Как обогащают уран: метод центрифужного разделения изотопов

Завод, на котором обогащать уран стали методом центрифужного разделения изотопов

Популярная механикаHi-Tech

Как обогащают уран: метод центрифужного разделения изотопов

О запуске первого советского спутника 4 октября 1957 года с ликованием узнал весь мир. А событие, произошедшее 4 ноября того же года в Верх-Нейвинске, долго оставалось тайной для самых лучших разведок мира. Там был пущен опытный завод, на котором обогащать уран стали методом центрифужного разделения изотопов.

Александр Емельяненков

На заре создания ядерных вооружений одной из основных ключевых проблем стало разделение изотопов урана. Этот тяжелый радиоактивный металл встречается в природе в виде смеси двух основных изотопов. Основную долю (чуть меньше 99,3%) составляет уран-238. Содержание более легкого изотопа — урана-235 — составляет всего 0,7%, но именно он необходим для создания ядерного оружия и работы реакторов.

Разделить изотопы совсем не просто. Их химические свойства идентичны (в конце концов, это один и тот же химический элемент), а разница в атомной массе составляет чуть более 1%, так что физические методы для разделения должны иметь очень высокую избирательность. Этот вопрос в 1950-х стал одним из решающих моментов, которые определили успех советской ядерной отрасли и заложили основу для современной конкурентоспособности российской ядерной промышленности на мировом рынке.

Сквозь сито

Самым простым методом разделения является газовая диффузия — «продавливание» газообразного сырья (гексафторид урана) сквозь мелкопористую мембрану, при этом различные изотопы диффундируют сквозь поры с различной скоростью. Именно газовая диффузия стала первым методом, который использовался для получения промышленных количеств урана-235 на первых обогатительных комбинатах. В США разработки в области газовой диффузии для Манхэттенского проекта велись под началом лауреата Нобелевской премии Гарольда Юри. В СССР до 1954 года этим направлением руководил академик Борис Константинов, потом его сменил Исаак Кикоин.

Поначалу, как это нередко бывает, метод газовой диффузии казался доступнее в реализации. Но он требовал огромных затрат электроэнергии — Саяно-Шушенская ГЭС и первая очередь Белоярской атомной, как теперь выясняется, строились прежде всего для этих целей. Кроме общей дороговизны и низкого КПД, метод газовой диффузии был небезопасен для работающих — главным образом из-за высоких температур и шума в цехах. Плюс большие объемы химически активных смесей под давлением, а это потенциальные выбросы и загрязнение окружающей среды. Между тем альтернатива газодиффузионному методу была известна с конца XIX века — это центрифужный метод, сулящий весьма значительную экономию: когда в 1958 году завод в Верх-Нейвинске вышел на расчетный режим, оказалось, что энергопотребление на единицу разделения в 20 (!) раз меньше диффузионного метода, а себестоимость — вдвое меньше. Правда, на пути создания центрифуг конструкторов поджидали многочисленные технологические сложности.

Электромагнитное разделение. Основано на движении заряженных частиц (ионов) в магнитном поле. В зависимости от массы частиц кривизна их траектории при этом различна, и даже небольшая разница в атомной массе ядер изотопов урана дает возможность их разделения. Такие установки, называемые калютронами, использовались в американском Манхэттенском проекте, поскольку позволяли получить очень высокую степень обогащения урана за считанные проходы. Однако калютроны очень громоздки, дороги в обслуживании, потребляют много энергии и имеют низкую производительность, так что сейчас для промышленного обогащения урана не используются.

Немецкие корни

Истоки советской технологии центрифуг берут свое начало в нацистской Германии, где в рамках атомного проекта велись эксперименты по разделению урана. Один из участников этого проекта, инженер-физик Геронт Циппе, оказался среди других немецких военнопленных, отправленных в СССР. Под началом Макса Штеенбека, своего соотечественника и тестя, Циппе до 1954 года занимался экспериментальными исследованиями — сначала в Лаборатории «А» в Сухуми (будущий Сухумский физико-технический институт), а последние два года — в особом конструкторском бюро на Кировском заводе в Ленинграде.

Как свидетельствуют участники и очевидцы тех событий, немецкие ученые не знали отказа в материалах для исследований. И режим у них был почти такой же, как у наших секретных атомщиков, которых столь же плотно опекало ведомство Берии. В июле 1952 года специальным постановлением правительства Штеенбека и его помощников перевели из Сухумского института в Ленинград, в ОКБ Кировского завода. Да еще усилили группу выпускниками политехнического института с профильной кафедры ядерных исследований. Была поставлена задача изготовить и испытать два агрегата по схеме Циппе-Штеенбека. За дело взялись горячо, однако уже в первом квартале 1953-го работу прекратили, не доводя до испытаний: стало ясно, что предложенная конструкция не годится для серийного производства.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Глубокая тайна: что скрывается подо льдами Антарктиды Глубокая тайна: что скрывается подо льдами Антарктиды

Антарктида куда более сложная, чем может показаться на первый взгляд

Популярная механика
Мама рядом Мама рядом

Актриса Елена Подкаминская о естественном родительстве

Домашний Очаг
Популярность 2.0: как оказаться в центре внимания сегодня Популярность 2.0: как оказаться в центре внимания сегодня

Почему люди стремятся к популярности, как ее можно достичь сегодня?

