В данный момент спросом в мире пользуются следующие виды обогащенного урана:
- 1. Природный уран (0,712%). Тяжеловодные реакторы (PHWR), например CANDU
- 2. Слабо-обогащенный уран (2-3%, 4-5%). Реакторы типа вода-графит-цирконий, вода-вода-цирконий, реакторы ВВЭР, PWR, РБМК
- 3. Средне обогащённый уран (15-25%), Быстрые реакторы, реакторы транспортных (ледоколы, ПАТЭС) ЯЭУ
- 4. Высокообогащенный уран (>50%), ТрЯЭУ (подлодки), исследовательские реакторы.
Природный уран проходит только по первому пункту. Если предположить, что у нас в мире потребители урана это только коммерческие реакторы, то PHWR из них — это менее 10%. А если считать все остальное (транспортные, исследовательские) то… короче говоря природный уран ни к селу ни к городу. А значит почти любой потребитель требует наращивания процентного содержания легкого изотопа в смеси 235-238. Более того, уран используется не только в ядерной энергетике, но и в производстве брони, боеприпасов, и еще кое-чего. А там лучше иметь обедненный уран, что в принципе требует тех же процессов, только наоборот.
Про методы обогащения и будет статья.
В качестве сырья для обогащения используют не чистый металлический уран, а гексафторид урана UF6, который по совокупности свойств является наиболее подходящим химическим соединением для изотопного обогащения. Для химиков отметим, что фторирование урана происходит в вертикальном плазменном реакторе.
Несмотря на все обилие методов обогащения на сегодняшний день только две из них используются в промышленных масштабах — газовая диффузия и центрифуги. В обоих случаях используется газ — UF6.
Ближе к делу о разделении изотопов. Для любого метода эффективность разделения изотопов характеризуется коэффициентом разделения ? – отношение доли «легкого» изотопа в «продукте» к его доле в первичной смеси.
Для большинства методов ? лишь немного больше единицы, поэтому для получения высокой изотопной концентрации единичную операцию разделения изотопов приходится многократно повторять (каскады). Например, для газодиффузионного метода ?=1.00429, для центрифуг значение сильно зависит от окружной скорости – при 250м/с ?=1.026, при 600м/с ?=1.233. Только при электромагнитном разделении ? составляет 10—1000 за 1 цикл разделения. Сравнительная таблица по нескольким параметрам будет в конце.
Весь каскад машин по обогащению всегда разбит на ступени. В первой ступени каскада разделения поток исходной смеси разбивается на два потока: обедненный (удаляемый из каскада), и обогащенный. Обогащенный подается на 2-ю ступень. На 2-й ступени однажды обогащенный поток вторично подвергается разделению:
обогащенный поток 2-й ступени поступает на 3-ю, а ее обедненный поток возвращается на предыдущую (1-ю) и т.д. С последней ступени каскада отбирается готовый продукт с требуемой концентрацией заданного изотопа.
Коротко расскажу про основные методы разделения, применявшиеся когда либо в мире.
Электромагнитное разделение
По этому методу возможно разделить компоненты смеси в магнитном поле, причем с высокой чистотой. Электромагнитное разделение является исторически первым методом, освоенным для разделения изотопов урана.
Поскольку разделение можно выполнить с ионами урана, то конверсия урана в UF6 в принципе — не обязательна. Этот метод дает высокую чистоту, но низкий выход при больших энергозатратах. Вещество, изотопы которого требуется разделить, помещается в тигель ионного источника, испаряется и ионизуется. Ионы вытягиваются из ионизационной камеры сильным электрическим полем. Ионный пучок попадает в вакуумную разделительную камеру в магнитном поле Н, направленном перпендикулярно движению ионов. В результате ионы движутся по своим окружностям с различными (в зависимости от массы) радиусами кривизны. Достаточно взглянуть на картинку и вспомнить школьные уроки, где все мы считали, по какому радиусу полетит электрон или протон в магнитном поле.
Схема, демонстрирующая принцип электромагнитного разделения.
Преимущество способа – использование относительно простой технологии (калютроны: CALifornia University).
Применялся для обогащения урана на заводе Y-12 (США), имел 5184 разделительные камеры — «калютроны», и впервые позволил получить килограммовые количества 235U высокого обогащения – 80% или выше.
