Обращение к сайту «История Росатома» подразумевает согласие с правилами использования материалов сайта.
Пожалуйста, ознакомьтесь с приведёнными правилами до начала работы

Новая версия сайта «История Росатома» работает в тестовом режиме.
Если вы нашли опечатку или ошибку, пожалуйста, сообщите об этом через форму обратной связи

Участники проекта /

Соловьев Геннадий Сергеевич

Совет­ник ген­ди­рек­тора Уральского элек­тро­хи­ми­че­ского ком­би­ната по науке и вопро­сам пер­спек­тив­ного раз­ви­тия.
Соловьев Геннадий Сергеевич

Я впер­вые попал на УЭХК в 1959 году. Я тогда про­хо­дил прак­тику от физ­теха УПИ как раз на газо­диффу­зи­он­ном про­из­вод­стве — застал диффу­зию на УЭХК еще до появ­ле­ния пол­ноцен­ного цен­три­фуж­ного про­из­вод­ства. Газо­диффу­зи­он­ное обогаще­ние — это посто­ян­ный шум от огром­ных компрес­со­ров, кото­рые гонят газ, и темпе­ра­тура в цехе 30-35° С. А на современ­ных газо­диффу­зи­он­ных про­из­вод­ствах темпе­ра­тура зашка­ли­вает за 80° С, и пер­со­нал рабо­тает только в защит­ных костюмах.

Поста­нов­ле­ние пра­ви­тельства СССР о начале раз­ра­ботки газо­вых цен­три­фуг для промыш­лен­ного исполь­зо­ва­ния дати­ро­вано 8 июля 1952 года. Создать цен­три­фуж­ную тех­но­логию действи­тельно было тяжело. В газо­вой диффу­зии глав­ное — научиться делать пори­стые раз­де­ли­тель­ные мем­браны (ширина ячейки — с моле­кулу). Если научился, то кон­струкция у них неслож­ная, и штампо­вать их можно быстро. А компрес­соры для нагне­та­ния газа уже давно умели делать. Разве что нужно было побольше и пона­деж­нее, но это уже детали. К тому же, ремонт компрес­сора куда проще и понят­нее, чем оста­новка кас­када цен­три­фуг. А цен­три­фуга — слож­ное устройство, она кру­тится со ско­ро­стью более тысячи обо­ро­тов в секунду; по тех­ни­че­скому зада­нию на пер­вый завод срок экс­плу­а­тации машины состав­лял 10 лет, сей­час — 30 лет. При этом важна надеж­ность; начи­ная с машин шестого поко­ле­ния — выход из строя с веро­ят­но­стью менее 0,1% в год. Это очень непро­стая тех­ни­че­ская задача.

Перед рос­сийскими раз­ра­бот­чи­ками цен­три­фуг с самого начала сто­яла задача по повыше­нию раз­де­ли­тель­ной спо­соб­но­сти машин за счёт наращи­ва­ния ско­ро­сти. А для такой ско­ро­сти нужны соот­вет­ствующие мате­ри­алы. Пер­вые машины были метал­ли­че­скими, из сплава алюми­ния 1960. В маши­нах девя­того поко­ле­ния ротор — это уже слож­ный компо­зици­он­ный мате­риал, состо­ящий из того же сплава 1960, нескольких допол­ни­тель­ных компо­нен­тов и защит­ной обо­лочки. Такая кон­струкция поз­во­лила раза в два уве­ли­чить линей­ные ско­ро­сти. Изме­нился и срок службы цен­три­фуг. На пер­вые уста­новки про­из­во­ди­тели давали гаран­тию три года, а при стро­и­тельстве заво­дов про­ек­ти­ровщики закла­ды­вали период экс­плу­а­тации 10 лет. Но по мере отра­ботки режима, изу­че­ния свойств цен­три­фуг, по мере совершен­ство­ва­ния отдель­ных узлов их жиз­нен­ный цикл был дове­дён до 30 лет. То есть 30 лет машина бес­пре­рывно кру­тится со ско­ро­стью больше тысячи обо­ро­тов в секунду на иго­лочке.

Правда, что все цен­три­фуги вышли из раз­ра­ботки немец­ких учё­ных? Это дав­няя «интер­наци­о­наль­ная» исто­рия. В Совет­ском Союзе где-то в 1936 году цен­три­фугами занимался про­фес­сор Ланге — австрийский немец, бежавший из Герма­нии от Гит­лера и рабо­тавший в Харь­ков­ском инсти­туте. Потом, когда закон­чи­лась война и США испытали ядер­ное оружие, нашим учё­ным была постав­лена задача создать атом­ную бомбу. Они, как и участ­ники Ман­хэт­тен­ского про­екта, рас­смат­ри­вали раз­лич­ные принципы обогаще­ния урана и соот­вет­ствующие устройства, вплоть до самого оче­вид­ного — калютрона. Это такой спек­трометр. Поскольку массы у изо­топов урана раз­ные, в маг­нит­ном элек­три­че­ском поле они по раз­ным орби­там рас­хо­дятся. Но там про­из­во­ди­тель­ность очень низ­кая. Обсуж­да­лась, напри­мер, и тер­мо­диффу­зи­он­ная тех­но­логия. Аме­ри­канцы в итоге сде­лали ставку на газо­вую диффу­зию. И в СССР большие успехи в 1946 году были достиг­нуты на том же пути.

Но надо иметь в виду, что после 1945 года все страны-побе­ди­тель­ницы новейшие научно-тех­ни­че­ские раз­ра­ботки фашист­ской Герма­нии ста­ра­лись забрать себе, при­чём не только докумен­тацию и уста­новки, но и спе­ци­а­ли­стов. В Союз при­е­хало много немец­ких учё­ных. Группа во главе со Штейн­бе­ком, в кото­рую вхо­дили, в том числе, Циппе и Шифер, в сухум­ском Физико-тех­ни­че­ском инсти­туте занима­лась цен­три­фу­гой. Была изго­тов­лена над­кри­ти­че­ская цен­три­фуга 5 см в диаметре, соеди­нён­ная силь­фо­нами — длин­ная такая кол­баса. И они её рас­кру­тили, поса­дили на иглу, при­ла­дили сверху маг­нит, чтобы не очень сильно давило на опору, поста­вили моле­ку­ляр­ный насос, чтобы уменьшить тре­ние. Наши кон­струк­торы позже посмот­рели эти цен­три­фуги и сошлись во мне­нии, что для уве­ли­че­ния про­из­во­ди­тель­но­сти нет смысла гнаться за дли­ной, ско­рость при­о­ри­тет­нее. Но к тому времени, когда появи­лось поста­нов­ле­ние о старте серий­ного про­из­вод­ства, немцев — того же Штейн­бека и Циппе, пере­ве­дён­ных сна­чала из Сухуми на работу в ОКБ Киров­ского завода, уже убрали и оттуда. Их отпра­вили на Укра­ину, а в 1956 году вовсе отпу­стили из СССР. Штейн­бек потом стал пре­зи­ден­том Ака­демии наук ГДР, Циппе поехал в Запад­ную Герма­нию. Он вообще умный мужик был и быст­ренько запа­тен­то­вал под­кри­ти­че­скую машину. Долго ездил в Аме­рику, демон­стри­ро­вал там её, хотел про­бить внед­ре­ние. Но успеха достиг только к 1970-м годам, когда был сформи­ро­ван концерн Urenco (Англия, Гол­лан­дия, Герма­ния). Так что у них пер­вый обога­ти­тель­ный завод открылся чуть ли не на 15 лет позже, чем у нас. Наше сча­стье, что Циппе уехал раньше.

В 1960 году пер­вый газоцен­три­фуж­ный хвост на УЭХК только-только запу­стили. Агрегаты тоже сто­яли в один ярус. Потом уже разо­бра­лись с устой­чи­во­стью газо­вого ротора, поняли, как он реаги­рует на сейсми­че­ские воз­действия, и про­ек­танты пред­ложили промыш­лен­ный завод сде­лать уже на трёхъярус­ных колон­нах. Через какое-то время колонны снова «под­росли», и это поз­во­лило зна­чи­тельно повы­сить про­из­во­ди­тель­ность с площади. Циппе нашу корот­кую машину видел, но на тот момент раз­ра­бот­чики ещё очень боя­лись сейсми­че­ских воз­действий. Были опа­се­ния, что если про­изой­дёт даже незна­чи­тель­ное коле­ба­ние, может слу­читься заде­ва­ние рото­ром непо­движ­ной детали. И тогда, из-за ско­ро­сти враще­ния цен­три­фуги, раз­не­сёт всё вокруг. Поэтому большин­ство спе­ци­а­ли­стов отка­зы­ва­лись от идеи рас­по­лагать машины яру­сами. И в Urenco начали думать над тем, как уве­ли­чить про­из­во­ди­тель­ность, но пошли по другому пути. Решили сде­лать машину длин­нее, и после под­кри­ти­че­ских цен­три­фуг пере­клю­чи­лись на над­кри­ти­че­ские.

