Текст книги "Мир на пике – Мир в пике"

Автор книги: Алексей Анпилогов

сообщить о нарушении

Текущая страница: 13 (всего у книги 26 страниц)

Спустя годы, работая над мемуарами, он об этом пожалеет: «Идея, достойная того, чтобы исходить от нас! Но мне она в голову не приходила…»

В итоге, столкнувшись с неприятием своих идей группой «трофейных» немцев, Сергеев обратился со своей идеей центрифуг к уже упомянутому нами академику Кикоину.

К 1952 году лаборатория Кикоина закончила научную разработку газодиффузионных методов изотопного разделения и убедилась на своей шкуре в их громоздкости, капризности и энергозатратности. Сергеев оказался со своими идеями в нужном месте и в нужное время. Наиболее активным энтузиастом центрифуг был сотрудник академика Кикоина Евгений Каменев, который и возглавил экспериментальные работы по технической реализации идей Сергеева. В том же году на создание центрифуг было переориентировано и занимавшееся ранее газодиффузионными установками ОКБ при Кировском заводе (главный конструктор – упомянутый нами Синев). Итогом коллективной работы всех этих талантливых ученых, конструкторов и инженеров и стала надежная и производительная газовая центрифуга. Центрифуга, которую потом назовут просто – «русская центрифуга». Ведь мы все – русские, украинцы, белорусы, армяне или евреи для Запада именно это и есть – непонятные фокстерьеры из далекой холодной страны. Все – русские.

В дальнейшем, по понятным причинам условий «холодной войны», газовая диффузия и центрифугование урана стали каждая развиваться по отдельности – диффузия на Западе, а центрифуги в СССР.

Сейчас, после почти полувека развития технологии центрифуг в СССР и в России, параметры этих ядерных волчков поражают воображение. Они работают без остановки уже по три десятка лет! Сейчас в каскадах Уральского комбината вращаются центрифуги, включенные там еще при Брежневе. СССР уже нет, а они все крутятся и крутятся. Нетрудно подсчитать, что за свой рабочий цикл ротор совершает 2 000 000 000 000 (прописью: два триллиона) оборотов. И какой подшипник это выдержит? Да никакой! Да и нет там подшипников. Сам ротор представляет собой обыкновенный волчок, внизу у него прочная стальная иголка, опирающаяся на корундовый подпятник, а верхний конец ротора висит в вакууме, удерживаясь только электромагнитным полем. Иголка тоже не простая, сделанная из обычной проволоки для рояльных струн, она закалена очень хитрым способом. Способ закалки этой проволоки – государственная тайна. Нетрудно представить, что при такой бешеной скорости вращения сама центрифуга должна быть не просто прочной, а сверхпрочной. И она – именно такая.

В общем, если вы хотели когда-то увидеть воплощенную упорядоченность и победу над хаосом – это и есть технология газовой центрифуги.

[58]58
  Dextro tempore – При удобном случае.


[Закрыть]

И, надо сказать, именно упорядоченность в нашем мире стоит много дороже энергии. Если у тебя есть энергия – ты получишь и еду, и тепло. Если у тебя есть порядок и упорядоченная структура для получения энергии, то ты сможешь обуздать энергию. В ущелье Олдувай, в пещере Сибуду, в Свердловске-44. Разницы нет никакой. Принцип один.

Впервые услуги обогащения урана странам Запада были предложены СССР еще в 1968 году, и тогда же СССР впервые была озвучена стоимость обогащения урана, которая оказалась примерно в четыре раза ниже западной даже в пересчете на деньги. Ну а первые поставки услуг обогащения на советских центрифугах для западного потребителя произошли еще в 1971 году, когда было подписано соглашение с Францией об обогащении западного урана на советских центрифугах.

