США - обеднённый уран для нужд ЯОК

AtomInfo.Ru, ОПУБЛИКОВАНО 25.10.2020

Главная бухгалтерская служба США (GAO, аналог Счётной палаты) подготовила отчёт GAO-21-16, в котором рассмотрела положение дел с обеднённым ураном, необходимым для программы модернизации американского ядерного арсенала.

Стратегический материал

Обеднённый уран (DU) является важным стратегическим материалом для ведущейся и планируемой модернизации ядерного арсенала США, утверждается в отчёте аудиторов.

За запасы обеднённого урана для нужд ЯОК США отвечает национальное управление ядерной безопасности (NNSA). По его оценкам, запасы сырья (DUF₄) для производства металлического обеднённого урана ограничены и могут исчерпаться до конца 20-ых годов, если не будут приняты необходимые меры.

Кроме того, NNSA располагает ограниченными возможностями для производства сплава обеднённого урана с ниобием, требуемого для модернизации ядерных боеприпасов, говорится в отчёте.

Исторически за поддержание запасов DU и изготовление определённых компонентов ядерного оружия в США отвечал завод Y-12 в Окридже. В начале 2000-ых годов ряд технологических участков на заводе был либо закрыт, либо "консолидирован". Оставшиеся участки и их оборудование достигли почтенного возраста и должны быть модернизированы или заменены.

Положение дел с обеднённым ураном важно в свете стартовавшей в США амбициозной программы модернизации ядерного арсенала, на нужды которой в ближайшие два десятилетия предполагается выделить "сотни миллиардов долларов", считают аудиторы.

Оценочный график работ по модернизации ядерного арсенала США.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

Обеднённый уран и его формы

Обеднённый уран получается в качестве побочного продукта (отхода) при обогащении природного урана. Исходно он содержится в форме гексафторида DUF₆, именуемого "хвосты" (tails).

Предприятия министерства энергетики США и его подрядчики старались перевести его в форму DUF₄ (green salt, зелёная соль, "зелёнка"). Это достигалось посредством химической реакции с участием водорода.

Для получения из DUF₄ металлического обеднённого урана применялась другая химическая реакция с участием магния.

Этапы деконверсии обеднённого урана в США.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

Для нужд ядерного оружейного комплекса обеднённый уран требуется повышенной чистоты, без загрязнения другими химическими элементами, такими как плутоний или технеций.

Министерство энергетики США выполняет оценку чистоты урановых хвостов и передаёт в распоряжение NNSA партии, которые удовлетворяют требованиям ЯОК. Обеднённый уран худшей чистоты может использоваться в коммерческих или конвенциональных военных целях.

При изготовлении оружейных компонентов из металлического обеднённого урана или сплава на его основе NNSA применяет целый ряд производственных процессов - легирование, литьё, кованая обработка, механическая обработка, сварка.

Завод Y-12 и цеха по деконверсии

"Центром передового опыта" NNSA по урану выступает завод Y-12, созданный в годы Манхэттенского проекта. Здания и инфраструктура завода старые, многие из них относятся ещё к 1940-ым годам.

В программе модернизации ядерного арсенала заводу Y-12 отводится значительная роль по реновации и изготовлению вторых ступеней (The Secondary) и связанных с ними компонентов. Компоненты могут изготавливаться из обеднённого урана, обогащённого урана и соединений лития.

Обеднённый уран, принадлежащий министерству энергетики США, хранится на двух площадках закрытых разделительных заводов в Портсмуте и Падукке. По состоянию на январь 2020 года, запасы составляли порядка 60,4 тысяч ёмкостей, в каждой их которых содержится от 8 до 9 тонн обеднённого урана. Однако только часть ёмкостей содержит DU повышенного качества, пригодного для нужд ЯОК.

На обоих площадках имеются цеха для конверсии DUF₆ в химическую форму оксида урана (деконверсии). В Падуке смонтированы четыре производственные линии, в Портсмуте - только три, и предусмотрено место для монтажа четвёртой линии, которая могла бы выполнять задачи для NNSA.

Аудиторы отмечают, что цех по деконверсии в Портсмуте начал работу в 2010 году и на первых порах сталкивался с проблемами при эксплуатации. В 2015 году после двух инцидентов работа цеха была остановлена и возобновилась в январе 2018 года. Сейчас ситуация с надёжностью и безопасностью эксплуатации цеха пришла в норму.

