6 апреля 2009

Кикоинские чтения: о лазерном обогащении урана

Лазерное разделение изотопов урана стало одной из основных тем для обсуждения на прошедших 31 марта 2009 года в РНЦ "Курчатовский институт" XXV Кикоинских чтениях.

Как пишут участники чтений в профессиональном блоге Myatom, с обзорным докладом "Работы И.К.Кикоина по лазерному разделению изотопов и их развитие" выступил директор ИМФ РНЦ КИ членкор РАН В.Я. Панченко.

Лазерные методы разделения изотопов изучаются в ИАЭ имени Курчатова, начиная с 1967 года. Первые значимые успехи были достигнуты в 1972 году, когда отечественным учёным удалось разделить с помощью лазера изотопы ртути. Первые результаты были получены в 1977 году.

Идеология AVLIS (Atomic Vapor Laser Isotope Separation) использует тот известный физический факт, что между энергетическими уровнями возбуждения изотопов одного и того химического элемента имеются различия.

В AVLIS энергетический выход импульсного лазера должен быть настроен таким образом, чтобы выборочно ионизировать изотопы 235U, после чего становится возможным извлекать положительно заряженные ионы 235U из урана.

Для исследований по AVLIS в Курчатовском институте была создана установка "Талисман", до сих пор не имеющая аналогов в России. На ней был выполнен большой объём работ с целью оптимизировать процесс обогащения урана. По их итогам был сформирован пакет исходных данных для подготовки ТЭО промышленного AVLIS-сепаратора урана.

Лазерным разделением изотопов урана занимались во Франции, Великобритании, Японии и Южной Корее. Одна из наиболее удачных опытных установок была сделана в национальной лаборатории "Лоуренс Ливермор" (США).

На конец 90-ых годов были достигнуты значения коэффициентов разделения порядка 15 и продемонстрирована возможность создания лазерных систем со стабильной долговременной производительностью по урану реакторного обогащения.

В отчётах ИМФ РНЦ КИ за 2001 год приводится следующая оценка энергозатрат в AVLIS-технологии - 64 (кВт×час)/кгЕРР. Стабильная долговременная производительность установки "Талисман" при оптической мощности ионизирующего лазерного излучения 90 Вт составила до 4 г/час урана с обогащением 4,5%.

Интерес к лазерному разделению угас в конце 90-ых годов практически одновременно во всех странах, в том числе, и в России. По словам Панченко, в нашей стране эти исследования были остановлены по финансовым причинам.

За прошедшее с тех пор десятилетие лазерные технологии сделали шаг вперёд, и наметились решения некоторых технических трудностей, сдерживающих лазерное обогащение. Тем не менее, говорить о серьёзных перспективах этого направления пока рано - даже по самым оптимистическим прогнозам, лазерные разделительные мощности могут составить в совокупности не более 1% от существующих в нашей стране обогатительных производств.

История американской программы по лазерному разделению изотопов урана подробно изложена на сайте лаборатории Лоуренс Ливермор.

В Соединённых Штатах эти исследования начались в 70-ых годах с целью найти экономически эффективный и экологически чистый (то есть, не требующий, в отличие от газодиффузионного метода, больших энергозатрат) способ обогащения урана и получения других важных изотопически чистых материалов. В программу было вложено около 2 млрд долларов.

В LLNL в 1999 году была создана опытная лазерная разделительная AVLIS-установка, после чего корпорация USEC - американский монополист на рынке ЕРР - отказалась финансировать дальнейшие работы.

Участники американской программы настаивают, что им удалось продемонстрировать работоспособность лазерного обогащения на практике. Отказ USEC от дальнейшей поддержки работ в лаборатории объясняют сложившейся на тот момент комбинацией неблагоприятных факторов - низкие цены на уран и услуги по его обогащению, увеличившиеся затраты корпорации на эксплуатацию действующих в США газодиффузионных заводов и необходимость выплат дивидендов по акциям USEC. Кроме того, в корпорации не сочли представленные им результаты экспериментов достаточным аргументом, способным перевесить риски от возможной неудачи при внедрении лазерных технологий.

Сворачивание работ по российской программе лазерного обогащения директор ИМФ РНЦ КИ полагает ошибочным - ведь, прекратив активные исследования в этой области, наши специалисты лишились возможностей отслеживать успехи и неудачи зарубежных конкурентов.

А они (конкуренты) всё-таки ещё остаются. Так, определённый импульс получила технология SILEX после того, как ей заинтересовались в альянсе "General Electric"/"Hitachi". Эта технология была некогда создана в ЮАР и шла рука об руку с военной ядерной программой Претории.

После уничтожения ядерного потенциала ЮАР, технология SILEX перебазировалась с помощью частной компании в Австралию, а уже оттуда попала в США. Оценить её реальные силу и слабость на сегодняшний день затруднительно, так как с конца 90-ых годов открытые научные публикации по SILEX отсутствуют. Сложно сказать, есть ли за душой у SILEX реальные заделы, или это авантюра, предпринятая с какими-то далёкими от научных целями.

Резюмируя итоги обсуждения на XXV Кикоинских чтений, авторы блога Myatom отмечают, что масштабных перспектив у лазерного разделения пока нет. Но опыту, приобретённому учёными и инженерами, находится иное применение - так, РНЦ КИ использует свои "лазерные" наработки при решении задач по контролю и нераспространению.

Редакция электронного периодического издания AtomInfo.Ru благодарит за предоставленные материалы авторов блога Myatom.