crustgroup (crustgroup) wrote,
crustgroup
crustgroup

Categories:

Шпайш машт флоу (NUC1)

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!

Tags: Атом, Европа, Россия, США, будущее, новая энергетика
Subscribe
promo crustgroup september 5, 2012 16:48 88
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…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 88 comments