Вход на сайт

МЕДИАМЕТРИКА

Облако тегов

Изотопный "бильярд"

Аватар пользователя zzaharr




Тема разделения изотопов, не сказать,  чтоб уж совсем скучная, но на первые полосы новостных изданий попадает редко. Оно и понятно, если что новое и происходит, то оно либо загрифовано, либо интересно только узким специалистам.  Несколько спасает положение Ахмадинежад, который свой уран обогащает-обогащает, да все никак обогатить не может. И тут сидим мы, значит, чаи гоняем с производственными соседями, (далее про технологию обогащения урана SILEX, её плюсах и минусах)и в разгар обеденного перерыва врывается  на огонек наш хороший знакомый Дмитрий и начинает разгонять обеденную истому.«Всё! – Дима швыряет на стол планшетку с открытым nature.com – все пропало! Они теперь уран у себя в гараже разделять будут! И куда спрашивается, пойдем мы? В ж…?!» Удовлетворившись произведённым эффектом, Дмитрий Владимирович отбывает в сторону кофеварки.Краем глаза читаю открытую статью – «The price of progress». В лиде английским по белому написано: «Новая методика обогащения урана, одобренная Комиссией по ядерному регулированию США, может нанести удар по режиму нераспространения ядерного оружия».  Что ж, неплохая тема, для послеобеденной беседы.




Для начала небольшой ввод в тему, что там за новая методика, и чему сокрушался Дмитрий Владимирович .Сама индустрия разделения изотопов урана как отрасль народного хозяйства зародилась в сороковые годы прошлого века и существовала исключительно в интересах военных и политиков. В начале ядерной гонки вопрос себестоимости «продукта» конечно стоял в повестке дня, но не на первом плане. С развитием атомной энергетики стоимость обогащенного урана уже стала весьма значимым фактором.  Настолько значимым, что даже ввели специальную единицу измерения  – ЕРР (единица работы разделения. Грамм U235, полученного на американском газодиффузионном заводе, стоит гораздо дороже российского, полученного центрифужным методом. Как результат – обладая более эффективной технологией обогащения урана, Россия держит львиную долю мирового рынка топлива для АЭС, и продает его тем же американцам. Подробно об этом читайте в статье «Ядерный волчок».Вообще, способов получения обогащенного урана масса: это и центрифуга, и диффузия, и электромагнитное разделение, и даже аэродинамическая сепарация. Есть еще лазерное разделение, которое по эффективности (теоритически) оставляет далеко позади все существующие технологии. Методы лазерного разделения изотопов подразделяются на атомарные – AVLIS (Atomic Vapor Laser Isotope Separation), SILVA (французский аналог AVLIS) и молекулярные – MLIS (Molecular Laser IsotopeSeparation), CRISLA (Chemical Reaction  sotope Separation), SILEX (Separation of Isotopes by Laser EXcitation) в зависимости от объекта  воздействия – атомный пар или молекулы. Но это все сухая теория, а если привлечь ассоциативное мышление, то ЛРИ можно представить своеобразной игрой в бильярд. На столе в хаотичном порядке стоят разноцветные шары (атомы). И не просто стоят, а хорошо так к сукну приклеены. И вот у вас есть чудо кий, ударом которого вы можете выбивать шары нужного вам цвета. Они слетают со своих мест и начинают активно кататься по столу. В реальности почти то же самое, только вместо кия используется лазерный луч определенной частоты. Говоря по – научному, лазерное излучение  нужных частот может селективно возбудить, а затем ионизировать или диссоциировать  атомы или молекулы, содержащие целевой изотоп. Понимая ее перспективность, этой темой активно занимались все: СССР, США, Франция, Китай, и даже Иран. Кто-то не потянул технологически, а кто-то забросил разработки, подсчитав, во что это выльется в финансовом плане. И вот тут такая новость – американцы строят лазерный завод! И мы можем понять обеспокоенность Дмитрия Владимировича. Как же так, мы всей Страной Советов горбатились, инфраструктуру центрифужного обогащения налаживали, революционные решения -  инновации внедряли, и тут бац,  скоро ураном буду торговать по цене кока-колы на вынос.
А так что же придумали американцы?Американцы, как это часто случалось, придумали ничего. Технология SILEX обязана своим рождениям атомщикам из ЮАР. Но в 1988 году южноафриканцы решили стать безъядерной державой, и эту технологию перекупили австралийцы. И уж только потом, когда стало понятно, что у SILEX могут появиться коммерческие перспективы, к делу подсоединились американцы.
SILEX базируется на следующих основных принципах. Гексафторид урана в виде газа подается в специальную камеру.  Луч углекислотного лазера (CO2 лазер) с изначальной длиной волны 10,6 микрона проходит через водородную ячейку Рамана (емкость, содержащая параводород под высоким давлением), получая на выходе длину волны в 16 мкн. Лазер с длиной волны 16 мкн. селективно возбуждает молекулы 235UF6. Результатом лазерного возбуждения является разделение материала на два потока – продукт (вещество, обогащенное по изотопу U235) и хвосты (вещество, обедненное по изотопу U235).
- Ну, эти «танцы с бубнами» мы наблюдаем, дай Бог памяти, с начала двухтысячных – я решил добавить здорового скепсиса в разговор, – ведь само соглашение между SILEX и General Electric о коммерциализации этой технологии, дай Бог памяти, было подписано еще в мае 2006-го. И зачем после этого вбухивать три миллиарда долларов в центрифужный завод в Пайктоне? Еще  один момент. В 13 году заканчивается ВОУ-НОУ, а это значит (пока не заключат новый контракт) брешь в несколько миллионов ЕРР в американской энергетике. И тут же на сцену выходит URENCO c предложением «а давайте мы вам еще один центрифужный завод построим». Ну, не совпадение ли? И что скажет наш научно-конструкторский центр ? – делаю я пас на противоположный конец стола.- Научно-конструкторская мысль тоже считает, что все это не от хорошей жизни, – Сергей Геннадьевич с хрустом раздавил в ладони сушку, – на картинке все это выглядит привлекательно, да. Хотя, на мой взгляд, есть несколько «узких мест». Если применить озвученную аналогию с бильярдом, то мало выбить шары с места, важно, чтобы они еще и в лузу попали, т.е. изотопы надо как-то осадить. Ладно осадить, нужно их потом из этой камеры достать, не прерывая процесса. И второе, ресурс лазеров тоже не безграничный, и стоят они недешево. В СССР эти технологии вполне успешно начали осваивать еще в 70- годы прошлого века, а в 90-е даже воплотили в «железе». Установка называется «Талисман», ее, кстати,  в 2006-м модернизировали. Мощность ее лазера на парах меди конечно небольшая, всего 300 Вт., но ведь работает же.

  



А в Калининграде для нужд медицины тоже вполне успешно получают изотоп углерода 12 (на фото). Пусть немного, но это полноценное производство. Построены еще «Фотон-М», «Луч», существует  программа «Мцири» и еще кое-что. Все это есть, но работает-то центрифуга!  В свое время наша центральная заводская лаборатория и опытный цех УЭХК получили от Четвёртого главного управления (МинСредМаш прим. ред.) задание по молекулярному методу лазерного разделения изотопов. Но наши оценки показали, что эти методы не конкурентоспособны по сравнению с центрифугами. Даже сам г-н Соловьев (Соловьев Г.Н. советник генерального директора по науке и развитию ОАО «Уральский электрохимический комбинат», К.Т.Н. – 1972 г., Лауреат Государственной премии РФ – 2000 г. Прим. ред.) говаривал -  нельзя сбрасывать со счетов следующий факт: центрифуга крутится 30 лет, а лазерные устройства, которые известны сегодня и которые обладают нужным диапазоном волн, имеют ресурс в пределах года, может, чуть больше. Постоянная замена основных фондов сильно подрывает экономику. Вот ещё один момент. В центрифуге разделение идёт при давлении ниже атмосферного, это примерно десятки миллиметров ртутного столба, то есть вещество достаточно плотное. А чтобы работать с лазером, надо очень разреженный поток вещества иметь, иначе излучение будет поглощаться на раннем этапе. С этим тоже связаны определённые технологические сложности. Так что, думаю, в ближайшие 20 – 30 лет лазер центрифугам не конкурент. Хотя, если так и будем сидеть, чаи гонять, то не все так радужно будет. Так что, дорогие друзья, пятые точки свои подняли, и по рабочим местам.
Сергей Геннадьевич встал из-за стола, подавая личный пример. Пока все расходились, звенели чашками и двигали стулья, ко мне подошёл Дмитрий и заговорщицким тоном пробубнил: - Вообще ощущение складывается, что суета с SILEX в США имеет определенную связь с их «Программой научного поддержания ядерного арсенала». По ней в районе 2020-2030 года должно происходить масштабное переобновление плутониевых инициаторов (pits) имеющегося термоядерного оружия. -  Ну, и?..- Нет, ну посуди сам,  срок большинства из имеющихся плутониевых инициаторов подошел к предельному, 40-50 лет. Считается, что плутоний оружейного качества (WGPu) с долей 239Pu около 94% после 45 лет из-за газового и радиационного распухания сильно теряет взрывные свойства.  А вот боезарядов на плутонии супер оружейного качества (super-WGPu) с долей 239Pu около 98% и эксплуатационным сроком плутониевого ядра в 55-60 лет немного, в основном, это лодочные МБР Трайденты-2 D5… Так что, SILEX вполне  удобный вариант получить высокообогащенный 239Pu (>99.5%) у которого эксплуатационный срок плутониевого ядра для термоядерных беоприпасов  будет оценочно около 80-90 лет. Только тссс… Никому!- Хорошо, - согласился я, - все равно ничего не понял. Значит, будет чем занять следующий обеденный перерыв.


Репост 2      Tumblr

Фонд поддержки авторов AfterShock

Комментарии

Аватар пользователя Mozgun
Mozgun(5 лет 3 месяца)(17:40:08 / 02-11-2012)

Скажу так: можно (несомненно) забивать гвозди боковой гранью плоскогубцев, сэеономя на молотке. Только если надо пару гвоздей забить.

Когда гвоздей много - рука отвалится, бо молоток удобнее.

Пусть пыжатся и пилят свои лазеры, мы от этого ничего не теряем. Как не теряем от того что они пытаются соскочить с нашего газа и нефти. Потому что ВСЁ РАВНО НИКУДА НЕ ДЕНУТСЯ. Ну, или уйдут в нужник.

Аватар пользователя gfksx2
gfksx2(5 лет 10 месяцев)(04:51:12 / 03-11-2012)

Ещё плоскогубцы от этого ломаются , сам пробовал.

Аватар пользователя v.p.
v.p.(5 лет 2 месяца)(17:43:24 / 02-11-2012)

Последний абзац: типа берем поистрепавшийся 239Pu, возгоням до газа, загоняем под лазер и на выходе имеем его же но с изотопной чистотой 99,5%, потом разбавляем до МОХ топлива и в тепловой реактор. Круто, как известном анекдоте про "русский" бизнес: украсть ящик водки, продать и деньги пропить. Ну и для американской ядерной промышленности открывается невиданное ранее поле откатов и распилов: на лазерах, на исходном  239Pu, на очищенном, над разбавленном, на изготовлении сборок. Мечта, а не технология, клад в смысле монетизации.

 

Автору: большое спасибо за статью, ранее тут так подробно о лазерном разделении не писали ЕМНИП. 

Аватар пользователя roman.kuvaldin
roman.kuvaldin(5 лет 11 месяцев)(20:58:48 / 02-11-2012)

Не в реактор. Обратно в термоядерную бомбу.

Плутониевый заряд - это довольно хитро устроенная штука, которая просчитывается на тему одновременного обжатия заряда взрывом со всех сторон и равномерной инициации по всему объему. В плутониевом заряде со временем (он ведь распадается и излучает) всякая фигня типа америция накапливается, и в момент взрыва она может дать неоднородности, из-за чего итоговый взрыв будет слабее. Так что раз в энцать лет плутониевые бомбы надо "разбирать", и "досыпать свежего пороху плутония".

Аватар пользователя Егерь
Егерь(5 лет 2 месяца)(17:44:46 / 02-11-2012)

Центрифужных заводов много в мире строится? Какие у них успехи?

