proatom.ru - сайт агентства ПРоАтом
Журналы Атомная стратегия 2024 год
  Агентство  ПРоАтом. 28 лет с атомной отраслью!              
Навигация
· Главная
· Все темы сайта
· Каталог поставщиков
· Контакты
· Наш архив
· Обратная связь
· Опросы
· Поиск по сайту
· Продукты и расценки
· Самое популярное
· Ссылки
· Форум
Журнал
Журнал Атомная стратегия
Подписка на электронную версию
Журнал Атомная стратегия
Атомные Блоги





PRo IT
Подписка
Подписку остановить невозможно! Подробнее...
Задать вопрос
Наши партнеры
PRo-движение
АНОНС

Вышла в свет книга Б.И.Нигматулина и В.А.Пивоварова «Реакторы с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем. История трагедии и фарса». Подробнее 
PRo Погоду

Сотрудничество
Редакция приглашает региональных представителей журнала «Атомная стратегия»
и сайта proatom.ru.
E-mail: pr@proatom.ru Савичев Владимир.
Время и Судьбы

[30/09/2019]     Производство препарата Фосфор-33. Замкнутый Ядерный Цикл «S-33(n,р)P-33»

1992-2008-2019 - сокращенный вариант для читателей Проатома, предназначенный для популяризации такой интересной науки, как Радиохимия.

С.М.Брюхов

В работах автора на Проатоме обсуждались нерешенные проблемы, которые помешали созданию ЗЯТЦ БН в СССР. Нерешенные проблемы всегда кажутся труднее решенных. В данной работе описывается успешное создание ЗЯЦ. Когда все проблемы решены, работа кажется простой, а решения очевидными. Но в процессе создания так не казалось. Поиск решения не был простым.



В результате создания этого производства появились проблемы другого уровня, недоступные зрению тех, кто не дошел в своих работах до промышленного производства и рутинной работы по жесткому графику поставок препаратов.

Успешными плодами труда большого коллектива кто-то должен воспользоваться. Правильно съесть грушу не менее важно, чем правильно её вырастить. Иначе она распадется со своим периодом полураспада. Говоря обывательским языком, сгниет.

Над созданием представленного текстового материала, и в его обсуждении участвовало изрядное количество различных специалистов. С выдержкой материала 25 лет, представляю читателям Проатома и свои мысли, записанные на казенной бумаге, казенными чернилами и в рабочее время.

Кому интересны детали, даты, фамилии и должности тех, кто преодолевал производственные проблемы, и какие эксперименты были проведены для решения прикладных радиохимических задач, смотрите оригинальные записи оперативных журналов группы выделения препаратов Р-33 радиохимической лаборатории ОРИП НИИАР с 1992 по 1995 год.

Предисловие. Философия создания ЗЯТЦ

~12500 человек создавали ЗЯТЦ в НИИАР ХТО в течение 55 лет. Однако мнение большинства этих людей почти никто не знает. Но эти мнения, безусловно, были.

Одна из основных философских проблем атомных проектов - труд миллионов представляют единицы. Фактически представляя только собственное (субъективное) мнение.

Проблема разрыва знаний «тысяч и единиц» создавалась в условиях строгой конфиденциальности работ. Большинство сотрудников, добывающих первичную научную информацию для ЗЯТЦ, не имели возможности узнать, как их труд представлен на высоком уровне.

Без такой обратной связи мифы и легенды рождаются ежедневно. Ни у одной из сторон – люди, работающие в контакте с РВ, люди, пишущие о проведенной работе, люди, обличенные властью и принимающие решения, нет представления об истинном положении вещей. Такова философия атомных проектов.

Три эти группы почти не контактировали между собой, и каждая имела собственное представление о морали и нормах поведения. Каждая группа имела собственные цели и средства их достижения.

Не удивительно, что при такой организации работы, ничего из того, что заказывала власть для ЗЯТЦ, не было создано. Но система оказалась крайне «термодинамически» устойчивой, и с успехом существует в настоящее время. Все группы довольны своим положением и стремятся сохранить свой статус – власть делает вид, что командует и контролирует ситуацию. Рабочие –  трудятся минимальное количество рабочего времени и с минимальными физическими и умственными затратами. Пишущие – обеспечивают благоприятный информационный фон и красивую картину происходящего.

Николай Второй говорил о себе во множественном числе – Мы, Николай II. Таким образом, он не столько возвеличивал себя, сколько говорил от лица множества людей. То есть не возвышался над коллективом, а считал себя частью великой империи.

Научные отчеты пишутся от имени одного человека, но за ними стоит труд целого коллектива.