В чём между ними раз­ница? У под­кри­ти­че­ской цен­три­фуги рабо­чая частота враще­ния ниже, чем пер­вая кри­ти­че­ская резо­нанс­ная частота. А над­кри­ти­че­ская машина рабо­тает уже за этой часто­той. Чтобы её выве­сти на рабо­чую мощ­ность, надо пройти кри­ти­че­скую ско­рость, после кото­рой она будет устой­чиво рабо­тать. Это слож­ная задача, конечно. Но стан­ко­стро­и­тель­ная промыш­лен­ность в Европе была на суще­ственно более высо­ком уровне, осо­бенно в Герма­нии. Наше пре­имуще­ство состоит в уме­нии делать под­кри­ти­че­ские машины большими тиражами. Если машины длин­нее, зна­чит, обога­ти­тель­ным заво­дам их нужно меньше. Так что про­из­вод­ство Urenco можно условно отне­сти к мел­ко­се­рий­ному. Послед­няя модифи­кация их цен­три­фуг имеет высоту при­мерно 7 м, наша — метр, а аме­ри­канцы делают сей­час даже по 12 м. Но если посчи­тать раз­де­ли­тель­ную мощ­ность на квад­рат­ный или куби­че­ский метр, то рос­сийские пока­за­тели лучше.

Кто сегодня обла­дает цен­три­фуж­ной тех­но­логией обогаще­ния урана? Во-пер­вых, это наши четыре завода: УЭХК в Ново­уральске (это круп­нейшее в мире раз­де­ли­тель­ное предпри­я­тие), Ангар­ский элек­тро­лиз­ный хими­че­ский ком­би­нат в Иркут­ской обла­сти, Сибир­ский хими­че­ский ком­би­нат в Север­ске Том­ской обла­сти и ПО «Элек­тро­хи­ми­че­ский завод» в Зеле­ногор­ске Крас­но­яр­ского края. Во-вто­рых, цен­три­фуж­ная тех­но­логия есть у нашего основ­ного кон­ку­рента на миро­вом рынке топ­лив­ного урана — англо-немецко-гол­ланд­ского кон­сорци­ума Urenco. У них три соб­ствен­ных завода в Европе: в Капе­н­хер­сте в Англии, в Альмело в Нидер­лан­дах и в Гро­нау в Герма­нии.

В 1990-х годах соб­ствен­ную цен­три­фугу пыта­лись сде­лать японцы. И пона­чалу им это уда­ва­лось, но потом они зашли в какой-то непре­одо­лимый тех­но­логи­че­ский тупик: они довели мощ­ность сво­его завода до 1 млн ЕРР, а потом были вынуж­дены его оста­но­вить насо­всем. Позже они пыта­лись заклю­чить соглаше­ние с Urenco, но не вышло. Ско­рее всего, дело в потенци­аль­ной сейсми­че­ской опас­но­сти: Urenco про­из­во­дит высо­кие над­кри­ти­че­ские машины, очень чув­стви­тель­ные к малейшим коле­ба­ниям. Затем японцы хотели обра­титься к нам, но тогдаш­ний министр по атом­ной энергии Алек­сандр Румянцев запре­тил нам вести с ними перего­воры о возмож­но­сти совмест­ного созда­ния цен­три­фуг.

