Разделение изотопов урана

Промышленное разделение изотопов урана началось в США в рамках Манхэттенского проекта изготовления атомного оружия. В ноябре 1943 г. закончено строительство электромагнитного завода У-12 недалеко от Ок- Риджа. Идея метода основана на том факте, что более тяжёлый ион описывает в магнитном поле дугу большего радиуса, чем менее тяжелый. Таким путем можно разделить различные изотопы одного элемента. Работы велись под руководством изобретателя циклотрона Э. Лоуренса. Технологический процесс разделения изотопов урана был двухстадийиым (а- и р- стадии). Конструкция разделительной установки (калютрон) имела вид большого овала, состоящего из 96 магнитов и 96 приёмных камер («рейст- рек», т. е. гоночный трек). Завод У-12 состоял из пяти «-установок (каждая из 9 рейстреков), трёх p-установок с восемью рейстреками по 36 магнитов, химических и других вспомогательных корпусов. Калютрон имел гигантский электромагнит, длина которого достигала 75 м при весе около 4000 тонн. На обмотки для этого электромагнита пошло несколько тысяч тонн серебряной проволоки.

Другим гигантским (площадь под строениями 4000 га, в то время - самое большое здание в мире под одной крышей) заводом, сооруженным в Ок-Ридже, был комбинат К-25. Газодиффузионный процесс основан на явлении молекулярной диффузии. Если газообразное соединение урана (UFb) прокачивать через пористую перегородку, то более лёгкие молекулы, в состав которых входит 235U, будут проникать через перегородку быстрее более тяжёлых молекул, содержащих 2з8и. Диффузия осуществляется сквозь перегородку, представляющую собой пористую тонкую металлическую мембрану, имеющую несколько миллионов отверстий (диаметр ~ю-з мм) на квадратный сантиметр. Процесс повторяется многократно и для него требуется 3024 ступеней обогащения. Сначала мембраны изготавливали из меди, потом перешли на никель. Весной 1944 г. был начат промышленный выпуск фильтров. Эти мембраны сгибали в трубы и помещали в герметическую полость — диффузионную камеру.

36.06. 1944 в Ок-Ридже был пущен термодиффузионный завод 550. Процесс жидкостной термодиффузии происходит в колонне, представляющей собой длинную (высота 15 м) вертикальную трубу, охлаждаемую снаружи и содержащую внутри нагретый цилиндр. Эффект разделения изотопов в такой колонне обусловлен тем, что более легкая фракция накапливается у горячей поверхности внутреннего цилиндра и движется вверх вследствие закона конвекции. Колонны располагали тремя группами. В каждой было 7 решеток, что составляло в сумме 2142 колонны.

Для наработки высокообогащенного урана для первой атомной бомбы «Малыш» сначала природное сырье (0,7%) переводили в газообразную фазу (UFe). Завод 55о термодиффузионным методом осуществлял первоначальное обогащение до 0,86%. Завод К25 методом термодиффузии повышал обогащение до 7%. Уран превращали в твердый UF4, затем электромагнитным методом на а-калютроне обогащение доводили до 15%, и, наконец, на p-калютроне получали UF4 с обогащением 90% по 29$и. Из этого продукта и изготавливали заряд атомной бомбы (пушечная схема).

В России первые заводы по разделению изотопов урана были основаны на газодиффузионном принципе, затем перешли на метод ультрацен- трифугирования.

В 1945 г. начато строительство в Верх-Нейвинске (Средний Урал, Свердловская обл., теперь г. Новоуральск) завода № 813 (ныне Уральский Электрохимический комбинат, УЭХК) по обогащению урана. Газодиффузионный завод Д-1, оснащенный машинами серии ОК, пущен в эксплуатацию в 1949 г. завод Д-3, укомплектованный машинами серии Т - в 1951 г., а завод Д-4 (отдельный диффузионный каскад, способный самостоятельно выдавать уран 90% обогащения) - в 1953 г. В 1949 г. на заводе был получен высокообогащённый (75% 2з$Ц) уран, использованный как часть заряда в первой советской плутониевой атомной бомбы. В 1957 г. на УЭХК пущен центрифужный завод, в i960 г. начато создание первого в мире завода по переработке урана на основе центрифужной технологии, после чего в 1964 г. завод выведен на полную мощность, в 1980 г. введена в промышленную эксплуатацию первая промышленная партия газовых центрифуг шестого поколения. В 1987 г. полностью завершен газодиффузионный этап промышленного получения обогащенного урана. В 1995 г. по технологии УЭХК начата промышленная переработка высокообогащённого урана (ВОУ), извлечённого из ликвидируемого ядерного оружия, в низкообогащённый уран (НОУ) для АЭС.

Другим предприятием по изотопному обогащению урана стал «Ангарский электрохимический комбинат, АЭХК». Его строительство к юго- западу' от Ангарска, началось 10.04.1954 г. Этот мощный разделительный комбинат резко увеличил производство обогащённого урана в стране. В промышленном комплексе предприятия объединены в технологический цикл два производства: сублиматное (по переработке природного урана в гексафторид) и разделительное (по получению обогащенного гексафторида урана). В 21.10.1957 введена в эксплуатацию первая очередь из 308 газо- диффу'зионных машин и получен первый обогащённый уран. 14.12.1990 г. состоялся путж газовых центрифуг по разделению изотопов урана. В настоящее время основными направлением деятельности комбината являются услуги по конверсии закиси-окиси урана в гексафторид урана; по конверсии тетрафторида урана в гексафторид урана; по обогащению урана из давальческого сырья заказчика; поставки обогащенного урана в форме гексафторида. Для надежного соблюдения требований режима нераспространения на базе ОАО «АЭХК» создан первый в мире Международный центр по обогащению урана и Банк ядерного топлива под гарантии МАГАТЭ.

Третий обогатительный завод входит в состав Сибирского химического комбината (СХК), построенного в Томской области (г. Северск) в начале 1950-х. СХК - единый комплекс ядерного технологического цикла для создания компонентов ядерного оружия на основе делящихся материалов. Завод разделения изотопов производит обогащённый уран для атомной энергетики. До 1973 г. осуществлялось газодиффузионное разделение, позднее - центрифужное. Производится также ряд стабильных изотопов ксенона, олова, селена и др. Сублиматный завод выпускает урансодержащие продукты, в том числе высокообогащённый уран, закись-окись урана для ТВЭЛов и Шч> для изотопного обогащения.

Четвёртым обогатительным заводом является ОАО ПО «Электрохимический завод» (ранее Красноярск-45, теперь г. Зеленогорск, Красноярский край). 30 10.1962 на этом предприятии была введена в эксплуатацию первая очередь газодиффузионных машин по производству изотопов урана. В 1964 г. внедрена технология обогащения урана с помощью газовых центрифуг. С 1988 г. основной продукцией завода стал низкообогащенный уран, используемый в качестве топлива на АЭС. Кроме того, с 1972 г. ЭХЗ, используя газоцентрифужную технологию, выпускает изотопную продукцию и особо чистые вещества.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >