Опять о центрифугах

На Укроветке периодически всплывают околоядерные вопросы  и скопирую и сюда один ответ на них:

Цитата: Dobryаk от 04.08.2016 05:11:01

История ядерных центрифуг весьма коряво изложена в посте 2008  http://glav.su/forum…ssage97949 . Его надо бы расширить эдак втрое, и добавить имена --- времени нет. От скромности не умру --- по многим аспектам это один из лучших материалов, хорошо раздерганный по интернету без ссылок.

Сухой остаток: американцы в Манхеттэнском проекте мимо центрифуг пройти не могли. Более того, именно некто Бимс перед войной был впереди планеты всей. Нобелевский лауреат Поль Дирак и другие теоретически разобрались практически во всем интересном, включая принципиальную роль конвекции. Но они не сообразили перейти от шарикоподщипников к магнитным --- это уму непостижимо. И поставили жирный крест на центрифуге как немыслимо энергозатратном. Более того, считали этот путь настоль тупиковым, что и особо  секретить не считали нужным.  В году 46-м или 47-м в Америке вышла книга Коэна по теории ядерных центрифуг --- не держал ее в руках, но по всем отзывам крайне толковая. Кроме, конечно, практического решения.

В СССР начали работать над центрифугой еще до войны. Но пока цилиндр не поставили вертикально в магнитном поле, еле касаясь иглой сапфира, сделав собственно цилиндр еще и короткозамкнутым ротором, дело не шло. В-общем, цилиндр вращается свои полвека кроме как этой иглой ничего не касаясь. Но нужен каскад центрифуг, и никто не мог понять, как же из одной  бешено крутящейся центрифуги чутка обогащенный продукт перегнать в следующую. Решением было всунуть трубку Пито, что с точки зрения  возмущения газового гексафторида казалось кощунством --- но оно заработало.

Настоящей истории советских центрифуг не видел --- может кто когда напишет, ведь это было бы не менее занятно, чем история всего Атомного проекта или ракетного проекта. Так или иначе, в параллель с командой Ланге в Уфе над центрифугой колдовали еще и немцы в Сухуми. И австрияк Гернот Циппе, толковый инженер, был из Сухуми переведен в команду из Курчатовского института, где и была сделана совесткая центрифуга. Его, к счастью, убрали и отправили на пару лет на "фильтрацию" в Киев, прежде чем отпустили домой в 55-м или 56-м, прежде чем окончательное решение было найдено. Но он знал уже достаточно много.

В Европе он поехал на ядерную конференцию и изумился, что о центрифуге все молчок, и попытался сказать, что эти русские уже сделали работающую ядерную центрифугу. Его послали (по-немецки в Arschloch (задницу) ) --- американцы же доказали, что это тупик. Он бился головой об стенку еще год-полтора,  и с репутацией свихнувшегося поехал в США, где смог уговорить Виргинский университет, где работал тот Бимс, подать на грант. И к концу 50-х  смог сделать прототип. Тут американцы схватились за голову и с 61-го засекретили наглухо все-все о газовых центрифугах.

Но перед поездкой в США оплеванный в Европе Циппе, понявший в какую страну идиотов он попал, немедленно ядерную центрифугу запатентовал и патент получил в одно касание.  Так что долго ядерную центрифугу на Западе называли центрифугой Циппе. Есть байка от самого Циппе, что он пытался контактировать с Емельяновым, нашим представителем в Женеве по мирному применению атомной энергии. Было это или не было, но раскрывать нам наши карты было совершенно не с руки. Вернувшись из США в Европу триумфатором, он и оказался ключевой фигурой в создании евроцентрифуги и нынешнего URENCO. К нему присосалась и французская АREVA.

А что американцы? Они в начале 60-х запустили проект американской центрифуги, но работающий каскад не склеился. Но к тому времени газодиффузионное обогащение было налажено, и диффузионному лобби неработающая центрифуга нафиг не далась. Главное, даже после демонстрациии Циппе они не понимали, или не хотели понимать, насколько же вперед вырвалась эта Россия.

Где выигрыши и проигрыши? На поддержание вращения центрифуги (эту балерину раскручивает  раз в жизни и сценическая жизнь её должна быть не менее 30 лет!) с магнитной подвеской энергозатраты в сотни раз ниже, чем с подшипником. А с учетом прочих накладных расходов, центрифуги выигрывают против диффузии эдак впятеро.

Обанкротившаяся USEC (United States Enrichment Corporation) замахнулась на гигантскую т.н. сверхкритическую центрифугу с производительность в 30 раз выше российских начала 2000-х. Я за 30 не ответчик. Не смогла и умерла.

Так что все обогащение на американской земле --- заводик АРЕВА . Американцы грозились задавить всех лазерным обогащением, все задрожали как осиновый лист, но сроки прошли и установился гробовой штиль, если не считать того, что японцы из совместного проекта хотят ноги делать.

Почему-то попытка найти по поиску мой не такой уж давний пост с разблюдовкой стоимости ядерного топлива не удалась. Так что попробую набросать картинку по-новой, пренебрегая мелочугой в виде +/- десяток процентов.

Чтобы в ядерный реактор АЭС засунуть 1 кило урана, надо раскошелиться на  USD 2000. Из чего это складывается?

Добыча руды карьером, шахтой или вышелачиванием, обогащение на ГОК до желтого кэка U₃O₈  с примесью грязи до 20% --- это сегодня 75 баксов за кило. Цифирь эта сильно плавающая, были времена, когда спекуляция вздула цену аж впятеро-всемеро выше, сегодня она ползет вниз. Для одного кило реакторного урана надо почти 10 кило желтого кэка.  На абакусе 750 баксов. Из желтого кэка нужно сделать металлический уран запредельной чистоты и превратить его в гексафторид урана, который при подогреве сублимирует в газ, который можно подать в центрифугу. Это называется конверсией и из нашего 10 кило желтого кэка получается почти 8 кило урана (вес примкнувшего фтора не считается), и стоит это добро примерно 150 баксов.  Это первая стадия. На абакусе 900 баксов.


(Отступление насчет чистоты: японцы не смогли решить проблему чистого гексафторида, у них получалась примесь пентафторида, который имеет вредную привычку осаждаться на стенке центрифуги. А  если по центрифуге мазнуть пальцем, то разбаланса достаточно её взорвать. Так вот, японцам пентафторид центрифуги и взрывал.)


Вторая стадия: На центрифужное обогащение каждого кило до топливной концентрации надо потратить т.н. единицу работы разделения (ЕРР) ценой около 85 баксов, т.е., это где-то 650-700 баксов. Далее за 300-350 баксов гексафторид надо превратить в металл,  металл сжечь в оксид урана, из оксида испечь таблетки, таблетки запаковать в циркониевые трубки, трубки в кассеты --- налетай и покупай. Что получилось то? 750+150+650+350 = 1900.

Почем обогащение у нас, не сознаюсь никогда, так как попросту мне не сказали.


У кого какие мощности?

 По конверсии: Россия (Ангарск + Северск + Главзов) --- 35 тыс. тонн, США --- 15 тыс, Франция --- 15 тыс, Канада --- 9 тыс, Великобритания --- 6 тыс, Китай --- 3 тыс, Иран --- 200 тонн. За Россией более 40% мирового.

По обогащению (за 2015 год) принято считать в единицах работы разделения:  Россия --- 27 тыс, АРЕВА во Франции --- 7 тыс, АРЕВА в США (Нью-Мексико) --- 4700, URENCO (Германия + Нидерладны + Англия) --- 14.5 тыс, Китай --- 6 тыс. На этом фоне японские 75 ЕРР смотрятся смешно.  Складывается это в 60 тыс, за Россией 45% общемирового, но вот только  общемировая потребность в 2015 была чутка менее 48 тыс.  --- предложение на топливном рынке превышает спрос на 20%. Попробуйте сопоставить это с тем, что творится с нефтяным рынком из-за жалких даже не процентов, а долей процента.