В 2011 году фран­цуз­ская Areva запу­стила первую оче­редь нового цен­три­фуж­ного завода Georges Besse II. Но тех­но­логия у фран­цу­зов все та же: в 2006 году Areva при­об­рела у Urenco 50% акций предпри­я­тия Enrichment Technology Company по про­из­вод­ству цен­три­фуг. По сути, так Areva обес­пе­чила себе доступ к цен­три­фугам Urenco. В 2011 году наш «Тех­сна­бэкс­порт» ввел в строй чет­вер­тую (послед­нюю) оче­редь газоцен­три­фуж­ного завода в Ханжунге в Китае — мы его воз­во­дили в рам­ках «ока­за­ния тех­ни­че­ского содействия КНР» по межпра­ви­тельствен­ному соглаше­нию 1992 года. Суммар­ная мощ­ность раз­де­ли­тель­ных предпри­я­тий, постро­ен­ных Рос­сией, небольшая — 1,5 млн ЕРР в год. Но в 2010 году китайцы заявили, что они сде­лали свою цен­три­фугу, и в 2013 году даже запу­стили соб­ствен­ный промыш­лен­ный кас­кад. Однако ника­кой кон­кре­тики китайцы не откры­вают, так что оце­ни­вать «само­сто­я­тель­ность» раз­ра­ботки я не возьмусь. Известно, что небольшие цен­три­фуж­ные уста­новки имеются в Иране, Индии, Паки­стане и север­ной Корее, они осно­ваны на газоцен­три­фуж­ной тех­но­логии, нелегально выве­зен­ной с предпри­я­тий Urenco.

В США соб­ствен­ной газоцен­три­фуж­ной тех­но­логии до сих пор нет. В 1970-х годах, когда стало известно, что СССР и Urenco исполь­зуют газоцен­три­фуж­ную тех­но­логию, в Шта­тах нача­лись масштаб­ные работы по созда­нию цен­три­фуги. По раз­ным оцен­кам, они вложили несколько мил­ли­ар­дов дол­ла­ров, но в 1978 году про­ект закрыли, не добившись успеха. Недавно они снова реани­ми­ро­вали закрытые тогда иссле­до­ва­ния, и раз­ра­ботка снова ведется. Сей­час они пытаются сде­лать очень большую и эффек­тив­ную цен­три­фугу. В 2013 году в Шта­тах состо­ялся запуск пилот­ного кас­када таких машин, в 2012 году про­изошла ава­рия с раз­ру­ше­нием нескольких цен­три­фуг, но НИОКР по этому типу машин все равно про­должаются.

Почему аме­ри­канцы сразу не пошли по этому пути, ведь фун­дамен­таль­ные основы процесса были давно известны? В 1994 году на конфе­ренции в Чарль­стоне (США) я делал доклад о газоцен­три­фуж­ной тех­но­логии в Рос­сии. Тогда мне задали при­мерно тот же вопрос, только с обрат­ной сто­роны: меня спро­сили, как же СССР решился на внед­ре­ние этой слож­ной тех­но­логии, ведь газо­диффу­зи­он­ную вопло­тить в жизнь намного проще. Я тогда отве­тил: навер­ное, мы про­сто были не такими бога­тыми, как Соеди­нен­ные Штаты. Тогда же была гонка вооруже­ний, ско­рость промыш­лен­ного воплоще­ния была важ­нее эко­номики. В Ман­хэт­тен­ском про­екте аме­ри­канцы пере­про­бо­вали все физи­че­ские методы раз­де­ле­ния изо­топов и при­шли к выводу, что проще всего осуще­ствима в промыш­лен­ном масштабе газо­диффу­зи­он­ная тех­но­логия. А потом, потра­тив колос­саль­ные деньги на отра­ботку этого спо­соба и создав мощ­нейшие заводы в Падуке и Портс­муте, не реша­лись отка­заться от уже нара­бо­тан­ных про­из­водств — сто­и­мость пере­клю­че­ния на аль­тер­на­тив­ный метод про­из­вод­ства была очень высо­кой. Кстати, когда аме­ри­канцы в конце 1980-х годов впер­вые при­е­хали на наш завод и вошли в цех, где сто­яли цен­три­фуги (цех-53 — почти километ­ро­вый корпус, оснащен­ный в три-четыре яруса цен­три­фуж­ными кас­ка­дами), то стали спраши­вать, а рабо­тает ли вообще это обо­ру­до­ва­ние. Потому что у нас в корпусе тишина и про­хлада, а сотруд­ники на вело­сипе­дах ездят.