РБК
Все тенденции сезона осень–зима 2018/2019, которые пора практиковать уже сейчас Все тенденции сезона осень–зима 2018/2019, которые пора практиковать уже сейчас

10 трендов, до вступления которых в законную силу ждать полгода не обязательно

GQ
11 способов становиться немного умнее каждый день 11 способов становиться немного умнее каждый день

Интеллект, как и тело, требует правильного питания и регулярных тренировок

Psychologies
В Иркутске синтезировали вещество, защищающее от вируса гриппа В Иркутске синтезировали вещество, защищающее от вируса гриппа

Синтезировали вещество, защищающее от вируса гриппа, в том числе H1N1

National Geographic
Редкие киты впервые сняты с дрона: видео Редкие киты впервые сняты с дрона: видео

Ремнезубы – одни из самых малоизученных китообразных

National Geographic
Что написано на лице Что написано на лице

Родом из Африки

National Geographic
Первое свидание панд в голландском зоопарке: фото Первое свидание панд в голландском зоопарке: фото

Продолжение рода дается пандам с трудом, и человеку приходится им помогать

National Geographic
Останки неизвестного животного на пляже в США: видео Останки неизвестного животного на пляже в США: видео

В американском природном парке были найдены останки неизвестного существа

National Geographic
«Беременные» запреты: необходимость или перестраховка? «Беременные» запреты: необходимость или перестраховка?

Имеют ли запреты во время беременности смысл или являются простой перестраховкой

9 месяцев
Вам понравится, как одеваются эти перспективные голливудские актеры Вам понравится, как одеваются эти перспективные голливудские актеры

В поколении Тимоти Шаламе классно одевается не только Тимоти Шаламе

GQ
«Поощряйте их бунт. Они — наши лучшие союзники» «Поощряйте их бунт. Они — наши лучшие союзники»

Школьный учитель ради эксперимента установила в классе тоталитарный режим

Esquire
Американская мечта Американская мечта

Жилая резиденция в Москве — воплощенная мечта любителей американского стиля

AD
Girl in Vogue: Оля Тимощенко Girl in Vogue: Оля Тимощенко

Как модель с 14-летним стажем вернулась в Брянск помогать молодежи

Vogue
Глобальное потепление не повлияло на ледник Росса в Антарктиде Глобальное потепление не повлияло на ледник Росса в Антарктиде

Новозеландские ученые организовали к берегам Антарктиды экспедицию

National Geographic
Вейкбординг в Madinat Jumeirah: исследуем отель вместе с Джей Би О’Нилом Вейкбординг в Madinat Jumeirah: исследуем отель вместе с Джей Би О’Нилом

В Madinat Jumeirah есть множество мест и способов для исследования курорта

National Geographic
Audi RS5 Audi RS5

Легкость купе в повседневной жизни не затмевает его истинного предназначения

Quattroruote
Такой Алькой Такой Алькой

Если планируешь путешествие на восток Испании, обязательно заскочи в Алькой

Cosmopolitan
Кто заменит «Игру престолов»? Кто заменит «Игру престолов»?

Фэнтези-сериалы ближайшего будущего

Мир Фантастики
Морской пастух спешит на помощь Морской пастух спешит на помощь

Как спасти тунца от бесконтрольного вылова

National Geographic
Не куриные мозги Не куриные мозги

Оказывается, птицы те еще выдумщики!

National Geographic
Без границ Без границ

Прекрасная актриса Аглая Тарасова, которая стала известной благодаря сериалам

OK!
Взять высоту Взять высоту

7 горнолыжных курортов за границей с демократичными ценами

Лиза
Квартиротерапия: как жилье влияет на мироощущение Квартиротерапия: как жилье влияет на мироощущение

Дом – это не только крепость, но и лекарство!

Лиза
Порядок дома — порядок в голове: 7 правил Порядок дома — порядок в голове: 7 правил

Все вещи на своих местах, на полках нет пыли, одежда не валяется повсюду — идиллическая картина, увы, недостижимая для многих. На самом деле поддерживать порядок дома не так сложно. Прежде всего нужно прекратить бездумно покупать и складировать ненужные вещи, уверен Джошуа Беккер, автор популярного блога Becoming Minimalist.

Psychologies
Игры Игры

Как «сундуки» с артефактами рассорили геймеров с игровыми студиями

РБК
О чем говорить с мужчиной О чем говорить с мужчиной

Фотосессия Ростислава Хаита из «Квартета И» и его девушки Ольги Рыжковой

OK!
«Просто иди и прыгай. И не забывай улыбаться»: почему Загитова выиграла Олимпиаду «Просто иди и прыгай. И не забывай улыбаться»: почему Загитова выиграла Олимпиаду

О главной победе на Олимпийских играх

Esquire
Все, что пожелаешь! Воспитываем короля? Все, что пожелаешь! Воспитываем короля?

К чему приводит вседозволенность в воспитании ребенка?

Лиза
Открыть в приложении