Текст книги "Мир на пике – Мир в пике"

Автор книги: Алексей Анпилогов

сообщить о нарушении

Текущая страница: 12 (всего у книги 26 страниц)

Отрешившись от возможности задействовать всех этих «крепких ребят» на транспорте, – как мы помним, там есть весьма специфические требования к весу и запасу топлива (энергии) на тот или иной тип двигателя, – поставим их всех на неподвижный постамент и посмотрим, насколько они конкурентны друг другу.

Ведь в конечном счете всех этих «ребят» можно так или иначе подключить либо к инвертору, либо непосредственно к обычной динамо-машине и заставить выдавать электричество в общую сеть. После этого из такой глобальной электрической сети уже можно запитать и тяговые двигатели на транспорте (с КПД 70–80 %), и асинхронные двигатели на производствах (с КПД 90–95 %), и аккумуляторы электровелосипедов, лампочки, кондиционеры, кухонные комбайны и холодильники для населения, и будущие заводы по синтезу синтетического топлива для самых автономных и самых ответственных процессов.

Что сразу бросается в глаза?

Во-первых, природный газ надо жечь только в ПГУ (установки комбинированного цикла – газовая турбина, на ее выхлопе – паровая турбина). Такие комбинированные машины позволяют перегонять в электроэнергию до 60 % энергии топлива. Жечь газ в паровых котлах в будущем – недопустимая роскошь.

Во-вторых, паровозов будет немного. ПДУ (паровые поршневые установки), к сожалению, так всерьез и не вышли за размер 1 МВт и так и не поднялись выше 25–27 % по КПД. Все низкосортные топлива надо будет по максимуму утилизировать в ПТУ (паротурбинные установки, если что). Эти многоступенчатые монстры могут работать практически на любом топливе и имеют самый высокий КПД при такой уникальной всеядности по топливу – самые мощные из них выдают до 41 % превращения энергии топлива в электричество. Однако, наряду с большими проектами, безусловно, будут реализовываться и более мелкие ПТУ, поскольку топливо специфического вида «говно обыкновенное биомасса» обычно плохо поддается какой-либо осмысленной транспортировке, и его часто имеет смысл утилизировать прямо на месте образования.

В-третьих, размер мощностей от 100 кВт до 10 МВт очень эффективно, по-прежнему, закрывается поршневыми двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Чем лучше топливо, используемое в них, и чем совершеннее термодинамический цикл самого двигателя, тем более впечатляющ результат.

Дальше в догонялках внутри этого сегмента – просто-таки стандарт детской игры «камни, ножница, бумага». Дизель бьет двигатель с принудительным зажиганием на размерах больше 100 кВт, но проигрывает ему в более мелком размерном классе. Соляр эффективнее бензина, но в перспективе его будет труднее получать на заводах синтетического топлива – процесс Фишера-Тропша неэффективен для получения длинных цепочек углеводородов. Бензин эффективнее газообразного топлива, но в будущем газ низкого качества можно будет получать для ДВС и из коровьего навоза, и из древесины, и из угля. И я думаю, что именно в этом сегменте нам еще предстоит услышать о многих интересных изобретениях и концепциях.

Кроме того, надо учесть, что будущие источники энергии будут очень распределенными по площади, поэтому часто и густо генерация энергии размеров от 100 кВт до 1 МВт мощности будет очень востребована и экономически выгодна – при местном использовании многие такие топлива имеют очень высокий EROI, а вот при перевозке они эту эффективность теряют.

В-четвертых, в будущем надо будет что-то делать с «трудными подростками XX века» – топливными элементами, микротурбинами и двигателем Стирлинга.

Каждый из этих концептов очень интересен сам по себе (как сферический конь в вакууме), но требует очень серьезных усилий инженеров по его доводке до состояния готового изделия. Микротурбины имеют адские запасы по собственному ресурсу (120 000 часов без капитального ремонта уже сейчас при 8000 часов у среднего ДВС), двигатели Стирлинга могут работать, как и паровики, практически на чем угодно (а с гелием в виде рабочего тела – и с очень высоким КПД), а топливные элементы, в перспективе, обеспечивают необыкновенный КПД преобразования – до 70 % энергии топлива можно превратить в электричество.

И да, теперь все эти ребята выигрывают у батраков и лошадей. Человечество не зря два века ломало себе голову над тем, как сделать наш мир интереснее, чище, эффективнее и добрее.

Однако пока Америка продолжает увлеченно участвовать в безнадежном ралли жидкого топлива. Ни инфраструктура транспортной энергии, ни производство электроэнергии в США никак особо не изменяются. Сланцевая нефть, канадские битумозные пески, нефть Мексиканского залива, война в Ливии, Сирии и «далее везде»… Что есть еще в активе у американского нефтяного динозавра? Цивилизационный гегемон ведь вступил в последний бой за энергию прямо на наших глазах. Рассмотрим все эти альтернативы вместе – и каждую по отдельности.

И начнем все же с фокстерьера, которого мы как-то незаслуженно забыли в тени нефтяного динозавра.

Вот состояние нашего фокстерьера в мире современной нефти.

Рис. 66. График потребления и добычи нефти в России. Данные EIA.

Как видите, на самом деле даже сейчас, на фоне существующей, старой инфраструктуры, Россия тратит на себя лишь 25–30 % добытой сырой нефти, или около 2,5 Мбд. Оставшиеся 70 % уверенным потоком льются за рубежи страны. То есть, в отличие от нашего нефтяного динозавра, у фокстерьера еще нет призрака нефтяного голода даже и на горизонте. Но дело и не в том, что у фокстерьера полно нефти.

[54]54
  In futuro – В будущем.


[Закрыть]

За последние полвека наш фокстерьер, оказывается, сильно подрос, и уже может показать нефтяному динозавру острые зубки. Причем зубки отнюдь не нефтяного плана, а связанные с совсем другой энергией. С энергией, за которой стоит будущее.

Ключевые слова: добыча, утилизация, ДВС.

Ключевые смыслы: может, что-то в консерватории поменять; продолжение банкета.

Приложение к главе: «Модель и возможности ее интерпретации».

Азимов Алексу:

Имя бога Урана упоминается в современной науке до того часто, что с ним не могут сравниться никакие богини Земли. В 1781 году английский астроном Уильям Гершель, немец по происхождению, открыл новую планету, удаленную от Солнца намного дальше любой известной к тому времени… планета имела весьма слабое свечение, еле различимое для человеческого зрения. В 1789 году Клапрот открыл новый металл. Тут же вспомнил стародавний обычай химиков Средневековья называть металлы именами планет. Клапрот решил, что должен назвать металл в честь новооткрытой планеты, и дал имя уран.

Алекс Азимову:

Свечение различимо, дозиметры сходят с ума.

Азимов Алексу:

В самом начале XIX века астрономы внимательно наблюдали планету Уран, изучая ее точную орбиту вокруг Солнца Кое-кто из них предположил, что за Ураном может быть еще одна планета, чье притяжение слабо воздействует на путь Урана.

Алекс Азимову:

Догадываюсь, что уран – это только вход в новый мир энергии.

Вассерман Алексу:

Особо отмечу возможное решение многих проблем ядерной энергетики, упомянутых в книге. Мой друг Нурали Нурисламович Латыпов ещё лет десять назад предложил развернуть комплекс полного цикла – от первичной переработки руды до захоронения отходов – на Семипалатинском полигоне испытаний ядерного оружия. Я уже около двух десятилетий сотрудничаю с Латыповым во многих интересных делах – в частности, помог ему проработать эту идею. По примерным оценкам, предлагаемый комплекс может, по меньшей мере, на несколько тысячелетий вперёд обеспечить все нынешние потребности Старого Света в электроэнергии (что, впрочем, приведёт к появлению новых потребностей: как указано в книге, новые ресурсы неизменно порождают новые попытки экспоненциального роста). К сожалению, все попытки продвинуть предложение по аппаратным каналам оказались неудачны: как справедливо отмечает в этой книге Алексей Анпилогов, сложившиеся системы боятся перемен. А проект Латыпова несколько лет назад опубликован,

И надеюсь, всеобщее осознание – после изучения книги Анпилогова – неизбежности радикальных изменений всего мирового хозяйства поспособствует, помимо прочего, и осуществлению идеи Латыпова.

