Полный физтех

ОТЛОВИТЬ ПРОХОДИМЦЕВ!

Уран, этот тяжелый радиоактивный металл, природа явила нам в виде двух основных изотопов. Львиную долю во всех месторождениях (около 99,3%) составляет уран-238. Содержание более легкого изотопа – урана-235 – не превышает всего 0,7%, но как раз этот «меньший близнец» способен отдавать ядерную энергию. Вот только разделить изотопы непросто, ведь химически они идентичны. Так что методы сепарации должны быть физическими и весьма избирательными, то есть чувствующими однопроцентную разницу атомной массы.

Изначально доступным способом виделась газовая диффузия – пропускание газообразного сырья (гексафторид урана) через тонкопористую мембрану. Различная масса обусловливает различную скорость молекул, и легкие преодолевают «сито» быстрее тяжелых. Эта методика на заре атомной эры использовалась и в СССР, и в США (там, за океаном, ее применяют и поныне). Увы, диффузионное разделение малопроизводительно, крайне энергоемко и, в итоге, финансово убыточно. Как теперь выяснилось, проект нашей Саяно-Шушенской ГЭС разрабатывался под названную добычу оружейного урана.

ДРУЖБА – ФРОЙНДШАФТ

Альтернативой газодиффузионному разделению стало центрифугирование, применение которого в ядерной отрасли восходит к Третьему рейху. Немецкий ученый Фриц Ланге, бежавший из Германии в СССР еще в 1936-м, изготовил в Уфе прототип центробежного аппарата.

Уже после 1945-го два других инженера-физика, Макс Штеенбек и Геронт Циппе, в качестве военнопленных работали по теме газового центрифугирования сначала в Лаборатории «А» (будущий Сухумский физико-технический институт), а затем в ОКБ Кировского завода г. Ленинграда. Параллельно в том же ОКБ аналогичную задачу решала группа отечественных конструкторов, возглавляемая инженером Виктором Сергеевым.

Детище Фрица Ланге поставили на испытания в 1942-м в г. Свердловске. Те эксперименты в лаборатории академика Исаака Кикоина желаемых результатов не дали. Главной бедой оказалась недолговечность ротора и подпятника, выходивших из строя после недолгой работы «всего» при 10000 оборотов в минуту. Пришлось создавать особый сплав прочнее и легче стали, выдерживающий инерционные разрывающие напряжения.

Безусловным достижением группы Штеенбека-Циппе явилась удачная конструкция подшипника центрифуги, чей ротор стальной иглой опирался на корундовую пяту в масляной ванне. А для уменьшения осевого давления сам вертикальный ротор удерживался на магнитной подвеске.

Ну а несомненным успехом Виктора Сергеева и его коллектива стало правильное расположение газоотборных выводов, эффективно направлявших разделенные фракции гексафторида урана.

КРУТИТСЯ-ВЕРТИТСЯ ПАР ГОЛУБОЙ

...В феврале 1953-го первый каскад советских центрифуг начал работать в заштатном местечке Верх-Нейвинске на Среднем Урале. То были машины первого поколения, трудившиеся на первом ядерном производстве СССР. Ныне в опытное производство запускаются центрифуги 9-го поколения. Эти аппараты должны превзойти уже достигнутые нормативы, которые и так кружат голову: частота вращения – 1500 оборотов в секунду, а срок безостановочной работы – 30 лет (!).

Каскад центрифуг из сотен и тысяч машин позволяет быстро увеличивать содержание легкого изотопа. Впрочем, ныне его производят лишь для использования в качестве топлива на субмаринах и в лабораторных установках, где достаточно обогащение от 45 до 60%. Наработку оружейного урана с концентрацией более 90% в СССР прекратили еще к концу 1980-х, уже тогда признав отечественные запасы этого стратегического материала избыточными.

В США с газовой диффузии на центрифугирование хотели перейти в 1985-м, но каскад из 1300 машин, разработанных Оук-Риджской лабораторией, не оправдал надежд, и программу закрыли. В 1999-м начинание возобновили, планируя установить 96 каскадов по 120 «волчков» на заводе в Пайктоне, штат Огайо. Но этот проект, намеченный к запуску еще в 2005-м, и доныне не введен в коммерческую эксплуатацию.

АМПЕРСКИЕ ЗАМАШКИ

Зато кое в чем другом янки действительно преуспели. И это кое-что тоже связано с движением в магнитном поле, разве что прямолинейным (а точнее – баллистическим). Речь об электромагнитной пушке, испытанной 31 января 2008-го в исследовательском центре ВМС США, расположенном в Дальгрене, штат Вайоминг.

В том опыте снаряд перспективного орудия был послан с начальной скоростью 6 км/сек (у огнестрельных аналогов шестикратно меньше) и преодолел расстояние 370 км. При том, что пушка испытывалась всего на треть номинальной мощи. К орудию спроектирован GРS–корректор, который не даст снаряду отклониться более чем на 5 метров от цели.

Однако такая мощная пушка требует большого количества электроэнергии – сила тока, необходимая для выстрела, составляет 6 млн. ампер. Следовательно, пожходящей платформой может служить только корабль – например, перспективный эсминец DDG-1000, оснащенный газотурбинной энергетической установкой мощностью 72 мегаватта. Несмотря на то, что ведение интенсивной стрельбы (больше шести выстрелов в минуту) из-за энергопотребления грозит потерей скорости в бою, американские эксперты уверены, что за электромагнитным оружием – будущее.

по материалам: А. Емельяненкова, Д. Мамонтова, А. Платонова

Анатолий Шестопалов