В Манхэттенском проекте калютоны использовались после термодиффузии – на альфа-калютроны поступало сырье 7% (завод Y-12) и обогащась до 15%. Уран оружейного качества (до 90%) получался на бета-калютронах на заводе Y-12. Альфа и бета калютроны не имеют ничего общего с альфа и бета частицами, просто это две «линии» калютронов, одна для предварительного, вторая для конечного обогащения.
Метод позволяет разделять любые комбинации изотопов, обладает очень высокой степенью разделения. Двух проходов достаточно для обогащения выше 80% из бедного вещества с исходным содержанием менее 1%. Производительность определяется значением ионного тока и эффективностью улавливания ионов — до нескольких граммов изотопов в сутки (суммарно по всем изотопам).
Один из цехов электромагнитного разделения в Ок-Ридже (США)
Гигантский альфа-калютрон того же завода
Диффузионные методы
Диффузионные методы применялись для начального обогащения. На ряду с электромагнитным методом – исторически один из первых. Под диффузионным методом обычно понимают газовую диффузию – когда гексафторид урана нагревают до определенной температуры и пропускают через «сито» — специальной конструкции фильтр с отверстиями определённого размера.
Коротко из доклада Кокоина (6 сентрябра 1945 года):
Если пропускать газ, состоящий из двух сортов молекул (в нашем случае двух изотопов), через малое отверстие или через сетку, состоящую из большого числа малых отверстий, то оказывается, что более легкие молекулы газа проходят в большем количестве, нежели тяжелые. Существенно отметить, что это явление имеет место только тогда, когда молекулы проходят через отверстие, не сталкиваясь в нем,… т.е., когда длина свободного пробега молекулы больше диаметра отверстия. Соответственно, газ, прошедший мимо сеток, оказывается обедненным легкими молекулами. Практически же всегда имеет место обратное просачивание газа сквозь сетку, вследствие чего в действительности увеличение концентрации легкого изотопа (обогащение) оказывается несколько меньшим.
Ключевым моментом тут является фраза про размер отверстий. Первоначально сетки делали механическим способом, как сейчас – никто не знает. Более того материал — должен работать при повышенной температуре, а сами отверстия не должны закупориваться, из размер не должен меняться под действием коррозии и др. Технологии изготовления диффузионных барьеров засекречены до сих пор – такие же ноу-хау, как и с центрифугами.
Подробнее под спойлером, из того же доклада.
В качестве газа мы употребляем шестифтористый уран. Это соль, обладающая довольно высокой упругостью пара при комнатной температуре. Что касается сеток, то к ним предъявляется требование, чтобы диаметр отверстия их был меньше длины свободного пробега молекул шестифтористого урана. Последняя, как это хорошо известно, обратно пропорциональна давлению газа. При атмосферном давлении длина свободного пробега молекул приблизительно равна 1/10000 мм. Поэтому, если бы мы умели делать тонкую сетку с отверстиями меньше 1/10 000 мм, мы могли бы работать с газом при атмосферном давлении.
В настоящее время мы научились делать сетки с отверстиями около 5/1000 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. Многократное обогащение газа при непрерывном процессе работы может быть осуществлено при помощи каскадной установки, состоящей из большого числа ступеней, соединенных последовательно. 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. Общая площадь сеток (площадью сеток определяется производительность всей установки) составит около 8000 м2. Общая мощность, расходуемая компрессорами, составит 20 000 кВт.
К тому же хороший вакуум, что требует достаточно большой мощности компрессорного оборудования, и наличие большого количества аппаратуры контроля герметичности (что, в принципе в современном мире не проблема, но в статье речь шла о послевоенном времени где надо было все, сразу и быстро).
Применялся как одна из первых ступеней обогащения. В Манхэттенском проекте завод К-25 обогащал уран с 0.86% до 7%, далее сырье шло на калютроны. В СССР – многострадальный завод Д-1, а так же последовавшие за ним заводы Д-2 и Д-3, и так далее.