Цех по деконверсии в Портсмуте.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

Источники обеднённого урана для ЯОК

Так как имеющихся пригодных для нужд ЯОК запасов обеднённого урана явно недостаточно, то NNSA предпринимает определённые шаги для получения необходимого количества обеднённого урана повышенного качества. В их число входят:

      • монтаж производственной линии в Портсмуте для производства тетрафторида обеднённого урана;

      • привлечение коммерческого подрядчика для конверсии DUF₄ в металлический уран;

      • реализация демонстрационного проекта по переработке устаревших компонентов и выделения из них обеднённого урана.

Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

Производственная линия, которую планируется смонтировать в Портсмуте, должна оставаться в эксплуатации до 2036 года.

В сентябре 2018 года NNSA и директорат экологического управления министерства энергетики США достигли соглашения о монтаже в Портсмуте оборудования для деконверсии примерно 1200 ёмкостей с обеднённым гексафторидом урана (примерно 9,9 тысяч тонн урана). Работы по проекту начались в 2019 году.

В январе 2020 года компания "Mid-America Conversion Services" (MCS) представила предложение по производственной линии в Портсмуте, способной получать в год 400 тонн DUF₄.

В марте 2020 года NNSA поручила этой компании обновить предложение с целью выйти на годовую производительность 800 тонн DUF₄, что было сделано 30 июля 2020 года.

Планируется, что компания MCS завершит проектирование до конца осени 2020 года, а ранней весной 2021 года приступит к строительству линии. При производительности 400 тонн в год линия должна была бы войти в строй в 2022 финансовом году. В NNSA рассчитывают, что увеличение проектной производительности не скажется на графике работ.

Стоимость линии при производительности 400 тонн в год составила бы 12-18 миллионов долларов, при производительности 800 тонн - 38-48 миллионов долларов.

В NNSA полагают, что после ввода в Портсмуте линии с производительностью 800 тонн в год нужды ЯОК в обеднённом уране повышенного качества будут покрыты вплоть до начала 40-ых годов.

Однако от упомянутого выше проекта по извлечению обеднённого урана из устаревших компонентов в NNSA не собираются отказываться, так как он может выступить запасным вариантом в случае возникновения каких-либо непредвиденных сложностей с проектом в Портсмуте.

Легированный обеднённый уран

Если с источниками обеднённого урана дело обстоит относительно спокойно, то с производством компонент из данного материала имеются трудности.

Начиная с 2011 года, NNSA приступило к модернизации завода Y-12. По состоянию на сегодняшний день управление считает, что восстановлены все технологические процессы, требующиеся для производства компонентов из нелегированного обеднённого урана. А вот с компонентами из сплава DU-Nb ситуация обстоит хуже.

Технологические процессы с применением обеднённого урана.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

Производство легированного ниобием обеднённого урана в США не осуществлялось на протяжении более чем десятилетия. Это сложный и затратный технологический процесс, и его восстановление является сейчас для NNSA первоочередной задачей, так как применение сплава DU-Nb безальтернативно.

NNSA планирует получить первые квалифицированные заготовки (подтверждённые лабораториями управления на соответствие требованиям) в октябре 2023 года.

График достаточно жёсткий, а потенциальных возможностей для его срыва много. Аудиторы напоминают, в частности, об инциденте в мае 2019 года, когда возгорание на неисправном трансформаторе привело к остановке на шесть месяцев производства на заводе Y-12 компонентов из нелегированного обеднённого урана.

Ещё одна проблема с DU-Nb связана с тем, что имеющиеся технологии производства заготовок разрабатывались давно, в те времена, когда с потерями не считались. Аудиторы не приводят конкретные данные по доле сырья, уходящего в отходы производства, но отмечают, что она "очень большая", причём NNSA не имеет возможностей по переработке данных отходов.

Для производства заготовок из сплава DU-Nb сегодня разрабатываются новые технологии, но их внедрение станет возможным только через 3-10 лет. Аудиторы не поясняют, чем вызван столь большой разброс во временных оценках.

Старый и новый процессы.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

Ключевые слова: ЯОК, Уран, США, Статьи

---

Другие новости:

МЧС Белоруссии выдало разрешение на энергетический пуск первого энергоблока БелАЭС

Изменения в лицензию внесены.

"Framatome" и "General Atomics" будут сотрудничать при разработке быстрого газоохлаждаемого модульного реактора FMR

Мощность 50 МВт(э), теплоноситель - гелий.

На первом энергоблоке БелАЭС успешно запущена цепная реакция - Минэнерго РБ

Реактор на МКУ.

---

---

---

---

Поиск по сайту: