Ось цей непоказний сірий циліндр і є ключовою ланкою російської атомної індустрії. Виглядає, звичайно, не дуже презентабельно, але варто зрозуміти його призначення і поглянути на технічні характеристики, як починаєш усвідомлювати, чому секрет його створення і пристрої держава охороняє як зіницю ока.
Так, забув представити: перед вами газова центрифуга для поділу ізотопів урану ВТ-3Ф (n-го покоління). Принцип дії елементарний, як у молочного сепаратора, важке, по впливом відцентрової сили, відділяється від легкого. Так в чому ж значимість і унікальність?
Для початку відповімо на інше питання - а взагалі, навіщо розділяти уран?
Природний уран, який ось прямо в землі лежить, вдає із себе коктейль з двох ізотопів: урану-238 і урану-235 (і 0,0054% U-234).
Уран-238. це просто важкий, сірого кольору метал. З нього можна зробити артилерійський снаряд, ну або ... брелок для ключів. А ось що можна зробити з урану-235. Ну по-перше атомну бомбу, по-друге паливо для АЕС. І ось тут ми підходимо до ключового питання - як розділити ці два, практично ідентичних атома, один від одного? Ні, ну дійсно, ЯК ?!
До речі: Радіус ядра атома урану - 1.5 10 -8 см.
Для того, що б атоми урану можна було загнати в технологічний ланцюжок, його (уран) потрібно перетворити в газоподібний стан. Кип'ятити сенсу немає, достатньо з'єднати уран з фтором і отримати гексафторид урану ДФУ. Технологія її отримання не дуже складна і витратна, а тому ДФУ отримують прямо там, де цей уран і добувають. UF6 є єдиним легколетучим з'єднанням урану (при нагріванні до 53 ° С гексафторид (на фото) безпосередньо переходить з твердого стану в газоподібний). Потім його закачують в спеціальні ємності і відправляють на збагачення.
На самому початку ядерної гонки, найбільшими науковими умами, як СРСР, так і США, освоювалася ідея дифузійного поділу - пропускати уран через сито. Маленький 235-й ізотоп проскочить, а «товстий» 238-й застрягне. Причому виготовити сито з нано-отворами для радянської промисловості в 1946-му році було найскладнішим завданням.
З доповіді Ісаака Костянтиновича Кикоїна на науково-технічного раді при Раді Народних Комісарів (наведено в збірнику розсекречених матеріалах з атомного проекту СРСР (Ред. Рябев)): В даний час ми навчилися робити сітки з отворами близько 5/1 000 мм, тобто . в 50 разів більшими довжини вільного пробігу молекул при атмосферному тиску. Отже, тиск газу, при якому поділ ізотопів на таких сітках буде відбуватися, повинно бути менше 1/50 атмосферного тиску. Практично ми припускаємо працювати при тиску близько 0,01 атмосфери, тобто в умовах гарного вакууму. Розрахунок показує, що для отримання продукту, збагаченого до концентрації в 90% легким ізотопом (така концентрація достатня для отримання вибухової речовини), потрібно з'єднати в каскад близько 2 000 таких ступенів. У проектованої і частково виготовленої нами машині розраховується отримати 75-100 г урану-235 в добу. Установка буде складатися приблизно з 80-100 «колон», в кожній з яких буде змонтовано 20-25 ступенів ».
Нижче наведено документ - доповідь Берії Сталіну про підготовку першого атоіного вибуху. Внизу дана невелика довідка про напрацьовані ядерні матеріали до початку літа 1949 року.
На фото: перший в світі завод газодифузійного збагачення урану К-25 в Ок-Рідж (США). Будівництво обійшлося в $ 500 млн. Протяжність U-образного будівлі близько півмилі.
В СРСР Перша черга Д-1 комбінату №813, була розрахована на сумарний випуск 140 грамів 92-93% -ного урану-235 в добу на 2-х ідентичних за потужністю каскадах з 3100 ступенів поділу. Під виробництво відводився недобудований авіаційний завод в селищі Верх-Нейвинск, що в 60 км від Свердловська. Пізніше він перетворився в Свердловськ-44, а 813-й завод (на фото) в Уральський електрохімічний комбінат - найбільше в світі розділову виробництво.
І хоча технологія дифузійного поділу, нехай і з великими технологічними труднощами, було налагоджена, ідея освоєння більш економічного центріфужного процесу не сходила з порядку денного. Адже якщо вдасться створити центрифугу, то енергоспоживання скоротиться від 20 до 50 разів!
Як влаштована центрифуга?
