Вход на сайт

МЕДИАМЕТРИКА

Облако тегов

Изотопно-смещенные материалы, или как Россия станет монополистом в производстве циркония 90

Аватар пользователя zzaharr

Этот странный термин - «изотопно-смещенные материалы» вне круга посвященных лиц всплывает не часто. В конце августа он снова прозвучал на совещании с участием аж двух вице-президентов ТВЭЛа одновременно. Озвучил его один из руководителей группы Новоуральского научно-конструкторский центра Сергей Геннадьевич Хомяков. Так что, когда в один из сентябрьских дней он согласился поменять бизнес-ланч на беседу о перспективах развития ННКЦ и Новоуральского научно-производственного кластера, я задал вопрос в лоб.


-Что, и золото можно сделать?!- Ну конечно. Берешь ртуть 196Hg, помещаешь ее в ядерный реактор , дзынь и достаешь 197Au… Если быть точным, то на бумаге это выглядит так:196Hg + n = 197Hg* + γ

197Hg* + e- = 197Au.

Это еще в 1947 году сделали. Но сейчас это неинтересно.

- Как неинтересно?! Это же ЗОЛОТО!!! – я откинулся на спинку дивана и озадаченно посмотрел на собеседника. Сергей Геннадьевич казался несколько раздосадованным тем, что разговор про изотопно-смещенные материалы свернулся к такой банальной вещи, как золото.- Потому как дорого и… дорого. И вообще,  о каком золоте можно говорить, когда есть такие замечательные, я бы сказал, удивительные вещи, как цирконий -90, свинец-207, да тот же моноизотопный кремний. Вот где настоящий Клондайк!- Свинеец? – теперь настала моя очередь сделать недоумённое лицо. В некоторой растерянности я перевел взгляд на окно. Там, борясь с собственным трафиком, кипела жизнью небольшая офисная улица. Аккуратные двухэтажные здания, построенные вплотную друг к другу, образовывали две непреступные «крепостные стены», надёжно огораживая от внешнего мира то, что в журналистской среде фигурирует под штампом «ядерный щит страны». Целый промышленный город со своими улицами и площадями, километровыми цехами и подземными туннелями, крупнейшее не то, что в стране, в мире разделительное ядерное производство, Уральский Электрохимический комбинат. Сверхтехнологии, суперсекретность, обогащенный уран… а тут, какой-то банальный свинец.- Ну свинец свинцу рознь, – видимо заметив мой скепсис продолжил собеседник – природный свинец, это целый коктейль из его различных изотопов от 204-го до 208-го, причем последнего больше половины, а  в некоторых рудах его концентрация и до 99% доходит. И чем же интересен свинец для нашей атомной отрасли? А . И в чем там основная проблема? Вот там этих основных проблем несколько.

Во – первых, температура плавления и коррозия. Для того, чтобы  свинец оставался жидким и работал как теплоноситель, он не должен остывать ниже 327 градусов цельсия. А поддержание данной температуры при любых возможных ситуациях, это серьезная технологическая проблема .Приплюсуем к этому угрозу коррозии, зашлаковывания и образование радиогенных свинцов, висмутов и полония. Но стоит природный свинец  заменить  на стабильный изотоп 206, и реактору станет дышать гораздо легче  - образование радиогенных элементов изменяются значительно. Попадая в активную зону,природный свинец получает такую мощную дозу излучения, что на выходе он уже не совсем свинец, а частично висмут. Но и с висмутом проблем еще нет. Дело в том, что у теплоносителя цикл замкнутый, а значит, висмут снова попадает в реактор, и облучившись, превращается в полоний, а вот это уже проблема. Ядовитей вещество трудно себе представить, а значит, его утилизация влетает в большую копеечку. Запустив в реактор свинец 206, про образование в теплоносителе полония и других опасных радиогенных элементов можно забыть. Риск запроектных аварий тоже нельзя сбрасывать со счетов, так что использование высококипящего (Ткип=2024 К), радиационно - стойкого и слабо активируемого свинцового теплоносителя, химически пассивного при контакте с водой и воздухом позволяет осуществлять теплоотвод при низком давлении. И исключает пожары, химические и тепловые взрывы при разгерметизации контура, течах парогенератора и любых перегревах теплоносителя.Теперь возьмем Свинец 208, практически "прозрачный" - с малым сечением захвата нейтронов. Он уже планируется использоваться в реакторах на быстрых нейтронах -выжигателях актинидов. При его использовании,  КПД реактора -выжигателя повышается на 25%! Также  Свинец 208 может использоваться в уникальных приборах - спектрометрах.Дальше на очереди свинец 207. Из всех своих собратьев-изотопов он отличается наибольшим сечением захвата электронов. В плане радиационной безопасности трудно найти лучшую защиту, а значит ее можно делать меньше, тоньше и легче, что длякосмических аппаратов, реакторов подводных лодок и ледоколов очень актуально.Ну и, наконец, свинец 204. Изотоп примечателен тем, что он наиболее удален от радиогенного изотопа свинца 210 (его содержание в рудах ничтожно мало) и соответственно содержание его в качестве микропримеси при разделении на каскаде ГЦ будет минимальным из-за большой (максимальной) разности масс между изотопами 210 и 204. Поэтому, альфа-излучение свинца 210 в качестве примеси в свинце 204 стремится к нулю. Нет альфа-частиц – нет сбоев в работе электронных схем. Для производителей электроники, это просто мечта, а не материал. И его потребность для изготовления одних только процессоров оценивается в 300 тонн в год! По закону подлости - его в природе очень мало, всего – 1.4%.

Но вернемся к нашим реакторам. Практически все внутрикорпусные устройства изготавливаются из циркония, вернее, его сплавов Э110 иЭ635. Цирконий имеет очень малое сечение захвата тепловых нейтронов и высокую температуру плавления. Но и он не без греха. Так же, как и в ситуации со свинцом, цирконий под воздействием радиации внутри реактора имеет неприятную способность превращаться из циркония 92 в радиоактивный цирконий 93 с периодом полураспада 1,53 млн. лет.  Когда из активной зоны достают отработавшие свое «сборки», то оснастка «фонит» по бета-излучению на 200-300 ПДУ (предельно допустимый уровень радиационного излучения). Ну и куда его потом девать? Туда, откуда и взяли – в мать сыру-землю на веки вечные. Так никакого циркония не напасёшься.А вот если в конструкции ТВС (тепловыделяющей сборки) использовать только изотоп цирконий 90, то получим весьма долгоиграющий материал. Внутри реактора он вначале перейдёт в цирконий 91, потом в цирконий 92, и только потом - в 93-й изотоп. Да и то - не факт. Вероятность того, что в один и тот же атом три раза попадет нейтрон, да еще с поглащением, крайне мала. Поэтому цирконий можно использовать вновь и вновь. Экономия денег просто огромная. Ну и про сечение захвата давайте упомянем. Тепловые нейтроны пролетают сквозь него без задержек и нагревают теплоноситель, а не сборку. Топливо равномерней выгорает, сами ТВС меньше деформируются, тех же высокоактивных отходов меньше в 5-10 раз - и это уже громадная экономия. Сергей Геннадьевич сделал паузу, ожидая мою реакцию.- Звучит это конечно крайне заманчиво, но только вот главный вопрос остался открытым – КАК? Как получить это цирконий 90 или 206-й свинец?- Так это вообще не вопрос. А как мы обогащенный уран получаем? Вот же, – Сергей Геннадьевич кивнул в сторону окна – целый завод стоит. Круглые сутки только и делает, что 235 уран от 238-го отделяет. Что уран, что цирконий, все одно – металлы. Достаточно превратить металл в подходящее "летучее" вещество", загнать его в каскад центрифуг, и отделить тяжелые изотопы от легких - эту задачу мы решили еще 50 лет назад.

Сейчас вообще уникальная ситуация сложилась, и если удастся ей воспользоваться, то мы захватим весь мир, хоть и в узком производственном сегменте, но с мощным потенциалом, соизмеримым даже с мировым рынком урана. При этом, данные материалы востребованы и после первого удачного опыта их применения потребность в них может резко возрасти. Вот давайте разложим все по полочкам. Если смотреть на изотопно-смещенные материалы как на продукт, то будет видно видим, что потенциальная потребность в них есть, а вот рынка, как такового, нет. Почему не используют эти металлы до сих пор - потому что никто не производит в промышленных масштабах (требуемые объемы десятки, сотни, тысячи тонн).Спрашивается, почему не производят и не производили? Потому что все разделительное производство занято под разделение урана. И вот тут мы имеем так называемое «окно возможности», когда в нашу пользу играют сразу несколько обстоятельств. Мы обладаем уникальными технологиями центрифужного разделения изотопов, и у нас высвобождаются мощности под производство чего-то еще, кроме урана. Совсем недавно мы откупоривали шампанское по поводу запуска в производство центрифуг девятого поколения. А «девятка» не просто лучше, чем предыдущие поколения, она имеет производительность лучшую в разы. Это значит, что установив в цепочку одну «девятку», мы безболезненно, сможем вывести даже не одну «семерку», а поболее. А ведь «семерки» еще способны работать и работать. С точки зрения технологии нам разницы нет, что уран обогащать, что свинец обеднять. Сейчас изотопы, о которых мы говорили выше, производятся в лабораторных условиях в мизерных количествах, в считаных граммах. Естественно, что их цена имеет астрономические масштабы.  Мы же говорим о производстве сотен тонн на готовых площадях, с оборудованием и обученным персоналом! Не стоит, думаю, объяснять, как это скажется на себестоимости продукции. Выйдя на рынок, а вернее создав этот рынок, мы станем и законодателями, и монополистами. Даже если конкуренты решатся броситься вдогонку, им придется либо высвобождать мощности от урана (на чем тогда их АЭС будут работать – непонятно), либо строить новые производства с нуля (а это большие капиталовложения, которые будут влиять на стоимость продукта)! Ну вот, как-то так, – Сергей Геннадьевич потянулся к чашке с уже остывшим кофе, – а вы говорите «золото»...

Фонд поддержки авторов AfterShock

Комментарии

Аватар пользователя Vlad1m1R
Vlad1m1R(5 лет 2 месяца)(17:44:21 / 30-10-2012)

Получается что радиоактивных отходов от АЭС может быть в разы меньше, ненадо никуда закапывать. А отработанное топливо в замкнутый цикл. Вот они, технологии будущего.

Аватар пользователя zzaharr
zzaharr(5 лет 3 недели)(17:51:48 / 30-10-2012)

Ну совсем без закапывания конечно пока не обойтись. Тут еще не указано, что и сами сборки в реакторе могут служить гораздо дольше. А это значит больший процент выгорания топлива, меньше загрузок/выгрузок ТВС, сокращается время отстоя, и вообще много полезностей всяких.

Аватар пользователя Vlad1m1R
Vlad1m1R(5 лет 2 месяца)(18:09:36 / 30-10-2012)

Я про то, что страны запада рано похоронили мирный атом. Как ни крути, именно он придет на смену нефти и газу. Очень высокий EROI и сведение экологических проблем к минимуму (в данной статье как раз про них) не оставляет никаких альтернатив развитию энергетики. Даже экологов можно приструнить развитием технологий.

Аватар пользователя zzaharr
zzaharr(5 лет 3 недели)(18:46:36 / 30-10-2012)

Ну не весь Запад конечно. Германия да, Япония не факт, остальные то на месте не сидят (есть один интересный материал, выложу позже). А с точки зрения радиационной нагрузки на природу, то АЭС, это невинные младенцы по сравнению с угольными, да и газовыми станциями. 

Аватар пользователя rst0
rst0(5 лет 10 месяцев)(12:16:51 / 31-10-2012)

спасибо за статью, будем ждать следующую)

Аватар пользователя auriga
auriga(5 лет 6 месяцев)(17:53:12 / 30-10-2012)

Дальше на очереди свинец 207. Из всех своих собратьев-изотопов он отличается наибольшим сечением захвата электронов

Наверное сечение захвата нейтронов

Аватар пользователя zzaharr
zzaharr(5 лет 3 недели)(18:47:51 / 30-10-2012)

Конечно, спасибо, что поправили. Очепятался.

Аватар пользователя k0lun
k0lun(5 лет 10 месяцев)(18:13:30 / 30-10-2012)

Автору респект за материал. Т.е. цирконий наше все? Очень интересно....

