Мир на пике – Мир в пике
Шрифт:
Например, газодиффузионный комбинат «Евродиф» во французском городе Пьерлате электроэнергию на поддержание своего технологического процесса получает от 4 рядышком стоящих ядерных реакторов. Так 3000 МВт их электрической мощности или 26,280 млн МВт-ч произведенной за год электроэнергии расходуются исключительно на производство 8,5 млн ЕРР за год. В перерасчете на «штуки» — каждый ЕРР на газодиффузном заводе обходится в 3091 кВт-ч.
Для сравнения, в классической книге «Экономика ядерной энергетики: основы производства ядерного топлива» авторства советского профессора Синева приведено для сравнения энергопотребление центрифуг образца 1982 года — около 100 кВт-ч/ЕРР. Потребление же газодиффузной технологии тоже оценено в этой книге
Согласно же последним оценкам, современные центрифуги как российского, так и европейского производства берут уже лишь 50–60 кВт-ч на производство каждой ЕРР.
Слава Богу, жить французскому газодиффузионному комбинату осталось приблизительно до 2015 года, а далее там останутся уже только одни центрифуги. Аналогичная ситуация складывается и в США — энергетический, а не «военный» подход к вопросу заставляет США закрывать уже в 2014 году газодиффузный комбинат компании USEC и пытаться переходить на технологию газовых центрифуг. Все по-честному: западный подход просто «не вписался в рынок». Здание завода К-25 в Окридже уже тоже, кстати, демонтировано. Совсем. В ноль. Бульдозерами.
Теперь нам, для понимания сути процесса, надо перебить ЕРР в килограммы урана. Вот этот график.
Рис. 68. График обогащения и использования урановых изотопов.
Как видим, для производства урана реакторной чистоты нам надо потратить 6–9 ЕРР на килограмм продукта. Или, в случае использования центрифужного способа производства урана — 600–900 кВт-ч на 1 килограмм урана. С центрифугами нового поколения — и того меньше, всего лишь 300–450 кВт-ч на 1 килограмм урана. Исходный продукт, как мы понимаем, тоже никуда при этом не исчезает, просто он оказывается обеднен изотопом 235U, и мы спокойно оставляем его лежать в отвалах — к перспективам его использования мы вернемся ниже.
Для газовой же диффузии, даже если использовать оценки Синева, а не фактическое потребление «Евродифа», которое еще на 20 % выше, получится гораздо более печальная цифра — от 15 000 до 22 500 кВт-ч на 1 килограмм урана.
При использовании современной реакторной технологии 1 кг урана, обогащенного до реакторной чистоты, достаточно для производства 315 000 кВт-ч электроэнергии. В случае газодиффузной технологии 7 % энергии при этом надо было бы потратить на обогащение самого урана (EROI = 14:1). В случае же использования центрифуг нового поколения эти расходы уменьшаются до смешного уровня в 0,2 %. Ну или в понятном уже нам EROI — эта фаза уранового топливного цикла работает с коэффициентом 500:1 (симпатично смотрится цифра, правда?).
И внезапно разделение изотопов, до определенного момента, с использованием западной газодиффузной технологии, будучи очень затратным и достаточно хлопотным делом, сразу и навсегда становится простым и дешевым процессом. Если, конечно же, опираться на надежные и экономичные «русские» центрифуги.
Как мы пришли к такому перекосу? Почему у России мало того, что 40 % обогатительных мощностей, но они еще и самые лучшие? На протяжении нескольких десятков лет во времена «холодной войны» технологии изотопного обогащения урана в СССР и странах Запада развивались абсолютно изолированно, хотя, как я написал, все начинали с газодиффузионной технологии. Из публикаций косвенных данных СССР было известно, какая промышленная технология используется Западом.
Но в конце 1940-х годов у СССР катастрофически не хватало энергии и денег на строительство «сараев» под диффузоры, и советские ученые вынуждены были искать альтернативы газодиффузному способу.