Так же под «диффузионным» методом разделения иногда понимают жидкостную диффузию – тоже, только в жидкой фазе. Физический принцип — более легкие молекулы собираются в более нагретой области. Обычно разделительная колонка состоит из двух коаксиально расположенных труб, в которых поддерживаются различные температуры. Разделяемая смесь вводится между ними. Перепад температур ?Т приводит к возникновению конвективных вертикальных потоков, а между поверхностями труб создаётся диффузионный поток изотопов, что приводит к появлению разности концентрации изотопов в поперечном сечении колонки. Вследствие этого более лёгкие изотопы накапливаются у горячей поверхности внутренней трубы и движутся вверх. Термодиффузионный метод позволяет разделять изотопы как в газообразной, так и в жидкой фазе.
В Манхэттенском проекте это завод S-50 – он обогащал природный уран до 0.86%, т.е. всего в 1.2 раза увеличивал обогащение по пятому урану. В СССР работы по жидкостной диффузии велись Радиевым институтом в послевоенное время, но никакого развития это направление не получило.
Каскад машин газодифузионного разделения изотопов.
Подписи на патенте — Ф. Саймон, К. Фукс, Р. Пайерлс.
Аэродинамическая сепарация
Аэродинамическая сепарация это своего рода вариант центрифугирования, но вместо закручивания газа он завихряется в специальной форсунке. Вместо тысячи слов – см. рисунок, т.н. «сопло Беккера» для аэродинамического разделения изотопов урана (смесь водорода и гексафторида урана) при пониженном давлении. Гексафторид урана очень тяжелый газ и приводит к износу мелких деталей форсунок (см. масштаб), и может переходит в твёрдое состояние на участках повышенного давления (например на входе в форсунку), поэтому гексафторид разбавляют водородом. Понятно, что при 4% содержании сырья в газе, да еще и пониженном давлении эффективность такого способа не велика. Развивалась этот способ пытались в ЮАР и ФРГ.
Все что вам нужно знать о аэродинамической сепарации есть на этой картинке
Варианты форсунок
Газовое центрифугирование
Наверное каждый человек (а гик уж и подавно!) слышавший хоть раз атомную энергетику, бомбы и обогащение, в общих чертах знает что такое центрифуга, как она работает и что в конструировании таких приборов есть много сложностей, секретов и ноу-хау. Поэтому про газовое центрифугирование скажу буквально пару слов. Однако, чесно говоря, газовые центрифуги имеют очень богатую историю развития и заслуживают отдельной статьи.
Принцип работы – разделение за счет центробежных сил в зависимости от абсолютной разницы в массе. При вращении (до 1000 об/с, окружная скорость – 100 — 600 м/с) более тяжелые молекулы уходят на периферию, более легкие – в центре (у ротора). Этот метод на данный момент является самым продуктивным и дешевым (исходят из цены $/EPP).
Гугл изибилует схематичными картинками устройства центрифуги, я лишь приведу пару фотографий как выглядит собранный каскад. В таком помещении кстати говоря достаточно жарко – гексафоторид урана там находится далеко не при комнатной температуре, и весь такой каскад нужно еще и охлаждать.
Каскад центрифуг фирмы URENCO. Большие, метра под 3 в высоту.
Бывают и поменьше, около полуметра. Наши отечественные.
Для понимания масштабов, или что такое «цех от горизонта до горизонта».
Лазерное обогащение
Физический принцип лазерного обогащения в том, что атомные энергетические уровни различных изотопов незначительно отличаются.
Этот эффект может быть использован для разделения U-235 от U-238, как в атомарном — AVLIS, так и в молекулярном виде — МLIS.
В методе используются пары урана, и лазеры, которые точно настроены на определенную длину волны, возбуждая атомы именно 235-го урана. Далее ионизированные атомы удаляются из смеси электрическим или магнитным полем.
Технология очень простая, и, вобще говоря, не требует каких то супер-сложных механических устройств типа диффузионных сеток или центрифуг, одна есть и другая проблема.
В сентябре 2012 года компания Global Laser Enrichment LLC (GLE) – консорциум General Electric, Hitachi и Cameco – получила лицензию Комиссии по ядерному регулированию (NRC) США на строительство лазерного разделительного завода мощностью до 6 млн ЕРР на площадке действующего совместного предприятия GE, Toshiba и Hitachi по фабрикации топлива в Уилмингтоне, штат Северная Каролина. Планируемое обогащение — до 8%. Однако лицензирование приостановили — по причине проблем с распространением технологии. Современные технологии обогащения (диффузионная и центрифугирование) требуют специального оборудования, настолько специального, что, вобще говоря, при желании через мониторинг международных контрактов можно косвенно предположить, кто собирается «по тихому» (без ведома МАГАТЭ) обогащать уран или вести работы по этому направлению. И такой мониторинг действительно ведется. В случае, если лазерный метод обогащения докажет свою простоту и эффективность, работы по оружейному урану могут начать вести там, где это не очень нужно. Поэтому пока лазерный метод как то подминают.
