Делай, что должен

будет, что будет

Previous Entry Share Next Entry
Шпайш машт флоу (NUC1)
crustgroup
Начиная цикл статей о ядерной энергии я постараюсь описать несколько моментов, которые часто проговариваются вскольз, либо вообще не упоминаются при разговоре о "ядерной альтернативе" ископаемым минеральным топливам.

Стартанём собычных цифр и картинок, которые иногда гораздо более красноречивы, нежели абзацы убористого текста. У кого развито левое полушарие — смотрят на цифры, у кого сильнее образы, за которые отвечает правое полушарие — впечатляются графиками и красивыми картинками.

Вот это — 200 тонн тринитротолуола (TNT, двоюродный дядя которого — динамит, за деньги от продажи которого, в том числе, и была учреждена Нобелем знаменитая Нобелевская премия):



Что, неужели 200 тонн? Три вагона взрывчатки?
Да, вот цифры плотности энергии различных веществ:

Плотность энергии.

Природная смесь изотопов урана №238 (U-238) и №235 (U-235), обогащённая до реакторной степени, обладает плотностью энергии, превосходящую плотность энергии бензина в 2 000 000 раз (прописью: в два миллиона раз)

Для этого начальное содержание U-235 в породе, которое обычно составляет 0,71% надо увеличить до 2-4%, то есть всего лишь в 3-5 раз.

Ну, а если сравнивать такой обогащённый уран с модными нонче 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.

Собственно говоря, "ядерный клуб" в мире, по факту, это гораздо более закрытая структура, нежели ЕС, НАТО или G20. В неё нельзя попасть "просто так" — по "праву рождения", как в ЛАГ или "по убеждениям", как в Движение Неприсоединения.

По факту, для входа в "ядерный клуб" приходится положить на научные, технологические, инженерные исследования, организационные и производственные проекты жизнь и усилия, как минимум, одного поколения страны.
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".

Кроме того, судя по опыту США, ЮАР или Украины — "вход в клуб — рубль, выход — копейка, второй раз билет не продаём".
То есть, 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"? Вот все те, кто в той или иной степени вовлечён в ядерную энергию. Вначале я произвольно расположил "оружейников", которые ещё и обзавелись своей ядерной бомбой, потом — реакторщиков, которые имеют свой действующий реактор, а потом — всех остальных, которые в той или иной степени вовлечены в использование ядерной энергии.

Сначала — группа лидеров. В полосатых купальниках плывут они вперёд, к светлому ядерному будущему:



Необходимы пояснения? Их есть у меня.

Во-первых, у нас есть "Большая ядерная семёрка" — США, Россия, Франция, Китай, Великобритания, Индия и Пакистан. Военный ядерный клуб, люди, у которых есть возможность устроить Вам персональный армагеддец прямо на заднем дворе.
Против названия каждой из стран есть количество ядерных зарядов, накопленных ими за ХХ и начало XXI веке. Кто-то может изничтожить шарик десяток раз, кто-то только разок — роли это не играет, любой из членов "Большой семерки" может легко втоптать небольшую страну в каменный век.

Все эти страны успешно наладили у себя обогащение природного урана в промышленных количествах, поставив на своей территории достаточно мощные заводы по разделению изотопов. Собственно говоря, именно на этих заводах и производятся основные объёмы промышленного ядерного топлива, поскольку страна, добывающая уран, обычно не может превратить его во что-то путное и пригодное для ЯТЦ (ядерно-топливный цикл), и продает этот природный уран кому-то в "Большой семёрке", либо ещё нескольким странам ниже по списку, у которых есть технологии разделения изотопов урана — а потом уже получает обогащенное урановое топливо назад в виде красивых топливных "таблеток", как на первой фотографии. Там где в тазике лежит 200 тонн тротила.

Собственно говоря, уже начиная с этого этапа ощущается разница в подходах между русскими и западными технологиями.

Американский (западный) ЯТЦ работает на закисьокиси урана (U3O8), называемой ещё "жёлтым" кеком. Вот эта субстанция, U3O8:


Выглядит приятно, но не куркума.

