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 /

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.