Алекс Вассерману:

Работаем, поехали дальше!

Глава 11. Шпайш машт флоу

Выбросив наконец очки и вставив контактные линзы, глубокоуважаемый читатель может вдруг заметить: «Чем больше я изучаю эти новые данные, хотя они не совсем проработаны, тем более любопытными я их нахожу». Это глава историй, связанных с ядерным энергетическим потенциалом мира. Читатель помнит, что как-то на исторической сцене появились странные стрекозы и загнали термитов разлагать мертвые остатки биомассы, что создало предпосылки для остановки удачных метаморфоз по превращению природного мусора в углеводороды. Из-за чего, собственно, мы и страдаем теперь.

В этой же главе на сцене повествования появляется уже во всей красе новый герой – уран, который-то и заставит читателя посмотреть на мир иначе. Правда, чтобы увидеть явление нового мира, нужна определенная читательская смелость. Смелость, которую ранее проявляли ученые-ядерщики.

Сколько надо урана, чтобы заменить 200 тонн тринитротолуола? Где-то около ста граммов. Что, неужели это эквивалент 200 тонн тринитротолуола? Трех вагонов взрывчатки?

Да, цифры не врут.

Смесь изотопов урана ²³⁸U и ²³⁵U, обогащенная до реакторной чистоты, обладает плотностью энергии, превосходящей плотность энергии бензина в 2 000 000 раз (прописью: в два миллиона раз). Той самой specific energy или удельной энергии, о которой мы говорили в прошлой главе.

Для этого начальное содержание ²³⁵U в природном уране, которое обычно составляет 0,71 % надо увеличить до 2–4 %, то есть всего лишь в 3–5 раз. Задача, как мы увидим, сложная, но отнюдь не неразрешимая.

Ну а если сравнивать такой обогащенный уран с модными ныне Li-Ion батареями, то плотность урана по энергии окажется выше плотности энергии в аккумуляторах «всего-то» в 120 миллионов раз.

Со свинцовыми аккумуляторами даже сравнивать не буду – уж очень смешные цифры получаются.

Короче, магия больших чисел начинается.

[55]55
  Multa paucis – Коротко и ясно.


[Закрыть]

Сам «ядерный клуб», который использует столь концентрированную энергию, по факту, это гораздо более закрытая структура, нежели ЕС, НАТО или G20. В него нельзя попасть «просто так» – по «праву рождения», как в Лигу Арабских Государств, или «по убеждениям», как в Движение Неприсоединения. Это лига настоящих ядерных фокстерьеров, которые кого угодно в этом мире порвут на мелкие тряпочки своими острыми зубами.

Для входа в «ядерный клуб» приходится положить жизнь и усилия как минимум одного поколения страны на различные научные, технологические и инженерные исследования, на масштабные организационные и производственные проекты.

А потом надо день за днем, год за годом поддерживать и совершенствовать свои структуры и своих людей, которые вовлечены в процесс обеспечения присутствия страны в «ядерном клубе». Членство в «ядерном клубе» – это самый что ни на есть Бег Красной Королевы. Каждый новый год приносит новые вызовы и новые задачи.

Кроме того, судя по опыту США, ЮАР или Украины, – «вход в клуб – рубль, выход – копейка, второй раз билет не продаем».

