Энергаз2
Аналитика - Генерация энергии

Долог путь урана


05.09.14 09:01
Долог путь урана На «Уральском электрохимическом комбинате» (УЭХК, г. Новоуральск Свердловской обл.), входящем в Топливную компанию Росатома «ТВЭЛ», сосредоточено 48% российских мощностей по обогащению урана и около 20% — мировых. В нынешнем году предприятию исполнилось 65 лет.

Комбинат: вчера и сегодня
Начало истории УЭХК явилось отголоском американских ядерных бомбардировок японских городов: в декабре 1945 г. площадка авиазавода легких сплавов была отдана под комбинат по производству высокообогащенного урана для советских атомных бомб. Строительство в послевоенные годы шло трудно, затем начались технологические проблемы с оборудованием: коррозия газодиффузионных машин «съедала» весь рабочий газ. Первая продукция весом в 341 г была получена 11 ноября 1949 г. – эта дата стала днем рождения УЭХК. И только третья из испытанных советских атомных бомб содержала начинку из высокообогащенного урана-235 (ее предшественницы РДС-1 и РДС-2 были плутониевые). Именно ее в 1951 г. впервые сбросили с бомбардировщика Ту-4.
Однако использовавшаяся в то время газодиффузионная технология разделения урана, помимо ряда сложностей в разработке фильтров, имела весьма существенный недостаток — колоссальную энергоемкость. По некоторым оценкам, комбинат в ту пору потреблял порядка 3% всей электроэнергии, вырабатывавшейся в стране. Состязаться в гонке вооружений, имея столь дорогостоящую обогатительную технологию (а для ядерного оружия требовалось обогащение свыше 90%) было нереально. Поэтому на УЭХК впервые в мире освоили сначала в опытных, а затем и в промышленных масштабах более эффективную технологию — газоцентрифужную, которая на несколько порядков снизила энергопотребление производства.
Сегодня большая часть продукции комбината (порядка 85%) идет на экспорт в США, Европу, Корею, Японию, Китай... УЭХК работает как на импортном сырье (например, из Казахстана), так и на отечественном. Комбинат поставляет обогащенный уран, пригодный для фабрикации топлива АЭС с реакторами на тепловых нейтронах.
Помимо обогащения урана в производстве топлива для АЭС, УЭХК занимается и другими работами. Среди наиболее известных — недавно завершившаяся 20-летняя программа «ВОУ-НОУ, или мегатонны в мегаватты» (уменьшение обогащения оружейного урана до уровня топливного). А кроме того, разработка и производство эталонных образцов изотопного состава урана для науки, промышленности и обороны, систем контроля и т.д.
 
Звено длинной цепочки
Кажется удивительным, что производственные мощности и вся инфраструктура, связанная с подготовкой топлива для атомной энергетики, в нашей стране хаотично разбросана по весьма удаленным друг от друга регионам. Видимо, в СССР были какие-то свои причины для такого причудливого размещения предприятий.
Основная масса урановой руды добывается в Казахстане, из нее изготавливается концентрат и поставляется в сибирские Томск или Ангарск. Здесь сырье очищается и переводится в гексафторид урана с природным содержанием 0,7% изотопа U-235. В таком виде оно и приходит в Новоуральск. После обогащения до 4% продукт идет на заводы в г. Электросталь (Московской обл.) или в г. Новосибирск. И только там происходит фабрикация топлива: сырье переводят в двуокись урана, из которой делают «таблетки», собирают их в трубки, а трубки вставляют в шестигранник. На выходе получается топливная сборка для атомных станций — ТВЭЛ.
Перевозки урана между городами выполняются железнодорожным транспортом, для этой цели на УЭХК есть собственный подвижной состав.
 