Аватар пользователя Vfr_cbv
Vfr_cbv(5 лет 9 месяцев)(18:30:03 / 30-10-2012)

позновательно!

Аватар пользователя Already Yet
Already Yet(5 лет 7 месяцев)(19:04:56 / 30-10-2012)

Хорошая новость о "девятке". Я бы даже сказал - суперхорошая новость.

Значит, уже и у России есть сверхкритическая машина, а не только у Urenco.

Аватар пользователя zzaharr
zzaharr(5 лет 3 недели)(19:10:25 / 30-10-2012)

Радует, что полным ходом идет разработка 10-го поколения. Хотя в компании почему-то называют ее 9+. Почему не говорят...

Аватар пользователя k0lun
k0lun(5 лет 10 месяцев)(21:28:14 / 30-10-2012)

Забывал всегда спросить, но тут попала в глову мысль.

Как Urenco сразу так прыгнули высоко? Китаезы по всему миру много чего натырил, но сами пока не блещут технологиями.

Аватар пользователя zzaharr
zzaharr(5 лет 3 недели)(22:22:34 / 30-10-2012)

Urenco  взяли идеи Циппе, которые он сам придумал и подсмотрел попутно во время своей работы в СССР 1945-1956. Читаем в материале http://zzaharr.livejournal.com/16203.html. Дальше, один их сотрудник, пакистанец этнический сдристнул в Пакистан. Из Пакистана технология ушла в Китай и Корею, оттуда в Иран. На каком-то этапе, к этому подключились ЮАР и Бразилия.

Аватар пользователя k0lun
k0lun(5 лет 10 месяцев)(23:10:48 / 30-10-2012)

Спасибо. это я читал - очень информативно. Но опять же не дает покоя мысля -- Из Пакистана технология ушла в Китай и Корею, оттуда в Иран. На каком-то этапе, к этому подключились ЮАР и Бразилия.

Т.е. в теории кроме Urenco китайцы, корейцы, иранцы и прочие по списку должны дешевый уран выдавать на гора как Стаханов. Или я что то не так понял? В чем изюм нашего Новоуральска по сравнению с Urenco? 

Аватар пользователя zzaharr
zzaharr(5 лет 3 недели)(23:26:17 / 30-10-2012)

))) Если в двух словах, то в балансировке. Нет баланса - нет скорости (даже подкритической), нет скорости - нет разделения.

Аватар пользователя k0lun
k0lun(5 лет 10 месяцев)(23:48:50 / 30-10-2012)

Вот теперь все понятно) Спасибо.

Добавьте еще ЭТО из Вашего ЖЖ. И кстати очень инетерсно что было дальше - Цитата - Хорошо, - согласился я, - все равно ничего не понял. Значит, будет чем занять следующий обеденный перерыв.

Аватар пользователя zzaharr
zzaharr(5 лет 3 недели)(23:54:23 / 30-10-2012)

Будете смеяться, но по поводу ЭТОГо материала, со мной уже связывались откуда надо. Так что пока неотредактируем, дальше пускать не буду. Там по мелочам конечно, но все же.

Аватар пользователя Already Yet
Already Yet(5 лет 7 месяцев)(00:08:30 / 31-10-2012)

Вообще-то атомной отрасли России категорически надо привлекать нормальных, умных людей к грамотному пиару. Убрать нафиг "грифованые" подробности - и пропагандировать, объяснять, рассказывать, убеждать.

Тогда и пенсионер, и школьник, и работяга на заводе будут чётко понимать, что мирный атом - это "наше всё" и отрасль, которая может вытянуть Россию в светлое послезавтра.

Аватар пользователя zzaharr
zzaharr(5 лет 3 недели)(01:42:47 / 31-10-2012)

Согласен полностью!

Аватар пользователя korsunenko
korsunenko(5 лет 11 месяцев)(09:28:20 / 31-10-2012)

Мнится мне, что Вы оба и есть, то что надо.

Аватар пользователя k0lun
k0lun(5 лет 10 месяцев)(10:52:16 / 31-10-2012)

Поддерживаю. Как молодежь зажечь энергией познания грифуя все подряд? Именно в школьном возрасте мы мечтаем о океане, космосе, пьедестале на Олимпиаде и т.д.

Может немного пафосно, но приведу цитату из интервью Рея Брэдбери АиФ.

