ядерний дзига

Ось цей непоказний сірий циліндр і є ключовою ланкою російської атомної індустрії. Виглядає, звичайно, не дуже презентабельно, але варто зрозуміти його призначення і поглянути на технічні характеристики, як починаєш усвідомлювати, чому секрет його створення і пристрої держава охороняє як зіницю ока.

Так, забув представити: перед вами газова центрифуга для поділу ізотопів урану ВТ-3Ф (n-го покоління). Принцип дії елементарний, як у молочного сепаратора, важке, по впливом відцентрової сили, відділяється від легкого. Так в чому ж значимість і унікальність?

Для початку відповімо на інше питання - а взагалі, навіщо розділяти уран?

Природний уран, який ось прямо в землі лежить, вдає із себе коктейль з двох ізотопів: урану-238 і урану-235 (і 0,0054% U-234).
Уран-238, це просто важкий, сірого кольору метал. З нього можна зробити артилерійський снаряд, ну або ... брелок для ключів. А ось що можна зробити з урану-235? Ну по-перше атомну бомбу, по-друге паливо для АЕС. І ось тут ми підходимо до ключового питання - як розділити ці два, практично ідентичних атома, один від одного? Ні, ну дійсно, ЯК ?!

До речі: Радіус ядра атома урану - 1.5 10 -8 см.

Трішки історії

На самому початку ядерної гонки, найбільшими науковими умами, як СРСР, так і США, освоювалася ідея дифузійного поділу - пропускати уран через сито. Маленький 235-й ізотоп проскочить, а «товстий» 238-й застрягне. Причому виготовити сито з нано-отворами для радянської промисловості в 1946-му році було найскладнішим завданням.

Нижче наведено документ - доповідь Берії Сталіну про підготовку першого атоіного вибуху. Внизу дана невелика довідка про напрацьовані ядерні матеріали до початку літа 1949 року.

І ось тепер самі уявіть - 2000 здоровенних установок, заради якихось 100 грам! Ну а куди діватися-то, бомби адже потрібні. І стали будувати заводи, і не просто заводу, а цілі міста. І добре тільки міста, електрики ці дифузійні заводи вимагали стільки, що доводилося будувати поруч окремі електростанції.

І хоча технологія дифузійного поділу, нехай і з великими технологічними труднощами, було налагоджена, ідея освоєння більш економічного центріфужного процесу не сходила з порядку денного. Адже якщо вдасться створити центрифугу, то енергоспоживання скоротиться від 20 до 50 разів!

Як влаштована центрифуга?

Влаштована вона більш ніж просто і схожа на стару пральну машину, що працює в режимі «віджимання / сушка». У герметичному кожусі знаходиться обертається ротор. В цей ротор подається газ (UF6). За рахунок відцентрової сили, в сотні тисяч разів перевищує поле тяжіння Землі, газ починає розділятися на «важку» і «легку» фракції. Легкі і важкі молекули починають групуватися в різних зонах ротора, але не в центрі і по периметру, а в верху і в низу. Це виникає через конвекційних потоків - кришка ротора має підігрів і виникає протитечія газу. Вгорі і внизу циліндра встановлені дві невеликих трубочки - заборника. У нижню трубку потрапляє збіднена суміш, в верхню - суміш з більшою концентрацією атомів 235U. Ця суміш потрапляє в наступну центрифугу, і так далі, поки концентрація 235-го урану не досягне потрібного значення. Ланцюжок центрифуг називається каскад.

Технічні особливості.

Ну по-перше швидкість обертання - у сучасного покоління центрифуг вона досягає 2000 об / сек (тут навіть не знаю з чим порівняти ... в 10 разів швидше ніж турбіна в авіадвигунів)! І працює вона без зупинки ТРИ ДЕСЯТКА років! Тобто Зараз в каскадах обертаються центрифуги, включені ще за Брежнєва! СРСР вже немає, а вони все крутяться і крутяться. Не важко підрахувати, що за свій робочий цикл ротор здійснює 2 000 000 000 000 (два трильйони) оборотів. І який підшипник це витримає? Та ніякий! Немає там підшипників. Сам ротор вдає із себе звичайний дзига, внизу у нього міцна голка, яка спирається на корундовий подпятник, а верхній кінець висить у вакуумі, утримуючись електромагнітним полем. Голка теж не проста, зроблена зі звичайної дроту для рояльних струн, вона загартована дуже хитрим способом (яким - ГТ). Не важко уявити, що при такій шаленій швидкості обертання, сама центрифуга повинна бути не просто міцною, а надміцної.

Корпуси роторів теж спочатку були металеві, поки на зміну їм не прийшов ... вуглепластик. Легкий і Особопрочних на розрив, він є ідеальним матеріалом для циліндра, що обертається.

Згадує Генеральний директор УЕХК (2009-2012) Олександр Куркін: «Доходило до смішного. Коли відчували і перевіряли нове, більш «спритний» покоління центрифуг, один зі співробітників не став чекати повної зупинки ротора, відключив її з каскаду і вирішив перенести на руках на стенд. На замість руху вперед, як не впирався, він з цим циліндром в обнімку, став рухатися назад. Так ми на власні очі переконалися, що земля обертається, а гіроскоп, це велика сила. »

Хто винайшов?

О, це загадка, занурена в таємницю і загорнувшись невідомістю. Тут вам і німецькі полонені фізики, ЦРУ, офіцери СМЕРШу і навіть збитий льотчик-шпигун Пауерс. А взагалі принцип газової центрифуги описаний ще в кінці 19-го століття.

Ще на зорі атомного проекту інженер Особливого конструкторського бюро Кіровського заводу Віктор Сергєєв пропонував центріфужний метод поділу, але спочатку його ідею колеги не схвалювали. Паралельно над створенням розділової центрифуги в спеціальному НДІ-5 в Сухумі билися вчені з переможеної Німеччини: доктор Макс Штеенбек, який за часів Гітлера працював провідним інженером Siemens, і колишній механік «Люфтваффе», випускник Віденського університету Гернот ЦІППО. Всього в групу входило близько 300 «вивезених» фізиків.

Згадує генеральний директор ЗАТ «Центротех-СПб» ГК «Росатом» Олексій Калітеевскій: «Наші фахівці прийшли до висновку, що німецька центрифуга абсолютно непридатна для промислового виробництва. В апараті Штеенбек не було системи передачі частково збагаченого продукту в наступний щабель. Пропонувалося охолоджувати кінці кришки і заморожувати газ, а потім його розморозити, зібрати і пустити в наступну центрифугу. Тобто, схема непрацездатна. Однак у проекті було кілька дуже цікавих і незвичайних технічних рішень. Ці «цікаві і незвичайні рішення» були з'єднані з результатами, отриманими радянськими вченими, зокрема з пропозиціями Віктора Сергєєва. Умовно кажучи, наша компактна центрифуга - на третину плід німецької думки, а на дві третини - радянської ». До речі, коли Сергєєв приїжджав до Абхазії і висловлював тим же Штеенбек і ЦІППО свої думки з приводу відбору урану, Штеенбек і ЦІППО відмахнулися від них, як від нездійсненних.

Отже що ж придумав Сергєєв.

А пропозиція Сергєєва полягало в створенні відбірників газу у вигляді трубок Піто. Але доктор Штеенбек, що з'їв зуби, як він вважав, на цій темі, проявив категоричність: «Вони стануть гальмувати потік, викликати турбулентність, і ніякого поділу не буде!» Через роки, працюючи над мемуарами, він про це пошкодує: «Ідея, гідна того, щоб виходити від нас! Але мені вона в голову не приходила ... ».

Пізніше, опинившись за межами СРСР Штеенбек центрифугами більше не займався. А ось Геронт ЦІППО перед від'їздом до Німеччини мав можливість ознайомитися з досвідченим зразком центрифуги Сергєєва і геніально простим принципом її роботи. Опинившись на Заході, «хитрий ЦІППО», як його нерідко називали, запатентував конструкцію центрифуги під своїм ім'ям (патент №1071597 від 1957 року народження, заявлений в 13 країнах). У 1957 році, переїхавши в США, ЦІППО побудував там працюючу установку, відтворивши по пам'яті дослідний зразок Сергєєва. І назвав її, віддамо належне, «Російської центрифугою» (на фото).

Наші дні

На цьому тижні автор цих рядків був присутній на знаменну подію - закриття російського офісу спостерігачів міністерства енергетики США по контракту ВЗУ-НОУ. Ця угода (високозбагачений уран - низькозбагачений уран) була, так і залишається найбільшим угодою в галузі ядерної енергетики між Росією і Америкою. За умовами контракту російські атомники переробили 500 тонн нашого збройового (90%) урану в паливний (4%) ДФУ для американських АЕС. Доходи за 1993-2009 роки склали 8,8 млрд. Доларів США. Це стало логічним результатом технологічного прориву наших ядерників в області поділу ізотопів, зробленого в післявоєнні роки.
На фото: каскади газових центрифуг в одному з цехів УЕХК. Тут їх близько 100 000 шт.

Завдяки центрифуг ми отримали тисячі тонн щодо дешевого, як військового, так і комерційного продукту. Атомна галузь, одна з небагатьох, що залишилися (військова авіація, космос), де Росія утримує незаперечне першість. Одних тільки зарубіжних замовлень на десять років вперед (з 2013 року по 2022 рік), портфель «Росатома» без урахування контракту ВЗУ-НОУ становить 69,3 мільярда доларів. У 2011 році він перевалив за 50 мільярдів ...
На фото склад контейнерів з ДФУ на УЕХК.

Це я все до чого: 28 вересня 1942 року було прийнято постанову Державного Комітету Оборони № 2352сс «Про організацію робіт по урану». Ця дата вважається офіційним початком відліку історії атомної галузі Росії. Так що, зі святом, атомники!
Дякуємо за увагу.