Центр по изучению проблем разоружения, энергетики и экологии при МФТИ

Обращение с оружейными ядерными материалами, высвобождаемыми в процессе сокращения ядерного оружия: проблемы и их решение

В.И. РЫБАЧЕНКОВ, кандидат технических наук, советник Департамента по вопросам безопасности и разоружения МИД РФ

Тезисы лекции В.И. Рыбаченкова, состоявшейся 4 апреля 2002 г. в Московском физико-техническом институте для слушателей курса "Стратегические вооружения и проблемы безопасности"

Часть 1 | Часть 2


В начале 1990 годов в связи с реализацией российско-американского соглашения по сокращению стратегических наступательных вооружений СНВ-1 стали возникать значительные количества избыточных оружейных плутония и урана, с которыми надо было что-то делать. Можно задать вопрос. А зачем? Демонтируются ядерные боезаряды. Их, в принципе, можно хранить в разобранном виде, отделяя расщепляющиеся материалы. В чем проблема? Проблемы здесь две.

Первая - сугубо политическая. Вы, наверное, слышали о таком понятии как "возвратный потенциал". О нем речь идет уже давно. Но сейчас, в связи с ведущимися российско-американскими переговорами в ожидании визита Дж.Буша в Москву эта проблема возникла вновь, потому что в январе американская администрация опубликовала свою ядерную стратегию Nuclear Posture Review через 7 лет, после того как в 1994 году была опубликована предыдущая, из которой следует, что они не намерены утилизировать расщепляющиеся материалы и вообще не намерены демонтировать боезаряды, которые будут разгружаться с носителей и складироваться. Эта проблема Россию очень остро волнует. Мы настаиваем на том, чтобы эти материалы утилизировались, ликвидировались, т.е. чтобы не оставалось возвратного потенциала. Американцы объясняют необходимость сохранения возвратного потенциала возможным негативным изменением в будущем международной обстановки, которая, в принципе, может привести к тому, что Россия опять станет врагом США. Поэтому надо все это хранить. Наш принципиальный политический подход таков - надо утилизировать эти избыточные материалы, ликвидировать избыточный потенциал.

Второе - это вопрос о нераспространении ядерного оружия. Хотя это и касается только двух ядерных держав, и хотя обеспечиваются соответствующие меры контроля, физической защиты и учета, все-таки лучше не иметь этого избыточного материала, чем обеспечивать его долговременное хранение, защиту и так далее. Лучше перевести его в формы, которые не пригодны для изготовления ядерного оружия, т.е. обеспечить укрепление режима нераспространения ядерного оружия. Вы понимаете, что после событий 11 сентября прошлого года этот вопрос стал еще более актуальным, и американцы в этой связи подчеркивают, что надо фундаментально решать задачу недопущения попадания оружия массового уничтожения в руки террористов. Особенно это касается расщепляющихся материалов, которые, в худшем варианте, могут быть использованы для изготовления примитивной ядерной бомбы. В другом варианте террористы могут просто использовать нечто "грязное", содержащее радиоактивные материалы, которые после взрыва могут быть на определенной территории рассыпаны, и нанести серьезный радиологический ущерб. Вот причины, по которым велась работа по утилизации избыточных оружейных материалов.

Каковы масштабы задачи, стоящей над двумя странами? Американцы лет 5 назад опубликовали большой труд, в котором полностью подсчитали, сколько оружейного плутония они произвели, начиная с 1945 года - около 100 тонн. Из этих 100 тонн, часть была израсходована во время проведенных испытаний (они провели свыше тысячи испытаний - сначала воздушных, а потом подземных). Таким образом, определенная часть плутония была израсходована. Значит, цифра 100 тонн изначальна. Россия свою работу по подсчету произведенного количества плутония пока не завершила. В Обнинске, в физико-энергетическом институте, такую работу пытаются провести, но цифра эта пока конфиденциальна. Но, тем не менее, все тайное становится явным.

В 1996 году в Москве состоялся Саммит по вопросам ядерной безопасности, на котором президент Б.Н. Ельцин заявил, что Россия с помощью американцев строит в Челябинске хранилище делящихся избыточных материалов из оружия, где будет размещено около 40% всего нашего оружейного плутония и которое будет поставлено под контроль МАГАТЭ. Известно, что емкость этого хранилища 50 тонн. Пятьдесят тонн - это 40%: можно подсчитать, что в России наработано 125 тонн плутония. Но повторяю, что это чисто "умозрительные", мои расчеты, исходя из имеющейся фактуры. Но официального заявления на этот счет никто не давал.

