Materiales sesgados isotópicamente, o cómo Rusia se convertirá en un monopolista en la producción de circonio 90

Este extraño término, "materiales desplazados por isótopos" fuera del círculo de personas con información privilegiada, aparece con poca frecuencia. A fines de agosto, volvió a sonar en la reunión con la participación de dos vicepresidentes de TVEL al mismo tiempo. Fue expresado por uno de los líderes del grupo del Centro de Investigación y Desarrollo de Novouralsk, Sergey G. Khomyakov. Entonces, cuando en uno de los días de septiembre acordó cambiar el almuerzo de negocios para una conversación sobre las perspectivas para el desarrollo de la NNSC y el grupo de investigación y producción de Novouralsk, hice la pregunta directamente.

Materiales sesgados isotópicamente, o cómo Rusia se convertirá en un monopolista en la producción de circonio 90
-¡¿Qué, y se puede hacer oro ?! - Bueno, por supuesto. Usted toma el 196Hg de mercurio, lo pone en un reactor nuclear, tink y saca el 197Au ... Para ser precisos, en el papel se ve así.

Esto se hizo en el año 1947. Pero ahora no es interesante.


- ¿Que poco interesante? ¡Esto es ORO! - Me recosté en el sofá y, desconcertada, miré al interlocutor. Sergei G. parecía algo molesto porque la conversación sobre los materiales desplazados isotópicamente se redujo a algo tan banal como el oro. Porque es caro y ... costoso. Y, en general, de qué tipo de oro podemos hablar cuando hay cosas maravillosas, diría, increíbles, como el circonio-90, el plomo-207 y el mismo silicio monoisotópico. ¡Ahí es donde está el verdadero Klondike! ”“ ¿El cerdo? - Ahora me toca a mí hacer una mueca desconcertada. En cierta confusión, miré por la ventana. Allí, luchando con su propio tráfico, una pequeña calle de oficinas estaba en pleno apogeo. Los edificios limpios de dos pisos, construidos uno cerca del otro, formaron dos "muros de la fortaleza" inexpugnables, cerrando de manera confiable desde el mundo exterior lo que aparece en el ambiente periodístico bajo el sello "escudo nuclear del país". Toda la ciudad industrial, con sus calles y plazas, tiendas de kilómetros y túneles subterráneos, la más grande no es la del país, sino la producción nuclear de separación mundial, la planta electroquímica de los Urales. Supertecnología, supersecretad, uranio enriquecido ... y aquí, algún tipo de plomo banal. Bueno, el plomo es diferente, aparentemente notando que el interlocutor continuó con escepticismo, plomo natural, este es un cóctel de sus diversos isótopos de 204 a 208. este último es más de la mitad, y en algunos minerales su concentración alcanza el 99%. ¿Y cuál es el liderazgo interesante para nuestra industria nuclear? A. ¿Y cuál es el principal problema? Hay varios problemas importantes.

Primero, el punto de fusión y la corrosión. Para que el plomo permanezca líquido y funcione como refrigerante, no debe enfriarse por debajo de 327 grados Celsius. Y mantener esta temperatura en cualquier situación posible es un grave problema tecnológico. A esto hay que sumarle la amenaza de la corrosión, la escoria y la formación de plomo radiógeno, bismuto y polonio. Pero es necesario reemplazar el plomo natural con un isótopo 206 estable, y el reactor respirará mucho más fácilmente: la formación de elementos radiogénicos cambia significativamente. Una vez en la zona activa, el plomo natural recibe una dosis de radiación tan poderosa que en la salida ya no es completamente plomo, y en parte bismuto. Pero el bismuto no tiene problemas todavía. El hecho es que el ciclo del refrigerante está cerrado, lo que significa que el bismuto entra de nuevo en el reactor, y cuando se irradia, se convierte en polonio, y esto ya es un problema. La sustancia venenosa es difícil de imaginar, y por lo tanto, su eliminación vuela en un centavo grande. Habiendo lanzado 206 plomo en el reactor, se puede olvidar la formación de polonio y otros elementos radiológicos peligrosos en el refrigerante. El riesgo más allá de los accidentes de base de diseño tampoco se puede ignorar, por lo que el uso de un refrigerante de plomo con alto punto de ebullición (resistente al calor = 2024 K) y resistente a la radiación que es químicamente pasivo cuando está en contacto con el agua y el aire permite eliminar el calor a baja presión. Y elimina incendios, explosiones químicas y térmicas durante la despresurización del circuito, las fugas del generador de vapor y el sobrecalentamiento del refrigerante. Ahora tome el plomo 208, casi "transparente", con una pequeña sección transversal de captura de neutrones. Ya está previsto su uso en reactores de neutrones rápidos para quemadores de actínidos. Cuando se usa, la eficiencia del reactor del quemador aumenta en un 25%! Además, 208 Lead se puede utilizar en instrumentos únicos: espectrómetros. El siguiente en la línea es 207 lead. De todos sus compañeros isótopos, se distingue por la sección transversal más grande para la captura de electrones. En términos de seguridad de la radiación, es difícil encontrar una mejor protección, lo que significa que puede hacerse más pequeña, más delgada y más liviana, lo cual es muy importante para naves espaciales, reactores de submarinos y rompehielos. Bueno, y finalmente, el cable 204. El isótopo es notable porque es el más distante del isótopo radiogénico líder 210 (su contenido en los minerales es insignificante) y, por lo tanto, su contenido como microfluido cuando se divide en la cascada HZ será mínimo debido a la gran diferencia de masa (máxima) entre los isótopos 210 y 204. Por lo tanto, la emisión alfa del plomo 210 como impureza en el plomo 204 tiende a cero. No hay partículas alfa - no hay mal funcionamiento de los circuitos electrónicos. Para los fabricantes de productos electrónicos, esto es solo un sueño, no un material. ¡Y su necesidad de fabricar procesadores solo se estima en 300 toneladas por año! De acuerdo con la ley de la maldad - es muy pequeña en naturaleza, en total - 1.4%.