В общем, что такое soviet power supreme, Запад узнал задолго до Рейгана и Горбачева. То, что СССР при таком раскладе неизбежно победил бы Запад в будущей ядерной гонке в мирном атоме, знали и понимали все умные люди на Западе. Скажу сразу, что ликвидировать этот разрыв в технологиях западные компании и страны не смогли до сих пор. Сейчас, по состоянию на 2013 год, на российских обогатительных заводах работает уже 9-е поколение центрифуг, а Запад только уходит от диффузии к своим собственным разработкам по технологии газовых центрифуг, которые уже догоняют «русские» центрифуги по уровню энергопотребления, но еще должны показать свою 30-летнюю надежность.

В итоге газодиффузное обогащение оказалось более чем в 20 раз энергозатратнее, нежели обогащение на центрифугах.

Кстати, дополнительную пикантность ситуации придает то, что один из создателей первых советских центрифуг, упомянутый немец Конрад Циппе, безуспешно пытавшийся довести до ума немецкие идеи в Сухуми, в конце 1950-х уехал на Запад. Конрад Циппе перед отъездом в Германию имел возможность ознакомиться с опытным образцом центрифуги Сергеева и Каменева и с гениально простым принципом ее работы. Оказавшись на Западе, «хитрый Циппе», как его нередко называли, запатентовал конструкцию центрифуги под своим именем (патент Циппе сейчас действует в 13 странах). В 1957 году, переехав в США, Циппе построил там работающую установку, воспроизведя по памяти опытный образец Сергеева. Именно Циппе назвал эту модель «русской центрифугой», а потом название прижилось и пошло в народ. Затем Циппе сотрудничал с англо-голландским концерном Urenco и разработал другую модель центрифуги и для них. Сейчас концерн Urenco, который представляет собой конгломерат собственников из Германии, Великобритании и Бельгии, контролирует те самые 23 % мощностей по обогащению, которые засветились на нашем описании «Мирового изотопного клуба». И именно центрифуги Urenco сумел контрабандой сначала приобрести Пакистан, а потом, через Пакистан, и Иран.

В общем, как ни крути, но сейчас русские контролируют 40 % рынка обогащения, а еще около 25 % обогатителей используют русскую технологию обогащения. И, если разобраться, все центрифуги в мире пока в той или иной мере внучки и правнучки первой «русской центрифуги».

Два же из трех основных конкурентов России на мировом рынке услуг по обогащению урана, наиболее мощные компании – французская компания Areva (частично) и американская USEC (полностью), до сих пор используют чрезвычайно энергозатратную газодиффузионную технологию. Центробежной же технологией в условно «западном» исполнении совместно владеют европейские компании Urenco и Areva, но только последнее поколение их центрифуг, возможно, сможет хоть как-то конкурировать с новыми российскими центрифугами по уровню своего энергопотребления.

Причем, как вы понимаете, новым западным центрифугам еще надо наработать тридцать лет и 2 триллиона оборотов, пока они не станут столь же надежными, как советские волчки. То есть, если энергию, расходуемую на обогащение, западники победили достаточно быстро, то вот с упорядоченностью процесса у Запада еще все впереди.

[59]59
  Cui prodest? – Кому выгодно?


[Закрыть]

Сами же США так и не смогли овладеть центрифужной технологией в должной мере. Проект «Американская центрифуга», который был начат еще в начале 1970-х годов, так и не «взлетел».

В 1970-е годы, глядя на постепенные успехи европейцев в деле доводки до ума советских центрифужных технологий, Министерство энергетики США (Department of Energy – DOE) потратило больше чем два десятилетия и около 3 миллиардов долларов на научные исследования по разработке и усовершенствованию метода газовой центрифуги для разделения изотопов урана. Интенсивно развернув исследования, специалисты США разработали серию центрифуг с разделительной способностью от 200 до 500 ЕРР в год. Более тысячи этих высокопроизводительных и весьма сложных машин были построены и испытаны прежде, чем программа была остановлена в 1985 году. Однако программа даже на момент своей остановки так и не выползла из стадии опытных разработок. Центрифуги выходили из строя, разрушались на ходу, разносили осколками стенды, да и вообще демонстрировали своим поведением то, что американцы так и не смогли совладать с технологией обогащения урана «по уму». А подход «бури, детка, бури» с центрифугами почему-то не сработал. Видать, материя разделения изотопов урана оказалась чуть тоньше, чем добыча нефти и газа.