Это значит, что, единожды войдя в клуб, но не уделяя потом должного, постоянного внимания развитию всего букета ядерных технологий, второй раз обычно уже невозможно вытянуть из страны все жилы для создания сверхусилия по возврату утраченного знания. Второй раз в ядерную реку уже не пускают.

Кто сейчас состоит в «ядерном клубе»?

Рис. 67. Члены «Изотопного клуба» и их потенциал.

Сначала – группа лидеров. В полосатых купальниках плывут они вперед, к светлому ядерному будущему.

Это – «Большая ядерная семерка»: США, Россия, Франция, Китай, Великобритания, Индия и Пакистан. Военный ядерный клуб, люди, у которых есть возможность устроить вам персональный армагеддец прямо на вашем заднем дворе.

Против названия каждой из стран из этого списка незримо стоит количество ядерных зарядов, накопленных ими за XX и за начало XXI века. Кто-то из них может изничтожить шарик десяток раз, а кто-то только разок – роли это не играет, ведь любой из членов «Большой семерки» может легко втоптать небольшую страну в каменный век.

Нефтяной динозавр, хоть сам и состоит в «ядерном клубе», но уже не может диктовать этим ядерным фокстерьерам свою волю – у них очень острые зубы. Пусть у него самого есть ядерное оружие, но применять его он не станет. Страшно. А во многих других аспектах ядерной гонки наш нефтяной динозавр отстает от фокстерьеров уже сейчас. И связано это именно с обогащением природного урана до энергетических стандартов.

Все эти страны успешно наладили у себя обогащение природного урана в промышленных количествах, поставив на своей территории достаточно мощные заводы по разделению изотопов. Именно на этих заводах и производятся основные объемы промышленного ядерного топлива, поскольку страна, просто добывающая природный уран, обычно не может превратить его во что-то путное и пригодное для ЯТЦ.

ЯТЦ – это ядерно-топливный цикл, очень сложный процесс, который превращает простой уран в породе какой-нибудь шахты в стабильную электроэнергию в сети 220 вольт в вашем доме. И любой простой добытчик урана – Намибия ли, Нигер или даже Украина – продает свой природный уран кому-то в «Большой семерке» либо еще нескольким странам в мире. У этих стран есть технологии разделения изотопов урана, и они могут превратить выкопанный природный уран в реакторное топливо. Ну а потом желающие (например Украина, у которой, кроме урановых шахт есть и свои ядерные реакторы) уже получают обогащенное урановое топливо назад в виде красивых топливных «таблеток».

Для понимания ответим на еще один простой вопрос: а зачем вообще разделять уран на два изотопа?

Природный уран, который вот прямо в земле лежит, представляет собой «коктейль» из двух основных изотопов: ²³⁸U и ²³⁵U. Для современных реакторов нужен только легкий изотоп урана ²³⁵U. Именно он «горит» в современных реакторах. Ну а второй, тяжелый изотоп урана – ²³⁸U, это просто невзрачный серого цвета металл, который никак не заставишь гореть в современной конструкции реактора. Из ²³⁸U можно сделать сердечник артиллерийского снаряда, ну или… пустить его на фарфоровую краску. Впрочем, именно на ²³⁸U у нас основная ставка в будущем, но пока мы его в реакторах не сжигаем.

А вот что можно сделать из ²³⁵U? Ну, во-первых, атомную бомбу (в мировом хозяйстве нужная вещь), а во-вторых – топливо для АЭС.

Начиная с этого момента уже ощущается разница в подходах между русскими и западными технологиями. Фокстерьеры у нас разные. Одни зеленые, другие красные, желтые.

[56]56
  Ex ungue leonem – По когтям узнаю льва.


[Закрыть]

Американский (западный) ЯТЦ работает на закиси-окиси урана (U₃O₈), называемой еще «желтым кеком».

Российский же ЯТЦ изначально строился на использовании в качестве сырья другого соединения – тетрафторида урана (UF₄).

