[@[]Aloxa[]]

Этот странный термин - «изотопно-смещенные материалы» вне круга посвященных лиц всплывает не часто. В конце августа он снова прозвучал на совещании с участием аж двух вице-президентов ТВЭЛа одновременно. Озвучил его один из руководителей группы Новоуральского научно-конструкторский центра Сергей Геннадьевич Хомяков. Так что, когда в один из сентябрьских дней он согласился поменять бизнес-ланч на беседу о перспективах развития ННКЦ и Новоуральского научно-производственного кластера, я задал вопрос в лоб.



-Что, и золото можно сделать?!- Ну конечно. Берешь ртуть 196Hg, помещаешь ее в ядерный реактор , дзынь и достаешь 197Au… Если быть точным, то на бумаге это выглядит так:

Это еще в 1947 году сделали. Но сейчас это неинтересно.



- Как неинтересно?! Это же ЗОЛОТО!!! – я откинулся на спинку дивана и озадаченно посмотрел на собеседника. Сергей Геннадьевич казался несколько раздосадованным тем, что разговор про изотопно-смещенные материалы свернулся к такой банальной вещи, как золото.- Потому как дорого и… дорого. И вообще, о каком золоте можно говорить, когда есть такие замечательные, я бы сказал, удивительные вещи, как цирконий -90, свинец-207, да тот же моноизотопный кремний. Вот где настоящий Клондайк!- Свинеец? – теперь настала моя очередь сделать недоумённое лицо. В некоторой растерянности я перевел взгляд на окно. Там, борясь с собственным трафиком, кипела жизнью небольшая офисная улица. Аккуратные двухэтажные здания, построенные вплотную друг к другу, образовывали две непреступные «крепостные стены», надёжно огораживая от внешнего мира то, что в журналистской среде фигурирует под штампом «ядерный щит страны». Целый промышленный город со своими улицами и площадями, километровыми цехами и подземными туннелями, крупнейшее не то, что в стране, в мире разделительное ядерное производство, Уральский Электрохимический комбинат. Сверхтехнологии, суперсекретность, обогащенный уран… а тут, какой-то банальный свинец.- Ну свинец свинцу рознь, – видимо заметив мой скепсис продолжил собеседник – природный свинец, это целый коктейль из его различных изотопов от 204-го до 208-го, причем последнего больше половины, а в некоторых рудах его концентрация и до 99% доходит. И чем же интересен свинец для нашей атомной отрасли? А . И в чем там основная проблема? Вот там этих основных проблем несколько.

Во – первых, температура плавления и коррозия. Для того, чтобы свинец оставался жидким и работал как теплоноситель, он не должен остывать ниже 327 градусов цельсия. А поддержание данной температуры при любых возможных ситуациях, это серьезная технологическая проблема .Приплюсуем к этому угрозу коррозии, зашлаковывания и образование радиогенных свинцов, висмутов и полония. Но стоит природный свинец заменить на стабильный изотоп 206, и реактору станет дышать гораздо легче - образование радиогенных элементов изменяются значительно. Попадая в активную зону,природный свинец получает такую мощную дозу излучения, что на выходе он уже не совсем свинец, а частично висмут. Но и с висмутом проблем еще нет. Дело в том, что у теплоносителя цикл замкнутый, а значит, висмут снова попадает в реактор, и облучившись, превращается в полоний, а вот это уже проблема. Ядовитей вещество трудно себе представить, а значит, его утилизация влетает в большую копеечку. Запустив в реактор свинец 206, про образование в теплоносителе полония и других опасных радиогенных элементов можно забыть. Риск запроектных аварий тоже нельзя сбрасывать со счетов, так что использование высококипящего (Ткип=2024 К), радиационно - стойкого и слабо активируемого свинцового теплоносителя, химически пассивного при контакте с водой и воздухом позволяет осуществлять теплоотвод при низком давлении. И исключает пожары, химические и тепловые взрывы при разгерметизации контура, течах парогенератора и любых перегревах теплоносителя.Теперь возьмем Свинец 208, практически "прозрачный" - с малым сечением захвата нейтронов. Он уже планируется использоваться в реакторах на быстрых нейтронах -выжигателях актинидов. При его использовании, КПД реактора -выжигателя повышается на 25%! Также Свинец 208 может использоваться в уникальных приборах - спектрометрах.Дальше на очереди свинец 207. Из всех своих собратьев-изотопов он отличается наибольшим сечением захвата электронов. В плане радиационной безопасности трудно найти лучшую защиту, а значит ее можно делать меньше, тоньше и легче, что длякосмических аппаратов, реакторов подводных лодок и ледоколов очень актуально.Ну и, наконец, свинец 204. Изотоп примечателен тем, что он наиболее удален от радиогенного изотопа свинца 210 (его содержание в рудах ничтожно мало) и соответственно содержание его в качестве микропримеси при разделении на каскаде ГЦ будет минимальным из-за большой (максимальной) разности масс между изотопами 210 и 204. Поэтому, альфа-излучение свинца 210 в качестве примеси в свинце 204 стремится к нулю. Нет альфа-частиц – нет сбоев в работе электронных схем. Для производителей электроники, это просто мечта, а не материал. И его потребность для изготовления одних только процессоров оценивается в 300 тонн в год! По закону подлости - его в природе очень мало, всего – 1.4%.

Но вернемся к нашим реакторам. Практически все внутрикорпусные устройства изготавливаются из циркония, вернее, его сплавов Э110 иЭ635. Цирконий имеет очень малое сечение захвата тепловых нейтронов и высокую температуру плавления. Но и он не без греха. Так же, как и в ситуации со свинцом, цирконий под воздействием радиации внутри реактора имеет неприятную способность превращаться из циркония 92 в радиоактивный цирконий 93 с периодом полураспада 1,53 млн. лет. Когда из активной зоны достают отработавшие свое «сборки», то оснастка «фонит» по бета-излучению на 200-300 ПДУ (предельно допустимый уровень радиационного излучения). Ну и куда его потом девать? Туда, откуда и взяли – в мать сыру-землю на веки вечные. Так никакого циркония не напасёшься.А вот если в конструкции ТВС (тепловыделяющей сборки) использовать только изотоп цирконий 90, то получим весьма долгоиграющий материал. Внутри реактора он вначале перейдёт в цирконий 91, потом в цирконий 92, и только потом - в 93-й изотоп. Да и то - не факт. Вероятность того, что в один и тот же атом три раза попадет нейтрон, да еще с поглащением, крайне мала. Поэтому цирконий можно использовать вновь и вновь. Экономия денег просто огромная. Ну и про сечение захвата давайте упомянем. Тепловые нейтроны пролетают сквозь него без задержек и нагревают теплоноситель, а не сборку. Топливо равномерней выгорает, сами ТВС меньше деформируются, тех же высокоактивных отходов меньше в 5-10 раз - и это уже громадная экономия. Сергей Геннадьевич сделал паузу, ожидая мою реакцию.- Звучит это конечно крайне заманчиво, но только вот главный вопрос остался открытым – КАК? Как получить это цирконий 90 или 206-й свинец?- Так это вообще не вопрос. А как мы обогащенный уран получаем? Вот же, – Сергей Геннадьевич кивнул в сторону окна – целый завод стоит. Круглые сутки только и делает, что 235 уран от 238-го отделяет. Что уран, что цирконий, все одно – металлы. Достаточно превратить металл в подходящее "летучее" вещество", загнать его в каскад центрифуг, и отделить тяжелые изотопы от легких - эту задачу мы решили еще 50 лет назад.

Сейчас вообще уникальная ситуация сложилась, и если удастся ей воспользоваться, то мы захватим весь мир, хоть и в узком производственном сегменте, но с мощным потенциалом, соизмеримым даже с мировым рынком урана. При этом, данные материалы востребованы и после первого удачного опыта их применения потребность в них может резко возрасти. Вот давайте разложим все по полочкам. Если смотреть на изотопно-смещенные материалы как на продукт, то будет видно, что потенциальная потребность в них есть, а вот рынка, как такового, нет. Почему не используют эти металлы до сих пор - потому что никто не производит в промышленных масштабах (требуемые объемы десятки, сотни, тысячи тонн).Спрашивается, почему не производят и не производили? Потому что все разделительное производство занято под разделение урана. И вот тут мы имеем так называемое «окно возможности», когда в нашу пользу играют сразу несколько обстоятельств. Мы обладаем уникальными технологиями центрифужного разделения изотопов, и у нас высвобождаются мощности под производство чего-то еще, кроме урана. Совсем недавно мы откупоривали шампанское по поводу запуска в производство центрифуг девятого поколения. А «девятка» не просто лучше, чем предыдущие поколения, она имеет производительность лучшую в разы. Это значит, что установив в цепочку одну «девятку», мы безболезненно, сможем вывести даже не одну «семерку», а поболее. А ведь «семерки» еще способны работать и работать. С точки зрения технологии нам разницы нет, что уран обогащать, что свинец обеднять. Сейчас изотопы, о которых мы говорили выше, производятся в лабораторных условиях в мизерных количествах, в считаных граммах. Естественно, что их цена имеет астрономические масштабы. Мы же говорим о производстве сотен тонн на готовых площадях, с оборудованием и обученным персоналом! Не стоит, думаю, объяснять, как это скажется на себестоимости продукции. Выйдя на рынок, а вернее создав этот рынок, мы станем и законодателями, и монополистами. Даже если конкуренты решатся броситься вдогонку, им придется либо высвобождать мощности от урана (на чем тогда их АЭС будут работать – непонятно), либо строить новые производства с нуля (а это большие капиталовложения, которые будут влиять на стоимость продукта)! Ну вот, как-то так, – Сергей Геннадьевич потянулся к чашке с уже остывшим кофе, – а вы говорите «золото»...