В 2000-е годы уже частная обогатительная компания USEC, созданная из уранового подразделения DOE, вернулась к идее довести до ума «американскую центрифугу». Пилотный каскад такого завода должен был стать стандартным блоком для коммерческого завода по обогащению урана. До конца 2002 года должно было быть выбрано место сооружения пилотного каскада, сооружение же пилотного каскада должно было начаться в 2004 году, а его эксплуатация стартовать еще в конце 2005 года. Однако птичка так и не полетела, но при этом прокакала еще около 300 миллионов долларов казенных американских денег.

И какова же ситуация сейчас?

К 2013-му году американской обогатительной компанией USEC изготовлено 115 из 120 новых, доведенных центрифуг. Сборка демонстрационного коммерческого каскада центрифуг должна была начаться в феврале 2013 года, а пробные пуски с гексафторидом урана – к лету 2013 года. Чем закончится полет шмеля «американской центрифуги», пока неизвестно.

Поэтому США, в лучших традициях своего Манхэттенского проекта, зовут в гости европейцев. Завод Urenco в США недавно наконец-то пущен в промышленную эксплуатацию. 20 августа 2012 года первая очередь новых центрифуг Urenco была загружена гексафторидом урана.

Мощность завода Urenco составляет 1,5 млн единиц работы разделения (ЕРР) в год. Или 7 % от мощности существующих обогатительных предприятий России.

Россия же планирует до 2015 года увеличить мощности своих предприятий по разделению изотопов еще на 10 миллионов ЕРР в год. И разделять за год уже 33 миллиона ЕРР.

Русские волчки, уникальные «русские центрифуги» (не чета этим вашим «американским центрифугам») продолжают день за днем, год за годом производить разделение изотопов ²³⁸U и ²³⁵U для нужд всего мира.

Бабочки и шмели вьются вокруг цветков, делая траву сильнее и пробивая дорогу для мышей, хомячков и фокстерьеров судного дня. Евразия снова придумала невозможное, поставив с ног на голову вопрос того, как надо работать с энергией. Обскакав своими высокотехнологичными, упорядоченными «волчками» циклопические атомные сараи последнего нефтяного динозавра.

Кто контролирует уран, тот контролирует и энергию будущего. «Шпайш машт флоу», как говорили все сильные мира сего в романе «Дюна» Херберта.

Но тут внимательный читатель заметит: «А урана-то совсем мало! Да и он тоже выйдет на пик в 2050 году. Автору незачет!».

Но автор только начал свой рассказ.

Ключевые слова: лидеры, ядерный клуб, «пик урана».

Ключевые смыслы: все течет и все изменяется, но энергия нужна всегда.

Глава 12. Ядерная Спичка

Читательскому вниманию будет предложен целый ряд метафор на запоминание ликов изотопов урана и особо сложной информации. Главное – не надо расстраиваться, если и метафоры не помогут сообразить что к чему. В таком случае стоит сфокусироваться на знакомых фамилиях, типа Сталин, Берия, и почувствовать себя хотя бы гением в области истории.

Автор покажет непривычный и колкий для взгляда подход к ядерному будущему. И он, увы, «совсем не зеленый». Но цивилизация действительно бросает вызов. Это вызов прежде всего ответственности за свои действия людей, потребляющих избыточную энергию вообще и мирного атома в частности. Это и вызов человеческому духу, который не должен быть уничтожен заурядностью работ и избыточным потреблением.

Следующую часть нашего рассказа, которая касается запасов ядерного топлива и некоторых особенностей его обогащения и «горения», я, с вашего позволения, тоже начну с картинок и магических цифр. Ведь нам надо подготовить и историю нового, ядерного фокстерьера в его грядущей схватке с нефтяным динозавром.

Первые магические цифры начнутся у нас сразу с обсуждения вопроса о мировых запасах урана. Вот мировые запасы урана. Они, вне зависимости от изотопов, считаются по сумме наличия ²³⁸U и ²³⁵U в породе.