К лазерным методам можно отнести так же и молекулярный метод, основанный на том, что на инфракрасных или ультрафиолетовых частотах происходит избирательное поглощение газом 235UF6 инфракрасного спектра, что в дальнейшем позволяет использовать метод диссоциации возбужденных молекул или химическое разделение.
Относительное содержание U-235 может быть увеличено на порядок уже в первой стадии. Таким образом, одного прохода достаточно, чтобы обеспечить обогащение урана, достаточное для ядерных реакторов.
Пояснения к «молекулярному» методу с химическим разделением.
Преимущества лазерного обогащения:
- Потребление электроэнергии: в 20 раз менее, чем для диффузии.
- Каскадность: число каскадов (от 0,7% до 3-5% по U-235) – менее 100, по сравнению с 150 000 центрифуг.
- Стоимость завода – существенно меньше.
- Экологичность: вместо гексафторида урана используется менее опасный металлический уран.
- Потребность в природном уране – на 30% меньше.
- На 30% меньше хвостохранилищ (хранилища отвала).
Сравнение показателей различных методов
Обогащение урана в России
В настоящее время в России действует четыре обогатительных комбината:
- АО «Ангарский электролизный химический комбинат» (г. Ангарск, Иркутсткая область),
- АО «ПО «Электрохимический завод» (г. Зеленогорск, Красноярский край),
- АО «Уральский электрохимический комбинат» (г. Новоуральск, Свердловская область),
- АО «Сибирский химический комбинат» (г. Северск, Томская область).
Россия обладает мощнейшей индустрией разделения изотопов ~40% мирового рынка, базирующемся на наиболее экономичном (на сегодня) центрифужном методе.
На 2000г. мощности по обогащению в России распределены следующим образом: 40% — для собственных нужд, 13% — для переработки отвалов зарубежных пользователей, 30% — для переработки ВОУ и НОУ, и 17% — на внешние заказы. Все это — мирный атом. Производство обогащенного урана для военных целей у нас прекращено с 1989г. К 2004г. 170 т (из ~500 т) ВОУ (высоко обогащенного урана) было переработано по соглашению ВОУ-НОУ.
На этом все. Спасибо за внимание.
Комментарии (48)
olekl
16.09.2015 16:26+2" В случае, если лазерный метод обогащения докажет свою простоту и эффективность, работы по оружейному урану могут начать вести там, где это не очень нужно. По этому пока лазерный метод как то подминают." — офигеть как эффективно…
baldr
16.09.2015 21:06По-моему принцип вполне понятна даже из картинки и грамотный специалист в Северной Корее вполне может собрать такую установку.
VenomBlood
16.09.2015 23:38-1Обогатить уран не достаточно, надо еще грамотно сделать детонационную схему (желательно имплозийную) и после этого крайне важно чтобы ракета хотябы за пределы пхеньяна успела вылететь прежде чем упадет (а еще ее сбить могут).
Но в целом да, никто не хочет предоставлять психически неуравновешенным режимам даже частично технологии производства оружия массового уничтожения.
egigd
17.09.2015 03:58+1Если использовать именно обогащённый уран, то схему может собрать компания студентов, почитавшая Википедию и подобные ей источники.
Там работоспособна пушечная схема сборки, предельно простая в реализации и надёжная (на Хиросиму бомбу этой схемы сбросили без испытаний на полигоне, и так ясно было, что сработает).
Конечно, она малоэффективна, но при наличии большого количества дешёвого высокообогащённого урана это не проблема.VenomBlood
17.09.2015 04:38Вообще я конечно несколько поторопился и ответил по сути за бомбы/ракеты.
