Обогащённый уран¶

Обогащённый уран — это уран, в котором содержание изотопа урана-235 (²³⁵U) повышено относительно его естественного уровня (0,72 %) за счёт искусственного разделения изотопов. Является основным видом ядерного топлива для большинства атомных электростанций и одно из ключевых веществ в ядерном оружии. Обогащение измеряют в единицах «процент обогащения» или в долях обогащения (единицах Себорга, %).

¶Природный уран и необходимость обогащения

Природный уран состоит преимущественно из двух изотопов: урана-238 (99,2742 %) и урана-235 (0,7204 %), а также следовых количеств урана-234. Уран-238 практически не поддерживает цепную реакцию деления в тепловых нейтронах, тогда как уран-235 способен к делению и является основным «топливным» изотопом. Для работы большинства ядерных реакторов требуется обогащение урана-235 до 3–5 % (так называемое низкообогащённое топливо, НОУ). Природный уран пригоден лишь для реакторов на тяжёлой воде (например, канадских CANDU), где используется без обогащения.

¶Степени обогащения

По уровню обогащения уран-235 различают:

Порог в 20 % принят в международных соглашениях как граница между НОУ и ВОУ; именно ВОУ считается потенциально оружейным материалом.

¶Методы обогащения

¶Газовая диффузия

Первый промышленный метод (США, 1940-е годы). Уран гидрируется до гексафторида урана (UF₆), который при нагреве переходит в газ. Газ пропускают через пористые барьеры: молекулы с ²³⁵U легче и проходят через мембраны чуть быстрее. Многоступенчатый каскад из тысяч ступеней даёт нужное обогащение. Метод крайне энергоёмок и в настоящее время почти полностью вытеснен.

¶Центробежное обогащение

Наиболее распространённый в мире метод. UF₆ закручивают в мощных газовых центрифугах: лёгкий изотоп ²³⁵U концентрируется у оси вращения, тяжёлый ²³⁸U — у стенки. Ступени соединяют в каскады. Центрифуги потребляют в десятки раз меньше электроэнергии, чем диффузионные установки. Крупнейшие производители — Россия (предприятие «Техснабэкспорт» и концерн «Росатом»), а также предприятия в Китае, Пакистане, Иране, Северной Корее.

¶Лазерное обогащение

Разрабатывается с 1970-х годов. Основан на селективном ионизации изотопов лазерным излучением (метод AVLIS — атомно-вакуумный лазерный ионный синтез) или на молекулярном лазерном обогащении (MLIS). Позволяет теоретически достичь обогащения за одну ступень, но до промышленного масштаба не доведён ни в одной стране.

¶Другие методы

Электромагнитное разделение (калиутрон) применялось на раннем этапе ядерных программ и используется в лабораторных масштабах. Химические методы (процесс АРДЭХ) разрабатывались в СССР, но не получили промышленного распространения.

¶Производство и хранение

Обогащение — многоэтапный процесс: добыча и переработка руды, производство UF₆, обогащение в каскадах, обратное превращение обогащённого UF₆ в диоксид урана (UO₂) и изготовление топливных таблеток. Хранят обогащённый уран в виде UF₆ в стальных баллонах или в виде UO₂. Крупнейшие мировые запасы обогащённого урана сосредоточены в России и США; значительная часть российского обогащённого урана была использована по программе «Мегатонны в мегаватты» — уран из разобранных российских боеголовок разбавлялся природным и поставлялся на американские АЭС.

¶Регулирование и нераспространение

Производство обогащённого урана контролируется Международным агентством по атомной энергии (МАГАТЭ). Страны, подписавшие Договор о нераспространении ядерного оружия (1968), обязаны декларировать обогащающие мощности и допускать инспекции. Контрольный список МАГАТЭ относит оборудование для обогащения (центрифуги, диффузионные установки, криогенные системы) к чувствительным технологиям, экспорт которых ограничен режимом ядерного невооружения (Группа ядерных поставщиков).