И когда мне начинают рассказывать о том, что «русские всю бомбу украли у американцев прямо в чертежах», я их отсылаю к этому малоизвестному факту. Ибо моя бабушка как раз со всей этой гадостью и работала в Днепродзержинске, на одном из первых обогатительных предприятий советского ЯТЦ.

На желтом кеке и на тетрафториде урана заканчивается обычная жизнь природного урана и начинается то, за чем пристально следит МАГАТЭ, – разделение изотопов урана.

Для этого и желтый кек, и тетрафторид урана превращают в газ – гексафторид урана (UF₆), который уже легко, за счет мельчайшей разности в весе изотопов (всего 3 нейтрона на каждое ядро урана!) разделяется на очень сложных обогащающих установках – газовых центрифугах и газовых диффузорах. В настоящее время около 35 % обогащения делается на диффузорах, а 65 % – на центрифугах.

И вот тут мы подходим к ключевому вопросу, как отделяют эти два, почти идентичных атома друг от друга? Ведь с точки зрения обычной химии и то, и другое – обыкновенный уран, который практически одинаково взаимодействует в рамках любых химических реакций.

В самом начале ядерной гонки величайшими учеными как в СССР, так и в США, осваивалась идея диффузионного разделения – пропускать уран через очень мелкое «сито». Точнее – через очень тонкие длинные трубочки, в которых более легкий изотоп ²³⁵U двигался бы чуть-чуть быстрее. В результате газ на выходе из этой тончайшей трубочки получается уже немного обогащен ²³⁵U и содержит меньше ²³⁸U. Поскольку «толстый», тяжелый уран тоже сочится в готовый продукт, обогащение получается на деле копеечное – на выходе из одной ступени газового диффузора уран обогащается всего в 1,00 429 раза. Поэтому газодиффузные обогатительные предприятия – это циклопические по размерам, состоящие из тысяч и тысяч ступеней обогащения громадные заводы.

По-другому устроена газовая центрифуга. Это просто очень качественный агрегат, работающий по принципу молочного сепаратора, который отделяет нам сливки от молока. Степень разделения молекул гексафторида урана в центрифугах пропорциональна квадрату отношения скорости вращения к скорости молекул в газе. Отсюда очень желательно как можно быстрее раскрутить центрифугу. Типичные линейные скорости вращающихся роторов обогатительных центрифуг – 250–350 м/с, а у современного поколения – и более 600 м/с. Для того чтобы обеспечить такую линейную скорость ротора, центрифуги должны крутиться не быстро, а очень быстро. Где-то со скоростью в 2000 оборотов ротора в секунду. Это безумная скорость оборотов, современная центрифуга крутится где-то в 60 раз быстрее, чем коленчатый вал в двигателе вашего автомобиля на спокойных оборотах.

Типичный коэффициент сепарации для центрифуг уже выше, чем для диффузоров, и составляет 1,01–1,1, в зависимости от совершенства их конструкции. И для полного понимания процесса: самая плохая центрифуга где-то вдвое лучше самого хорошего диффузора. А хорошие современные центрифуги лучше газовых диффузоров в десятки раз.

Список стран, которые могут разделять изотопы чуть шире, чем «Большая семерка», но все равно сжат донельзя – за обогащение изотопов урана без спроса и без должного контроля со стороны МАГАТЭ бьют по рукам, и больно. Все вопросы к Северной Корее, Израилю и Ирану часто возникают именно по этому поводу. Хотя рано или поздно при должном упорстве и наглости, понятное дело, бомбу себе делают все желающие.

Вот эти счастливчики-обогатители: Аргентина, Бразилия, Великобритания, Германия, Израиль, Индия, Иран, Китай, Нидерланды, Северная Корея, Пакистан, Россия, США, Франция, Япония.

Кроме того, совместное с Францией предприятие по обогащению имеют Бельгия, Италия и Испания.

Таким образом, в «Изотопном клубе» у нас состоят – более или менее официально – 15 стран, и еще 3 страны ассоциированы с этим клубом.

Две страны из «Изотопного клуба» – Израиль и Северная Корея, судя по всему, в настоящее время обладают только военными программами. Они потихоньку наполняют свои ядерные арсеналы, забив болт на мирный атом. Еще три страны – Аргентина, Бразилия и Иран – находятся в «предпороговом» состоянии, имея собственные программы по разделению изотопов, но используя их пока исключительно на цели мирного атома, а еще две страны – Германия и Япония, под нажимом своего «обезьяньего» лобби («Назад, в пастораль!») сказали нет атомной генерации.

Однако для того, чтобы понять, кто чего стоит в «Изотопном клубе», приведу вам данные о мощности предприятий по конверсии урана в гексафторид и мощности заводов по разделению изотопов урана в мире.

На долю России приходится 40 % от мировых мощностей по разделению изотопов, на долю США – 20 %, на долю Франции приходится 15 % мощностей, на объединенную долю Германии-Великобритании-Бельгии – еще около 23 % мощностей по обогащению. В таблице же мощность обогатительных заводов представлена в безразмерных единицах измерения – так называемых ЕРР (Единицах Работы Разделения) или по-английски – SWU. Чем больше у вас этих магических ЕРР, тем больше урана вы сможете обогатить.

Все остальные обогатители мира, включая и Японию с ее мощной ядерной энергетикой, имеют не более 3 % от мировых мощностей по обогащению. На ядрен-батон, может быть, им и хватит, а вот на создание своего замкнутого ЯТЦ уже нет. И Япония или Южная Корея для своих АЭС вынуждены покупать готовое урановое топливо за рубежом, например во Франции или США.

Внезапно выясняется, что нищая Россия в два раза превосходит США по обогатительным мощностям, что, оказывается, фокстерьер уже вырос и в ядерной энергии оказался в два раза больше нефтяного динозавра.

Да, именно так. Россия, несмотря на свои скромные 33 реактора, по состоянию на начало 2013 года, против 104 ядерных реакторов у США на ту же дату, вдвое превосходит США по количеству разделительных мощностей. С чем это связано?

А ответ прост: Россию, как и наших общих предков в конце мезозоя, которые таки съели своих угнетателей-динозавров, спасла бедность. Именно из-за бедности и нищеты, которая всегда дамокловым мечом висела над севером Евразии, во времена СССР пришлось считать каждый рубль и киловатт-час и разработать сверхэффективную технологию обогащения урана на газовых центрифугах.

Почему же свет сошелся именно на центрифугах? И зачем отдельно особым значком (* на рис. 67) в таблице World Nuclear Association выделено газодиффузное обогащение, которое, судя по информации этой уважаемой организации, надо по всему миру закрывать как можно быстрее? Понятно, что центрифуги производительнее, но существующие диффузоры-то зачем выкидывать?

А ответ прост: энергия, энергия и еще раз энергия.

Малая степень обогащения урана на каждой из ступеней газодиффузного процесса заставляет тратить уйму энергии на разделение изотопов.

Ведь газодиффузное обогащение изначально создавалось под запросы военных.

Американским военным в 1950-е годы, когда и закладывались основные подходы к атомной промышленности во всех странах, на энергетические затраты по разделению изотопов было элементарно наплевать. Воякам был нужен оружейный, высокообогащенный уран. Для реакторов подводных лодок нужен был уран от нескольких десятков процентов обогащения и до 90 % чистого ²³⁵U, а для атомной бомбы – не менее 75 %. Процент же содержания ²³⁵U в топливе для реакторов, напомню, всего 2–4 %! Причем на фоне гонки вооружений времен «холодной войны» уран нужен был быстро. Нефти и энергии у США в то время было полно, деньги лились рекой и о затратах никто не думал, вот и построили быстро газодиффузные заводы.

[57]57
  Ex post facto – После свершившегося факта.