Найти
В СССР в 1940 году сотрудниками Харьковского физтеха Ланге, Масловым и Шпинелем была подана заявка на «Способ приготовления урановой смеси, обогащенной ураном с массовым числом 235. Многокамерная центрифуга», на которую и было выдано авторское свидетельство.
Затем, уже на заре атомного проекта, инженер особого конструкторского бюро Кировского завода Виктор Сергеев предлагал центрифужный метод разделения, но другие участники проекта его идею не одобряли и смотрели в сторону газовой диффузии. Одновременно над созданием разделительной центрифуги в специальном НИИ-5 в Сухуми работали и ученые из побежденной Германии. Это были доктор Макс Штеенбек, который при Гитлере работал ведущим инженером компании Siemens, и бывший механик «Люфтваффе», выпускник Венского университета Конрад Циппе. Всего в их группу входило около 300 вывезенных из Германии «трофейных» специалистов.
Именно Виктор Сергеев в начале 1950-х годов, во время визита в Сухуми, предложил Штеенбеку поставить в центрифугу отборники газа в виде тонких трубок. Но доктор Штеенбек, съевший зубы, как он считал, на теме центрифуг, проявил немецкую категоричность: «Они станут тормозить поток, вызывать турбулентность, и никакого разделения изотопов не будет!».
Спустя годы, работая над мемуарами, он об этом пожалеет: «Идея, достойная того, чтобы исходить от нас! Но мне она в голову не приходила…»
В итоге, столкнувшись с неприятием своих идей группой «трофейных» немцев, Сергеев обратился со своей идеей центрифуг к уже упомянутому нами академику Кикоину.
К 1952 году лаборатория Кикоина закончила научную разработку газодиффузионных методов изотопного разделения и убедилась на своей шкуре в их громоздкости, капризности и энергозатратности. Сергеев оказался со своими идеями в нужном месте и в нужное время. Наиболее активным энтузиастом центрифуг был сотрудник академика Кикоина Евгений Каменев, который и возглавил экспериментальные работы по технической реализации идей Сергеева. В том же году на создание центрифуг было переориентировано и занимавшееся ранее газодиффузионными установками ОКБ при Кировском заводе (главный конструктор — упомянутый нами Синев). Итогом коллективной работы всех этих талантливых ученых, конструкторов и инженеров и стала надежная и производительная газовая центрифуга. Центрифуга, которую потом назовут просто — «русская центрифуга». Ведь мы все — русские, украинцы, белорусы, армяне или евреи для Запада именно это и есть — непонятные фокстерьеры из далекой холодной страны. Все — русские.
В дальнейшем, по понятным причинам условий «холодной войны», газовая диффузия и центрифугование урана стали каждая развиваться по отдельности — диффузия на Западе, а центрифуги в СССР.
Сейчас, после почти полувека развития технологии центрифуг в СССР и в России, параметры этих ядерных волчков поражают воображение. Они работают без остановки уже по три десятка лет! Сейчас в каскадах Уральского комбината вращаются центрифуги, включенные там еще при Брежневе. СССР уже нет, а они все крутятся и крутятся. Нетрудно подсчитать, что за свой рабочий цикл ротор совершает 2 000 000 000 000 (прописью: два триллиона) оборотов. И какой подшипник это выдержит? Да никакой! Да и нет там подшипников. Сам ротор представляет собой обыкновенный волчок, внизу у него прочная стальная иголка, опирающаяся на корундовый подпятник, а верхний конец ротора висит в вакууме, удерживаясь только электромагнитным полем. Иголка тоже не простая, сделанная из обычной проволоки для рояльных струн, она закалена очень хитрым способом. Способ закалки этой проволоки — государственная тайна. Нетрудно представить, что при такой бешеной скорости вращения сама центрифуга должна быть не просто прочной, а сверхпрочной. И она — именно такая.