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 атомного проекта /

Асадулин Ринат Спартакович

Заме­сти­тель гене­раль­ного дирек­тора АО «ПО «Элек­тро­хими­че­ский завод» по про­из­вод­ству
Асадулин Ринат Спартакович

Не секрет, что полу­че­ние высо­ко­о­бо­га­щен­ного урана (по изотопу 235) в 1950‑е годы ХХ века в первую очередь было необ­хо­димо для соз­да­ния ядер­ного оружия: в это время ковался ядерный щит страны. Этим зани­мался не только СССР, но и другие госу­дар­ства. Но тогда же, в 1954 году, была запу­щена в экс­плу­а­та­цию первая в мире АЭС — Обнин­ская, и стало понятно, что 235U может исполь­зо­ваться и в мирных целях. А это уже прин­ци­пи­ально новая задача. Атомные станции должны были стать источ­ни­ком ста­биль­ной и при этом дешевой элек­три­че­ской энергии, то есть быть эко­но­ми­че­ски эффек­тив­ными. Соот­вет­ственно, поя­ви­лась задача снизить затраты на каждом этапе ядер­ного топ­лив­ного цикла с конеч­ной целью всех этих усилий — снизить цену кило­ватт-часа.

На момент пуска Обнин­ской АЭС были известны несколько методов раз­де­ле­ния изо­то­пов, в том числе элек­тро­маг­нит­ный, тер­мо­диф­фу­зи­он­ный, газо­цен­три­фуж­ный, газо­ди­на­ми­че­ский (зву­ко­вое сопло, вихре­вая труба). Но первым про­мыш­лен­ным методом раз­де­ле­ния изо­то­пов стал газо­диф­фу­зи­он­ный. Это эффек­тив­ный метод, но чрез­вы­чайно энер­го­за­трат­ный. Поэтому раз­ра­ботка совет­скими учеными газо­цен­три­фуж­ной тех­ноло­гии раз­де­ле­ния изо­то­пов урана, причем тех­ноло­гии про­мыш­лен­ной, а не экс­пе­ри­мен­таль­ной, была насто­я­щим про­ры­вом. По срав­не­нию с газо­диф­фу­зи­он­ным методом затраты на одну единицу работы раз­де­ле­ния (или, говоря по-другому, энер­го­за­траты на про­из­вод­ство) сокра­ти­лись более чем в 20 раз! Это главное кон­ку­рен­т­ное пре­и­му­ще­ство газовых цен­три­фуг. Газовая диф­фу­зия — это тех­ноло­ги­че­ский процесс, осно­ван­ный на раз­лич­ной ско­ро­сти про­ник­но­ве­ния молекул газа с разной моле­ку­ляр­ной массой через микро­по­ри­стую струк­туру, изго­то­в­лен­ную из спе­чен­ного метал­ли­че­ского порошка, при котором необ­хо­димо про­ка­чи­вать зна­чи­тель­ное коли­че­ство гек­са­ф­то­рида урана с исполь­зо­ва­нием ком­прес­сор­ного обо­ру­до­ва­ния. При этом эффект раз­де­ле­ния на одной ступени очень низкий; значит, этот очень энер­го­за­трат­ный процесс нужно пов­то­рить мно­же­ство раз. Ротор цен­три­фуги вра­ща­ется в вакууме на маг­нит­ном подвесе с опорой на тонкую иглу. Цен­тро­беж­ная сила действует на моле­кулы гек­са­ф­то­рида урана, и в соот­вет­ствии с раз­ни­цей моле­ку­ляр­ных масс про­ис­хо­дит раз­де­ле­ние. В при­сте­ноч­ном слое ока­зы­ва­ются более тяжелые моле­кулы, содер­жа­щие изотоп 238U, к центру ротора кон­цен­три­ру­ются более легкие моле­кулы, содер­жа­щие изотоп 235U. Допол­ни­тель­ный эффект раз­де­ле­ния в цен­три­фуге воз­ни­кает за счет осевой цир­ку­ля­ции рабо­чего газа в при­сте­ноч­ном слое. Рас­кру­тить ротор в вакууме суще­ственно проще, чем про­давить гек­са­ф­то­рид урана сквозь мел­ко­я­че­и­стую мем­брану - для этого нужно создать очень высокое рабочее дав­ле­ние. А с газо­выми цен­три­фу­гами избы­точ­ное дав­ле­ние соз­да­вать не нужно; соот­вет­ственно, энер­го­за­траты на раз­де­ле­ние в разы ниже.

