Центробежная сила

29 сентября 2014, 00:00
  Урал

О международном опыте использования центрифужной технологии обогащения урана мы расспрашиваем Геннадия Соловьёва, советника гендиректора УЭХК по науке

Геннадий Соловьёв

— Геннадий Сергеевич, кто сегодня обладает центрифужной технологией обогащения урана?

— Во-первых, это наши четыре завода: УЭХК в Новоуральске (это крупнейшее в мире разделительное предприятие), Ангарский электролизный химический комбинат в Иркутской области, Сибирский химический комбинат в Северске Томской области и ПО «Электрохимический завод» в Зеленогорске Красноярского края.

Во-вторых, центрифужная технология есть у нашего основного конкурента на мировом рынке топливного урана — англо-немецко-голландского консорциума Urenco. У них три собственных завода в Европе: в Капенхерсте в Англии, в Альмело в Нидерландах и в Гронау в Германии. Кроме того, в 2010 году они начали строить совместный с американцами завод в штате Нью-Мексико (городок Юнис) с использованием тех же производимых в Европе центрифуг. На сегодня объявлено, что суммарная мощность четырех предприятий достигла 18 млн единиц работы разделения (ЕРР) в год.

В 2011 году французская Areva запустила первую очередь нового центрифужного завода Georges Besse II, и к 2016 году там планируют нарастить мощность до 7,5 млн ЕРР в год. Но технология у французов все та же: в 2006 году Areva приобрела у Urenco 50% акций предприятия Enrichment Technology Company по производству центрифуг. По сути, так Areva обеспечила себе доступ к центрифугам Urenco.

В 2011 году наш «Техснабэкспорт» ввел в строй четвертую (последнюю) очередь газоцентрифужного завода в Ханжунге в Китае — мы его возводили в рамках «оказания технического содействия КНР» по межправительственному соглашению 1992 года. Суммарная мощность разделительных предприятий, построенных Россией, небольшая — 1,5 млн ЕРР в год. Но в 2010 году китайцы заявили, что они сделали свою центрифугу, и в 2013 году даже запустили собственный промышленный каскад. Однако никакой конкретики китайцы не открывают, так что оценивать «самостоятельность» разработки я не возьмусь.

В 1990-х годах собственную центрифугу пытались сделать японцы. И поначалу им это удавалось, но потом они зашли в какой-то непреодолимый технологический тупик: они довели мощность своего завода до 1 млн ЕРР, а потом были вынуждены его остановить насовсем. Позже они пытались заключить соглашение с Urenco, но не вышло. Скорее всего, дело в потенциальной сейсмической опасности: Urenco производит высокие надкритические машины, очень чувствительные к малейшим колебаниям. Затем японцы хотели обратиться к нам, но тогдашний министр по атомной энергии Александр Румянцев запретил нам вести с ними переговоры о возможности совместного создания центрифуг.

Сейчас известна информация, что строится центрифужный завод в Бразилии. Объявлено, что запуск первой очереди мощностью 125 тыс. ЕРР в год запланирован на 2016 год. Известно, что небольшие центрифужные установки имеются в Иране, Индии, Пакистане и северной Корее, основанные на газоцентрифужной технологии, нелегально вывезенной с предприятий Urenco.

— А американцы?

— Собственной газоцентрифужной технологии в США до сих пор нет. В 1970-х годах, когда стало известно, что в СССР и Urenco используют газоцентрифужную технологию, в Штатах начались масштабные работы по созданию центрифуги. По разным оценкам, они вложили несколько миллиардов долларов, но в 1978 году проект закрыли, не добившись успеха. Недавно они снова реанимировали закрытые тогда исследования, и разработка снова ведется. Сейчас они пытаются сделать очень большую и эффективную центрифугу. В 2013 году в Штатах состоялся запуск пилотного каскада таких машин, в 2012 году произошла авария с разрушением нескольких центрифуг; но НИОКР по этому типу машин все равно продолжаются.

— Но почему американцы сразу не пошли по этому пути, ведь фундаментальные основы процесса были давно известны?

— В 1994 году на конференции в Чарльстоне (США) я делал доклад о газоцентрифужной технологии в России. Тогда мне задали примерно тот же вопрос, только с обратной стороны: меня спросили, как же СССР решился на внедрение этой сложной технологии, ведь газодиффузионную воплотить в жизнь намного проще. Я тогда ответил: наверное, мы просто были не такими богатыми, как Соединенные Штаты.

