - Постановление СМ СССР о разработке вопросов по возможностям создания средств противодействия ядерному оружию на основе использования потоков нейтральных и заряженных частиц высоких энергий (Институт химической физики, Физический институт, Лаборатория No. 2).
----------------------------------------
Так или иначе, продолжать работы над центрифугой, когда разведка доносуила, что американцы пошли по пути диффузии и электромагнитного разделения, было очень и очень непросто. Тот же Кикоин относился к центрифугам с ... кхм-м-м ... скепсисом. И на этом этапе работа уже не теоретиков, а инженеров и конструкторов была важнейшей. И одним из многих героев был гл.конструктор ОКБ ЛКЗ (кировский завод) Н.М.Синёв. А управлял "процессом" - начальник 4 НТУ МСМ умный генерал А.Д.Зверев. Тендер "выиграло" ОКБ ЛКЗ - гл конструктор Н.М. Синёв. Между прочим, Кикоин в начале был если не против, то очень скептически относился к идее. И первым научным руководителем проекта номинально был академик Константинов.
А хронология выглядит так: 1956 г.-установочная партия (изделие 11
А Николай Михайлович Синёв - доктор наук, профессор, лауреат Ленинской премии и 4-х госпремий , вдобавок еще и автор канонического учебника "Экономика ядерной энергетики. Основы технологии и экономики производства ядерного топлива". Это здоровый талмуд, выдержал много изданий, и замечателен он тем, что нет в нем ни одной цифры, к примеру, о советских тогда запасах урана, или его переработке в СССР (я об изданиях 80-х), или о конструкции собственно совестских реакторов. Таковы были законы жанра.... даже в 80-е гг.
Вопрос чайника... Насколько я понимаю изотопы одного элемента периодической таблицы отличаются друг от дгуга количеством нейтронов. По чайниковской логике выходит, что U-238 должен быть радиокативней, чем U-235, однако в действительности - наоборот. В чем ошибка?
В физике ядра всё несколько сложнее, чем это кажется на самом деле:
Черное - стабильные изотопы или изотопы с большим сроком жизни.
Красное - изотопы со средним сроком жизни
Зелёное - короткоживущие изотопы.
Синее - ядро не образуется.
Понятно, почему человечество так зацепилось за уран и торий?
Если нет - тут поподробнее.
Ошибки нет :) Действительно - U238 намного радиоактивней U235
U238 - 5,5 делений/кг*сек (удельная радиоактивность 33мК/грамм)
U235 - 0,16 делений/кг*сек (2мК/грамм) Кстати, именно поэтому на U235 легко сделать т.н. "пушечную схему" ;)
Убили наповал.
Американский (западный) ЯТЦ работает на закисьокиси урана (U3O8), называемой ещё "жёлтым" кеком. Вот эта субстанция, U3O8:
На ЗОУ вовсе это не похоже. Черная она совсем. Это или уранилфторид сухой или уранилнитрат. Чтобы ЗОУ из него сделать надо 900С и пары воды - пирогидролиз его называют - процесс этот...
http://en.wikipedia.org/wiki/Yellowcake
"The yellowcake produced by most modern mills is actually brown or black, not yellow; the name comes from the color and texture of the concentrates produced by early mining operations."
Там этот вопрос детально разобран - жёлтый кек по факту - это целая смесь веществ, содержащих уран:
"Modern yellowcake typically contains 70 to 90 percent triuranium octoxide (U3O8) by weight. Other oxides such as uranium dioxide (UO2) and uranium trioxide (UO3) exist"
Я просто вставил самую показательную картинку.
Оксид урана(VI)-диурана(V)
Может быть и оливковым, и чёрным. Чем больше U3O8 - тем более тёмный цвет у смеси оксидов, насколько я понял.
Насколько я понимаю, с текущими запасами России даже никакие бомбы-ракеты не нужны... Достаточно грохнуть ВЕСЬ запас разом даже на своей территории, чтобы банально прекратить существование планеты Земля... Или я неправ??
Нет, вы не правы.
Ядерная зима - страшилка. Надо всё-таки доставить боезапас по назначению, так надёжнее.
а что-то там было про цепную реакцию???.... Типа если взорвать достаточно мощный боезапас, пойдёт разложение любых ядер любых веществ... И якобы "царь-бомбу" сделали меньшей мощности, чтобы не пошла такая реакция... То есть, банально, сделать из ВСЕЙ Земли большую такую бомбу :)
Страницы