Аватар пользователя zzaharr
zzaharr(5 лет 3 недели)(18:08:36 / 02-11-2012)

Мы строим на Украине (чтоб Вестингауз с рынка выдавить), французы (URENCO) хотят строится в США, в Бразилии есть тоже планы по расширению.

Аватар пользователя Егерь
Егерь(5 лет 2 месяца)(18:19:34 / 02-11-2012)

 И зачем после этого вбухивать три миллиарда долларов в центрифужный завод в Пайктоне?

Этот уже работает? А действующие заводы есть?

Аватар пользователя lushik
lushik(5 лет 10 месяцев)(18:37:45 / 02-11-2012)

Уральский электрохимический комбинат. 7 поколение центрифуг. 30 лет полет нормальный.

Аватар пользователя slw068
slw068(5 лет 9 месяцев)(13:14:56 / 03-11-2012)

На Украине обогатительный завод не строится. Они будут получать готовые таблетки и собирать ТВЭЛы. Никто конкурентов плодить не собирается.

Аватар пользователя zzaharr
zzaharr(5 лет 3 недели)(18:39:08 / 02-11-2012)

Ну есть The National Enrichment Facility (NEF) рядом с  Eunice, New Mexico, это юренковские центрифуги. Есть Роккасе, префектура Аомори, компания «Japan Nuclear Fuel Ltd.» (JNFL)... ну так-то много чего, это гуглить надо

Аватар пользователя Егерь
Егерь(5 лет 2 месяца)(18:41:33 / 02-11-2012)

Т.е. впринципе они эту технологию вот-вот освоят

Аватар пользователя tachankin
tachankin(5 лет 2 месяца)(19:18:13 / 02-11-2012)

Лол, американцы раньше нас освоили центрифуги для разделения изотопов. Просто мы дальше (намного) продвинулись.

Аватар пользователя zzaharr
zzaharr(5 лет 3 недели)(19:26:58 / 02-11-2012)

Ну не сгущайте краски. У американцев до сих пор нет собственной работающей центрифуги. Те заводы которые есть, они работают на импортных европейских машинках. Да и само URENCO запустила свой первй работающий каскад на 15 лет после нас.

Аватар пользователя tachankin
tachankin(5 лет 2 месяца)(19:30:03 / 02-11-2012)

У них были центрифуги, когда у нас ещё ничего не было. Я имею в виду года где-то 1942-45. Потом уже перешли на газодиффузный метод, так более эффективный.

Аватар пользователя zzaharr
zzaharr(5 лет 3 недели)(19:35:04 / 02-11-2012)

Был массоспектрометрический процесс, вы заблуждаетесь. Если я не прав, то с удовольствием увижу ваши аргументы

Аватар пользователя tachankin
tachankin(5 лет 2 месяца)(19:53:56 / 02-11-2012)

http://nvo.ng.ru/armament/2012-09-14/8_uran.html

"Когда во время Второй мировой войны США приступили к программе создания атомной бомбы, центрифужный метод разделения изотопов был выбран как наиболее обещающий успех способ наработки высокообогащенного урана. Но технологические проблемы преодолеть не удалось. И американцы с раздражением объявили центрифугирование невозможным. И во всем мире так считали, пока не уразумели, что в Советском Союзе центрифуги крутятся, да еще как крутятся.

В США, когда отказались от центрифуг, было решено использовать для получения урана-235 метод газовой диффузии.

Были и другие источники, где говорилось, что сначала была испытана центрифужныя технология, а потом перешли к газодиффузии.

И, кстати,  не представляю "массоспектрометрический процесс" в качестве разделительного процесса. Откуда вы это взяли?

Аватар пользователя Маргинал
Маргинал(5 лет 10 месяцев)(20:42:41 / 02-11-2012)

Не ощущаете разницы между своими словами и своими же ссылками на цитаты?...

------------------------------------------

1) У них были центрифуги, когда у нас ещё ничего не было

------------------------------------------

2) ...центрифужный метод разделения изотопов был выбран как наиболее обещающий успех способ наработки высокообогащенного урана. Но технологические проблемы преодолеть не удалось. И американцы с раздражением объявили центрифугирование невозможным.