Понятно, что в любом государстве есть государственный аппарат, который контролирует население и живет за счет его. Но почему ученые живут за счет населения? Ведь у них нет никакой корысти, просто великое любопытство, которое гипотетически может принести человечеству (и приносит) все новые и новые блага.

В большинстве современных стран ученые живут за счет крупного промышленного производства. Из прибылей производства, идет мощное финансирование науки во всем мире.

Сегодня у атомной энергетики России нет прибыли, из которой можно было бы финансировать научные исследования в области ЗЯТЦ. Нет производства топлива для ЗЯТЦ БР. Нет продукции ЗЯТЦ. Нет ни одного человека сегодня ни во плоти, ни в мире усопших, который владеет или владел секретом ЗЯТЦ. Поэтому приходится снова и снова раскошеливаться на нужды атомной науки – и олигархам, и рядовым налогоплательщикам.

Какова судьба тех, кто создавал ЗЯТЦ в НИИАР, после развала СССР – тема следующей работы. Чем же они занимались после прекращения работ по ЗЯТЦ?

Начало истории ЗЯЦ S-33(n,p)P-33

Коллектив ХТО НИИАР в 1992, после развала СССР, был деморализован и потерял веру в самого себя. Его ждала незавидная судьба безработного. Тысячи людей потратили жизни в никуда… Необходимо было срочно искать новое применение своим знаниям и умениям (для молодежи более понятен термин компетенции). При первой возможности люди уходили на другую работу.

Часть сотрудников ХТО после прекращения работ по ЗЯТЦ БР в 1986, и особенно развала СССР в 1992, перешла на работу к Соросу, и успешно создала ЗЯЦ (замкнутый ядерный цикл) на сере-33. Продуктом такого производства стал радионуклид фосфор-33. (Есть аналогия с ураном-238 и плутонием-239).

Вот этот небольшой положительный пример применения высокоспециализированных компетенций мне хочется описать в своих рассказах.

Может, кому-то этот текст покажется слишком заумным, но радиохимия требует знаний многих специальных терминов, как и любое другое высокотехнологичное производство. Без них не понять, для чего нужен атомный реактор, и как с его помощью получить медицинские радиопрепараты, и заглянуть в структуру самой основы жизни – в генетический аппарат живых существ.

Философия недоступна молодым. Молодость может только изучать чужие мысли, или просто толпиться под громкие лозунги. С возрастом появляются собственные представления о природе вещей. Не зря Платон брал в свой сад людей после 60. Без собственного жизненного опыта (ошибок и достижений) очень трудно понять, что такое жизнь.

Я стал заниматься философией в 40 лет, но собственные мысли появились только после 55. В 2000, когда я изучал философию, уже не было культа Маркса и Ленина. Философию научного коммунизма уже не преподавали. Своим представлениям о науке, и об атомной науке в частности, я обязан преподавателю философии из Димитровграда. Именно она заострила внимание на вопросе «тысяч и единиц» в науке. В её формулировке вопрос выглядел так: «Почему работают тысячи, а описывают работу и получают за нее вознаграждение единицы?»

Чтобы понять самого себя, необходимо выбраться из собственной жизни и посмотреть на себя со стороны. Трансцедентальная феноменология – вне плоскости, над плоскостью, над обычными представлениями о жизни. После такого взгляда на себя, в большинстве случаев, возврата в старую жизнь не происходит.

Основные термины, используемые в статье:

ЗЯТЦ - замкнутый ядерный топливный цикл реакторов на быстрых нейтронах.

ЗЯЦ S-33(n,p)P-33 – замкнутый цикл высокообогащенного изотопа серы-33, из которого в высокопоточном реакторе СМ-3 накапливался радионуклид Р-33.

Мертвое время прибора – время восстановления радиометрического или дозиметрического прибора в рабочее состояние, от миллисекунд до десятков микросекунд. МВП определяет максимальную загрузку радиоактивного вещества. При превышении загрузки (более Е+5, Е+6 имп/сек, это доли милликюри радионуклида) прибор показывает ложный ноль. Для измерения активностей выше одного мКи приходится разбавлять препарат и загружать в прибор только небольшую часть. Обычное разбавление препаратов Р-33 от миллиона до миллиардов раз.

РУ – реакторная установка.

ОУ – облучательное устройство.

ОМП – ядерное и/или радиационное оружие массового поражения.

ЛД – летальная доза, по умолчанию ЛД50/30, когда половина особей погибает в течение 30 суток после экспозиции. Выражается в граммах или единицах активности.

