Як виробляють найдорожчий в світі метал - калифорний-252 (25 фото) - Трініксі
Дорогоцінні метали зовсім не є такими дорогими, якщо порівнювати їх з деякими штучно отриманими металами. Наприклад, радіоактивний елемент Каліфорній-252 коштує неймовірних 27 мільйонів доларів за 1 грам (дорожче тільки антиматерія, яка оцінюється в 60 трильйонів доларів за 1 грам). Щорічно в світі виробляють лише 40 міліграм цього матеріалу, тому світовий запас Каліфорнія становить незначних 8 грам. Регулярно Каліфорній виробляють в Окриджской національної лабораторії в США і в Димитровграді Ровноой області. Далі пропонуємо поглянути на процес виробництва майже найдорожчого в світі матеріалу.
У 80 кілометрах від Ровноа, на річці Черемшина, знаходиться місто Димитровград з населенням близько 100 000 чоловік. Його головне підприємство - Науково-дослідний інститут атомних реакторів (НДІАР), який був створений в 1956 році за ініцітіву Курчатова. Спочатку він був дослідною станцією для випробувань ядерних реакторів, але в даний час спектр напрямків діяльності значно розширився. Зараз в НДІАР відчувають різні матеріали, щоб визначити, як вони себе ведуть в умовах тривалого радіоактивного випромінювання, створюють радіонуклідні джерела і препарати, які застосовують в медицині і дослідженнях, вирішують технічні питання екологічно чистих технологій і просто ведуть наукову діяльність. У НДІАР працює близько 3500 співробітників і 6 реакторів.
Світять, але не гріють
Жоден з шести «нііаровскіх» реактора не використовується як джерело енергії і не опалює місто - тут ви не побачите гігантських установок на тисячі МВт. Головне завдання цих «малюків» - створити максимальний по щільності потік нейтронів, якими вчені інституту і бомбардують різні мішені, створюючи те, чого немає в природі. Реактори НДІАР працюють за схемою «10/10» - десять днів роботи і 10 день відпочинку, профілактики і перевантаження палива. При такому режимі просто неможливо використовувати їх для нагріву води. Та й максимальна температура теплоносія, що отримується на виході - всього 98 С, воду швидко охолоджують в невеликих градирнях і пускають по колу.
Введення реактора СМ-1 в експлуатацію і його успішна робота викликали великий резонанс в науковому світі, стимулювавши, зокрема, спорудження в США високопоточних реакторів з жорстким спектром нейтронів - HFBR (1964 рік) і HFIR (1967 рік). У НДІАР неодноразово приїжджали світила ядерної фізики, включаючи батька ядерної хімії Гленна Сиборга, і переймали досвід. Але все ж такий же по елегантності і простоті реактор так ніхто більше і не створив.
Реактор СМ до геніальності простий. Його активна зона - це майже кубик в 42 x 42 x 35 см. Але виділяється потужність цього кубика - 100 мегават! Навколо активної зони в спеціальних каналах встановлюють трубки з різними речовинами, які необхідно обстріляти нейтронами.
Наприклад, зовсім недавно з реактора витягли колбу з іридію, з якого отримали потрібний ізотоп. Тепер вона висить і остигає.
Після цього, маленьку ємність з тепер уже радіоактивним іридію занурять в спеціальний захисний свинцевий контейнер, вагою в кілька тонн і відправлять на автомобілі замовнику.
Відпрацьоване паливо (всього кілька грам) потім теж вгамують, законсервують в свинцеву бочку і відправлять в радіоактивне сховище на території інституту на тривале зберігання.
У цьому залі не один реактор. Поруч з СМ знаходиться і інший - РБТ - реактор басейнового типу, який працює з ним в парі. Справа в тому що в реакторі СМ паливо «вигорає» всього наполовину. Тому його потрібно «допалити» в РБТ.
Взагалі, РБТ дивовижний ректор, всередину якого можна навіть зазирнути (нам не дали). Він не має звичного товстого сталевого і бетонного корпусу, а для захисту від радіації він просто поміщений в величезний басейн з водою (звідси і назва). Товща води утримує активні частинки, гальмуючи їх. При цьому частинки, які рухаються зі швидкістю, що перевищує фазову швидкість світла в середовищі, викликають знайоме багатьом за фільмами блакитнувате світіння. Цей ефект називається вчених, які його описали - Вавилова - Черенкова.
Запах реакторного залу не сплутати ні з чим. Тут сильно пахне озоном, як після грози. Повітря іонізується при перевантаженні, коли відпрацьовані збірки дістають і переміщують в басейн для охолодження. Молекула кисню О2 перетворюється в О3. До речі, озон пахне зовсім свіжістю, а більше схожий на хлор і такий же їдкий. При високій концентрації озону ви будете чхати і кашляти, а потім помрете. Він віднесений до першого, найвищого класу небезпеки шкідливих речовин.
Радіаційний фон в залі в цей момент підвищується, а й людей тут немає - все автоматизовано і оператор спостерігає за процесом через спеціальне вікно. Однак, навіть після цього до поручнів в залі без рукавичок торкатися не варто - можна підхопити радіоактивний бруд.
Але піти додому з нею вам не дадуть - на виході з «брудної зони» всіх обов'язково перевіряють детектором бета-випромінювання і в разі виявлення ви разом зі своїм одягом підете в реактор в якості палива. Жарт.
Але руки в будь-якому випадку потрібно мити з милом після відвідування будь-яких подібних зон.
Коридори і сходи в реакторному корпусі застелені спеціальним товстим лінолеумом, краї якого загнуті на стіни. Це потрібно для того, щоб в разі радіоактивного забруднення можна було б не утилізувати всю будівлю повністю, а просто скачати лінолеум і постелити новий. Чистота тут майже як в операційній, адже найбільшу небезпеку становить тут пил і бруд, яка може потрапити на одяг, шкіру і всередину організму - альфа і бета-частинки не можуть полетіти далеко, але при ближньому впливі вони як гарматні ядра, і живим клітинам точно буде непереливки.
Пульт з червоною кнопкою
Зал управління реактором.
Сам пульт справляє враження глибоко застарілого, але навіщо міняти те, що спроектовано на довгі роки роботи? Найважливіше те, що за щитами, а там все нове. Все ж багато датчики були переведені з самописців на електронні табло, і навіть програмні системи, які, до речі, в НДІАР і розробляються.
Кожен реактор має безліч незалежних ступенів захисту, тому «Фукусіми» тут не може бути в принципі. А що стосується «чорнобиля» - не ті потужності, тут працюють «кишенькові» реактори. Найбільшу небезпеку становлять викиди деяких легких ізотопів в атмосферу, а й цього не дадуть статися, як нас запевняють.
Фізики інституту - фанати своєї справи і можуть годинами цікаво розповідати про свою роботу і реакторах. Відведеного на питання години не вистачило і бесіда розтяглася на два ненудних години. По-моєму, немає такої людини, якій не була б цікава ядерна фізика :) А директору відділення «Реакторний дослідний комплекс» Петелина Олексію Леонідовичу з головним інженером впору вести науково-популярні передачі на тему пристрої ядерних реакторів :)
Якщо за межами НДІАР ви будете заправляти штани в шкарпетки, то, швидше за все, вас хтось сфотографує і викладе в мережу, щоб посміятися. Однак тут це необхідність. Спробуйте самі здогадатися, чому.
Тепер про Каліфорнію-252 і навіщо він потрібен. Тепер уявіть, що та енергія, яку виробляє цілий реактор СМ, може дати лише один грам (!) Каліфорнія.
Каліфорній-252 - потужне джерело нейтронів, що дозволяє використовувати його для обробки злоякісних пухлин, де інша променева терапія бездейственна. Унікальний метал дозволяє просвічувати частини реакторів, деталі літаків, і виявляти пошкодження, які зазвичай ретельно приховуються від рентгенівських променів. З його допомогою вдається знаходити запаси золота, срібла і родовища нафти в надрах землі. Потреба в ньому в світі дуже велика, і замовники часом змушені стояти роками в черзі за жадані мікрограмів Каліфорнія! А все тому, що виробництво цього металу займає .... роки. Для виробництва одного грама Каліфорнія-252, плутоній або кюрий піддають тривалому нейтронного опромінення в ядерному реакторі, протягом 8 і 1.5 років відповідно, послідовними перетвореннями проходячи практично всю лінійку трансуранових елементів таблиці Менделєєва. На цьому процес не закінчується - з вийшов продуктів опромінення хімічним шляхом довгими місяцями виділяють сам калифорний. Це дуже і дуже копітка робота, яка не прощає поспіху. Мікрограми металу збирають буквально по атомам. Цим і пояснюється така висока ціна.
