Лазерное обогащение урана: почему этой технологией еще никто не пользуется
На этой неделе австралийская компания Separation of Isotopes by Laser Excitation (SILEX) завершила восьмимесячные испытания лазерной установки для обогащения урана. Теперь готовая система будет развернута в пилотном коммерческом центре США. Разбираемся, что это за технология и почему она до сих пор не применяется в атомной энергетике.
Как обогащают уран
Для создания ядерного оружия и реакторов сегодня используется уран-235 — изотоп урана. Этот тяжелый радиоактивный металл в природе встречается в виде смеси двух изотопов, поэтому для практического применения U-235 нужно отделить от U-238. В результате такого разделения получается обогащенный уран с высоким содержанием нужного изотопа и обедненный, в котором урана-235 меньше.
Однако обогатить химический элемент не так просто: уран-238 составляет основную долю в соединении — около 99,3%, а доля «полезного» изотопа — всего 0,7%. Физики предложили несколько решений этой проблемы, однако сегодня для обогащения урана в основном используются центрифуги.
Центрифуга состоит из герметичного кожуха, внутри которого вращается ротор. В него подается газ гексафторид урана — смесь радиоактивного металла со фтором. За счет центробежной силы этот газ начинается разделяться на «тяжелые» и «легкие» частицы. За счет подогрева крышки ротора внутри центрифуги возникает противоток газа, и молекулы из разных фракций группируются сверху и снизу аппарата. При этом вверху и внизу кожуха установлены трубки-заборники. В нижнюю попадает обедненное вещество, а в верхнюю — обогащенная смесь с более высоким содержанием атомов урана-235. Она попадает в следующую центрифугу и так до тех пор, пока содержание изотопа не достигнет нужного значения.
Сегодня обогащением урана занимаются всего 14 стран, и все они известны. Дело в том, что промышленное производство требует строительства большой системы из центрифуг. Создание каскада из цилиндров сложно сохранить в тайне: процесс требует больших затрат на сверхпрочные материалы, найма редких специалистов, выделения площадей под систему. Все это позволяет обществу следить за распространением опасной технологии. Другое дело — методика лазерного обогащения.
Лазерное обогащение
Несмотря на химическое сходство изотопов урана, их атомные энергетические уровни все же немного отличаются. Эта особенность используется для разделения элементов с помощью лазера: в этом случае гексафторид урана подвергается импульсному лазерному излучению с длиной волны 16 микрометров. Такое колебание возбуждает только атомы 235-го урана, почти никак не влияя на более стабильный уран-238. В результате ионизированные частицы удаляются из смеси магнитным полем.
Технология лазерного обогащения урана появилась еще в 90-х годах. Тогда она казалась невыгодной с экономической точки зрения, и многие изобретатели отказались от идеи лазерного получения изотопа. Однако сдались не все: в Австралии Хорст Струве и Майкл Голдсуорси продолжили развивать научную мысль и в какой-то момент добились результата. В 2006 году к энтузиастам подключилась американская компания General Electric. Она пообещал организовать промышленное лазерное производство урана-235 на территории США и ежегодно производить топливо для 60 крупных реакторов.
Однако вместе с картиной дешевой и доступной ядерной энергетики, перед обществом открылась пугающая перспектива легкого и бесконтрольного создания ядерного оружия. Дело в том, что в отличие от сложных и масштабных каскадов центрифуг, сделать лазерную установку для обогащения урана можно тайно: для этого не требуются редкие профессионалы и дорогостоящие материалы. Поэтому когда в 2009 году General Electric стал проводить первые эксперименты с новой системой, сторонники контроля над вооружениями попросили Конгресс США еще раз взвесить все риски и пересмотреть лицензирование технологии.
Тогда выдачу коммерческой лицензии на лазерную установку приостановили и отправили конструкцию на улучшение. Теперь энтузиасты вновь вернулись к этому вопросу. General Electric уже отказалась от своих прав на разработку и на сегодняшний день технологию продвигают компании Silex Systems и Cameco. После восьми месяцев испытаний аппарат для лазерного обогащения готовят к отправке на объект GLE в США. Система будет установлена до конца года. Ожидается, что первые коммерческие операции могут начаться уже в 2027 году.
Полный текст статьи читайте на Компьютерра