«AиФ»: - В 1950 году вы написали книгу, принёсшую вам всемирную славу, - сборник рассказов «Марсианские хроники». Там говорилось: уже к началу второго тысячелетия на Марсе будут поселения, целые города землян. Как вы думаете, почему этого в итоге так и не произошло?

Р. Б.: - Меня часто про такое спрашивают, и я люблю фантазировать над ответами. Чтобы они были разными! Ответ сегодняшнего дня: потому что люди - идиоты. Они сделали кучу глупостей: придумывали костюмы для собак, должность рекламного менеджера и штуки вроде айфона, не получив взамен ничего, кроме кислого послевкусия. А вот если бы мы развивали науку, осваивали Луну, Марс, Венеру... Кто знает, каким был бы мир тогда? Человечеству дали возможность бороздить космос, но оно хочет заниматься потреблением - пить пиво и смотреть сериалы. Вы особенно не обращайте внимания, это старческое брюзжание (смеётся) - мне же скоро сто лет.

Аватар пользователя hardknap
hardknap(5 лет 1 месяц)(09:05:46 / 31-10-2012)

Девятка настолько хороша, что на заводе из 4 основных цехов оставят только один (самый большой). Остальные видимо хотят сохранить для разделения стабильных изотопов. Как в Ангарске будет завод.

Аватар пользователя elfwired
elfwired(5 лет 2 месяца)(15:18:28 / 31-10-2012)

а что такое сверхкритическая центрифуга?

Аватар пользователя zzaharr
zzaharr(5 лет 3 недели)(21:23:06 / 31-10-2012)

 При увеличении оборотов ротор последовательно проходит частоты, на которых возникают резонансные колебания, обусловленные механическими свойствами вращающейся системы. Центрифуга, работающая на частоте вращения ротора выше резонансной, называется надкритической, соответсвенн, работающая выше - сверхкритическая.

Аватар пользователя рыбасом

И что, все-таки уренко создали центрифуги лучше наших (не считая девятки)? 

Аватар пользователя O6OPOTEHb
O6OPOTEHb(4 года 8 месяцев)(20:55:13 / 20-08-2014)

Наши даже подкритические были, несомненно, лучше URENCOвских.

Это доказывается применением их в каскадах для получения стабильных изотопов и изотопно-смещённых материалов, тем, в каких количествах всё это делалось, и чего не смогли достичь в URENCO.

Одни "понты" А.К. Калитеевского, (http://www.vpotochmash.ru/files/gazeta/2010_04_26.pdf) "фирма" которого принципиально получала только изотопы чистотой не менее "четырёх девяток" (изотопная чистота 99,99%) наводили ужас на мировой рынок. :-) Цена на некоторые изотопы медицинского назначения упала на 70%. "Понты" — это кроме проекта "Авогадро", там это было по делу, реально необходимо.

Аватар пользователя jek
jek(5 лет 1 месяц)(19:36:37 / 30-10-2012)

отправь статью в аналитику. ;)

Аватар пользователя поляр
поляр(5 лет 1 месяц)(20:00:08 / 30-10-2012)

Очень интересная новость. Но реальный период до получения новых материалов и промышленного использования наверняка пройдет немало лет.

По моему такая программа должна иметь приоритет государственной.

Правда при нынешней рыночной правительственной мистерии это скорей всего было бы позорной кличкой

Аватар пользователя kokunov
kokunov(5 лет 8 месяцев)(20:50:25 / 30-10-2012)

Хм, у меня вопрос. Я так понял, что перевод свинца или другого металла вопрос решенный по аналогии с ураном - это фториды. А как они обратно соединения изотопов со фтором в чистый металл переводят? 

 Второй вопрос: т.е. можно любой металл (например со старого корпуса реактора или отходов) перевести в газообразную форму, прогнать через центрифуги, получить нужный стабильный изотоп,  а остальное загнать в реактор опять на трансмутацию, до получения другого стабильного изотопа и так до бесконечности? Получается что отходов от замкнутого цикла может и не быть?