Имея большое количество дешевого высокообогащенного урана террористы могут устроить дикое заражение местности наработав из этого урана сильно радиоактивных изотопов. Для этого не нужно ни бомб делать ни ракет, и эффект обнаружится когда уже поздно будет.egigd
17.09.2015 05:00Грязную бомбу можно сделать гораздо проще: воруешь РИГЭГ (их по России сотни бесхозных, прецеденты кражи их частей известны) — и вот тебе куча стронция-90.
Но «беда» «грязной бомбы» в том, что она убивает своего создателя раньше, чем он успевает её применить (все похитители частей РИТЭГов были найдены мёртвыми).
Ну и реактор для наработки изотопов можно на природном уране запустить. Собственно так и делали. Всего-то чистый графит нужен, в наше время это не проблема.
veam
17.09.2015 07:12-1Без нейтронного запала получится хлопушка мощностью единиц тонн тротила.
А его сделать достаточно сложно.egigd
17.09.2015 07:18Нет, при пушечной сборке в нём нет нужды, т.к. уран не сжимается, а собирается из отдельных кусков в стабильную конструкцию. Она вполне спокойно «доживает» до спонтанного деления одного из атомов урана.
Да и сделать его достаточно просто: иголки, покрытые с боков полонием-210, упираются в покрашенный кусок бериллия. В момент сжатия заряда иголки вдавливаются в бериллий и тот начинает испускать нейтроны. Так в «Гаджете» и «Толстяке» делали. По современным меркам примитивно, но работает.veam
17.09.2015 08:16Я читал, что в первой урановой бомбе тоже был нейтронный запал.
А проблема его изготовить в том, что полоний или тритий очень сложно достать.egigd
17.09.2015 17:53+2Был «на всякий случай».
Полоний можно купить в интернете…
А уж имея высокообогащённый уран сделать реактор и наработать полоний — это вообще задача для школьника.
Тритий — аналогично. У меня на ключах колба с тритием висит.veam
17.09.2015 19:2550 кюри полония в интернете покупать?
Реактор минимум на 100 мегаватт школьником строить?
Не позорьтесь.egigd
17.09.2015 20:3850 кюри — это для имплозионной схемы нужно.
Откуда «минимум 100 мегаватт»?..
Те же 50 кюри полония — это 10 мг. Чтобы его произвести нужно вызвать деление в примерно таком же количестве урана-235 (напоминаю, он у нас высокообогащённый, никакого паразитного поглощения нейтронов в уране-238 нет). Это даст выделение энергии в количестве 230 кВт·ч. Т.е. 1 кВт реактор наработает нам 10 мг полония за полторы недели.veam
17.09.2015 20:46-1Ну и как это сделать на практике?
Сделать значит реактор из сотен килограммов оружейного урана с Bi-209 в качестве теплоносителя. А этот уран-то по миллиону долларов за кг.
Потом как-то запустить реактор и охлаждать.
Потом получить адски радиоактивный теплоноситель и сам уран, из этой тонны как-то выделить 10 мг полония. Уран потом будет запорот адской радиоактивностью.
Задача как раз для школьника, да.egigd
17.09.2015 20:59+1Не сотен, а лишь нескольких килограмм. У нас в институте 2,5 МВт реактор содержит лишь 3,5 кг оружейного урана.
Теплоноситель — вода. Из под крана. Сливаемая в канализацию (мы же террористы, нам на загрязнение пофиг). 1 кВт отвести — не проблема.
А висмут — бланкет, окружает со всех сторон активную зону, собирая вылетающие из неё нейтроны. Естественно, его тоже никакие не тонны.
А на счёт цены, так вы вводную вообще читали?.. «при наличии большого количества дешёвого высокообогащённого урана».veam
17.09.2015 21:08-1Все равно почти нереально, я считаю.
Что-то такое приспособить разве что, если параметры импульса подойдут.
www.vniia.ru/ng/element.htmlegigd
17.09.2015 22:32Ещё раз: нам вообще не нужен нейтронный инициатор для пушечной сборки.
Единственное, что действительно нереально, так это получить втихаря уран оружейного качества при текущих технологиях. Но ежели развитие технологий лазерного обогащения сделает это возможным, то и реактор и бомба будут простейшим делом.
Вот только лазерный метод разделения предполагает хоть и компактное и энергоэкономичное производство, но сверхвысокотехнологичное. Потребуются лазеры с перестраиваемой длиной волны огромной мощности. Это по силам крупной высокотехнологичной корпорации, по силам стране, но моджахеды в ближайшем ауле никак не осилят.