Как только был создан каскад для раз­де­ле­ния изо­то­пов урана, ученые задались вопро­сом, можно ли с помощью цен­три­фуг раз­де­лять изотопы других эле­мен­тов. Прежде всего речь шла о ста­биль­ных изо­то­пах — изо­топ­ные таблицы уже были известны. На базе Инсти­тута атомной энергии в Москве (впо­след­ствии - Кур­ча­тов­ский инсти­тут) еще в конце 1950‑х годов начали про­во­диться экс­пе­ри­мен­таль­ные работы. Базовой пло­щад­кой по соз­да­нию про­мыш­лен­ных методов раз­де­ле­ния был УЭХК. Ака­демик Исаак Кон­стан­ти­но­вич Кикоин в 1970‑е годы пред­ло­жил создать опытно-про­мыш­лен­ное про­из­вод­ство ста­биль­ных изо­то­пов. И первой про­мыш­лен­ной пло­щад­кой не только в Совет­ском Союзе, но и во всем мире стал ЭХЗ. Эту ини­ци­а­тиву тогда под­дер­жали тех­ни­че­ские руко­во­ди­тели — Вален­тин Гри­го­рье­вич Шапо­ва­лов, Ана­то­лий Нико­ла­е­вич Шубин, которые стояли непо­сред­ственно у истоков раз­де­ле­ния изо­то­пов неу­ра­но­вых эле­мен­тов. Можно сказать, что тогда была открыта новая стра­ница в истории атомной отрасли. И уже в 1971 году была нара­бо­тана первая партия 57Fe, обо­га­щен­ного до 80%.

Есте­ственно, все раз­ра­ботки были строго засе­кре­чены. Область при­ме­не­ния 57Fe — от дефек­то­ско­пии и мет­роло­гии до косми­че­ских тех­ноло­гий. Не надо забы­вать, что 1960–1970‑е годы — это начало косми­че­ской эпохи в СССР, в это время активно раз­ра­ба­ты­вались первые ядерные реак­торы для косми­че­ских аппа­ра­тов. И для этого могли быть исполь­зо­ваны спе­ци­фи­че­ские свойства ста­биль­ных изо­то­пов раз­лич­ных хими­че­ских эле­мен­тов, которые ученые тогда не могли полу­чить в зна­чи­мых коли­че­ствах другими мето­дами. Задачи тех времен рас­кры­вались как большая толстая книга. С полу­че­нием каждого нового изотопа, отдельно обо­га­щен­ного, можно было изучать его свойства; также можно было, исполь­зуя уже суще­ству­ю­щие ядерные реак­торы, полу­чать ради­о­ак­тив­ные изотопы, про­во­дить иссле­до­ва­ния как в меди­цин­ских целях, так и для раз­ви­тия фун­да­мен­таль­ной науки. Отдель­ное напра­в­ле­ние — изу­че­ние влияния свойств ста­биль­ных изо­то­пов на кон­струк­ци­он­ные мате­ри­алы, ведь в ядерном реак­торе при высокой плот­но­сти потока нейтро­нов, есте­ственно, про­ис­хо­дит изме­не­ние свойств мате­ри­а­лов. Вторым эле­мен­том, изотопы кото­рого раз­де­лили на ЭХЗ, был воль­ф­рам.