ВОУ – высокообогащенный уран, выше 20% по изотопу U-235, ниже – низкообогащенный уран, НОУ.

МЗА – минимально значимая активность радионуклида, НРБ-99. Формально не требуется разрешения для работы с таким количеством активности. Даже при попадании внутрь организма, любым путем, безопасна для взрослого человека. Для разных радионуклидов от 1000 до Е10+9 Бк.

МЗУА – минимально значимая удельная активность радионуклида, НРБ-99. Бк/кг.

Дозовый коэффициент радионуклида при попадании внутрь организма, различный для разных возможных путей, НРБ-99. Зв/Бк.

Удельная теоретическая активность радионуклида – расчетная величина, для активности радионуклида, содержащего 100% атомов данного вида, Ки/кг. Часто используется обратная величина, удельный вес 1 Ки, для Р-33 равна 6,11 мкг/Ки. Для сравнения, уран-238 – 2800 кг/Ки.

Удельная (объемная) массовая активность – (объемная или) массовая активность препарата, (Ки/литр или) Ки/кг.

Постоянная распада (константа распада) – величина, связывающая активность радионуклида и количество штук атомов радионуклида. λ = А/N, где А измеряется в Бк, N – количество атомов. Основная временная характеристика радионуклида.

МЭД – мощность эффективной дозы, Зв/час. Складывается из МЭД внутреннего и внешнего облучения.

НРБ-99/2009 - нормы радиационной безопасности – закон, за нарушение которого предусмотрена уголовная ответственность.

ОСПОРБ-99/2010 – основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности.

АСРК – автоматизированная система радиационного контроля. Точки контроля находятся непосредственно на рабочих местах, на коллекторах вытяжной вентиляции и спецканализации объекта, на выходе со здания, на выходе со всего предприятия, на границах распространения под землей и в воде, на границах санитарных зон, на границах государств.

GMP (good manufacturing practice) – свод требований к лекарственным препаратам, и требований к самому фармацевтическому производству. В том числе требования к химическому и радиохимическому составу фармацевтических препаратов, требования к оборудованию и организации работы фармацевтического производства.

ОРИП – отделение радионуклидных источников и препаратов НИИАР, созданное в 1989 году из части других коллективов и части производственной базы нескольких других подразделений НИИАР. В основном из ХТО, занимавшемся в советское время ЗЯТЦ БН. ОРИП появился в результате реорганизации, и не потребовал капитальных вложений.

ДД – Димитровград, до 1972 года – Мелекесс.

Терминология

 

Химия делится на две большие группы по целям работ – технология и аналитика. Анализ – это разделение на составные части (в переводе с греческого – разрушение), измерение этих частей. Технология (в переводе с греческого – строительные леса) – это создание единого целого из составных частей.

Соответственно, химики делятся на две группы – химики-аналитики и химики-технологи.

Создать новое, не разрушая старого, невозможно. Это следствие закона сохранения количества вещества. Единственное (кажущееся) исключение из этого закона – это аннигиляция, но связь массы с энергией, которую установил Эйнштейн в 1905, E = mc2 не оставляет места исключениям в законе сохранения материи.

Для создания нового химического производства необходимо иметь высококвалифицированных специалистов технологов и аналитиков. Эти специалисты были в НИИАР в 1989 году (в многократном избытке), и с их помощью было создано производство препарата, который стал одной из «рабочих лошадок» для исследований по изучению генома живых существ, которые с неиссякаемой щедростью (в особо крупных масштабах, достигших 15 млрд. долларов за примерно 17 лет исследований) спонсировались Дж.Соросом.

Для создания радиохимического производства в коллективе должен быть еще один специалист, знающий (прикладную) ядерную физику. Таких специалистов в СССР готовили в физико-технических вузах.

Вступление

В работе описывается история создания радиохимического производства препарата «Р-33 ортофосфорная кислота без носителя» в ОРИП НИИАР в 1989-1993 году. Это производство в 90-е годы было одним из основных источников поступления финансовых средств в твердой валюте, так необходимых для сохранения коллектива НИИАР после развала СССР.

Термин «без носителя» (carrier free) означает, что в химическом соединении Н3РО4 практически все атомы фосфора радиоактивны, и никаких добавок стабильного фосфора в препарат не добавлялось. Доля стабильного изотопа Р-31 менее процента – это мизерное количество попадает в препарат со случайными примесями. Соответственно, молекулярная масса не 98, как у обычной ортофосфорной кислоты, а 100. Радиопрепараты без носителя имеют максимальную стоимость и максимальную сложность при производстве. Превышение примеси стабильного фосфора более 25 массовых процента, переводят препарат в категорию «с носителем», и заказчик отказывается от покупки брака.

