История ракетно-ядерной гонки США и СССР - Евгений Вадимович Буянов

и расчёты на прочность показывали, что разрушения «не должно быть». А ответ производителей труб однозначно гласил: разрушение происходит от действия инерционных нагрузок при вращении ротора. Все исследования заводили в тупик. Мы на основе опыта своих исследований поняли, что при «упоре исследования в стену» в «непроходимой ситуации» надо и изменять направления исследования, и более внимательно изучить все факты, связанные с проблемой, – в том числе, не упуская никаких «мелочей» и «дополнительных случайных фактов», которые на поверку могут оказаться никак не «мелочами», а причинами неожиданного проявления аварии или нежелательного явления.

Надо накопить, собрать и систематизировать все доступные факты, чтобы на их основе возник нужный вывод. В данном примере раскрыть причину помог такой случай и, вроде, почти неприметный факт. На одном из роторов было зафиксировано разрушение еще до его испытания при вращении. Стало ясно, что причиной разрушения являются не инерционные нагрузки, а какие-то другие воздействия. Обратили внимание на предприятие, где это произошло, – и оказалось, что разрушаются именно роторы, которые производятся здесь, а не на других предприятиях. Стали сравнивать технологию производства – и оказалось, что всё совпадает, за исключением «кисточки», которой наносили спирт для освежения лака. Там, где трубы разрушались, лак наносили более тонкой кисточкой «лисий хвост», – она оставляла на поверхности большее количества спирта. До завершения формовки пластика внутри крышки этот спирт не успевал испариться и оставался в структуре металла. Именно он иногда и вызывал коррозию, от которой возникали трещины. В результате ряда экспериментов это установили точно, технологический процесс изменили, и коррозионные разрушения труб прекратились.

Другой неожиданной проблемой явился разогрев крышек центрифуг. Было непонятно, почему он происходит. Но ясно, что он вызывал и энергетические потери в электродвигателе ротора. После долгих поисков, исследований и ряда консультаций с электриками стало понятно, что нагрев возникает из-за небольшой и нерегулярной намагниченности крышек из алюминиевого сплава, структура которой даже для опытных электриков оказалась вначале непонятной и «новой». Из-за вращения «магнита» крышки в поле магнитной опоры центрифуги, в материале крышки возникали вихревые токи, которые вызывали и нагрев крышки, и энергетические потери центрифуги. После размагничивания крышек по специально разработанному методу эффект был устранён, а нагрев и потери энергии стали ничтожными.

Цех газовых центрифуг одного из российских разделительных комбинатов

Докритическая центрифуга представляет собой цилиндрический «стакан» высотой полметра, диаметром 10 см и весом около 2,5 кг. Каждая – точная, сложная, высокотехнологичная машина. Их объединяли в агрегаты по 20 шт. и каскады из десятков агрегатов. А каскады объединяли в технологические каскады с десятками тысяч центрифуг в каждом. Производили машины Кировский завод и Горьковский машиностроительный завод. Конструктивно «довести» центрифуги удалось в 1955 году, когда началось их массовое производство и внедрение. За 40 лет производства газовых центрифуг – с 1956 года, когда была изготовлена первая крупная партия ГЦ для опытного завода центрифуг и до 1996 года было создано шесть поколений ГЦ, а до настоящего времени – девять. Наименование моделей ГЦ, начало их серийного производства и условная производительность представлены в таблице из книги [2], с. 71.

Рост производительности газовых центрифуг разных поколений

Постепенно центрифуги довели до ресурса в 10–20–30 лет. Объединённые в каскады центрифуги вначале установили на «выходных» каскадах газодиффузионных машин, а потом заменили ими и все газодиффузионные машины. На заводе Д-1 стали в первую очередь заменять устаревшие газодиффузионные машины: в одном только цехе размещали около 400 тыс. центрифуг, а всего на предприятии их установили 7 млн. То же сделали и на других предприятиях, – последний завод с газодиффузионными машинами вывели из эксплуатации в 1987 году. Этот результат явился следствием огромной работы и серьёзного технологического прорыва, сделанного нашими учёными и инженерами. Но для достижения ядерного паритета потребовалось ещё 20 лет работы заводов с газовыми центрифугами, – эти заводы обогнали американские газодиффузионные заводы по производительности и стоимости производства, а технологическое отставание в 7 лет ликвидировали и превратили в преимущество. Советские газовые центрифуги позволили нарастить производство ядерных зарядов в СССР до нескольких десятков тысяч единиц и догнать по этому показателю США. Хотя общее количество тактических ядерных зарядов у всех обладателей ЯО сейчас точно неизвестно, – часть из них просто «глубоко припрятали» под землёй от посторонних глаз.

При «газоцентрифужной» технологии потребление электроэнергии на само обогащение (около 50 кВтч/ЕРР) сравнимо с потреблением энергии на освещение цеха, где это производство размещено (см. [76], с. 48).

«Докритическая» центрифуга – значит, не имеющая критических собственных частот колебаний (резонансов) в рабочем диапазоне частот вращения ротора. Скорость вращения ротора на магнитной подвеске была доведена до 1650 оборотов в секунду, – американцы пытались создать нечто подобное, но им это не удалось. В Западной Европе физик Циппе, взяв за основу первые разработки газовых центрифуг немецких и советских инженеров в начале 50-х годов, пошёл своим путём, создав «надкритическую» центрифугу с длинным ротором. Для этого потребовалось очень серьёзное исследование её динамики и процессов настройки. Он запатентовал свою центрифугу, но в СССР в 50-е годы решили не оспаривать патент, чтобы не раскрывать свои разработки и направление работ, и это удавалось делать около 30 лет до начала 90-х годов. Когда же иностранцам показали советские атомные заводы, – они были поражены. Чем-то похожие предприятия западноевропейцы смогли создать только спустя 20–30 лет после СССР. Исторически докритическая и закритическая центрифуги стали «родственными» по происхождению, но технически разными системами.

Американцы пытались в 80-е годы внедрить лазерный метод разделения, но до массового производства довести его не смогли. Суть лазерного метода разделения состояла в возбуждении молекулы гексафторида урана с выпадением атома U-235 «в осадок», или отделения возбуждённой молекулы. Такая технология требовала для реализации мощного источника монохроматического излучения, – таких лазерных источников в 40–50-е годы ещё не было, но в 80-е годы они появились. Но этот лазерный метод не составил конкуренцию промышленному газодиффузионному методу. Лазерный метод нашёл свою «нишу применения» для изотопной коррекции при повторном обогащении урана, извлекаемого из отработанного топлива АЭС.

Можно заметить, что сейчас в России разработаны эффективные технологии переработки отработанного ядерного топлива АЭС и реакторов с применением специальных газовых центрифуг, но вот массовое их применение пока сдерживается недостатком финансирования. Не выделяют сейчас такие средства для обезвреживания радиоактивных материалов, какие средства выделяли ранее для развития ядерного оружия. А США в отличие от России не принимает для переработки отработанное ядерное топливо от американских АЭС, возведённых в других странах.

Блоки газовых центрифуг.