Второе - изотопное содержание оружейного плутония. Здесь тоже есть разница между Россией и США. Как неоднократно объясняют американцы, изотопный состав их плутония секретен до тех пор, пока он привязан к конкретной ядерной боеголовке. Вот есть металлическая форма, металлический плутониевый компонент или порошок, который можно получить путем конверсии металла. Если это все привязывается к какой-то бомбе W-87, например, это является секретным. Но как только этот материал рассматривается безотносительно к конкретному изделию, он перестает быть секретным, т.е. у американцев фактически изотопный состав не секретен. У нас он до сих пор имеет гриф особой важности и это приводит к определенным сложностям, о чем я скажу позже, когда буду говорить об утилизации плутония.

Что можно сказать про уран? По урану американцы подсчет пока не закончили, но неоднократно называлась цифра наработки высокообогащенного урана 700-800 тонн за период с 1945 года. Что касается России, тоже прикидочные цифры, которые иногда проскальзывали из уст высокопоставленных представителей Минатома - от 1200 до 1400 тонн. Обратите на это внимание: мы высокообогащенного урана наработали почти в два раза больше, чем американцы.

В общем плане еще хочу сказать, что из-за различных физических характеристик урана и плутония, задача утилизации этих двух материалов решается совершенно по-разному.

В ядерном оружии, что касается высокообогащенного урана, используется уран-235 с обогащением свыше 90%, что касается плутония, то оружейный плутоний по изотопному составу, в основном, состоит из плутония-239 - это тоже свыше 90% и около 5% 240-го изотопа и какие-то еще другие.

Оружейный плутоний отличается от гражданского тем что, если вы возьмете плутоний, нарабатываемый, скажем, в топливе атомной электростанции, вы там обнаружите совсем другой изотопный состав. Там будет, примерно, 60% плутония-239 и может быть 35% плутония-240, то есть разница существенная. Для производства плутония оружейного качества и американцы, и мы использовали специально сконструированные реакторы - наработчики плутония. Это водографитовые реакторы. Изотопным топливом у них был природный уран, что понятно, так как природный уран в основном содержит уран-238 и, благодаря ядерной реакции, уран-238 переходит в плутоний-239 вот так и нарабатывается оружейный материал.

Чем длиннее кампания, скажем, когда вы перегрузку в энергетическом ядерном реакторе делаете раз в два года, тем нарабатывается более широкая гамма всех остальных изотопов плутония. Когда же работает реактор -военный наработчик, то у него кампания облучения топлива всего полтора - два месяца. За это время нарабатывается в основном плутоний-239, а остальные его изотопы не успевают нарабатываться, это то, что требуется для ядерного оружия. Такова разница между гражданским и военным плутонием.

Еще один важный вопрос - Международное Агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) имеет определение ядерного материала прямого использования. Что это такое? Материал, который напрямую можно использовать для изготовления ядерного оружия без дополнительного обогащения или трансмутации. К такой категории относится по классификации МАГАТЭ уран с обогащением свыше 20%, а вот с плутонием сложнее получается: любой плутоний, который содержит изотоп плутония-238 меньше 80% - это считается плутонием оружейного качества. Можно сказать, что в пропаганде этого вопроса особенно сильны американцы, которые рассказывают и не только рассказывают, но и дело делают. Они утверждают, что из гражданского плутония, о котором я говорил, можно сделать атомную бомбу. Где-то лет 20 тому назад, ценой серьезных теоретических и инженерных усилий в США якобы сделали такую бомбу при значительном содержании плутония-240. Как я понимаю, это не была портативная бомба, где-то на вышке взорвали они ее. Еще раз повторяю, что в нормальных оружейных программах, что у нас, что у американцев, что у других используют традиционный оружейный плутоний, наработанный на специальных реакторах.

Что еще интересно заметить. Как Россия, так и США практически уже больше 10 лет не производят ни оружейного урана, ни оружейного плутония. Где-то с 1990 года все это прекращено.

В США было 14 реакторов наработчиков, в России - 13. В США все 14 закрыты, в России из 13-ти закрыто 10 - три остались, но по очень простым жизненным прозаическим причинам. Два реактора под Томском, (г. Томск-7) и один реактор - в известных вам пещерах Красноярска-26, в этих гигантских сооружениях в скале. Они работают, потому что нарабатывают электроэнергию и тепло для окружающего региона, их отключить просто нельзя.