Pero volvamos a nuestros reactores. Casi todas las partes internas están hechas de circonio, o más bien, sus aleaciones E110 y E635. El circonio tiene una sección transversal de captura de neutrones térmicos muy pequeña y un alto punto de fusión. Pero él no está sin pecado. Al igual que en la situación con plomo, el zirconio bajo la influencia de la radiación dentro del reactor tiene la desagradable capacidad de transformarse de 92 de zirconio a 93 de circonio radiactivo con una vida media de 1,53 millones de años. Cuando los “ensamblajes” agotados se retiran del núcleo, se obtiene el complemento “fonet” sobre la radiación beta en el control remoto 200-300 (nivel de radiación máximo permitido). Bueno, ¿dónde ponerlo entonces? Allí, desde donde la llevaron, a la madre, la tierra cruda por toda la eternidad. Por lo tanto, no se puede ahorrar zirconio. Pero si en la construcción de un ensamblaje de combustible (ensamblaje de combustible) solo usamos el isótopo de circonio 90, obtenemos un material de juego muy largo. Dentro del reactor, primero irá al circonio 91, luego al circonio 92, y luego al isótopo 93. E incluso entonces, no es un hecho. La probabilidad de que un neutrón golpee a un neutrón tres veces, e incluso con la absorción, es extremadamente pequeña. Por lo tanto, el circonio puede ser usado una y otra vez. Ahorrar dinero es increíble. Bueno, sobre la sección de captura, vamos a mencionar. Los neutrones térmicos vuelan a través de él sin demora y calientan el refrigerante, no el ensamblaje. El combustible se quema de manera más uniforme, los conjuntos de combustible en sí mismos están menos deformados, el mismo desperdicio de alto nivel es menor en los tiempos de 5-10, y esto es un gran ahorro. Sergey G. hizo una pausa, esperando mi reacción. - Suena ciertamente muy tentador, pero solo queda la pregunta principal: ¿CÓMO? ¿Cómo obtengo este zirconio 90 o 206 th lead? - Entonces, esto no es una pregunta en absoluto. ¿Y cómo nos enriquece el uranio? Eso, Sergey Gennadievich asintió en dirección a la ventana, toda la planta está en pie. Todo el día y toda la noche es solo que 235 separa el uranio de 238. Ese uranio, ese circonio, todos uno - metales. Basta con convertir el metal en una sustancia "volátil" adecuada, conducirlo a una cascada de centrifugadoras y separar los isótopos pesados ​​de los ligeros. Resolvimos este problema hace 50 hace años.

Ahora, en general, se ha desarrollado una situación única, y si logramos usarla, capturaremos a todo el mundo, aunque sea en un segmento de producción estrecho, pero con un potencial potente proporcional al mercado mundial de uranio. Al mismo tiempo, estos materiales están en demanda, y después de la primera experiencia exitosa de su uso, la necesidad de ellos puede aumentar dramáticamente. Así que vamos a descomponerlo. Si observa los materiales sesgados de isótopos como un producto, verá que existe una necesidad potencial para ellos, pero no existe un mercado como tal. ¿Por qué no usan estos metales hasta ahora? Porque nadie produce a escala industrial (los volúmenes requeridos son decenas, cientos, miles de toneladas). Se pregunta por qué no producen o no. Porque toda la producción de separación está ocupada por la separación de uranio. Y aquí tenemos la llamada "ventana de oportunidad", cuando varias circunstancias juegan a nuestro favor a la vez. Tenemos tecnologías únicas de separación centrífuga de isótopos, y hemos liberado capacidad para la producción de algo más que uranio. Más recientemente, descorchamos champán en el lanzamiento de centrifugadoras de novena generación en producción. Y el "nueve" no solo es mejor que las generaciones anteriores, a veces tiene el mejor rendimiento. Esto significa que al establecer un "nueve" en la cadena, podemos hacerlo de manera segura, sin siquiera un "siete", pero más. Pero los "sietes" todavía son capaces de trabajar y trabajar. Desde el punto de vista de la tecnología, no hay ninguna diferencia para nosotros en cuanto a enriquecer uranio, a qué conducir para empobrecer. Ahora los isótopos, de los que hemos hablado anteriormente, se producen en condiciones de laboratorio en cantidades escasas, en gramos de lectura. Naturalmente, su precio tiene una escala astronómica. ¡Estamos hablando de la producción de cientos de toneladas en locales terminados, con equipo y personal capacitado! No es necesario, creo, explicar cómo afectará esto al costo de producción. Entrando en el mercado, o más bien creando este mercado, nos convertiremos en legisladores y monopolistas. ¡Incluso si los competidores deciden apresurarse en su búsqueda, tendrán que liberar la energía del uranio (no estará claro en qué trabajarán sus centrales nucleares), o crear nueva producción desde cero (que es una gran inversión que afectará el costo del producto)! Bueno, de alguna manera, Sergei Gennadievich alcanzó una taza de café ya enfriado, y dices "oro" ...
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