[@RFbager]

Это все конечно круто,но вот тут не указана себестоимость производства того-же урана...

[@budlight]

Только вот получается не золото, а его изотоп, он не такой по свойствам как настоящее, но похож

[@Manshtein]

Собственно для синтеза сего изотопа надо затрать огромное кол-ва энергии, по мне так это не выгодно.

[@budlight]

Сообщение от Manshtein

Собственно для синтеза сего изотопа надо затрать огромное кол-ва энергии, по мне так это не выгодно.

Чисто теоретически если создать реактор по принципу синтеза веществ, то КПД будет больше 100%, так как при синтезе ядер выделяется во много раз больше, чем при их распаде Оффтоп

сравнения принципа распада урана 238 и синтеза из дейтерия (Н^2) в гелий, который происходит в звездах

Вот такие дела

Добавлено через 40 секунд
Правда есть один ньюанс, при синтезе железа, элемента, который так далеко находится от золота, звезды взрываются

[@Manshtein]

Сообщение от budlight

Чисто теоретически если создать реактор по принципу синтеза веществ, то КПД будет больше 100%, так как при синтезе ядер выделяется во много раз больше, чем при их распаде Оффтоп

сравнения принципа распада урана 238 и синтеза из дейтерия (Н^2) в гелий, который происходит в звездах

Вот такие дела

Добавлено через 40 секунд
Правда есть один ньюанс, при синтезе железа, элемента, который так далеко находится от золота, звезды взрываются

К сожалению, с нашими технологиями невозможно создать реактор что бы КПД был 100%.

[@budlight]

Сообщение от Manshtein

К сожалению, с нашими технологиями невозможно создать реактор что бы КПД был 100%.

Как бы так обьяснить, при взрыве атомной или водородной бомбы выделяется в сотни раз больше энергии, портаченной на ее создание, при взрыве водородной энергии еще больше.
Но всю эту энергию собрать и пустить по проводам не получится, так как температура в несколько десятков тысяч градусов дает о себе знать, но! Если создать например очень сильное гравитационное поле, то можно будет сдержать это в реакторе Оффтоп

например ИК лучи просто не будут достигать стенок реактора

а учитывая что процесс синтеза почти бесконечно велик во времени для человечества этот ресурс будет неисчерпаемым

[@DIABLOROSSO]

я читал что в первых термо-ядерных реакторах кпд был ~40-46%
так что как писали выше заниматься этим просто не рентабельно

[@Manshtein]

Сообщение от budlight

Как бы так обьяснить, при взрыве атомной или водородной бомбы выделяется в сотни раз больше энергии, портаченной на ее создание, при взрыве водородной энергии еще больше.
Но всю эту энергию собрать и пустить по проводам не получится, так как температура в несколько десятков тысяч градусов дает о себе знать, но! Если создать например очень сильное гравитационное поле, то можно будет сдержать это в реакторе Оффтоп

например ИК лучи просто не будут достигать стенок реактора

а учитывая что процесс синтеза почти бесконечно велик во времени для человечества этот ресурс будет неисчерпаемым

Кстати не помню где, но видел, что недавно американские ученые смогли синтезировать 5л бензина из воздуха :) И они собираются продолжать изучение сегго синтеза. Когда закончится нефть будем из воздуха его получать.

[@DIABLOROSSO]

кстати пока не удалось запустить управляемую термо-ядерную реакцию. скорее всего не смогли создать поле способное сдержать плазму