Кроме того, что препарат должен быть без носителя, из всего многообразия фосфорных кислот должна быть получена ортофосфорная, и содержание примесей остальных кислот (содержащих радиоактивный фосфор в своем составе) должно быть менее уровня в доли процента, согласованного с заказчиком. Эти примеси –  метафосфорная и пирофосфорные кислоты, разнообразные гетеро и полифосфорные кислоты.

Высокие требования по чистоте накладывают особые требования к реагентам, посуде, технологическому и аналитическому оборудованию, чистоте поверхностей и воздуха боксов, где проводится работа.

Вес 1 Ки атомов фосфора-33 составляет 6,11 мкг, а самые точные весы в НИИАР имеют цену деления 10 мкг. Взвесить такую массу невозможно, тем более невозможно взвесить примеси. Поэтому аттестация количества препарата проводится только радиометрией, в отличие от плутония и америция, где количество определяется весовыми методами. 

Обычно объемная активность кондиционного препарата составляет 1 Ки/мл. (по ТУ от 0,1 до 2 Ки/мл). 1 Ки ортофосфорной кислоты имеет вес около 18,5 мкг (100/33 а.е.м., умножаем на 6,11 мкг), а примеси недопустимых кислот составляют 0,4%, то есть 74 нанограмма/мл. Это составляет 0,074 весовых промилле (весовых частей на миллион, вес 1 мл воды – 1 грамм).

Препарат квалификации «без носителя» принципиально важен для биологов – иначе дорогостоящие биологические препараты будут тратиться впустую, и/или полученный результат будет искажен.

Из множества литературы по производству фосфора-32,33 рекомендую сначала ознакомиться с книгой Лекае В.М., Ёлкин Л.Н. «Физико-химические константы элементарной серы», М. 1964, а также монографией Ван Везера «Фосфор и его соединения». Перевод с английского, М., 1962.

В 1992 году лаборатория производства радионуклидов ОРИП (18120) производила только один радиопрепарат, фосфор-33, для пока еще существующих предприятий Новосибирска (НМРП, медрадиопрепарат) и Ленинграда (ГИПХ государственный институт прикладной химии). По инерции советских времен препарат поставлялся в эти организации по разнарядке, и не имел рыночной цены. Все сотрудники получали одинаковые оклады и премии, в зависимости от стажа работ и уровня на служебной лестнице.

Масштабы производства Р-33, создаваемого в НИИАР в 1992, составляли по 20-100 мКи несколько раз в году. Спрос в России был практически нулевой. Качество препарата также было близко невысоким, и специалисты из медицинских организаций проводили доочистку препарата самостоятельно.

Официально технология Р-32,33 была куплена НИИАР за 100 тысяч советских рублей на предприятии «УзРадиопрепарат», Улукбек, но передача технологии не состоялась. Как говорится, партнеры кинули. В ближайшее время деньги СССР были обесценены на три порядка, и затраты НИИАР на технологию заключались в виде нескольких квартир, которые были предоставлены бесплатно для сотрудников, срочно бежавших из южной советской республики в Димитровград.

Сотрудники Узбекистана не получили денежную оплату. Курьеры из НИИАР были ограблены по пути следствия из аэропорта в Ташкент. Такие были времена в самом начале 90-х годов.

Ташкент продавал препарат фирме Амершам по цене 44 тысячи долларов за Кюри, и эти поставки начались еще до распада СССР. Сера облучалась в СМ-2, облученные кварцевые ампулы самолетом доставляли в Улукбек, там проводилась радиохимическая переработка, и готовый препарат улетал в Англию.

Возвратная сера-33 запаивалась в кварцевые ампулы, и самолетом доставлялась в Димитровград.

Поставки фосфора-33 в Амершам из Ташкента начались в 1989 году, но после развала СССР производство было остановлено, так как радиохимический персонал переехал в Россию. Кроме того, на 1992 год пришлась реконструкция СМ, и получать фосфор было негде.

На 07.07.1992 было достоверно известно, что препарат, производимый в Ташкенте, полностью соответствовал требованиям заказчика. Работу выполнял один лаборант, работающий периодически в цепочке легких перчаточных боксов. Примерное время переработки – одна смена или половина смены. Основная работа лаборанта – биофизические исследования.

Мировая цена на препарат в 1992 году составляла 140-150 тысяч, и узбеки демпинговали, продавая за 44. Фактически цена в 44 соответствовала лишь текущим затратам на производство – облучение, транспорт и радиохимию. Амортизация реактора СМ-2 за год, стоившего тогда не менее 1 млрд. долларов (~10 млн/МВт), в активной части которого проходило облучение серы-33, стоит 1/15 от стоимости установки, то есть около 66 млн. долларов ежегодно. Каждый из 16 высокопоточных каналов для СССР обходился в год более 4 млн. долларов. Один из каналов занимали ампулы с высокообогащенной серой-33.

Сегодня цена РУ типа СМ-3 начинается от 25 млн долл./МВт, и может превышать 100 млн./МВт. (в Боливии планируемый Росатомом ИР обойдется 200 млн долл./МВт). Для сравнения с коммерческими реакторами, цены на установленный мегаватт сегодняшнего дня – Китай 5, Россия 6, БН-800 – 17 млн долл./МВт.

Когда Дж. Сорос стал заказывать препараты Р-33 в НИИАР, в 1992, под реконструированный реактор СМ, получивший название СМ-3, готовой технологии в Димитровграде еще не было. Советские специалисты прекрасно владели методами препаративной работы, но сама технология получения кондиционного препарата отсутствовала.

Стояла задача получить препарат, соответствующий требованиям заказчика, как можно быстрее, чтобы не потерять крупный зарубежный заказ.

В ОК были объявлены вакансии радиохимиков в лабораторию 18120.

Автор попал в эту лабораторию почти случайно, написав заявление на увольнение из ХТО НИИАР, так как зарплаты в ХТО не хватало на проживание даже одного человека. В те годы до 80% доходов семьи составляла продукция ЛПХ. (Личное подсобное хозяйство и рыбалка позволили пережить начало 90-х годов). Сотрудница ОК предложила поговорить с начальником лаборатории, сказав, что зарплата возрастет в 3-5 раз.

По телефону я договорился о встрече, и был сразу принят, после короткого разговора во время обеда в столовой. Ко мне была только одна претензия – нужно было срочно выучить английский язык, так как радиохимия ни на русском, ни на немецком, тогда не разговаривала. Only English!

Перед нами была поставлена задача создать производство не хуже, чем в Узбекистане. Требования к препарату сформированы, временные рамки производства, не особо жесткие – препарат имеет период полураспада 25,4 дня. Суточные потери на распад ~2,69%, фосфора-32 почти вдвое больше – 4,83%.

Летом 1992 РУ СМ была на реконструкции. Фактически был сделан новый реактор – и корпус, и бериллиевый замедлитель были заменены на новые. Осенью 1992 новый СМ-3 должен был заработать на полную мощность после реконструкции, и на доработку технологии отводилось 4-5 месяцев.

Облучаемые в то время, в РУ МИР, ампулы с серой давали примерно в 20 раз меньше активности, и не могли рассматриваться для коммерции.

Проблемы, преодоленные при создании производства

 

В первую очередь, нужно было выполнить работу по сокращению потерь серы-33. Было очевидно, что необходимо срочно выявить и устранить нарушения в технологическом процессе изготовления и обращения со стеклянными ампулами (капсулами), иначе через год производство остановится из-за отсутствия стартового материала. Через две кампании потери были снижены с 5-20% до менее 0,2%.

Поднять выход готового препарата, снизив временные и технологические потери до 4-5%, (двуединая задача радиохимии) было сложнее. На «шлифовку» процессов вакуумной отгонки и ионообменной очистки ушло 5-6 реакторных кампаний. Особенно важно было «притереть» переделы друг к другу, что в большинстве технологий не менее важно, чем нюансы самих переделов.

Измененные параметры вакуумной отгонки серы позволяли упростить и ускорить аффинажные операции.

Внедренный метод оперативного контроля, взятый у Марии Складовской, позволил в 10 раз снизить количество упариваемых растворов, и время на упаривание растворов было сокращено с нескольких часов до 20-30 минут.

Количество оперативных проб было сокращено с десятка до нуля, проба отбиралась только на паспортизацию препарата. Учитывая, что проба 10 мкл из 2 мл составляет 0,5%, и на пробоотбор, и на сам радиометрический анализ, тратится время, количество проб также влияет на выход готовой продукции.

В результате суммарное время переработки было сокращено с 2-3 суток до 2-3 часов, при технологическом выходе готового – выше 96%. Сокращенное время переработки снижает потери на распад на 5%.

Основным своим достижением тогда автор считал резкое снижение радиационной нагрузки на персонал. Короткие по времени операции, дополнительные и специальные средства защиты рук и тела, простые методы оперативного контроля снизили время контакта в 10-20 раз и удалили кисти рук от источника в 2-4 раза. Фактически весь годовой график заказов на Р-33 мог делать один лаборант, без риска превысить разрешенные годовые пределы доз.

