По-другому устроена газовая центрифуга. Это просто очень качественный агрегат, работающий по принципу молочного сепаратора, который отделяет нам сливки от молока. Степень разделения молекул гексафторида урана в центрифугах пропорциональна квадрату отношения скорости вращения к скорости молекул в газе. Отсюда очень желательно как можно быстрее раскрутить центрифугу. Типичные линейные скорости вращающихся роторов обогатительных центрифуг — 250–350 м/с, а у современного поколения — и более 600 м/с. Для того чтобы обеспечить такую линейную скорость ротора, центрифуги должны крутиться не быстро, а очень быстро. Где-то со скоростью в 2000 оборотов ротора в секунду. Это безумная скорость оборотов, современная центрифуга крутится где-то в 60 раз быстрее, чем коленчатый вал в двигателе вашего автомобиля на спокойных оборотах.
Типичный коэффициент сепарации для центрифуг уже выше, чем для диффузоров, и составляет 1,01–1,1, в зависимости от совершенства их конструкции. И для полного понимания процесса: самая плохая центрифуга где-то вдвое лучше самого хорошего диффузора. А хорошие современные центрифуги лучше газовых диффузоров в десятки раз.
Список стран, которые могут разделять изотопы чуть шире, чем «Большая семерка», но все равно сжат донельзя — за обогащение изотопов урана без спроса и без должного контроля со стороны МАГАТЭ бьют по рукам, и больно. Все 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 с Францией предприятие по обогащению имеют Бельгия, Италия и Испания.
Таким образом, в «Изотопном клубе» у нас состоят — более или менее официально — 15 стран, и еще 3 страны ассоциированы с этим клубом.
Две страны из «Изотопного клуба» — Израиль и Северная Корея, судя по всему, в настоящее время обладают только военными программами. Они потихоньку наполняют свои ядерные арсеналы, забив болт на мирный атом. Еще 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 еще две страны — Германия и Япония, под нажимом своего «обезьяньего» лобби («Назад, в пастораль!») сказали нет атомной генерации.
Однако для того, чтобы понять, кто чего стоит в «Изотопном клубе», приведу вам данные о мощности предприятий по конверсии урана в гексафторид и мощности заводов по разделению изотопов урана в мире.
На долю России приходится 40 % от мировых мощностей по разделению изотопов, на долю США — 20 %, на долю Франции приходится 15 % мощностей, на объединенную долю Германии-Великобритании-Бельгии — еще около 23 % мощностей по обогащению. В таблице же мощность обогатительных заводов представлена в безразмерных единицах измерения — так называемых ЕРР (Единицах Работы Разделения) или по-английски — SWU. Чем больше у вас этих магических ЕРР, тем больше урана вы сможете обогатить.
Все остальные обогатители мира, включая и Японию с ее мощной ядерной энергетикой, имеют не более 3 % от мировых мощностей по обогащению. На ядрен-батон, может быть, им и хватит, а вот на создание своего замкнутого ЯТЦ уже нет. И Япония или Южная Корея для своих АЭС вынуждены покупать готовое урановое топливо за рубежом, например во Франции или США.
Внезапно выясняется, что нищая Россия в два раза превосходит США по обогатительным мощностям, что, оказывается, фокстерьер уже вырос и в ядерной энергии оказался в два раза больше нефтяного динозавра.
Да, именно так. Россия, несмотря на свои скромные 33 реактора, по состоянию на начало 2013 года, против 104 ядерных реакторов у США на ту же дату, вдвое превосходит США по количеству разделительных мощностей. С чем это связано?
А ответ прост: Россию, как и наших общих предков в конце мезозоя, которые таки съели своих угнетателей-динозавров, спасла бедность. Именно из-за бедности и нищеты, которая всегда дамокловым мечом висела над севером Евразии, во времена СССР пришлось считать каждый рубль и киловатт-час и разработать сверхэффективную технологию обогащения урана на газовых центрифугах.
Почему же свет сошелся именно на центрифугах? И зачем отдельно особым значком (* на рис. 67) в таблице World Nuclear Association выделено газодиффузное обогащение, которое, судя по информации этой уважаемой организации, надо по всему миру закрывать как можно быстрее? Понятно, что центрифуги производительнее, но существующие диффузоры-то зачем выкидывать?
А ответ прост: энергия, энергия и еще раз энергия.
Малая степень обогащения урана на каждой из ступеней газодиффузного процесса заставляет тратить уйму энергии на разделение изотопов.
Ведь газодиффузное обогащение изначально создавалось под запросы военных.
Американским военным в 1950-е годы, когда и закладывались основные подходы к атомной промышленности во всех странах, на энергетические затраты по разделению изотопов было элементарно наплевать. Воякам был нужен оружейный, высокообогащенный уран. Для реакторов подводных лодок нужен был уран от нескольких десятков процентов обогащения и до 90 % чистого 235U, а для атомной бомбы — не менее 75 %. Процент же содержания 235U в топливе для реакторов, напомню, всего 2–4 %! Причем на фоне гонки вооружений времен «холодной войны» уран нужен был быстро. Нефти и энергии у США в то время было полно, деньги лились рекой и о затратах никто не думал, вот и построили быстро газодиффузные заводы.
[57]
О том, что завтра заводы по обогащению урана будут использовать для наработки топлива для АЭС, в 1950-е годы никто не думал. В СССР тоже вначале собрали газодиффузное производство. Но это был монстр.
Из доклада Исаака Константиновича Кикоина на научно-техническом совете при Совете Народных Комиссаров:
«В настоящее время мы научились делать сетки с отверстиями около 5/1 000 мм, т. е. в 50 раз большими длины свободного пробега молекул при атмосферном давлении.
Следовательно, давление газа, при котором разделение изотопов на таких сетках будет происходить, должно быть меньше 1/50 атмосферного давления. Практически мы предполагаем работать при давлении около 0,01 атмосферы, т. е. в условиях хорошего вакуума.
Расчет показывает, что для получения продукта, обогащенного до концентрации в 90 % легким изотопом (такая концентрация достаточна для получения взрывчатого вещества), нужно соединить в каскад около 2000 таких ступеней.
В проектируемой и частично изготовленной нами машине рассчитывается получить 75–100 г урана–235 в сутки.
Установка будет состоять приблизительно из 80–100 „колонн“, в каждой из которых будет смонтировано 20–25 ступеней».
Представили себе масштаб вложенных усилий?
Около 2000 здоровенных установок ради каких-то 75–100 граммов изотопа 235U в сутки. По факту получилось, что выход урана оказался всего 70 грамм в сутки, а число ступеней разделительного завода пришлось поднять до 3100. Ну а куда деваться было, бомбы ведь тогда были нужны и СССР тоже! Нефтяной динозавр вполне мог в начале 1950-х годов задавить ядерного фокстерьера просто своим весом.
Здание первого в мире завода газодиффузионного обогащения урана К-25 в Окридже, США, занимало площадь несколько десятков гектаров. Строительство обошлось в 500 миллионов долларов США. Тех, старых, еще очень «свободных» и весьма весомых долларов. Протяженность U-образного здания этого завода — около 800 метров.
А внутри — станки, станки, станки! В смысле — диффузоры, диффузоры, диффузоры!
