Помните анекдот, в котором директор японской корпорации после экскурсии по России говорит: «Очень у вас дети красивые!» — а на вопрос, при чем здесь дети, отвечает: «А все, что вы руками делаете…» Вопреки понятной самоиронии, существуют технологии, в которых Россия не просто задает мировые стандарты, но на полшага опережает Германию и на полвека обгоняет Японию и США. Речь о граале ядерной индустрии — газовых центрифугах для разделения изотопов. Роторы этих машинок, на сегодняшний день уже девятого поколения, работают с почти непостижимой частотой вращения — около 2 тысяч оборотов в секунду — и не останавливаются 30 лет подряд. Каким образом — одна из самых бережно охраняемых государственных тайн. Кроме нас, подобные, но уступающие российским центрифуги умеет делать только одна компания в мире — англо-немецко-голландская URENCO. Чтобы своими глазами увидеть, как работают каскады газовых центрифуг, репортер «Ленты.ру» отправился в закрытый город Зеленогорск, что в 200 километрах от Красноярска, на секретное предприятие — Электрохимический завод.
И вот после 11 часов пути от Москвы и нескольких КПП — закрытый город и одно из самых мощных в мире предприятий по обогащению урана. Завод настолько большой, что с земли его не понять и не представить. Расставляет строения по своим местам и дает представление об организации макет в музее Зеленогорска: здание администрации, четыре основных цеха — каждый около километра длиной и полтора десятка вспомогательных корпусов. К нужному входу едем по территории на микроавтобусе еще минут десять. Снова проверка документов, белые халаты и шапочки, длинные коридоры и лестницы, огромный цех и колония центрифуг. Колония — потому что их здесь десятки тысяч. Одна газовая центрифуга похожа на большой огнетушитель, перекрашенный в голубой цвет. Они соединены параллельно по десять штук в каскад. Каскады расположены в три яруса по высоте и уходят в глубь цеха, на сколько именно — тоже секрет. Количество каскадов для выполнения разных задач различное, но оно в любом случае не разглашается.
Мы въезжаем в город Зеленогорск
Фото: Павел Орлов
2000 оборотов в секунду
Наверное, почти каждый россиянин ощутит легкую гордость, осознав, что ни США, имеющие самый большой парк ядерных реакторов в мире (101 реактор, на которых вырабатывается 20 процентов всей электроэнергии в стране), ни Франция, получающая три четверти электроэнергии от АЭС (59 реакторов), несмотря на все попытки, так и не создали собственных центрифуг. Они закупают их у URENCO. Хотя принцип работы современного устройства — не тайна. Ротор стоит на стальной игле, опирающейся на корундовый подпятник, а его верхняя часть удерживается электромагнитным полем и висит в вакууме. Что-то вроде детского волчка в герметичном корпусе. Однако крутится эта «игрушка» с частотой две тысячи оборотов в секунду, в пять раз быстрее ротора турбореактивного двигателя в максимальном режиме, и за 30 лет делает 1,89 триллиона оборотов — как говорится, попробуй повтори.
Разделить и властвовать
Основная задача газовых центрифуг — разделение изотопов урана. В урановой руде содержится только 0,7 процента 235-го изотопа (U-235). Остальное — уран 238 (U-238). Но нужен человеку именно первый, нестабильный 235-й изотоп. Для работы атомных энергетических станций необходимо топливо (топливные стержни, или ТВЭЛы), обогащенное до 4,5 процента по изотопу 235, а для создания ядерного оружия — уран, обогащенный до 90 и более процентов.
Но как разделить атомы с почти одинаковой атомной массой — 235 и 238? Сначала человечество использовало эффузную, или диффузионную технологию. Уран превращали в газ, используя фтор, а получившийся гексафторид урана проталкивали сквозь металлические пластины со сверхтонкими порами. Часть более крупных, 238-х атомов, застревала в пластине. Теперь внимание! Для создания 70 граммов урана, обогащенного до 92 процентов, в СССР в середине 40-х годов газ гексафторид урана последовательно проталкивали сквозь 3100 диффузионных установок. Процесс занимал сутки. Стоимость никогда не вербализовалась. Ну, а первый в мире завод газодиффузионного обогащения урана в США в Ок-Ридже обошелся Америке в полмиллиарда еще тех долларов, за 800 единиц которых продавался автомобиль «шевроле».
Те самые газоразделительные центрифуги
Фото: Павел Орлов
Технологии девятого поколения
Ситуацию необходимо было изменить, что и сделали наши ученые и конструкторы. В 1958 году предприятие «Почтовый ящик №50» (ныне «Точмаш») приступило к серийному выпуску первых газоразделительных центрифуг. За пределами СССР первые центрифуги появились на 20 лет (!) позже.
С тех пор сменилось уже девять поколений этих сверхсепараторов, и сейчас отрабатывается десятое поколение. При тех же энергозатратах центрифуга девятого поколения в шесть раз производительнее пионеров, а ее расчетный срок службы увеличился в 10 раз — с 3 до 30 лет.
Обогащение на современных российских центрифугах, где тот же гексафторид урана разделяется на легкую и тяжелую фракции под действием центростремительного ускорения, в сотни тысяч раз превышающего привычное ускорение свободного падения (g), обходится на два порядка дешевле и требует в десятки раз меньше энергии, чем обогащение с помощью диффузионной технологии.
Я знаю, что вы думаете: все это сделано в СССР — благодаря приоритету в государственной политике, подтягиванию лучших умов, созданию закрытых научных городов и безграничному финансированию. Современная Россия только использует советские наработки. Однако факты против скепсиса. С развала СССР прошло 26 лет, за это время разработаны, запущены в серию и приняты в эксплуатацию несколько новых поколений центрифуг. И разница между ними отнюдь не в дизайне корпуса — производительность центрифуги девятого поколения в четыре раза выше, чем у ее прямого предшественника. Энергоэффективность — 95 процентов.
Благодаря сохраненному и приумноженному лидерству в сфере разделения в России сегодня обогащается 45 процентов всего используемого на планете Земля урана — при том что из 439 работающих в мире энергоблоков АЭС в нашей стране находятся только 34. Обогащенный в России уран покупают почти все ведущие державы мира. Заказы от энергетических компаний Европы, Америки, Африки и Азии подписаны на 10 лет вперед.
Бочки на поле — так до сих пор хранился обедненный гексафторид урана
Фото: Павел Орлов
Суслики и изотопы
Но вернемся на землю Электрохимического завода (ЭХЗ). Кстати, землю красивую. Вокруг — покрытые тайгой сопки. Рядом — широкая и быстрая река Кан. Территория предприятия покрыта аккуратно стрижеными газонами, а сотрудники из-за расстояний гоняют из цеха в цех и даже внутри цехов на велосипедах. Несмотря на внешнюю пасторальность, здесь сегодня обогащается одна треть российского, а значит — 15 процентов всего используемого в мире урана. Одновременно на аналогичном оборудовании (центрифуги внешне похожи, но по конструкции отличаются) производится более 30 процентов мирового рынка стабильных изотопов. Конкретнее — 95 изотопов 19 химических элементов: молибдена, никеля, теллура, аргона, германия, кремния, криптона, ксенона, диоксида углерода и так далее. Выделенные (обогащенные или обедненные) изотопы используются в медицине, атомной и электронной промышленности, для фундаментальных физических исследований и высоких технологий. Из них делают дыхательные тесты для выявления бактерии Helicobacter pylori, эталоны массы, детекторы для фиксации нейтрино, препараты для диагностики рака, стабилизаторы реакции в ядерном реакторе и многое, многое другое. Стабильные изотопы ПО ЭХЗ поставляет в 30 стран мира, включая Германию, Великобританию, США и Канаду.
А еще на территории ПО ЭХЗ проживает колония сусликов, про которых шутят, что они содержатся в самой большой и хорошо охраняемой клетке в мире.
Как уже говорилось, центрифуг в цехах более чем много, а вот людей почти не видно. Это неудивительно — и обогащение урана, и производство стабильных изотопов на ПО ЭХЗ полностью автоматизировано. В основном это специалисты и операторы, которые контролируют процессы удаленно, из комнат с большим количеством мониторов, на которых отражаются все происходящие в цехах процессы.
Всего на огромном предприятии, включая администрацию, заняты 1800 человек — против 10 тысяч в советское время. Что хорошо для предприятия, но не очень хорошо для закрытого города Зеленогорска с населением в 63 тысячи человек.
Выживали, как все
Как и вся атомная отрасль, ПО ЭХЗ после чернобыльской аварии 1986 года пережило трудные времена. Чтобы выжить, на предприятии изготавливали VHS и аудиокассеты, счетчики для электричества и подобный ширпотреб. На другом берегу реки Кан, в тайге, основали форелевое хозяйство. Сегодня оно в ведомстве дочернего предприятия ЭХЗ — ООО «Искра» и продолжает давать 10 тонн рыбы в год. Присматривают за хозяйством доисторический трактор, два метиса овчарки, 73-летний дед Толя и девять его сотрудников. Хотя это уже баловство, потому что средняя зарплата на ПО ЭХЗ составляет 83 тысячи рублей в месяц. Огромная стоянка перед проходной в рабочие часы битком забита автомобилями сотрудников. Цеха и офисы отремонтированы, оснащены современными компьютерами и мониторами. Модный немецкий станок прессует порошкообразные изотопы в цилиндрические таблетки, а в некоторых женских туалетах, простите за наблюдательность, установлены биде.
Урановый отвал и его нелегкая
Как вы помните, из природного урана человек берет только изотоп U-235, которого там семь десятых процента. Изотоп U-238 человек почти не использует. Но и не выбрасывает, так как в не очень далеком будущем, когда технологии дорастут до массового использования реакторов на быстрых нейтронах, этот выделенный изотоп U-238, называемый еще обедненным ураном, станет стратегическим сырьем. К тому же в нем остается небольшой процент невыделенного U-235, который можно будет выделить на центрифугах, например, 20-го поколения. Из урана 238 можно делать замечательную броню для танков или пули в 1,7 раза тяжелее свинцовых. Но пока все это в теории, на практике возникла большая проблема — причем «большая» в прямом смысле. За 75 последних лет, в течение которых человечество активно обогащало уран, на планете накопились около 2 миллионов тонн обедненного, но довольно «химически активного» гексафторида урана (с содержанием U-235 около 0,2 процента). Он хранится в специальных сверхпрочных контейнерах на полигонах под открытым небом и вызывает нездоровый интерес у «зеленых». «А если вдруг начнется война, — говорят противники ядерной энергетики, — не станут ли полигоны с обедненным гексафторидом мишенью для вражеской авиации?»
КПП города Зеленогорска
Фото: Павел Орлов
Снова стать рудой
На ПО ЭХЗ первыми в России и вторыми в мире после Франции по французской технологии (AREVA NC) построили и в 2009 году запустили две промышленные установки по переработке обедненного гексафторида урана в закись-окись урана. Называются они W-ЭХЗ и перерабатывают 10 тысяч тонн гексафторида урана в год. В химическом реакторе размером с двухэтажный коттедж происходит взаимодействие гексафторида урана и водяного пара. В урановом соединении фтор замещается на кислород, и на выходе имеем: кислоту фтористоводородную, безводный фтористый водород и закись-окись урана. Процесс полностью автоматизирован. Закись-окись — серая порошкообразная масса, похожая на песок, — это тот самый уран, который лежал в копях. Он пакуется в большие зеленые кубические контейнеры, по 10 тонн в каждый, и пригоден для долговременного безопасного хранения.
К слову, в странах, где «зеленые» победили атомщиков, а место АЭС заняли альтернативные источники — то есть в Дании и Германии, электроэнергия теперь самая дорогая в мире. На наши деньги — примерно 20 рублей за киловатт-час. Хотите перейти на солнечные батареи и ветряные мельницы?
Назад в СССР
Под занавес хочется сказать о городе Зеленогорске. В нем нет огромных торговых центров из стекла — он весь в цветниках и газонах. Это самый спокойный город в радиусе пятисот километров. Один из самых зеленых, что мне доводилось видеть. Местные жители проводят так много времени в спортивных залах, что в краеведческом музее пестрит в глазах от золота кубков и медалей. Ощущение, что попал в один из романов Стругацких или в 70-е годы, в золотой период СССР. Это может нравиться или нет, но это по-своему красиво. Да, если нет специального высшего образования и ты не пригодишься на ПО ЭХЗ, найти работу в одном из самых атомных городов России очень непросто.
Так что не судите о российских технологиях по автомобилям «Лада». Об этом уже все знают — там просто место проклятое.