[Закрыть]

О том, что завтра заводы по обогащению урана будут использовать для наработки топлива для АЭС, в 1950-е годы никто не думал. В СССР тоже вначале собрали газодиффузное производство. Но это был монстр.

Из доклада Исаака Константиновича Кикоина на научно-техническом совете при Совете Народных Комиссаров:

«В настоящее время мы научились делать сетки с отверстиями около 5/1 000 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.

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».

Представили себе масштаб вложенных усилий?

Около 2000 здоровенных установок ради каких-то 75–100 граммов изотопа ²³⁵U в сутки. По факту получилось, что выход урана оказался всего 70 грамм в сутки, а число ступеней разделительного завода пришлось поднять до 3100. Ну а куда деваться было, бомбы ведь тогда были нужны и СССР тоже! Нефтяной динозавр вполне мог в начале 1950-х годов задавить ядерного фокстерьера просто своим весом.

Здание первого в мире завода газодиффузионного обогащения урана К-25 в Окридже, США, занимало площадь несколько десятков гектаров. Строительство обошлось в 500 миллионов долларов США. Тех, старых, еще очень «свободных» и весьма весомых долларов. Протяженность U-образного здания этого завода – около 800 метров.

А внутри – станки, станки, станки! В смысле – диффузоры, диффузоры, диффузоры!

В СССР первая очередь комбината № 813#, рассчитанная на суммарный выпуск 140 граммов 90 % ²³⁵U в сутки на двух каскадах по 3100 ступеней разделения, открылась в недостроенном авиазаводе, в поселке Верх-Нейвинск, расположенном в 60 км от Свердловска. Здание завода тоже представляло собой циклопическое сооружение, рассчитанное изначально на сборку самолетов на конвейере. Позже поселок превратился в Свердловск-44, а 813-й завод – в Уральский электрохимический комбинат, крупнейшее в мире производство по разделению изотопов урана.

В чем еще проблема газодиффузионной технологии, кроме того, что под нее надо строить циклопические сараи, напичканные самой современной и весьма капризной техникой?

Она тратит безумно много усилий и горы энергии на очень неэффективное разделение изотопов урана.

При этом, что интересно, по стоимости газодиффузного способа разделения изотопов и сейчас часто любят делать заключения о «низком EROI» ядерной энергетики, объявляя, что она работает чуть ли не на значениях EROI 4:1 или даже ниже. Для начала разберем, что это составляет в абсолютных цифрах, потраченных на обогащение в виде кВт-ч, и как они отражены в полученных килограммах урана.

Например, газодиффузионный комбинат «Евродиф» во французском городе Пьерлате электроэнергию на поддержание своего технологического процесса получает от 4 рядышком стоящих ядерных реакторов. Так 3000 МВт их электрической мощности или 26,280 млн МВт-ч произведенной за год электроэнергии расходуются исключительно на производство 8,5 млн ЕРР за год. В перерасчете на «штуки» – каждый ЕРР на газодиффузном заводе обходится в 3091 кВт-ч.

Для сравнения, в классической книге «Экономика ядерной энергетики: основы производства ядерного топлива» авторства советского профессора Синева приведено для сравнения энергопотребление центрифуг образца 1982 года – около 100 кВт-ч/ЕРР. Потребление же газодиффузной технологии тоже оценено в этой книге как «в ~25 раз более высокое», то есть составляет около 2500 кВт-ч/ЕРР.

Согласно же последним оценкам, современные центрифуги как российского, так и европейского производства берут уже лишь 50–60 кВт-ч на производство каждой ЕРР.

Слава Богу, жить французскому газодиффузионному комбинату осталось приблизительно до 2015 года, а далее там останутся уже только одни центрифуги. Аналогичная ситуация складывается и в США – энергетический, а не «военный» подход к вопросу заставляет США закрывать уже в 2014 году газодиффузный комбинат компании USEC и пытаться переходить на технологию газовых центрифуг. Все по-честному: западный подход просто «не вписался в рынок». Здание завода К-25 в Окридже уже тоже, кстати, демонтировано. Совсем. В ноль. Бульдозерами.