— Неужели они просто испугались сложности разработки?

— Тогда же была гонка вооружений, скорость промышленного воплощения была важнее экономики. В Манхэттенском проекте американцы перепробовали все физические методы разделения изотопов и пришли к выводу, что проще всего осуществима в промышленном масштабе газодиффузионная технология. А потом, потратив колоссальные деньги на отработку этого способа и создав мощнейшие заводы в Падуке и Портсмуте, не решались отказаться от уже наработанных производств — стоимость переключения на альтернативный метод производства была очень высокой.

Ну и создать центрифужную технологию действительно было тяжело. В газовой диффузии главное — научиться делать пористые разделительные мембраны (ширина ячейки — с молекулу); если научился, то конструкция у них несложная, и штамповать их можно быстро. А компрессоры для нагнетания газа уже давно умели делать. Разве что нужно было побольше и понадежнее, но это уже детали. К тому же, ремонт компрессора куда проще и понятнее, чем остановка каскада центрифуг. А центрифуга — сложное устройство, она крутится со скоростью более 1 тыс. оборотов в секунду, по техническому заданию на первый завод срок эксплуатации машины составлял 10 лет, сейчас — 30 лет. При этом важна надежность; начиная с машин шестого поколения выход из строя с вероятностью менее 0,1% в год. Это очень непростая техническая задача.

Кстати, когда американцы в конце 1980-х годов впервые приехали на наш завод и вошли в цех, где стояли центрифуги, (цех-53 — почти километровый корпус, оснащенный в три-четыре яруса центрифужными каскадами), то стали спрашивать, а работает ли вообще это оборудование. Потому что у нас в корпусе тишина и прохлада, а сотрудники на велосипедах ездят.

— С газовой диффузией не так?

— Совершенно по-другому. Я застал диффузию на УЭХК еще до появления полноценного центрифужного производства — впервые попал сюда в 1959 году. Я тогда проходил практику от физтеха УПИ как раз на газодиффузионном производстве — это постоянный шум от огромных компрессоров, которые гонят газ, и температура в цехе 30 — 35° С. А на современных газодиффузионных производствах температура зашкаливает за 80° С, и персонал работает только в защитных костюмах.

А американцам мы тогда дали слухачи — медные трубочки, которые можно приложить к нижней опоре центрифуги и услышать, как тонкая опорная иголочка ротора ходит по лейкосапфиру-подпятнику. Вот и весь шум.

— А альтернативные методы обогащения?

— После первой неудачи с центрифугой американцы переключились на лазерный метод разделения в атомных парах урана. Он с точки зрения физики на один акт деления должен иметь еще меньше затрат, даже чем при разделении центрифугой. Но теория — одно, а промышленное производство — другое. Дело в том, что для этого акта деления нужно использовать разреженный атомный пар, чтобы u-235 и u-238 по-разному ионизировать лазерным лучом. То есть уран надо испарить, а потом металл перевести в оксид — а это снова большие энергетические затраты. Короче говоря, выяснилось, что для организации технологического процесса снова оказывается куда больше затрат, чем при использовании центрифуг.

Еще в 1991 году на конференции в Вашингтоне оптимистичные доклады представлялись и американцами, и японцами, и англичанами: мол, уже работают опытные установки и лазерный метод вот-вот победит все прежние технологические наработки. А американцы даже показывали почти промышленные модули. Но ресурс работы лазеров такой установки американцы смогли довести только до одного года, а наши центрифуги работают по тридцать лет. К настоящему времени, все эти промышленные лазерные проекты по разделению в атомных парах постепенно затихли по всему миру — пока нерентабельно.

Например, в 2008 году была создана компания Global Laser Eurichment (является совместным предприятием компаний General Electric, Hitachi и Cameco), которая начала работу по коммерциализации лазерной технологии Silex лицензированной и зарегистрированной в Австралии компании Silex Systems Limited. Это вариант метода молекулярного лазерного разделения изотопов. Компанией в сентябре 2012 года получена лицензия на строительство и эксплуатацию завода установленной мощностью 6 млн ЕРР в год в Уилмингтоне (США). Однако в июле 2014 года было объявлено о приостановлении этого проекта.