Решение социальных вопросов

Производство делали «как для себя». Делали так, чтобы самому было удобно работать.

В результате, через полгода работы появилось отличное (имхо, то есть по моим скромным понятиям) рабочее место, где за 6 рабочих смен в году я получал в 3,5 раза больше, чем сотрудники на прежней работе в ХТО на МОКС, работая не менее 100 смен в году.

Почему данная работа появилась с таким большим запозданием, хотя все нюансы были очень оперативно изучены? Ответ находится в социальной плоскости – обнародование данной информации в 1993-94 могло стать причиной увольнения 8 из 9 сотрудников, работавших на производстве препарата Р-33. И далеко не факт, что автор остался бы в штатном расписании лаборатории.

За раскрытие «ноу-хау» полагалось немедленное увольнение. Коллективу, работающему по 6 смен в году из 250, это не понравится. На социальную обстановку накладывались массовые увольнения персонала – за 1990-1993 ХТО потеряло 50-80% ключевых специалистов, которые не могли прокормить даже сами себя с такими заработками.

В ОРИП зарплата позволяла кормить семью из 4 человек. Кроме того, масса свободного времени, который каждый тратил так, как ему было удобно.

За первые 1,5 года работы в ОРИП автор научился читать и писать на английском. 5 дней в неделю, два раза в день по полтора часа зубрежки языка новых хозяев НИИАР дали свои первые плоды. Это был мой первый шаг в борьбе с радиохимической неграмотностью. Оказалось, что радиохимики по всему миру занимаются не только выделением и очисткой ядерных материалов, но и создают препараты для медицины, сельского хозяйства, промышленности, геологии и многое другое.

Основные характеристики радиопрепарата «Р-33 Ортофосфорная кислота без носителя в растворе 0,04 М HCl» (или в Н2О по спецзаказу)

История применения и создания технологии Р-32

Изотоп Р-32 был одним из самых первых изотопов, изученных человеком, на самой заре атомной эры. Он применялся для определения суммарного количества быстрых нейтронов, образовывавшихся при ядерной реакции деления, по реакции (n,р) с порогом реакции 100 кэВ. Именно фосфор-32 позволяет отделить быстрые нейтроны от промежуточных и тепловых. По мощности дозы от ампулы с серой природного изотопного состава легко определить поток быстрых нейтронов, без радиохимии, а зная поток быстрых нейтронов и расстояние от эпицентра, рассчитать энергию взрывного устройства.

Нейтронная вспышка дает примерно 1 Бк Р-32/миллиард быстрых нейтронов (из ~1Е+25). Такой «дозиметр» накопленной нейтронной дозы не может применяться для дозиметрии человека, а только для определения очень больших доз, в тысячи и более раз превышающие летальные дозы.

Первые патенты по выделению радиофосфора из облученной нейтронами серы относятся к 1944 году (Англия). Методы были простыми, высокоскоростными, хорошо воспроизводимыми. Такими, чтобы любой солдат мог сделать измерения за считанные часы и минуты.

Производство Р-32 для медицинских исследований, квалификации «без носителя» началось в конце 40-х годов. Намного позже, в 80-х, появилось производство Р-33, ведь для получения последнего необходимо иметь изотопно-обогащенную серу-33.

Производящая реакция (n,p), классический пример трансмутации, сера превращается в фосфор. Примечательно, что после распада, и Р-32, и Р-33 образуется опять исходный (воспроизводящий) изотоп – S-32 и S-33 соответственно. Таким образом, стартовый материал не расходуется, и устройство для измерения дозы может служить многие годы.

Научные изыскания

Более чем достаточное, для создания производства, количество исследований проведено в этой области. Десятки новых технологий и конструкций аппаратов использовалось для технологических процессов, однако производители препарата «Р-32,33 ортофосфорная кислота без носителя» (carrier free) до сих пор используют технологию, разработанную на самой заре атомной эры.

За 60 лет производства препарата было написано не менее десятка только обзоров способов выделения препарата из облученных мишеней, а количество публикаций перевалило за 200. В таком бумажном потоке начинающему технологу можно легко потеряться, и не понять основные принципы технологического процесса, который состоит всего из 5 операций.

Особенности крупных радиохимических производств

Мелкие производители препарата, до 1 Ки/месяц, лишены возможности видеть проблемы крупномасштабных производств, к которым в первую очередь следует отнести радиационную безопасность, газовыделение и радиационные эффекты в реагентах и сорбентах.