Неработающая центрифуга, конечно, была... А у кого-нить в гараже определенно найдется межгалактический корабль. Неработающий только. А так, да, он есть.

Аватар пользователя tachankin
tachankin(5 лет 2 месяца)(21:25:17 / 02-11-2012)

Центрифуги были и работали, на первых этапах, просто для достижения желаемого результата (как минимум, сотни тонн обогащённого урана в год)  по обогащению нужно было наращивать их количество или скорость вращения. И этого сделать не смогли, ибо слишком часто центрифуги разрывались от перегрузок и дисбаланса, что приводило к остановке целого завода. Поэтому из-за многочисленных аварий и объявили этот метод невозможным. Но ничего невозможного в нём не было, они и сами понимали, просто нашли более надёжный гахзодиффузный метод.

В СССР газодиффузионный метод не прижился не из-за своей неэффективности, а из-за прожорливости по части энергии. Не было в послевоенном СССР столько топлива и пришлось дорабатывать центрифуги. 

Аватар пользователя hardknap
hardknap(5 лет 1 месяц)(21:57:34 / 02-11-2012)

Всё было. Просто смотрели дальше: изначально (с серидины 40-х) была конкуренция (в Союзе она была, где надо) газодиффузионного, электромагнитного, центобежного и аэродинамического методов разделения (ключевое фигура — Кикоин). Выиграли два и быстро. При учёте, что токсичный и активный фторид разъедал резиновые уплотнения (тефлона тогда не было), а давления за компрессором были огромные — частота и серьёзность аварий первых каскадов диффузионного производства тоже зашкаливала.

Аватар пользователя tachankin
tachankin(5 лет 2 месяца)(21:43:47 / 02-11-2012)

Насколько помню из истории, газодиффузный метод не прижился именно из-за своей прожорливости. Центрифуги тогда были ещё не так эффективны, но в расчёте по потраченной энергии на единицу обогащённого урана давали лучший результат.

Аватар пользователя hardknap
hardknap(5 лет 1 месяц)(21:56:53 / 02-11-2012)

Представьте было (и наверное до сих пор есть) в одном городке на Урале большое здание — гигантский масс-спектрометр. Коэффициент разделения — ровно единица. Нарабатывает в граммовых количествах изотопы хоть чего (абсолютно). Стоимость грамма этого "хоть чего" одинакова и сравнительно с другими методами велика, так как энергозатраты совсем неприличные.

При газовой диффузии необходимо продувать сквозь мембрану из спресованного нанопорошка газ под высоким давлением. Потери на диссипацию дикие. При центрифужном методе давление — низкое. Может быть за бугром идеальные энергоэффективные компрессоры были в те времена? Скорей всего гнались за скоростью наработки оружейного урана.

Аватар пользователя tachankin
tachankin(5 лет 2 месяца)(21:37:35 / 02-11-2012)

Про масс-спектрометр знаю, но не представляю как его можно использовать для изотопного разделения, да ещё и массового. Хотя, я и газодиффузный метод не очень-то представляю)) не разбирался.

Аватар пользователя zzaharr
zzaharr(5 лет 3 недели)(22:36:23 / 02-11-2012)

Да там все элементарно -  Уран , помещается в тигель ионного источника, испаряется и ионизуется. Ионы вытягиваются из ионизационной камеры сильным электрическим полем, формируются в ионный пучок и попадают в вакуумную разделительную камеру, помещенную в магнитное поле (там такие магниты особые), направленное перпендикулярно движению ионов. На выходе разделительной камеры ионы U238 и U235 попадают в приёмники, где и накапливаются. Чтобы все ионы влетали в магнитное поле с одинаковой скоростью их пропускают через скрещенное электрическое и магнитное поле, а затем через узкую щель (тупо- дырка в циркониевом щитке). Электрическое и магнитное поле подбирается таким образом, что "легкие"  частицы будут двигаться прямолинейно и равномерно, беспрепятственно проходя щель. "Тяжелые" частицы будут двигаться по криволинейным траекториям, попадая в защитный экран. Ну как-то так.

Аватар пользователя tachankin
tachankin(5 лет 2 месяца)(22:45:09 / 02-11-2012)

Осталось понять, причём тут спектрометрия))

Аватар пользователя zzaharr
zzaharr(5 лет 3 недели)(22:50:13 / 02-11-2012)

Ну какбэ, на практическом уровне в начале сороковых только это работало.

Аватар пользователя hardknap
hardknap(5 лет 1 месяц)(22:56:23 / 02-11-2012)

Сама суть метода разделения (пространственное разделение ионов одинаковых энергий в магнитом поле) — та же, что и в масс-спектрометрическом методе. Отсюда и название. Имеется ввиду магнитный секторный масс-спектрометр.

Аватар пользователя hardknap
hardknap(5 лет 1 месяц)(20:21:58 / 02-11-2012)

Эту технологию нельзя взять и освоить. Даже форму одной детали ГЦ — "крючка" эмпирически подбирают десятками лет. Подбор конструкционных материалов — десятки лет. Культура производства и соответствующего научного обеспечения, — всё это сохранено и процветает. Догнать себя им не давали и в 90-е.

Аватар пользователя zzaharr
zzaharr(5 лет 3 недели)(18:52:29 / 02-11-2012)

Вопрос не в технологии принципиальной, как таковой, а в рыночной эффективности. Наши выгодней. Вот пару строк откуда чего пошло: http://zzaharr.livejournal.com/16203.html

Аватар пользователя CCAPMX
CCAPMX(5 лет 10 месяцев)(18:53:49 / 02-11-2012)

слабая статья - похоже на откровенный блеф "СОИ"вского пошиба

при таком технически бедном описании зачем давать длину волны лазера? для пущей убедительности?

вдобавок, одной частотой изотопы, скорее всего, не разделить - там все посложнее.

и наконец, в такой схеме нет никакого газового потока с нужным ураном.

Он, как можно догадаться из описания, оседает в металическом виде на стенах, а газовый поток - чистый фтор.

Аватар пользователя zzaharr
zzaharr(5 лет 3 недели)(19:27:51 / 02-11-2012)

Я на ваш комментарий ответил в общей ветке. Прошу прощения

Аватар пользователя zzaharr
zzaharr(5 лет 3 недели)(19:04:47 / 02-11-2012)

Оседает уран в метталическом виде в установках по типу ALVIS. Называется это "урановый снег", и для его сбора приходилось останавливать процесс. При молекулярном разделении, фтор не высвобождается, в оба потока идет гексофторид, только в один с 238, а в другой с 235-м ураном. 

Аватар пользователя tachankin
tachankin(5 лет 2 месяца)(19:21:27 / 02-11-2012)

При наведении на текст появляется ссылка "ответить" - нажимайте её для ответа на конкретный пост, иначе автор сообщения вашего ответа не заметит.

Аватар пользователя zzaharr
zzaharr(5 лет 3 недели)(19:23:36 / 02-11-2012)

Спасибо, буду внимателен. Заодно подскажите, как в редактировании абзацы делать? Стыдно прищнаться, но у меня все одним сплошным текстом получается (

Аватар пользователя tachankin
tachankin(5 лет 2 месяца)(19:27:41 / 02-11-2012)

Ну, вроде обычный перевод строки создаёт новый абзац.

Вот, перевёл строку (ENTER) и новый абзац пошёл. 

Аватар пользователя zzaharr
zzaharr(5 лет 3 недели)(19:29:23 / 02-11-2012)

Неполучается ( Попробую вводить txt файл, он без левых тегов, может не будет глючить.

Аватар пользователя tachankin
tachankin(5 лет 2 месяца)(19:31:23 / 02-11-2012)

Да, при копировании текста ничего не получается. Для абзацев нужно вручную переводить строку.

Аватар пользователя aldr
aldr(2 года 5 месяцев)(20:49:51 / 13-09-2015)

 

 

А в Калининграде для нужд медицины тоже вполне успешно получают изотоп углерода 12

вообще-то в медицине используют углерод-14
 

Лидеры обсуждений

за 4 часаза суткиза неделю

Лидеры просмотров

за неделюза месяцза год

СМИ

Загрузка...