Рис. 69. Диаграмма мировых запасов урана.

Скажу для понимания, что за пятилетний период – с 2006 по 2011 год запасы урана выросли с 3,507 млн тонн до 5,404 млн тонн. Или на 54 %. В полтора раза – хороший темп!

Россия обладает 8,9 % от мировых резервов урана, находясь в общем списке на четвертом месте – после Австралии (треть всех мировых запасов, 31 %), Казахстана (12 %) и Канады (у которой урана совсем на чуть-чуть больше, чем у России – 9 %).

Как видите, именно на долю России и Австралии и пришелся самый значительный рост запасов урана – Австралия увеличила свои запасы с 1,074 до 1,673 млн тонн, а Россия вообще рванула с 7-го на 4-е место в мировой табеле «о рангах», утроив свои запасы с 0,158 до 0,480 млн тонн.

Кроме того, в десятку лидеров в 2011 году ворвались Китай и Нигер, а Нигер даже обошел по уровню запасов США и Узбекистан.

Но в чем же секрет столь быстрого магического роста извлекаемых запасов урана в мире?

Как ни удивительно, но и сюда, как в случае с центрифугами, «дотянулся проклятый Сталин» вместе со своим приспешником – руководителем атомного проекта СССР Лаврентием Берией. Для понимания вопроса «длинных тоталитарных рук» посмотрим на график производства и потребления урана в мире за XX и за начало XXI века.

Рис. 70. График производства и потребления урана в мире.

Голубое – первичное производство урана в шахтах и карьерах по всему миру, зеленая линия – потребление урана на производство электроэнергии на суше, красная линия – суммарное потребление урана на производство энергии на суше и для силовых морских установок (подводные лодки, американские авианосцы, крейсер «Петр Великий», ледоколы «Ямал» и «Арктика» и многие, многие другие).

Как видим, даже из беглого рассмотрения графика видно – в мире в 1945–1985 годах добывалось урана значительно больше, нежели его расходовалось на АЭС и в силовых установках атомного флота.

Именно эти избыточные, давным-давно добытые количества изначально оружейного, высокообогащенного урана сейчас «заскладированы» в боеголовках и военных запасах обогащенного урана по всему миру. Название «оружейный» к нему прилепилось из английского языка (weapon grade uranium), основная же его роль – это топливо для морских энергетических установок.

Ну а полученный при обогащении оружейного урана обедненный уран ²³⁸U либо спокойно себе лежит в хвостах обогатительных предприятий, как в России, либо его в целом очень неумно и поспешно разбрасывают в виде сердечников бронебойных снарядов. Все дело в том, что у нефтяного динозавра – США – нет технологий использования изотопа ²³⁸U. Речь идет именно о действующих технологиях «сжигания» ²³⁸U (теория там как раз ясна давным-давно). И по части такого бездумного использования обедненного урана ²³⁸U впереди планеты всей у нас как раз США. Нефтяной динозавр, – что с них взять. Они и в урановый мир будущего тянут свои подходы, выработанные ими за тучный XX век. То циклопические газодиффузные заводы построят, то обедненный уран разбросают по планете. Нефтяные варвары, одним словом.

Например, загрузка морского зенитного комплекса Phalanx CIWS состоит из снарядов с сердечником из обедненного урана. И эта дура выбрасывает его через свои стволы с темпом 100 кг в минуту.

Моя претензия к Пентагону, и в целом к США, именно в этом, – несмотря на выдающиеся пирофорные качества и высочайшую плотность урана, это в первую очередь – ценнейшее топливо будущего, которое можно легко сохранить и пустить в дело потом, когда настанет его время. Впрочем, США не впервой жечь нефтяной газ и лить бензин в реки как ненужный компонент перегонки нефти.

[60]60
  «Culpa levis» – «Небольшой грех».


[Закрыть]

Поэтому, по факту, кроме 5,404 млн тонн природного урана в недрах, сейчас на складах «Росатома», в отличие от американского Министерства энергетики, лежит немало обедненного урана. Как вы понимаете, «смешав» снова оружейный уран с обедненным ураном, вы можете получить столько реакторного урана, сколько у вас есть оружейного. А у России, согласно многим оценкам, на 2013 год осталось около 800 тонн оружейного урана. Это соответствует еще около 100 000 тонн природного урана, но уже в готовом, очищенном виде. Скажу лишь, что это больше добычи всего мира за два года. Или же пятая часть всех ресурсов российского урана, известных на сегодня.

Второй интересный факт, который связан с низкой себестоимостью производства энергетического урана центрифужным способом и напрямую отражается в увеличении резервов урана на Земле – это тотальный пересмотр подхода к оценке геологических запасов и резервов природного урана.

Еще в 2006 году в мировые резервы урана записывали все месторождения, на которых можно было обеспечить производство урана с издержками не более 80 $ за килограмм природного урана. На фоне успехов центрифужной технологии в России и Европе уже к 2010 году «планка отсечения» для цены природного урана месторождений, которые из геологических запасов становятся извлекаемыми запасами или резервами, поднялась до уровня 130 $ за килограмм урана. Отсюда и рост резервов урана, есть и новые открытия, но основная часть прироста – это перевод геологических запасов в извлекаемые резервы.

Таким образом, улучшение используемой технологии разделения изотопов (замена газовой диффузии на центрифугование), казалось бы, далекое от каких-либо геологических вопросов, незримым образом подставляет плечо шахтам и карьерам по добыче урана в рамках единого ЯТЦ, позволяя добывать уран из гораздо более бедных руд.

Кроме того, в последнем отчете МАГАТЭ по запасам урана в мире справедливо указывается, что урановые запасы и резервы России по-прежнему недооценены. Причины этой ситуации такие же, как и для запасов нефти и газа – территория страны еще не до конца изучена в геологическом отношении, а там, где изучена и геологические запасы урана известны, не всегда есть инфраструктура для его рентабельной добычи.

В общем, вопрос освоения Сибири столь же актуален в случае урана, как он актуален в случае нефти или газа.

Таким образом, сейчас окончательный общий потенциал мировых запасов урана со стоимостью извлечения до 130 $ за килограмм оценивается в 6 306 300 тонн.

Много это или мало?

Как я писал ранее, содержание легкого изотопа урана ²³⁵U в породе для большинства месторождений составляет 0,71 %. Если посчитать общие мировые запасы урана исключительно по содержанию ²³⁵U, то они составят 45 406 тонн. Плюс, как я сказал, еще около 800 тонн такого практически чистого урана ²³⁵U есть в эксклюзивном распоряжении у России.

Если «перебить» этот природный ²³⁵U в баррели нефти (как мы помним, килограмм урана «энергетичнее» килограмма бензина где-то в два миллиона раз), то мы получим для оценки мировых запасов изотопа ²³⁵U энергетический эквивалент около 90,81 млрд тонн нефти.

Для понимания значения этой цифры – самой нефти в мире «от царя Гороха» и до «сейчас» уже добыто около 1 триллиона 450 млрд баррелей нефти и еще где-то столько же находится в недрах. В тоннах накопленная добыча и остаток нефти в мировых недрах составит около 200 млрд тонн, то есть энергии нефти в недрах сейчас всего лишь в два раза больше, чем там принципиально содержится самого легко утилизируемого изотопа урана – урана ²³⁵U. Однако на самом деле накопленной энергии тяжелых ядер в недрах Земли гораздо больше, чем можно заключить, принимая в расчет исключительно один изотоп урана – ²³⁵U.

Как мы помним, в урановой руде и в отвалах наших обогатительных комбинатов есть ²³⁸U, в наших реакторах постоянно возникает изотоп плутония ²³⁹Pu, а кроме урана на Земле есть хоть и менее удобный, но тоже утилизируемый торий, представленный своим одним изотопом – ²³²Th, и его тоже можно вовлечь в ядерный топливный цикл.

А изотоп урана ²³⁵U – это все лишь ценнейшая «ядерная спичка», которой надо поджечь всю эту охапку «ядерных дров». Ведь изотоп ²³⁵U – это отнюдь не единственный тяжелый атом, который можно разделить с выходом энергии. Это просто самый доступный нам атом на современном уровне нашей технологии. С нашей текущей негэнтропией. Фокстерьеру надо еще вырасти в большого и сильного медведя.

Фокстерьер уже нашел «ядерную спичку». Пару раз неосторожное обращение с огнем уже обожгло ему лапы.

Вокруг фокстерьера идет дождь и валяется куча сырого дерева. Фокстерьеру холодно и страшно.

Но «ядерная спичка» по-прежнему у него в распоряжении. И фокстерьеру просто надо немного подрасти и научиться разжигать ядерный огонь этой «ядерной спичкой».

[61]61
  De profundis clamat – Взывает из бездны.


[Закрыть]

В общем, ничего из добытых человечеством тяжелых ядер не пропадет даром и не должно быть выброшено просто так, случайным образом, – рано или поздно, я верю, все накопленное пойдет в реакторные топки. Ну а пример урановой бесхозяйственности нефтяного динозавра по разбазариванию обедненного урана пусть будет у нас перед глазами. Посмотрим теперь на наш расклад по тяжелым ядрам глазами будущих ядерных медведей. В которых мы, наверное, хотим вырасти из смелых, но маленьких ядерных фокстерьеров. Чтобы не погибнуть вместе с нефтяным динозавром.

Сколько таких тяжелых изотопов есть у нас в запасниках?

Проще всего вопрос с самим ураном. Как вы понимаете, количество ²³⁸U я вам уже сказал, озвучив мировые запасы урана, которые определяются по сумме всех изотопов. За вычетом 45 406 тонн «легкого» изотопа ²³⁵U, нашей «ядерной спички», «тяжелого» изотопа урана ²³⁸U (только в открытых и оцененных месторождениях!) сейчас около 6 250 000 тонн. Плюс – у рачительной России еще около 250 000 тонн изотопа ²³⁸U сложено в виде обедненного урана просто на складах.

В бочках… В виде гексафторида урана. Под открытым небом. На бетонной площадке. Бери, откупоривай баклажки, думай, как поджечь эти «сырые дрова».

Мы же сосредоточимся на том, как поджигать ядерной спичкой атомные дрова на нашем текущем уровне понимания вопроса. Дети, подсаживайтесь поближе, и я расскажу вам, как разжигать настоящий «пионерский кастрик».

Пожалуй, трудно найти во всей известной человечеству физике раздел, более интересный и парадоксальный, нежели физика атомного ядра. Если классическая теория тяготения в чем-то напоминает аптеку, от термодинамики всегда неуловимо тянет запахом кладбища, а оптика со своими смешными линзами, призмами и радугой мне почему-то напоминает детский садик, то ядерная физика – это, безусловно, лотерея.

Тут тебе и разноцветные «шарики» протонов и нейтронов внутри ядра, пробуждающие скрытые ассоциации со «Спортлото-82». Тут тебе и терминология, от которой веет какой-то небывальщиной: «странные» и «очарованные» частицы. Тут тебе и совершеннейшая начальная непредсказуемость многих результатов ядерной физики за бурный XX век. («Так-с… что это за хрень залетела к нам в нашу пузырьковую камеру? Давайте-ка подумаем…»)

Не является исключением в этом ряду и физика трансурановых элементов.

Рис. 71. Нет, это не карта острова Манхэттен. Это Левиафан, ползущий в будущее.

Вплоть до изотопа свинца ²⁰⁸Pb все элементы таблицы Менделеева стабильны. Два показательных исключения из этого правила – прометий, элемент с порядковым номером 61, один из редких лантаноидов; и технеций, элемент с порядковым номером 43, который своим аномальным поведением смутил еще дедушку Менделеева.

Менделеев предсказал технеций в виде эка-марганца, но в силу того, что элемент технеций по необъяснимому капризу природы оказался радиоактивным (самые стабильные изотопы технеция живут несколько миллионов лет), то весь XIX век его никак не могли найти. Вот уж где была алхимия – «открывали», а потом «закрывали» эка-марганец как минимум пять раз. А что? При желании черная кошка находится в любой темной комнате. Правда, потом кошка может загавкать, но это уже будет потом.

[62]62
  Vis atrox – Страшная сила.


[Закрыть]

Получили технеций только в 1937 году, уже искусственно, на циклотроне. Прометий синтезировали чуть позже, в 1945 году. Ну и тогда же придумали эмпирическое правило, почему у технеция и прометия не может быть стабильных изотопов. Правило хорошее, и оно работает, но вот до «периодической системы изотопов», которая бы хоть как-то напоминала по своей стройности «периодическую систему элементов», по-прежнему столь же далеко, как до победы коммунизма в масштабах отдельно взятой планеты.

Понятно, что такая система когда-то будет построена и, наверное, будет включать в себя достаточно понятную и простую математическую модель поведения любого изотопа, объяснит варианты распада существующих ядер и предскажет поведение новооткрытых; но пока мы имеем, что имеем. И, если при взгляде на верхний рисунок вас вдруг потом, во сне, как у Дмитрия Ивановича, посетит озарение и вы начнете резво набрасывать систему из сложных уравнений, – не пугайтесь. Это не болезнь, это гипотеза. Пишите, например, в Дубну или в Обнинск. Там тоже иногда по ночам не спят, они выслушают, поймут и поддержат.

На предыдущей картинке уже отчетливо видны и все доступные человечеству, благодаря капризам «лотереи» ядерной физики, квази-стабильные изотопы элементов, лежащих за стабильным «материком» легких элементов.

Это несколько «небоскребов» на острове, расположенном ближе всего к зрителю.

Квазистабильные изотопы – это изотопы, период полураспада которых измеряется сотнями миллионов и миллиардами лет, то есть нижняя черта стабильности для этих изотопов проведена сугубо условно – условием квазистабильности принята возможность обнаружения данного изотопа в каких-то значительных количествах в природе, на нашей Земле, по состоянию на 2013 год. Тот же прометий и технеций методами сверхточной спектроскопии нашли впоследствии в урановых рудах как результат распада ядер урана, но это лишь подтвердило фундаментальные выкладки. Никакого разумного использования это открытие не имело – при желании изотопы дешевле получить в реакторе из квазистабильных.

Дальше, если Вы не против, у нас пойдут «веселые картинки», которые помогут многим не заскучать во время рассказа о ядерных реакциях и изотопах.

Рис. 72. Знакомьтесь: ²³⁵U, ²³⁸U – метафорическая визуализация образа.

Nota: Они всегда вместе… они просто любят друг друга. И да, нам нужен только тот изотоп, который с упругой попкой, и которого меньше.

Перечислим эти изотопы поименно. Это: уран, который в природе представлен тремя изотопами – ²³⁴U, ²³⁵U и ²³⁸U. Изотопы ²³⁸U и ²³⁵U являются квазистабильными и содержатся в породе с относительными концентрациями 99,283 % и 0,711 %. Легкий изотоп ²³⁵U, как вы помните, как раз и получают из природного урана, а потом запихивают в АЭС и в ядрен-батоны.

Изотоп ²³⁴U образуется тут же, прямо в залежи урана, за счет α-распада основного стабильного изотопа урана – ²³⁸U (основного, малоактивного природного изотопа урана, тот, который на фото сверху в жутких семейных трусах и шлепках).

Поскольку ²³⁴U имеет период полураспада «всего-то» в 245 тысяч лет, его в природном уране вообще очень мало – всего 0,0055 %.

Рис. 73. Метафорическое изображение ²³⁴U, чтобы запомнилось.

Но, как говорится, «мал клоп, да вонюч». Поскольку этот изотоп короткоживущий, то его активность по сравнению с квазистабильными «старшим братом и сестрой» просто-таки адская и составляет около 49 % от общей радиоактивности природного урана. Кроме того, по причинам маленького веса ядра ²³⁴U, даже меньшего, чем у ²³⁵U, любые обогатительные технологии, отделяющие ²³⁵U от урана ²³⁸U, с еще большим удовольствием отделяют и нашего «вонючего клопа». При этом реакторный и, в еще большей мере, оружейный уран оказываются обогащенными и по содержанию ²³⁵U, и, еще больше, – по содержанию ²³⁴U. Спасает ситуацию только малое содержание «вонючего клопа» в начальной породе, которое при обогащении хоть и увеличивается быстрее, чем у ²³⁵U, но все же остается на более-менее пристойных уровнях.

Однако оценивать любой обогащенный уран (и реакторный, и, тем более, оружейный) уже приходится с учетом «активности клопа». То есть, если природный или, тем более, обедненный уран, при ярком желании и малом уме, можно даже положить себе на денек в трусы и вывезти за рубеж, то делать такие фокусы с оружейным ураном уже категорически не стоит.

В общем, у толстого парня на верхней фотографии (²³⁸U) не только жуткие семейные трусы и шлепки, так он еще и клопов (²³⁴U) нам в ядерное топливо заносит. А куда же без них? Без этого парня и его нательных членистоногих наша девушка «ядерная спичка» (²³⁵U) нигде не ходит.

Кроме того, что «клоп» не по-детски фонит, других неприятных особенностей у него нет – в обычном современном энергетическом реакторе, под «живительным потоком тепловых нейтронов» изотоп ²³⁴U потихоньку превращается в свою старшую сестру – ²³⁵U. Поэтому для целей получения энергии его считают «в общий зачет» с ²³⁵U.

Однако на превращение ²³⁴U в ²³⁵U все-таки приходится тратить один лишний нейтрон, а учитывая, что девушка-«ядерная спичка» (²³⁵U) при делении нам выдает эти нейтроны скупо и под четкий счет (обычно 2–3 нейтрона на деление), то тратить один из них на «конвертацию» клопа обидно, но приходится.

[63]63
  Respice finem – Учти конец.


[Закрыть]

Разобравшись с ураном, перейдем к торию. Здесь наблюдаемая картинка гораздо проще, чем у урана. Природный торий представлен лишь одним квазистабильным изотопом – ²³²Th, который, как и основной изотоп урана – ²³⁸U, имеет период полураспада, исчисляемый миллиардами лет. Если быть точным, то у ²³⁸U это 4,47 млрд лет, а у ²³²Th – 14,05 млрд лет, то есть торий будет на нашей планете, когда уже никакого урана и в помине не останется.

Так что «ториевый цикл» – это, безусловно, наше будущее и будущее любого другого вида, который, возможно, при нашей глупости, когда-нибудь, через 500 миллионов лет, будет изучать черепа этих смешных и туповатых Homo sapiens.

Самое главное – не забывать, что без девушки-«ядерной спички», то есть без ²³⁵U, ни природный уран, ни природный торий гореть не хотят.

При этом, если ²³⁸U все-таки можно при определенных условиях (а именно в сильном потоке быстрых нейтронов) заставить разделиться, что успешно используется в термоядерном оружии, реакторах на быстрых нейтронах (действующих сейчас – 1 штука, в России, БН-600, Белоярская АЭС) и, в очень небольшой степени, в реакторах на тепловых нейтронах (коих сейчас в мире – подавляющее большинство), то с ²³²Th такие фокусы уже не проходят.

Изотоп ²³²Th – это так называемый «четно-четный» изотоп, что, кстати, и задает его феноменальную устойчивость. Такие изотопы вообще невозможно разбить на осколки за счет нейтронов, полученных в реакторах. Для вовлечения в топливный цикл прямого деления их надо облучать специальными нейтронами, полученными в ускорителях. А там, как вы понимаете, сразу встанет вопрос с проклятым EROI. Впрочем, идеи, откуда брать «халявные» нейтроны, еще будут. А пока все, чего можно от ²³²Th добиться, – это «скормить» ему один тепловой нейтрон.

Рис. 74. Метафорическое изображение ²³²Th.

Nota: Ему все эти ваши нейтроны – что слону дробина. Покорми слона нейтронами. Покорми слона.