Влаштована вона більш ніж просто і схожа на стару пральну машину, що працює в режимі «віджимання / сушка». У герметичному кожусі знаходиться обертається ротор. В цей ротор подається газ (UF6). За рахунок відцентрової сили, в сотні тисяч разів перевищує поле тяжіння Землі, газ починає розділятися на «важку» і «легку» фракції. Легкі і важкі молекули починають групуватися в різних зонах ротора, але не в центрі і по периметру, а в верху і в низу. Це виникає через конвекційних потоків - кришка ротора має підігрів і виникає протитечія газу. Вгорі і внизу циліндра встановлені дві невеликих трубочки - заборника. У нижню трубку потрапляє збіднена суміш, в верхню - суміш з більшою концентрацією атомів 235U. Ця суміш потрапляє в наступну центрифугу, і так далі, поки концентрація 235-го урану не досягне потрібного значення. Ланцюжок центрифуг називається каскад.
Згадує академік Йосип Фрідляндер: «Тричі цілком розстріляти могли. Одного разу, коли ми вже отримали Ленінську премію, трапилася велика аварія, у центрифуги відлетіла кришка. Шматки розлетілися, зруйнували інші центрифуги. Піднялося радіоактивна хмара. Довелося всю лінію зупиняти - кілометр установок! У Средмаша центрифугами командував генерал Звєрєв, до атомного проекту він працював у відомстві Берії. Генерал на нараді сказав: «Становище критичне. Під загрозою оборона країни. Якщо ми швидко не виправимо становище, для вас повториться 37-й рік ». І відразу нараду закрив. Придумали ми тоді зовсім нову технологію з повністю ізотропної рівномірною структурою кришок, але були потрібні дуже складні установки. З тих пір саме такі кришки і виробляються. Ніяких неприємностей більше не було. У Росії 3 збагачувальних заводу, центрифуг багато сотень тисяч. »
На фото: випробування першого покоління центрифуг
Корпуси роторів теж спочатку були металеві, поки на зміну їм не прийшов ... вуглепластик. Легкий і Особопрочних на розрив, він є ідеальним матеріалом для циліндра, що обертається.
О, це загадка, занурена в таємницю і загорнувшись невідомістю. Тут вам і німецькі полонені фізики, ЦРУ, офіцери СМЕРШу і навіть збитий льотчик-шпигун Пауерс. А взагалі принцип газової центрифуги описаний ще в кінці 19-го століття.
Ще на зорі атомного проекту інженер Особливого конструкторського бюро Кіровського заводу Віктор Сергєєв пропонував центріфужний метод поділу, але спочатку його ідею колеги не схвалювали. Паралельно над створенням розділової центрифуги в спеціальному НДІ - 5 в Сухумі билися вчені з переможеної Німеччини: доктор Макс Штеенбек, який за часів Гітлера працював провідним інженером Siemens, і колишній механік «Люфтваффе», випускник Віденського університету Гернот ЦІППО. Всього в групу входило близько 300 «вивезених» фізиків.
Згадує генеральний директор ЗАТ «Центротех-СПб» ГК «Росатом» Олексій Калітеевскій: «Наші фахівці прийшли до висновку, що німецька центрифуга абсолютно непридатна для промислового виробництва. В апараті Штеенбек не було системи передачі частково збагаченого продукту в наступний щабель. Пропонувалося охолоджувати кінці кришки і заморожувати газ, а потім його розморозити, зібрати і пустити в наступну центрифугу. Тобто, схема непрацездатна. Однак у проекті було кілька дуже цікавих і незвичайних технічних рішень. Ці «цікаві і незвичайні рішення» були з'єднані з результатами, отриманими радянськими вченими, зокрема з пропозиціями Віктора Сергєєва. Умовно кажучи, наша компактна центрифуга - на третину плід німецької думки, а на дві третини - радянської ». До речі, коли Сергєєв приїжджав до Абхазії і висловлював тим же Штеенбек і ЦІППО свої думки з приводу відбору урану, Штеенбек і ЦІППО відмахнулися від них, як від нездійсненних.
Отже що ж придумав Сергєєв.
Пізніше, опинившись за межами СРСР Штеенбек центрифугами більше не займався. А ось Геронт ЦІППО перед від'їздом до Німеччини мав можливість ознайомитися з досвідченим зразком центрифуги Сергєєва і геніально простим принципом її роботи. Опинившись на Заході, «хитрий ЦІППО», як його нерідко називали, запатентував конструкцію центрифуги під своїм ім'ям (патент №1071597 від 1957 року народження, заявлений в 13 країнах). У 1957 році, переїхавши в США, ЦІППО побудував там працюючу установку, відтворивши по пам'яті дослідний зразок Сергєєва. І назвав її, віддамо належне, «Російської центрифугою» (на фото).
До речі, російська інженерна думка проявила себе і в багатьох інших випадках. Як приклад можна привести елементарний аварійний запірний клапан. Там немає датчиків, детектеров і електронних схем. Там є тільки самоварний краник, який своїм пелюсткою стосується станини каскаду. Якщо щось не так, і центрифуга змінює своє положення в просторі, він просто повертається і закриває вхідні магістраль. Це як в анекдоті про американську ручку і російський олівець в космосі.
Оригінал взято у zzaharr