В 1997 году мы с американцами подписали соглашение о том, чтобы прекратить наработку, не дав при этом замерзнуть региону. Первоначальный путь был выбран не очень удачный, решили провести конверсию зон, то есть использовать не природный уран, как в обычном режиме, а высокообогащенный уран для того, чтобы на выходе сократить количество нарабатываемого оружейного плутония. Потратили массу денег, 3-4 года времени, но затем обнаружили, что, с точки зрения ядерной безопасности, (у нас есть Госатомнадзор) лицензии на функционирование довольно-таки старых реакторов в новом режиме не получить - это слишком опасная штука. И вот, буквально, полгода назад с американцами достигнута договоренность о том, что они нам будут способствовать не в конверсии зоны, а в строительстве источников тепла и электроэнергии на обычном газе, на нефти или на угле. В общем, сейчас мы этим занимаемся, то есть в ближайшие 5 лет это будет все закончено и реакторов-наработчиков плутония не будет больше в России.

Теперь давайте перейдем к событиям в урановой сфере. Что у нас здесь происходит?

Так вот это очень интересная история, которая развенчивает скептическое отношение некоторых людей из ВПК или других серьезных людей, к идеям, которые могут возникать в научных кругах. Все это "урановое" дело было запущено профессором Неффом из Массачусетского технологического института. В 1992 году то ли в газете "Вашингтон Пост", то ли в "Нью-Йорк Таймс" он выдвинул свою идею. На страницах газеты он опубликовал статью о том, что в связи с большим количеством избыточного оружейного урана в России следует рассмотреть вариант его разбавления в низко обогащенный уран (НОУ), отправлять его в Америку и делать из него топливо для АЭС. Он выдвинул такую идею, и представьте себе, что через год с небольшим, в феврале 1993 года, было подписано российско-американское соглашение по высокообогащенному урану (ВОУ), извлеченному из ядерного оружия.

В соответствии с ним, в течение 20 лет 500 тонн урана, извлеченного из нашего оружия, будет перерабатываться в топливо американских АЭС на сумму 11,2 миллиардов долларов. В отличие от других программ, (вы слышали о программе Нанна-Лугара или "Совместного уменьшения угрозы") по этой программе американцы нам дают деньги на реализацию договоренностей в области сокращения стратегических вооружений. Благодаря этой помощи, мы режем ракеты, заливаем пусковые шахты, бомбардировщики как-то модифицируем, укрепляем безопасность хранения ядерных материалов и ядерных боеголовок. В Соглашении ВОУ-НОУ фактически привлечены коммерческие рыночные механизмы, не возлагающие дополнительного бремени на американских налогоплательщиков. То есть, мы разбавляем ВОУ, даем им низкообогащенный уран, и они используют его для производства тепловыделяющих элементов, которые загружаются в атомные реакторы АЭС и, нарабатывается электроэнергия, оплачиваемая потребителями.

Когда начинали эту программу, встал вопрос. А как вести разбавление? У нас опыта не было. Тем более, что у американцев есть соответственно национальные стандарты, определяющие содержание различных изотопов в уране, а у урана тоже очень много изотопов, кроме урана-235, есть уран-236 и прочие, которые негативно могут влиять на эффективность работы реактора. Наши "умельцы", на Уральском электрохимическом комбинате, недалеко от Екатеринбурга, буквально за полгода такую технологию разработали и продемонстрировали американцам, что качество конечного продукта полностью отвечает и даже выше требований американского стандарта.

В чем суть этой процедуры? Как вы знаете, работа с ураном как с порошком осуществляться не может, работа идет через его перевод в газ UF6. Дальше начинается процесс обогащения, причем у нас самая современная технология - центрифужная технология. Американцы ее до сих пор не воспроизвели, а ведут газодифузионное обогащение еще со времен 1945 года, которое требует колоссальных энергозатрат. Давайте цепочку посмотрим, как это происходит на российской стороне.

В Томск-7 привозят металлические урановые изделия, их надо преобразовать в стружку - там имеется фрезерный станок, который преобразовывает детали из металлического урана в стружку. Потом в печи стружка преобразовывается в порошок. Итак, на выходе Томска мы имеем порошок высокообогащенного оружейного урана. Он грузится в контейнеры и отравляется железной дорогой на Уральский электрохимический комбинат. Вернее так было вначале, а потом разбавление стали делать еще на трех заводах, в том числе и в Красноярске. Но вначале было так, что этот порошок отправляли на Уральский электрохимический, там осуществлялась его конверсия в UF6. На узле смешивания по первой трубе идет UF6. Это по сути дела, высокообогащенный оружейный уран. Для того, чтобы его разбавить, надо уменьшить концентрацию урана-235. Установили, что лучше всего разбавление вести не природным ураном, а ураном, обогащенным до полутора процентов. Это наши специалисты вычислили. Т.е. по второй трубе уже идет UF6 с обогащением по урану-235 полтора процента. И на выходе третьей трубы имеется UF6 уже обогащенный до такой степени, как заказывают американцы, т.е. от 4 до 5% -это типичное обогащение для топлива реакторов атомных электростанций. Вот таким образом эта задача была решена и началась работа.