После пер­вой неудачи с цен­три­фу­гой аме­ри­канцы пере­клю­чи­лись на лазер­ный метод раз­де­ле­ния в атом­ных парах урана. Он с точки зре­ния физики на один акт деле­ния должен иметь еще меньше затрат, даже чем при раз­де­ле­нии цен­три­фу­гой. Но тео­рия — одно, а промыш­лен­ное про­из­вод­ство — другое. Дело в том, что для этого акта деле­ния нужно исполь­зо­вать раз­режен­ный атом­ный пар, чтобы U-235 и U-238 по-раз­ному иони­зи­ро­вать лазер­ным лучом. То есть уран надо испа­рить, а потом металл пере­ве­сти в оксид — а это снова большие энерге­ти­че­ские затраты. Короче говоря, выяс­ни­лось, что для орга­ни­за­ции тех­но­логи­че­ского процесса снова ока­зы­ва­ется куда больше затрат, чем при исполь­зо­ва­нии цен­три­фуг.

Еще в 1991 году на конфе­ренции в Вашинг­тоне опти­ми­стич­ные доклады пред­став­ля­лись и аме­ри­кан­цами, и япон­цами, и англи­ча­нами: мол, уже рабо­тают опыт­ные уста­новки и лазер­ный метод вот-вот побе­дит все преж­ние тех­но­логи­че­ские нара­ботки. А аме­ри­канцы даже пока­зы­вали почти промыш­лен­ные модули. Но ресурс работы лазе­ров такой уста­новки аме­ри­канцы смогли дове­сти только до одного года, а наши цен­три­фуги рабо­тают по тридцать лет. К насто­ящему времени все эти промыш­лен­ные лазер­ные про­екты по раз­де­ле­нию в атом­ных парах постепенно затихли по всему миру — пока нерен­та­бельно. Напри­мер, в 2008 году была создана компа­ния Global Laser Eurichment (явля­ется совмест­ным предпри­я­тием компа­ний General Electric, Hitachi и Cameco), кото­рая начала работу по коммерци­а­ли­за­ции лазер­ной тех­но­логии Silex лицен­зи­ро­ван­ной и зареги­стри­ро­ван­ной в Австра­лии компа­нии Silex Systems Limited. Это вари­ант метода моле­ку­ляр­ного лазер­ного раз­де­ле­ния изо­топов. Компа­нией в сен­тябре 2012 года полу­чена лицен­зия на стро­и­тельство и экс­плу­а­тацию завода уста­нов­лен­ной мощ­но­стью 6 млн ЕРР в год в Уилминг­тоне (США). Однако в июле 2014 года было объяв­лено о при­оста­нов­ле­нии этого про­екта.

Мы не сто­яли на месте. В Инсти­туте моле­ку­ляр­ной физики Кур­ча­тов­ского инсти­тута была лазер­ная уста­новка, на кото­рой отра­ба­ты­ва­лись тех­но­логи­че­ские пере­делы для ато­мар­ного и моле­ку­ляр­ного раз­де­ле­ния. А потом цен­траль­ная завод­ская лабо­ра­то­рия и опыт­ный цех УЭХК полу­чили от Чет­вёр­того глав­ного управ­ле­ния зада­ние по моле­ку­ляр­ному методу лазер­ного раз­де­ле­ния изо­топов. Но наши оценки пока­зали, что эти методы не кон­ку­рен­то­спо­собны по срав­не­нию с цен­три­фугами. Так что мы свой выбор сде­лали. И ещё один момент. В цен­три­фуге раз­де­ле­ние идёт при дав­ле­нии ниже атмо­сфер­ного, это при­мерно десятки мил­лимет­ров ртут­ного столба, то есть веще­ство доста­точно плот­ное. А чтобы рабо­тать с лазе­ром, надо иметь очень раз­режен­ный поток веще­ства, иначе излу­че­ние будет поглощаться на ран­нем этапе. С этим тоже свя­заны опре­де­лён­ные тех­но­логи­че­ские слож­но­сти. Так что, думаю, в ближайшие 20 — 30 лет лазер цен­три­фугам не кон­ку­рент.