Российский же ЯТЦ изначально строился на использовании в качестве сырья другого соединения — тетрафторида урана  (UF4):


Собственно говоря — раньше этим красили фарфор.
А вообще вот
все краски урана.

Поэтому когда мне начинают рассказывать о том, что "русские всю бомбу украли у американцев прямо в чертежах" я их отсылаю к этом малоизвестному факту. Потому что моя бабушка как раз со всей этой гадостью и работала в Днепродзерджинске, на одном из первых обогатительных предприятий советского ЯТЦ. И фарфоровая вазочка с красивой подглазурной росписью у нас стояла на видном месте в гостинном трюмо.

Собственно говоря, на жёлтом кеке и тетрафториде урана и заканчивается обычная жизнь природного урана и начинается уже то, за чем пристально следит МАГАТЭ — разделение изотопов.
Для этого и жёлтый кек и тетрафторид урана превращают в газ — гексафторид урана (UF6), который уже легко, за счёт мельчайшей разности в весе изотопов (всего 3 нейтрона на каждое ядро!) разделяется в очень сложных обогащающих установках — газовых центрифугах и газовых диффузорах. В настоящее время около 35% обогащения делается на диффузорах, а 65% — на центрифугах.

Тут список стран, в общем-то, как я сказал, немного шире, чем "Большая семёрка", но всё равно сжат донельзя — за обогащения изотопов без спроса и без должного контроля со стороны МАГАТЭ бьют по рукам, и больно. Собственно говоря, 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 предприятие по обогащению с Францией имеют Бельгия, Италия и Испания.
Таким образом, в "Изотопном клубе" у нас состоят — более или менее официально — 15 стран, и ещё 3 страны ассоциированы с этим клубом.

Две страны из "Изотопного клуба" — Израиль и Северная Корея, судя по всему, в настоящее время потихоньку клепают делящийся материал под свои военные программы (забив болт на мирный атом, о чём я расскажу ниже), ещё 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 ещё две страны — Германия и Япония, под нажимом своего "обезьяннего" лобби ("Назад, в пастораль!") сказали нет наркотикам атомной генерации.

Однако, для того, чтобы понять, кто чего стоит в "Изотопном клубе" — приведу данные из вот этого отчёта:


На долю России приходится 40% от мировых мощностей по разделению изотопов, на долю США — 20%, на долю Франции приходится 15% мощностей, на объединённую долю Германии-Великобритании-Бельгии — ещё 22% мощностей по обогащению.

Все остальные обогатители, включая Японию, имеют не более 3% от мировых мощностей по обогащению. На ядрен-батон может быть и хватит, а вот на создание своего замкнутого ЯТЦ — уже нет.

Поэтому, как говорится "шпайш машт флоу" — нет харвестеров центрифуг — нет обогащённого урана.

Собственно говоря, а почему сошёлся свет на центрифугах? И зачем отдельно вот таким значком (*) в таблице World Nuclear Association выделено газодиффузное обогащение? А ответ прост — энергия, энергия и ёщё раз энергия.
Газодиффузное обогащение изначально создавалось под запросы военных.

Американским военным, собственно говоря, на энергетические затраты по разделению изотопов было элементарно наплевать — им был нужен оружейный, высокообогащённый уран (для реакторов подводных лодок — это несколько десятков процентов обогащения, для атомной бомбы — не менее 75%, а для реакторов, напомню — всего 2-4%!), причём быстро! Нефти и энергии было полно, о затратах никто не думал, вот и построили быстро газодиффузные заводы.

На протяжении нескольких десятков лет технологии изотопного обогащения урана в СССР и странах Запада развивались абсолютно изолированно, хотя все начинали с газодиффузионной технологии. Из публикаций косвенных данных СССР было известно, какая промышленная технология используется Западом.
Но в конце 1940-х годов у страны катастрофически не хватало энергии и советские учёные вынуждены были искать альтернативы газодиффузному способу. В дальнейшем по понятным причинам условий Холодной войны газовая диффузия и центрифугование стали каждая развиваться по отдельности — диффузия на Западе, а центрифуги — в СССР.

Поэтому Запад узнал об успехах СССР лишь в 1990-е годы, когда в рамках контроля за процессом разоружения обе страны частично раскрыли информацию. Тогда и выяснилось, что Россия обладает значительно более производительным и экономичным процессом. Ликвидировать этот разрыв западные компании и страны не смогли до сих пор.