Теперь нам, для понимания сути процесса, надо перебить ЕРР в килограммы урана. Вот этот график.

Рис. 68. График обогащения и использования урановых изотопов.

Как видим, для производства урана реакторной чистоты нам надо потратить 6–9 ЕРР на килограмм продукта. Или, в случае использования центрифужного способа производства урана – 600–900 кВт-ч на 1 килограмм урана. С центрифугами нового поколения – и того меньше, всего лишь 300–450 кВт-ч на 1 килограмм урана. Исходный продукт, как мы понимаем, тоже никуда при этом не исчезает, просто он оказывается обеднен изотопом ²³⁵U, и мы спокойно оставляем его лежать в отвалах – к перспективам его использования мы вернемся ниже.

Для газовой же диффузии, даже если использовать оценки Синева, а не фактическое потребление «Евродифа», которое еще на 20 % выше, получится гораздо более печальная цифра – от 15 000 до 22 500 кВт-ч на 1 килограмм урана.

При использовании современной реакторной технологии 1 кг урана, обогащенного до реакторной чистоты, достаточно для производства 315 000 кВт-ч электроэнергии. В случае газодиффузной технологии 7 % энергии при этом надо было бы потратить на обогащение самого урана (EROI = 14:1). В случае же использования центрифуг нового поколения эти расходы уменьшаются до смешного уровня в 0,2 %. Ну или в понятном уже нам EROI – эта фаза уранового топливного цикла работает с коэффициентом 500:1 (симпатично смотрится цифра, правда?).

И внезапно разделение изотопов, до определенного момента, с использованием западной газодиффузной технологии, будучи очень затратным и достаточно хлопотным делом, сразу и навсегда становится простым и дешевым процессом. Если, конечно же, опираться на надежные и экономичные «русские» центрифуги.

Как мы пришли к такому перекосу? Почему у России мало того, что 40 % обогатительных мощностей, но они еще и самые лучшие? На протяжении нескольких десятков лет во времена «холодной войны» технологии изотопного обогащения урана в СССР и странах Запада развивались абсолютно изолированно, хотя, как я написал, все начинали с газодиффузионной технологии. Из публикаций косвенных данных СССР было известно, какая промышленная технология используется Западом.

Но в конце 1940-х годов у СССР катастрофически не хватало энергии и денег на строительство «сараев» под диффузоры, и советские ученые вынуждены были искать альтернативы газодиффузному способу.

Найти «отца» технологии центрифуги, который подарил этот «безумный волчок», достаточно непросто. У победы, как вы помните, всегда много отцов.

В СССР в 1940 году сотрудниками Харьковского физтеха Ланге, Масловым и Шпинелем была подана заявка на «Способ приготовления урановой смеси, обогащенной ураном с массовым числом 235. Многокамерная центрифуга», на которую и было выдано авторское свидетельство.

Затем, уже на заре атомного проекта, инженер особого конструкторского бюро Кировского завода Виктор Сергеев предлагал центрифужный метод разделения, но другие участники проекта его идею не одобряли и смотрели в сторону газовой диффузии. Одновременно над созданием разделительной центрифуги в специальном НИИ-5 в Сухуми работали и ученые из побежденной Германии. Это были доктор Макс Штеенбек, который при Гитлере работал ведущим инженером компании Siemens, и бывший механик «Люфтваффе», выпускник Венского университета Конрад Циппе. Всего в их группу входило около 300 вывезенных из Германии «трофейных» специалистов.

Именно Виктор Сергеев в начале 1950-х годов, во время визита в Сухуми, предложил Штеенбеку поставить в центрифугу отборники газа в виде тонких трубок. Но доктор Штеенбек, съевший зубы, как он считал, на теме центрифуг, проявил немецкую категоричность: «Они станут тормозить поток, вызывать турбулентность, и никакого разделения изотопов не будет!».