Что же до стан, то даже Северная Корея осилила ядерное оружие без технологии лазерного разделения. В конце концов, это технология семидесятилетней давности! Любая страна при наличии политической воли может создать ядерное оружие уже сейчас.
mphys
18.09.2015 00:16-1Как студент кафедры «Ядерные реакторы и установки» и работник атомной отрасли я вас заявляю что у вас через чур примитивные представления о устройте и принципе работы ядерного реактора.
egigd
18.09.2015 00:20Как инженер-физик по специальности «Физика атомного ядра и частиц» и магистр по специальности «Ядерная физика и технологии» заявляю: нет, не примитивные.
veam
17.09.2015 08:23Про «дожитие до первого деления» вы ошибаетесь. Назначение запала — заставить бомбу выделить всю энергию резко, чтобы не допустить разлета вещества. Почитайте в википедии например, почему плутоний-240 является вредной примесью для оружейного плутония (да-да, именно из-за спонтанного нейтронного фона в районе около 130 нейтронов на килограмм в секунду).
egigd
17.09.2015 18:02Плутоний-240 вызывает начало реакции ещё до того, как заряд собрался в максимально плотное состояние. Именно в этом проблема.
Вторая проблема С ИМПЛОЗИВНОЙ СХЕМОЙ — максимально плотное состояние само по себе сохраняется микроскопическое время. И именно тогда надо начать реакцию.
С пушечной сборкой урана обеих проблем нет: собственный фон мал, а максимально плотное состояние стабильно.
Что до скорости развития реакции, то эффективность пушечной схемы без инициатора на порядок ниже, чем имплозивной с нейтронным генератором. Но это компенсируется тем, что урана в бомбе на порядок больше. С нейтронным инициатором и имплозией успевает прореагировать 20% от 8 кг плутония, а без него в пушечной схеме — 2% от 60 кг урана. Мощность в итоге примерно одинаковая (20 кт у плутония и 15 кт у урана).veam
17.09.2015 19:22С чего это вы взяли, что 15 кт получается «без него»?
egigd
17.09.2015 20:28+1Вы тут мне говорили «Почитайте в википедии например». Вот и я вам так отвечу:
«An initiator is not strictly necessary for an effective gun design,[1][2] as long as the design uses „target capture“ (in essence, ensuring that the two subcritical masses, once fired together, cannot come apart until they explode). Considering the 70 spontaneous fissions per second, this only causes a delay of a few times 1/70 second, which in this case does not matter».
en.wikipedia.org/wiki/Gun-type_fission_weapon
Хотя, конечно, можно почитать и первоисточник:
«Once a supercritical mass is assembled, neutrons must be injected to start the chain reaction.
This is not really a problem for a gun type weapon, since the design allows the supercritical mass to remain in the fully assembled state indefinitely. Eventually a neutron from the prevailing background is certain to cause a full yield explosion».
nuclearweaponarchive.org/Nwfaq/Nfaq4-1.html
veam
17.09.2015 20:10А глупые американцы-то этого и не знали.
И зачем-то пихали в каждое свое устройство на основе пушечной схемы этот самый инициатор.
Ну тупые!
www.galich44.ru/phpbb/files/little_boy_149.jpg
www.galich44.ru/phpbb/files/oe_w48_473.jpgegigd
17.09.2015 20:29Они прекрасно знали. И, как я уже писал выше, вставили его туда «на всякий случай». Уже в самом конце разработки.
vanxant
17.09.2015 01:35+3Ну вот примерно так оно все и устроено. Посмотрел картинки в популярной статье и повторил. Зачем тратить 6 лет на учебу в элитном ВУЗе и еще 10-15 на практику на заводе?
svd71
17.09.2015 08:19Не то слово. Как показывает российская практика, неприятные моменты могут последовать для автора поста в виде «обвинения в разглашении гостайны»
amarao
16.09.2015 22:12-4А где арудуино или малинка, плюс фотки «собрал на коленке на кухне»? Ни 3д печати, ничего. Сплошной скучный атомный прошлый век.
mphys
18.09.2015 00:20Ну давайте дальше жечь уголь, будем жить как в Пекине. Тогда и вспомните про прошлый век.
amarao
18.09.2015 02:10-1Я к тому, что в XXI веке обогащение урана должно делаться в домашних условиях с помощью хипстерской штуке на ардуинке и второй хипстерской штуке, напечатанной на 3D-принтере.
egigd
17.09.2015 04:56+1Например, для газодиффузионного метода ?=1.00429
Эх, если бы так…
Берём 1,004, возводим в степень 1500, получаем почти 400. Т.е. полторы тысячи сеток хватило бы для производства высокообогащённого урана из обеднённого!
На самом деле там всё в разы хуже, а это — лишь теоретический предел.
В первой ступени каскада разделения поток исходной смеси разбивается на два потока: обедненный (удаляемый из каскада), и обогащенный. Обогащенный подается на 2-ю ступень.
Вы тут в корне неправы.
Будь так, 95-99,5% урана-235 удалялось бы в отходы.
Реально исходную смесь подают куда-то в середину каскада, а не в первую ступень.
Каскадность: число каскадов (от 0,7% до 3-5% по U-235) – менее 100, по сравнению с 150 000 центрифуг.
Так только что говорили, что одного каскада хватит до 7% обогатить, а тут до 3-5% — менее 100. Безусловно, 1 — это менее 100. Но как-то странно написано… Это раз.
Два: «для центрифуг значение сильно зависит от окружной скорости – при 250м/с ?=1.026, при 600м/с ?=1.233». Не сложно посчитать, что всего десяток каскадов 600 м/с центрифуг даёт нужный результат. Для 250 м/с — сотня каскадов.
150 000 — это число центрифуг на заводе, а не одна цепочка каскадов. Т.е. это огромное число параллельных цепочек, необходимых для массового производства ядерного топлива.
Дело в том, что при прекрасном коэффициенте разделения газовые центрифуги имеют мизерную производительность в плане объёмов.mphys
18.09.2015 00:23Эх, если бы так…
Берём 1,004, возводим в степень 1500, получаем почти 400. Т.е. полторы тысячи сеток хватило бы для производства высокообогащённого урана из обеднённого!
Число ? — коэффициент для одной машины. Явно я это не указал (забыл) но думаю и так всем кроме вас понятно, что именно по этому их и объединяют в каскады (по 1500 штук) чтобы в сумме (а не на одной разделительной машине) получить те самые 400.egigd
18.09.2015 07:07Вы, похоже, даже не поняли смысла моего комментария…
Смысл в том, что 1500 сеток едва осиливают сделать низкообогащённый уран из природного, а никак не высокообогащённый из обеднённого. Из-за того, что реально сетки от силы 1,001 дают.
wormball
17.09.2015 06:03> Схема, демонстрирующая принцип электромагнитного разделения.
Очень плохая схема. Траектории изотопов показаны в корне неверно.
Igor0261
27.09.2015 21:27Я не то чтобы специалист, но мне непонятно почему все, такие умные, не заметили явную неправду в тексте автора, то что реакторы на быстрых нейтронах (далее РБН) требуют высоко обогащенного топлива.
Я то, как чайник думал что РБН могут использовать даже искусственно обедненный уран потому что сами для себя нарабатывают делящийся материал, потому то их и называют бридерами.
Я вообще был уверен что будущее ядерной энергетики не в том чтобы разделять изотопы, а в том чтобы использовать неактивные материалы типа U238 и Th232 с последующим чисто химическим разделением продуктов распада.
Все эти заводы по разделению изотопов должны или уйти в прошлое, или быть вынесены в космос.
Но политические соображения похоронили производство плутония… а зря!
tambourine
04.10.2015 05:19реакторы на быстрых нейтронах действительно требуют высокого обогащения топлива и на обедненке не работают. Как из обедненки взять начальное количество нейтронов, необходимое для запуска процесса? Известный канадский реактор Канду (не являющийся, кстати РБН), работающий на природном уране, для этого использует тяжелую воду, которую получить — тоже большая проблема.
Igor0261
04.10.2015 10:26!!!
tambourine, такого глубокого непонимания сути я и не предполагал…
Извините, но спросите сами себя,
а для чего вообще нужны реакторы на быстрых нейтронах (далее РБН).
Вся суть РБН в том что они сами нарабатывают делящийся материал из неделящегося.
Fast Breeder Reactor (FBR). Breeder — размножитель.
В принципе в любом урановом реакторе происходит наработка плутония 239(239Pu), но в РБН создаются такие условия при котором что активного материала нарабатывается существенно больше чем сжигается.
Разделить уран и плутоний радикально проще чем отделить 238U от 235U,
и смешав плутоний с не обогащенным ураном получают топливо которое можно опять загрузить в реактор (MOX топливо). Таким образом применение РБН позволяет полностью отказаться от процесса разделения изотопов урана. Но конечно в самом начале необходима «зажигалка», заряд высокоактивного материала для начала процесса.
То есть были времена когда плутоний шел исключительно на изготовление бомб ни кто даже и не думал использовать его как топливо для реакторов, требовался высокообогащенный уран,
но теперь плутоний извлекают из боезарядов и делают так называемое МОХ топливо.
Кстати, в РБН нерационально использовать для охлаждения воду.
Кстати, жесткий режим работы РБН может использоваться так же для дожигания радиоактивных отходов и для получения материалов с наведенной вторичной радиацией, (например производство ядерных батареек из никеля, очень безопасных и компактных.)
Основная причина неиспользования РБН чисто политическая, потому что в каждом РБН в цикле задействовано около 6 тон плутония который легко и быстро можно превратить в бомбы… много бомб.tambourine
04.10.2015 10:51вы можете сколь угодно распинаться, но я как технолог по производству ядерного топлива для БН могу сказать одно: для реакторов БН (600 и начальная загрузка 800) используется уран с довольно высоким (в несколько раз большим, чем для ВВЭР) обогащением. Точка.
Igor0261
04.10.2015 19:39Ну я не специалист, но хотелось бы спросить:
А куда же девается наработанный 239Pu?
Тем более что в РБН его образуется даже больше чем нужно для продолжения работы.
Я где то читал что сейчас 239Pu извлекают из боезарядов и смешав с ураном делают так называемое МИХ топливо.
А еще читал про концепцию реактора на бегущей волне (реактор-самоед, реактор Феоктистова)… но как я понимаю это пока только теория.
В любом случае я не понимаю зачем нужны РБН если они не нарабатывают топливо хотя бы для себя.
Так все таки куда же на самом деле уходит плутоний?
Мы что, продолжаем делать бомбы?
Вы могли бы поделиться информацией о том что же на самом деле происходит в ядерной энергетике.
У меня со стороны создается впечатление что развития почти нет.
Почти…mphys
04.10.2015 20:40Идея наработки «на себя» сейчас реализуется в реакторе БРЕСТ-ОД-300. Там КВ=1.04.
Плюсы РБН не только в КВ, это очень комплексный процесс который так вот однозначно не опишешь. Есть много статей на эту тему, в некоторых даже стараются что то обьянить. Как правило про КВ говорят неподготовленному читателю — потому что это просто и понятно, и вроде как сразу все понимают что «РБН это круто потому что топливо бесконечное». На деле, если добавить технологию, топливный цикл, конструкцию, нейтронную физику, материаловедение, химию, экономику, опыт работы и т.п… вылезает много ньюансов, как положительных, так и нет.
Сразу загрузить плутонием не получится просто потому что плутониевое топливо очень капризное — да и технологий нет. На отработку технологий оксидного топлива ушли десятилетие, даже нитридное уранове топливо только только еще проходит испытания. А уж про плутоний и говорить страшно, там проблем море, не на одно десятиление (теми темпами что мы сейчас работаем). По той же причине кроме Индии торием сейчас никто не занимается — лишнего десятилетия на отработку технологий нет ни у кого.tambourine
05.10.2015 03:07ну вообще вопрос начала эксплуатации реакторов БН на уран-плутониевом топливе в промышленном масштабе — это где-то год-полтора. Сейчас в БН-800 уже стоит несколько десятков сборок с МОКС-топливом. В этом смысле БРЕСТ-300 дальше от реальности (и проблем там куда больше), т.к. на нем даже не начаты общестроительные работы.
general
Как интереснее было бы учиться в школе, если бы вместо физики были уроки по обогащению урана, вместо пения — по игре на балалайке, а вместо биологии — по медведеведению.
Hvoinii
И опять сыграем в старую добрую игру – угадай родную страну автора по комментарию