В итоге газодиффузное обогащение оказалось более чем в 20 раз энергозатратным, нежели обогащение на центрифугах.

Кстати, дополнительную пикантность ситуации придаёт то, что один из создателей первых советских центрифуг — немец Конрад Циппе впоследствии уехал на Запад, сотрудничал с англо-голландским концерном Urenco и разработал другую модель центрифуги и для них. Именно центрифуги Urenco сумел контрабандой сначала приобрести ПакистанЮ а потом и через Пакистан — Иран.

Поэтому, два из трех основных конкурентов России на мировом рынке услуг по обогащению урана, наиболее мощные компании — французская компания Areva (частично) и американская USEC (полностью), до сих пор используют чрезвычайно энергозатратную газодиффузионную технологию. Центробежной же технологией в "западном" исполнении совместно владеют европейские компании Urenco и Areva, но только последнее поколение их центрифуг возможно сможет хоть как-то конкурировать с российскими по уровню энергопотребления.

Завод Urenco в США недавно наконец-то пущен в промышленную эксплуатацию. 20 августа 2012 года первая очередь новых центрифуг Urenco была загружена гексафторидом урана.
Мощность завода Urenco составляет 1,5 млн. единиц работы разделения (ЕРР) в год. Или 7% от мощности существующих обогатительных предприятий России.

Россия же планирует до 2015 года увеличить мощности своих предприятий по разделению изотопов на 10 миллионов ЕРР в год.
И разделять за год 33 миллиона ЕРР.



Шпайш машт флоу.

Who controls the spice, controls the Universe!


promo crustgroup september 5, 2012 16:48 86
Buy for 100 tokens
Начиная цикл статей о ядерной энергии я постараюсь описать несколько моментов, которые часто проговариваются вскольз, либо вообще не упоминаются при разговоре о "ядерной альтернативе" ископаемым минеральным топливам. Стартанём собычных цифр и картинок, которые иногда гораздо более…

)) интересно по запасам урановым - у кого "больше"?

http://aftershock.su/node/7353

Но сами по себе "запасы" ничего не значат.
Их, в отсутствие обогатительных мощностей, можно только на фарфоровую краску и пускать.
Слышали о Малави? А она на 11 месте по запасам урана в мире.

The House of Atreides

(Anonymous)
Dune форева!

Спасибо, хорошая статья.

Freeman ;)

интересный у вас блог!
может подружимся?

А кто немца выпустил на волю?

Всех немецких специалистов и из ракетного, и из атомного проекта, в 1950-е годы отправили назад на родину. Дальше русские могли развивать технологии и без трофейного задела - свои кадры подросли. Тем более, что "трофейные немцы" никогда не были военнопленными или заключенными.
Кстати, как я написал, выпуск Циппе "на волю" в очередной раз "подосрал" Западу. Поскольку Циппе уехал на Запад с "недоделанной" центрифугой (из первых вариантов, которые потом забраковали), поэтому Urenco и сейчас отстаёт от российского уровня по центрифугам, хотя на фоне газодиффузного метода - они просто зайчики.

В поряке просвящения.

Тут наткнулся случайно. Про атомную бомбу. Доступно и понятно.
( alex---1967.narod.ru/termo_nuklear_bomb_on_kuhne.html )

The House of Atreides

(Anonymous)
На Афтершоке сейчас бурно обсуждают вашу статью, вернее, пытаются уличить Вас в лоббировании интересов РосАтома. Я Острецова конечно уважаю, но его интервью, и все те речи о конце эры "дешевого спайса", базируются от части на публикациях Миши Диттмара. (никто более так докладно и аргументированно на эти темы не печатался в 2010, а своя аналитика и статистика была только до 90ых) Собственно, вот они:

http://www.2shared.com/document/oh6ZsVk0/Michael_Dittmar_End_Cheap_U.html
http://www.2shared.com/document/nAEIxuwf/Michael_Dittmar_Future_Nuclear.html

(Выкладываю из своего архива. Честно, лень гуглить еще раз).

