Сколько надо урана, чтобы заменить 200 тонн тринитротолуола? Где-то около ста граммов. Что, неужели это эквивалент 200 тонн тринитротолуола? Трех вагонов взрывчатки?
Да, цифры не врут.
Смесь изотопов урана 238U и 235U, обогащенная до реакторной чистоты, обладает плотностью энергии, превосходящей плотность энергии бензина в 2 000 000 раз (прописью: в два миллиона раз). Той самой specific energy или удельной энергии, о которой мы говорили в прошлой главе.
Для этого начальное содержание 235U в природном уране, которое обычно составляет 0,71 % надо увеличить до 2–4 %, то есть всего лишь в 3–5 раз. Задача, как мы увидим, сложная, но отнюдь не неразрешимая.
Ну а если сравнивать такой обогащенный уран с модными ныне 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.
[55]
Сам «ядерный клуб», который использует столь концентрированную энергию, по факту, это гораздо более закрытая структура, нежели ЕС, НАТО или G20. В него нельзя попасть «просто так» — по «праву рождения», как в Лигу Арабских Государств, или «по убеждениям», как в Движение Неприсоединения. Это лига настоящих ядерных фокстерьеров, которые кого угодно в этом мире порвут на мелкие тряпочки своими острыми зубами.
Для входа в «ядерный клуб» приходится положить жизнь и усилия как минимум одного поколения страны на различные научные, технологические и инженерные исследования, на масштабные организационные и производственные проекты.
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». Членство в «ядерном клубе» — это самый что ни на есть Бег Красной Королевы. Каждый новый год приносит новые вызовы и новые задачи.
Кроме того, судя по опыту США, ЮАР или Украины, — «вход в клуб — рубль, выход — копейка, второй раз билет не продаем».
Это значит, что, 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»?
Рис. 67. Члены «Изотопного клуба» и их потенциал.
Сначала — группа лидеров. В полосатых купальниках плывут они вперед, к светлому ядерному будущему.
Это — «Большая ядерная семерка»: США, Россия, Франция, Китай, Великобритания, Индия и Пакистан. Военный ядерный клуб, люди, у которых есть возможность устроить вам персональный армагеддец прямо на вашем заднем дворе.
Против названия каждой из стран из этого списка незримо стоит количество ядерных зарядов, накопленных ими за XX и за начало XXI века. Кто-то из них может изничтожить шарик десяток раз, а кто-то только разок — роли это не играет, ведь любой из членов «Большой семерки» может легко втоптать небольшую страну в каменный век.
Нефтяной динозавр, хоть сам и состоит в «ядерном клубе», но уже не может диктовать этим ядерным фокстерьерам свою волю — у них очень острые зубы. Пусть у него самого есть ядерное оружие, но применять его он не станет. Страшно. А во многих других аспектах ядерной гонки наш нефтяной динозавр отстает от фокстерьеров уже сейчас. И связано это именно с обогащением природного урана до энергетических стандартов.
Все эти страны успешно наладили у себя обогащение природного урана в промышленных количествах, поставив на своей территории достаточно мощные заводы по разделению изотопов. Именно на этих заводах и производятся основные объемы промышленного ядерного топлива, поскольку страна, просто добывающая природный уран, обычно не может превратить его во что-то путное и пригодное для ЯТЦ.
ЯТЦ — это ядерно-топливный цикл, очень сложный процесс, который превращает простой уран в породе какой-нибудь шахты в стабильную электроэнергию в сети 220 вольт в вашем доме. И любой простой добытчик урана — Намибия ли, Нигер или даже Украина — продает свой природный уран кому-то в «Большой семерке» либо еще нескольким странам в мире. У этих стран есть технологии разделения изотопов урана, и они могут превратить выкопанный природный уран в реакторное топливо. Ну а потом желающие (например Украина, у которой, кроме урановых шахт есть и свои ядерные реакторы) уже получают обогащенное урановое топливо назад в виде красивых топливных «таблеток».
Для понимания ответим на еще один простой вопрос: а зачем вообще разделять уран на два изотопа?
Природный уран, который вот прямо в земле лежит, представляет собой «коктейль» из двух основных изотопов: 238U и 235U. Для современных реакторов нужен только легкий изотоп урана 235U. Именно он «горит» в современных реакторах. Ну а второй, тяжелый изотоп урана — 238U, это просто невзрачный серого цвета металл, который никак не заставишь гореть в современной конструкции реактора. Из 238U можно сделать сердечник артиллерийского снаряда, ну или… пустить его на фарфоровую краску. Впрочем, именно на 238U у нас основная ставка в будущем, но пока мы его в реакторах не сжигаем.
А вот что можно сделать из 235U? Ну, во-первых, атомную бомбу (в мировом хозяйстве нужная вещь), а во-вторых — топливо для АЭС.
Начиная с этого момента уже ощущается разница в подходах между русскими и западными технологиями. Фокстерьеры у нас разные. Одни зеленые, другие красные, желтые.
[56]
Американский (западный) ЯТЦ работает на закиси-окиси урана (U3O8), называемой еще «желтым кеком».
Российский же ЯТЦ изначально строился на использовании в качестве сырья другого соединения — тетрафторида урана (UF4).
И когда мне начинают рассказывать о том, что «русские всю бомбу украли у американцев прямо в чертежах», я их отсылаю к этому малоизвестному факту. Ибо моя бабушка как раз со всей этой гадостью и работала в Днепродзержинске, на одном из первых обогатительных предприятий советского ЯТЦ.
На желтом кеке и на тетрафториде урана заканчивается обычная жизнь природного урана и начинается то, за чем пристально следит МАГАТЭ, — разделение изотопов урана.
Для этого и желтый кек, и тетрафторид урана превращают в газ — гексафторид урана (UF6), который уже легко, за счет мельчайшей разности в весе изотопов (всего 3 нейтрона на каждое ядро урана!) разделяется на очень сложных обогащающих установках — газовых центрифугах и газовых диффузорах. В настоящее время около 35 % обогащения делается на диффузорах, а 65 % — на центрифугах.
И вот тут мы подходим к ключевому вопросу, как отделяют эти два, почти идентичных атома друг от друга? Ведь с точки зрения обычной химии и то, и другое — обыкновенный уран, который практически одинаково взаимодействует в рамках любых химических реакций.
В самом начале ядерной гонки величайшими учеными как в СССР, так и в США, осваивалась идея диффузионного разделения — пропускать уран через очень мелкое «сито». Точнее — через очень тонкие длинные трубочки, в которых более легкий изотоп 235U двигался бы чуть-чуть быстрее. В результате газ на выходе из этой тончайшей трубочки получается уже немного обогащен 235U и содержит меньше 238U. Поскольку «толстый», тяжелый уран тоже сочится в готовый продукт, обогащение получается на деле копеечное — на выходе из одной ступени газового диффузора уран обогащается всего в 1,00 429 раза. Поэтому газодиффузные обогатительные предприятия — это циклопические по размерам, состоящие из тысяч и тысяч ступеней обогащения громадные заводы.