Отдельная работа по обеспечению безопасности – это определение безопасного периода обращения с водными препаратами радиоактивных изотопов фосфора при транспортировке. Накапливающиеся радиолизные газы легко могут стать причиной разрушения герметичной упаковки, что приводит к прямой потере от сотни тысяч долларов, не считая косвенный ущерб. Хранить герметично запаянные препараты в виде растворов можно только крайне ограниченный срок.

Перевозчик таких РВ должен помнить еще один нюанс – авиаперевозки проходят на высотах, где пониженное давление, и температура опускается ниже -50ОС, и существует опасность размораживания кварцевой ампулы (загрязнение упаковки и потеря партии препарата). Понятно, что перевозить такой препарат на морозе нельзя.

Немало авторов статей и обзоров, посвященных Р-32,33 находились «рядом», в радиометрических лабораториях, и не имели возможности видеть, а тем более, проводить процессы «вживую», поэтому многие существенные проблемы технологии в такой литературе не освещались. Немало научных работ написано вообще в виртуальном пространстве, сотрудниками, которые ни разу не видели активности даже 3 класса работ.

Не стоит сбрасывать со счетов и коммерческие интересы производителей, которые сознательно замалчивали ключевые проблемы производства (не обсуждали) в научных статьях. Препарат получается очень быстро и практически без потерь, а цена его составляет от $44/mCi (крупные оптовые поставки партией 1-20 Ки) до десятков тысяч за милликюри биологически активных препаратов. При этом на партию в 5 Ки (от 220 тысяч долларов) тратится всего 4-6 человеко-часов работы радиохимика. Такие высоко прибыльные производства, где на одного человека в год получается от миллиона долларов готовой продукции (практически чистой прибыли), не принято описывать детально. 

Еще одна существенная преграда, которую очень сложно преодолеть начинающему технологу – это бесконечное количество компиляций, сделанных с предыдущих компиляций. Прочитать авторов работ, реально создававших производство и шлифовавших технологический процесс, в научной литературе практически невозможно.

Программное обеспечение типа «Антиплагиат» позволяют определить первоисточник и/или количество первоисточников информации, которая слепо копируется последователями. Первоисточников единицы, а литературных ссылок - сотни. Такой глухой телефон распространяет не только оригинальные данные, но и все искажения и заблуждения авторов.

Сегодня существует масса виртуальных отчетов, авторы которых ни разу не читали такие нормативные документы как НРБ и ОСПОРБ, однако с легкостью позволяют себе рассуждать о проведении работ с РВ, соответствующих 1-му классу работ с открытыми ИИИ. Практик, опирающийся только на знания таких «удаленных первоисточников», рискует не только собственной жизнью и здоровьем, но и подвергает фатальной опасности большие группы людей.

Первые шаги в выборе технологии и аппаратов

В данной работе на примере сравнения двух патентов приводится логика выбора, которой следовал автор в 1992 году, выбирая для себя оптимальный образ будущей крупной (в то время крупнейшей в мире) радиохимической установки по получению препарата «Препарат ортофосфорная кислота Р-33 в 0,04 М НСl без носителя».

Работа исследователя принципиально отличается от работы землекопа, каменщика, водителя, от работы любого технического работника, работающего по инструкции и под контролем руководителя.

Основным отличием является то обстоятельство, что заказчик работы практически ничего не знает о том, как эта работа проводится.

Мой старший товарищ называл всех руководителей Царьками (Берендеями), которые посылают своих подчиненных туда, не знаю куда, чтобы они принесли то, не знаю что. Только в отличие от Ивана, крестьянского сына, нужно было принести не светящееся перо неведомой жар-птицы, а флакончик со святящимся, в прямом и переносном смысле, препаратом.

Еще одна аналогия. Это сказка о рыбаке и рыбке. Ни рыбак, ни его старуха, за всю жизнь так и не смогли построить себе избу, и довольно смутно представляли себе строительные работы. А вот рыбка знала, как это сделать.

Золотыми рыбками называли сотрудниц радиохимических лабораторий. Вот на таких сотрудницах, а их, в СССР, было большинство на радиохимических производствах, и держались высокотехнологичные производства.

В то же время была масса Иванушек, которых послали за золотым пером, и они в этом походе превратились в великих полководцев, ведущих за собой незнаемо куда неведомо зачем.

От меня низкий поклон женщинам, работавшим и работающих в радиохимии.