Читал сие с пол года назад. Мысли здравые, но кричать слова: "все пропало!", как минимум еще рановато, ну и уж точно, не нам!

Re: The House of Atreides

У Диттмара идёт речь об исчерпании дешёвых запасов природного урана-235. А точнее - о возможном пике добычи дешёвого природного урана (в том числе - и урана-235), который он прогнозирует на период 2015 года.

Почувствуйте разницу.
Пик дешёвого природного урана.
На 2015 год.
Возможно.

Реакторы остановятся в 2013 году! Неизбежно, и сразу, и везде, и навсегда.

О принципах пересмотра извлекаемых запасов природного урана я уже написал тут:
http://aftershock.su/node/13793

Напишу ещё о замкнутых ЯТЦ. Тогда, я думаю, у многих умных людей вообще вопросов поубавится.

Наверно вы были правы, еще далеко не все потеряно.
Но слова об отрасли различных деятелей, типа Льва Максимова - настораживают.

Если мне не изменяет память, этот Циппе на западе запатентовал данный способ обогащения, хотя по факту имел к нему гораздо меньшее отношение, чем даже Вы тут написали.

Я дал ссылку на источник, который даёт нашу "типа официальную" картинку по активности Циппе.

Хотя Добряк на "Глобальной Авантюре" выразился даже жёстче, я привёл его слова в обсуждении материала на "Афтершоке":

http://aftershock.su/?q=comment/130920#comment-130920


"Вот это — 200 тонн тринитротолуола"

один кругляшок или все то, что в коробочке насыпано?

Все кругляшки. Это "таблетки" для ТВЭЛов.

Глаза Ибада!

Хорошая статья. Спасибо вам большое.

Большое спасибо за материал!

Нет, просто живо интересующийся...

Супер! доходчиво и понятно.
Атом, это наше будущее.
Правда, надо понимать, что Штаты тоже не дураки, будут наращивать объемы.

У меня в этом случае остается вопрос по поводу данной картинки - http://3.bp.blogspot.com/_VyTCyizqrHs/SGF7XmftdiI/AAAAAAAAAyE/c6A1Ja2FkOw/s1600/silexcompare.JPG - до промышленной технологии и применения по вашему мнению её не доведут за ближайшее десятилетие?
А за статью, спасибо!

Технологию лазерного обогащения в варианте SILEXа доводят до ума вот уже, как минимум, 10 лет.
В СССР лазерное обогащение даже сделали - но для очень специфических изотопов (ЕМНИП - медицинских) и в лабораторном размере.
Промышленной технологией она так и не стала, хоть идея известна ещё с начала 1970-х.

Выводы делайте сами.

Убедительная популяризация ядерной энергетики! Наглядно представлены ТВЭЛЫ.Я имел честь видеть тротиловый заряд мощностью 5000 тонн, который при взрыве сэмитировал ударную волну наземного взрыва ядерного заряда в 10 000 тонн т.э. Также видел, даже гладил, ласкал, модно сказать, термоядерный боеприпас с энерговыделением 100 000 000 тон т.э., выполненный в виде конуса с основанием 0, 6 м и высотой 1 м, при массе 100 кг. Так и маркировался заводом-изготовителем А100. Есть с чем сравнить плотность энерговыделения! Надеюсь дождаться вашей публикации о термоядерной энергетике!

Вы не ошиблись с размерами? Боеприпас в 100 мегатонн должен быть гораздо габаритнее.

когда развиты оба полушария, приходится всё делать одновременно.

Вот кстати: "Уральский завод газовых центрифуг выпускает девятое поколение" (http://sdelanounas.ru/blogs/30447/)

Теперь топливо будем вообще из любых отходов получать (включая пищевые:)?

Россия и раньше брала в обогащение то, что все остальные считали "хвостами".
Посмотрите всю серию NUC - до конца.

Гениально, аргументированно

внимательно читаю уже не один день Ваши материалы по ядерной энергетике, - захватывает как детектив!
Есть вопрос - вероятно он уже где-то прошел, но искать пока что трудно.
Вот этот вопрос: скажите, а есть ли сравнение запасов энергии по совокупности всех углеводородов, ГЭС, и прочих источников на планете с ядерными?
Интересны сами порядки цифр, - т.е. сравнение во сколько раз соотносятся эти величины?