Аватар пользователя zzaharr
zzaharr(5 лет 3 недели)(21:13:03 / 30-10-2012)

Первый вопрос в самую точку. Сейчас ведется активных поиск химиков для создания подходящих "рабочих веществ", и не факт, что будут фториды. Как говорят сами мужики, в москве искать толковых теперь уже нет смысла, зато на Урале и в Сибири, по всяким там КБ и НИИ в тайге еще много толкового народу работает.

Второй вопрос - нет, такое невозможно. Вернее возможно, но по другой технологии, и охренеть как дорого. И дорого даже, не потому, что сложно, а из за десятерных степеней безопасности. Ведь природные изотопы (хоть уран, хоть свинец) они излучают только альфа-частицы, а после длительного облучения в реакторе они мутируют и превращаются во всякую хадость с бета и гамма излучением, а от нее так просто марлевой повязкой не защититься. Так, что лучше не допустить этого, чем потом с этим возиться.

Аватар пользователя korsunenko
korsunenko(5 лет 11 месяцев)(21:15:51 / 30-10-2012)

Хорошое дополнение к Олреди. Не забивают друг друга, различный стиль письма. Оба интересны. Обоим еще раз спасибо.

Аватар пользователя fiberline
fiberline(5 лет 1 месяц)(21:20:40 / 30-10-2012)

Управляемый термоядерный синтез когда уж будет то?

Аватар пользователя v.p.
v.p.(5 лет 2 месяца)(21:39:59 / 30-10-2012)
Аватар пользователя zzaharr
zzaharr(5 лет 3 недели)(22:25:49 / 30-10-2012)

Ох, блин, не ко мне... 

Аватар пользователя alex_midway
alex_midway(5 лет 9 месяцев)(14:28:07 / 31-10-2012)

Не будет даже 30-м прототипа полноценного.

Аватар пользователя BERES
BERES(5 лет 10 месяцев)(13:32:42 / 31-10-2012)

В промышленных масштабах - никогда. Для исследований - так оно и сейчас вполне доступно. На миллисекунды. 

Аватар пользователя Vneroznikov
Vneroznikov(5 лет 11 месяцев)(22:28:10 / 31-10-2012)

На токамаке EAST критерий Лоусона был превышен еще в 2007-м, и получен энерговыход больше единицы. Тогда они смогли удержать плазму с температурой 100 миллионов градусов не миллисекунды, а 5 секунд. В 2009-м - уже достигли 60 секунд.

Аватар пользователя SKY
SKY(5 лет 7 месяцев)(06:10:56 / 02-11-2012)

Хорошо бы, вот так и шло дальше, раз в два года, удесятирение времени удержания.

Аватар пользователя Sapiens Sanya
Sapiens Sanya(5 лет 8 месяцев)(17:29:05 / 31-10-2012)

С атомной отраслью не сталкивался, но очень хочется верить, что там профи и знают, что делают, а не просто красивые слова про удвоение и дохоним и перегоним.

Аватар пользователя kokunov
kokunov(5 лет 8 месяцев)(19:48:08 / 02-11-2012)

То есть, из свинца все таки можно получить золото. Только для этого нужен  АЭС и научная школа  филосовский камень. Блин, но от куда об этом знали сотни лет назад?

Аватар пользователя O6OPOTEHb
O6OPOTEHb(4 года 8 месяцев)(21:01:42 / 20-08-2014)

Побробую угадать. Предположение о возможности превращения (части) ртути в золото было сделано на основе  сравнения плотности этих веществ. "Попал в точку", нет? :-)

Аватар пользователя kokunov
kokunov(5 лет 8 месяцев)(23:00:40 / 20-08-2014)

Какие древние посты вы читает. 

Про этих ребят в прошлом году в горизонта атома показывали

Аватар пользователя O6OPOTEHb
O6OPOTEHb(4 года 8 месяцев)(09:55:39 / 29-08-2014)

У меня за счёт того, что подписался в некоторых темах на ВСЕ комментарии сейчас в почте 3,5 тысячи писем не разобрано :-)))
Копаюсь потихоньку, вот и идут ответы на древние темы.

Аватар пользователя O6OPOTEHb
O6OPOTEHb(4 года 8 месяцев)(09:56:39 / 29-08-2014)

<del>

Лидеры обсуждений

за 4 часаза суткиза неделю

Лидеры просмотров

за неделюза месяцза год

СМИ

Загрузка...