Опытно-про­мыш­лен­ное про­из­вод­ство ста­биль­ных изо­то­пов на ЭХЗ начали соз­да­вать с 1971 года. Лабо­ра­тор­ные и малые стенды были созданы на базе цен­траль­ной завод­ской лабо­ра­то­рии сов­местно с учеными Инсти­тута атомной энергии им. Кур­ча­това. Затем задачи при­ме­не­ния изо­то­пов начали рас­ши­ряться, и в конце 1980‑х годов было постро­ено отдель­ное спе­ци­али­зи­ро­ван­ное про­из­вод­ство по полу­че­нию ради­о­ак­тив­ных изо­то­пов. Помимо 55Fe, на заводе был получен 14C. Сле­ду­ю­щим шагом стало полу­че­ние в про­мыш­лен­ных мас­шта­бах 85Kr, который до сих пор вос­тре­бо­ван на рынке, в первую очередь как источ­ник для дефек­то­ско­пии.

Успех работы над полу­че­нием ста­биль­ных изо­то­пов в 1970–1980‑х привел к поя­в­ле­нию проекта «Свет­лана» — соз­да­нию на Элек­тро­хими­че­ском заводе пол­но­цен­ного про­мыш­лен­ного ком­плекса про­из­вод­ства ста­биль­ных изо­то­пов. В 1990‑е, когда Росатом вышел на мировой рынок, про­из­вод­ство ста­биль­ных изо­то­пов на ЭХЗ полу­чило новый толчок к раз­ви­тию, поскольку пошли заказы от научных орга­ни­за­ций и кол­ла­бо­ра­ций прак­ти­че­ски со всего мира. Другое напра­в­ле­ние исполь­зо­ва­ния ста­биль­ных изо­то­пов — меди­цина. Это в первую очередь полу­че­ние изо­то­пов молиб­дена, иридия, теллура и ксенона, которые в даль­нейшем после облу­че­ния в ядерных реак­то­рах и уско­ри­те­лях пере­хо­дят в ради­о­ак­тив­ные изотопы - напри­мер, 98Mo — в 99Tc.

За послед­ние годы на ЭХЗ линейка про­из­вод­ства ста­биль­ных изо­то­пов рас­ши­ри­лась до 22 эле­мен­тов таблицы Мен­де­ле­ева. Учи­ты­вая, что у одного эле­мента может быть несколько изо­то­пов, на ЭХЗ освоена тех­ноло­гия нара­ботки 115 раз­лич­ных изо­то­пов. Изотопы одного и того же эле­мента могут исполь­зо­ваться в раз­лич­ных сферах. Напри­мер, одним из ста­рейших у нас явля­ется про­из­вод­ство цинка, обед­нен­ного по изотопу 64. Он широко исполь­зу­ется на атомных стан­циях зару­беж­ного дизайна для доба­в­ле­ния в теп­ло­но­си­тель первого контура, мы про­из­во­дим его уже много лет, успешно поста­в­ляем в форме оксида цинка либо ацетата цинка на меж­ду­на­род­ный рынок. А в насто­я­щий момент ученым потре­бо­вались также 66Zn и 68Zn. Это говорит о том, что наука еще изучает свойства изо­то­пов, и какие изотопы будут вос­тре­бо­ваны в даль­нейшем — нам только пред­стоит узнать.

Наука ведь не стоит на месте, идет вперед. И наши тех­ноло­гии поз­во­ляют не отста­вать от этого про­цесса. Тех­ноло­гии ЭХЗ посто­янно совер­шен­ству­ются, и мы стремимся успе­вать за потреб­но­стями совре­мен­ных инду­стрий. И здесь ЭХЗ имеет воз­мож­ность опи­раться на очень богатую базу, нара­бо­тан­ную десяти­лети­ями. И сейчас, если потре­бу­ется, мы можем взять любое веще­ство, которое может нахо­диться в газо­об­раз­ном состо­я­нии и дав­ле­ние его насы­щен­ных паров поз­во­ляет подать его в газовую цен­три­фугу, и про­из­ве­сти раз­де­ле­ние по изо­то­пам.