В "Ядерной спичке" всё описано в последнем абзаце.
"тяжёлого" урана-238, который можно "жечь" в реакторах на быстрых нейтронах и там же нарабатывать плутоний - где-то на порядок больше, чем нефти и газа в перерасчёте на энергию.
И это - только в официальных месторождениях, без учёта того, что можно добыть в рассеянном виде или вообще из морской воды.

Шпайш машт флоу!

Потрясающе интересно и хорошо написано! Бальзам на сердце мне пролили уж тем, что атом мы не слили!
Плюс разрабатывается ядерный двигатель для космоса.
Спасибо за публикацию!

Сегодня 23 июля 2013года

Реакторы остановятся в 2013 году! Неизбежно, и сразу, и везде, и навсегда.(с)

Отпуск у меня,перечитываю ваши статьи.Вашу цитату не скорректируете?

Edited at 2013-07-23 07:48 am (UTC)

Re: Сегодня 23 июля 2013года

Какую цитату-то?

Прошу прощения, мне кажется, у Вас неточность в расчетах в начале статьи.
Под содержанием урана в руде геологами подразумевается обычно содержание смеси оксидов урана, извлекаемых гидрометаллургическими методами - в промышленных рудах оно колеблется от сотых до десятков процентов.
Смесь содержит все изотопы урана, по большей части 238, а нужного энергетикам 235 там, по-моему, примерно 2% от общего объема металла.
Поэтому для получения искомых 2,5% U-235 необходимо поднять его содержание в материале не в 3,5 раза, а в 2 500 раз (предполагая, что исходное содержание было 0,5%). Ну или уж какая руда... в Казахстане вон среднее содержание 0,05% и все довольны, самые низкие удельных издержки в мире...
Атомная энергетика не слишком дорогая, но все же и не совсем даровая :)

Нет, соотношение изотопов во всей руде совершенно одинаковое: 0,71% урана-235, остальное - уран-238.
Ну и ещё чуток урана-234, поэтому иногда говорят, что "легкого" урана в руде 0,72%.

Никаких 2% там нет и в помине - для этого надо садиться на машину времени и ехать в прошлое.
Можно в Габон:
http://crustgroup.livejournal.com/29019.html

Статья говорит именно об обогащении изотопов, с рудой там отдельная песня:
http://crustgroup.livejournal.com/31048.html

В Казахстане не очень богатая руда, в Канаде, например, и 17% урана в рудном теле есть.

Да, и ещё один нюанс - George Bess I остановлен с прошлого года, AREVA сейчас использует новый завод, George Bess II, построенный по центрифужной технологии URENCO. Французы сообразили, к чему дело идёт, ещё десять назад и купили за умопомрачительные 3 млрд. долл. долю в дочке URENCO по разработке центрифуг, получив таким образом полный доступ к технологии. Так что лох в нынешнем мире всего один - США. Но очень богатый лох ))
Свои маленькие центрифужные заводики имеют еще Япония и Бразилия, у них в планах именно выход на обеспечение своего ЯТЦ. ЮАР расконсервирует в следующем году свой, построенный по совершенно уникальной технологии.
Шпайш флоуж, вше ОК...

Edited at 2013-08-03 02:52 pm (UTC)

Японская центрифуга, если честно, так и не взлетела.
Посмотрите отчёты.

«Росатом» заморозил проекты по добыче урана

По словам члена правления «Росатома» Вадима Живова, консервация проектов приведет к снижению добычи урана на 4 тыс. тонн в год. Для сравнения, в прошлом году предприятия компании добыли 7,5 тыс. тонн урана. В настоящее время энергетические предприятия предпочитают покупать уран на спотовом рынке и отказываются от заключения долгосрочных контрактов из-за низких цен. Тем не менее, Живов уверен, что ситуация изменится уже через год, когда цены на уран вырастут до уровня 45 долларов за фунт.
http://pronedra.ru/mining/2013/11/14/rosatom-uran/

Re: «Росатом» заморозил проекты по добыче урана

Нормальная ситуация. Надо построить блоки взамен закрытых в Германии и в Японии.

?

Log in