Должен сказать, что встал еще один вопрос. Американцы, конечно, говорили, что им нужна транспарентность, чтобы они были уверены, что работа ведется именно с ураном, извлеченным из ядерного оружия.

В итоге эта задача была решена. Каким образом? Во-первых, в Новоуральске находится группа американских наблюдателей, которые имеют право каждую неделю брать пробы из трех труб. Они сами ничего не делают, а только наблюдают, как наши рабочие, инженеры берут пробы через специальные врезки из одной трубы, из второй, из третьей, но американцы все это видят, они все своими пломбами закрепляют. Потом эти пробы несут в центральную заводскую лабораторию, где делается анализ и определяется, что это действительно то, что нужно. Так, что задача эта решена.

И работа пошла довольно бойко. Давайте посмотрим, какие у нас итоги. Видите, сколько было за 6 лет сделано - разбавлено 125 тонн нашего ВОУ, что эквивалентно примерно 5000 боеголовкам. С 1999 года начали перерабатывать 30 тонн в год. В США отправлено 3800 тонн НОУ, и мы получили за это два с половиной миллиарда долларов, которые использовались для решения согласованных с американцами задач (повышение безопасности ядерной энергетики, конверсия " атомных" городов и т.д.). Почему 3800 тонн? Вот смотрите - из одного килограмма ВОУ получается примерно 30 кг НОУ. Вот такая статистика.

О значимости Соглашения. За счет НОУ, которое поступило из России, было выработано совокупно около 10% всей электроэнергии, употребляемой в США. Для государственного бюджета России два с половиной миллиарда долларов - это очень приличные деньги. Я вам должен сказать, что и мы заинтересованы в реализации сделки, и американцы, потому что они очень пристально смотрят за тем количеством расщепляющихся материалов, которые у нас есть. Значит им приятно, если это количество сокращается.

Поговорю о некоторых проблемах, которые возникли в ходе реализации этого соглашения. По той причине, что американцы рассматривают эту задачу политической, хотя она, конечно, как я уже сказал, коммерческая сделка, когда возникают проблемы, они стараются, как-то нам идти навстречу и эти проблемы решаются. Когда мы второпях подписывали это соглашение, а потом контракты, не заметили одной простой вещи - что в составе низкообогащенного урана, который поступает в США, содержатся не только единицы разделительных работ, но и природный уран, потому что мы подмешиваем этот уран в больших количествах. Для того, что бы произвести разбавление одного килограмма ВОУ, нужно около 300 кг природного урана. Американцев это обеспокоило. Почему? Когда развалился СССР, в 1991 году наши бывшие советские республики Узбекистан, Таджикистан, Казахстан осуществили демпинговый вброс урана на рынок в США по низким ценам. А урановый рынок очень хрупкий, там не так много поставщиков, там все друг за другом следят. Там такие мощные фирмы как французская "Кожема", канадская "Камеко", немецкая "Нукем". Там невозможно так бесконтрольно себя вести, а это случилось. Американцы тут же провели анти-демпинговое расследование, ввели квоты и поэтому так просто ввоз колоссальных количеств дополнительного урана они допустить не могли.

Как договорились, плата ведется за единицу разделительных работ, а она составляет примерно 2/3 от стоимости низкообогащенного урана. Можно еще заметить, что один килограмм НОУ на мировых рынках стоит (и в контрактах это зафиксировано)- 780 долларов за килограмм. Из этой суммы - 2/3 - это разделительные работы, а 1/3 - стоимость природного урана. И, к сожалению, в соглашении было записано, что за единицу разделительных работ платится незамедлительно по поступлению товара, а природный уран, который входит в состав НОУ, будет оплачиваться по мере его реализации. То есть, фактически, мы им дали возможность отсрочки, они могут платить только тогда, когда такая возможность откроется, а с учетом хрупкости уранового рынка все это повисло в воздухе. Первые несколько лет американцы нам находили возможность платить за природный компонент, а потом, так случилось, что исполнительный орган со стороны США - корпорация США по обогащению USEC - была приватизирована в 1997 году. Она стала отстаивать свои приватные интересы и возникли проблемы. Вот видите, если мы поставляем 30 тонн ВОУ в год это примерно 5,5 миллионов единиц разделительных работ. Вот за это мы деньги получаем. Единица разделительных работ на рынке сейчас где-то 80 долларов стоит.

Продолжение

Дополнительные сетевые материалы:


Ваши вопросы и комментарии: преподавателю | в СНВ-форум

Поиск на СНВ-сайте


© Центр по изучению проблем разоружения, энергетики и экологии при МФТИ, 2002 г.