Внутри центрифуги
Обогащение урана производится путем разделения смеси его изотопов: более тяжелый U-238 отбрасывается, а более легкий U-235 идет на следующий этап, и постепенно его концентрация в продукте повышается. Поскольку разница их атомного веса всего в три единички, каждая центрифуга способна повысить концентрацию изотопа лишь на ничтожно малую долю процента. Поэтому центрифуги работают огромными каскадами — десятками тысяч штук, пройдя через которые, продукт получит требуемый процент обогащения по U-235. Чтобы вместить весь каскад центрифуг, на УЭХК один из цехов имеет протяженность около километра, и персонал ездит по нему на велосипедах, причем с ограничением скорости, чтобы случайно не повредить действующее оборудование.
Центрифуга представляет собой корпус с вакуумом, в котором находится легкий пустотелый металлический цилиндр — ротор. В ротор центрифуги подводится сырье, и в результате центробежной силы более тяжелый изотоп оттесняется к периферии, а более легкий собирается у сердцевины. С помощью молекулярных насосов осуществляется их движение по вертикали, после чего скопившийся внизу обедненный продукт отводится, а обогащенный из верхней части передается на следующую центрифугу — и так десятки тысяч раз подряд.
В нижней части ротор опирается на тонкую корундовую иглу, а сверху подвешивается в магнитном поле, которое облегчает его давление на иглу. Конструкционные сложности обусловлены тем, что центрифуга вращается с фантастической скоростью — до 1500 оборотов в секунду. Даже если отключить электропривод, она будет вращаться по инерции еще очень долго.
Впрочем, центрифуги никто не останавливает в течение всего срока службы — а это 30 и более лет. Самыми надежными считаются машины 6-го поколения, у которых вероятность выхода из строя составляет всего 0,01% в год. Чтобы добиться таких показателей по надежности, центрифуги данного поколения прошли 8 итераций.
Сегодня ведется работа по усовершенствованию машин, прошедших пока 4 итерации — это первые российские надкритические центрифуги. Это означает, что колебания ротора при его разгоне проходят точку резонансной частоты. Такие центрифуги обладают большей производительностью.
 
На пути к потребителю
Каскад центрифуг организован таким образом, что позволяет обеспечивать разную степень обогащения урана. Существует несколько точек отбора готового продукта — в каждой из них он обладает несколько разными свойствами. Соответственно точка отбора варьируется, в зависимости от требований заказчиков. 
Процесс загрузки сырья и отправки обогащенного продукта тоже своеобразен. Гексафторид урана поступает на УЭХК в бочкообразных контейнерах в твердом виде. При нагревании он превращается в газ, и в таком состоянии «путешествует» по каскадам центрифуг. На выходе, чтобы закачать продукт в контейнер, его нужно из газа сначала превратить в жидкость — это достигается при определенных давлении и температуре. Остывая в контейнере, продукт вновь становится твердым, и уже в таком виде транспортируется потребителям.
Несмотря на не очень большие размеры, вес «бочки» с ураном достигает 15 т, поэтому для его перемещений используется очень мощный автопогрузчик со специальным захватом, такие машины здесь называют «Кальмарами». Конструкция контейнеров обеспечивает экологическую безопасность: радиационный фон на комбинате соответствует естественному (0,05-0,06 мкЗв/ч), и лишь в непосредственной близости от контейнера он немного повышается до 0,3 мкЗв/ч (для сравнения: в горных районах не редкость природный фон до 0,7 мкЗв/ч).
Таможенный контроль продукции проводится непосредственно на складе УЭХК, о чем свидетельствует зеленая, знакомая по аэропортам табличка. Это позволяет контейнерам с ураном без задержек двигаться за рубеж.
На сегодняшний день продукция УЭХК пользуется хорошим спросом как в России, так и за рубежом. Так, по итогам прошлого года комбинат получил чистую прибыль в размере 3,5 млрд руб. На вопрос, кто может стать покупателем редкого и опасного товара, на предприятии отвечают: мы не продаем уран, мы оказываем услугу по его обогащению.
 
Роман Топорков, Кира Патракова
Фото авторов

(С) Медиапортал сообщества ТЭК www.EnergyLand.info
Оформить подписку на контент Looking for authoritative content?
Копирование без письменного разрешения редакции запрещено







О проекте Размещение рекламы на портале Баннеры и логотипы "Energyland.info"
Яндекс цитирования         Яндекс.Метрика