Так как работу заказывали медики или биологи, то у них не было четкого представления о том, как получается препарат. Препарат просто должен был соответствовать требованиям заказчика, а количество быть не меньше оговоренного в контракте. (В то время в России требований GMP к производству РФП не предъявляли)

Требования заказчика (царька-Берендея) необходимо перевести на технический язык. Поэтому, исследователь должен был сам себе поставить задачу в виде технического задания (ТЗ), сам выбрать способы реализации ТЗ. Сам должен определить в технических условиях (ТУ) параметры препарата, которые позволили бы создать продукт, соответствующий требованиям заказчика, и методы контроля процессов и приемочных испытаний. Соответственно, определить, разработать и аттестовать методы контроля препарата. А напоследок, убедить покупателя, что это как раз то, что ему нужно.

Такой перевод, с жаргонов одной отрасли на жаргоны другой отрасли, требует от переводчика знаний терминов в двух областях человеческой деятельности. Как вы понимаете, вузы не готовят таких специалистов, и споры двух сторон могут долгие годы напоминать диалог слепого с глухим.

Исходное состояние дел на момент приема смены

Я пришел в лабораторию 18120 07.07.92 не на пустое место. (Сергей Павлович Распопин в тот день отмечал 70-летие, а Олег Владимирович Скиба к тому времени потерял половину персонала из тысячного коллектива, работающего над ЗЯТЦ)

Установка получения Р-33 уже создавалась в НИИАР 3 года. За это время была подготовлена цепочка из 4 герметичных боксов типа КА-НЖ, в которой было размещено оборудование, приобретенное в Ташкенте вместе с купленным Техническим Регламентом «Улукбека».

В одном боксе на два рабочих места была нержавеющая плитка и штатив с лапками для самотечных колонок. В следующем весы ВЛНР-200 для взвешивания препарата и стартового материала. Далее – станок с алмазным диском. И последний бокс – приемка облученных ампул с серой и установка для запайки кварцевых ампул. Между четвертым и третьим боксом находится форкамера, шлюз для приемки и выгрузки РВ.

На установке работали 2 технолога, один бывший начальник смены РХУ, производившей Сf-252, другой – бывшая начальница группы подготовки реагентов специальной чистоты. Люди с опытом работы 20 лет.

Производство Р-33 должно было заменить аналогичное производство в Улукбеке, которое закрыли в связи с тем, что персонал в 1989-91 годах «сбежал» в Россию. «Узбеки» (в СССР было наоборот – русские работали на узбекских шабашках) перерабатывали облученный в ДД материал (одна из облучательных ячеек АЗ СМ-2) и оптом поставляли кислоту Амершаму по цене 44 долл. за мКи.

В то время Сорос начал финансировать грандиозный проект «геном человека», и Амершам осваивал пол миллиарда спонсорских денег ежегодно. Одной из приоритетных задач Сороса было проникновение в Россию, на мощнейшие заводы бывшего МСМ, которые могли бы в кратчайшие сроки решить сырьевые проблемы крупномасштабного производства РФП для мировой ядерной медицины.

Основные изотопы, которые нужны были Соросу, это тритий, углерод-14, фосфор-32 и 33, сера-35 и йод-125. НИИАР мог бы создать производство всех этих препаратов, и стать мировым лидером по поставкам этих препаратов на рынок радиоизотопной продукции, если бы быстро развернул все свои радиохимические мощности на этот бизнес. Но самые современные камеры нового здания ХТО (1977 г постройки), практически чистые, простаивали.

С большим запозданием было организовано производство Со-60 и I-131 (активационный), но конкуренты опередили на годы и десятилетия. Самые выгодные заказы, типа Р-32, S-35, быстро были перехвачены новыми производственными подразделениями, созданными в Европе. СМ-3 продавал им «облученку», а это в сотни и тысячи раз дешевле радиопрепаратов.

Производство и продажа Р-33 Узбекистаном были на довольно высоком уровне, продажи достигали ~300 тыс.долл. ежегодно, что давало неплохой доход бизнесу. Разрушение экономических связей в конце 80-х со Средней Азией привело к сворачиванию опасного производства, и бизнес было решено перенести на одну площадку с реактором, то есть в ДД. Кроме того, на этот сложный период пришлась реконструкция реактора СМ, который получил новый корпус только к концу 1992, а все остальные нейтронные источники НИИАР были на порядки слабее, и не давали нужного количества готовой продукции. 

Установка в ДД выпускала партии Р-33 препарата по 20-100 мКи для Новосибирского завода МРП и для Питерского ГИПХ. За рубеж выйти не получалось, так как препарат не соответствовал по внешнему виду, вместо прозрачной бесцветной жидкости получалась зеленовато-желтая опалесцирующая жидкость.

Сороса такое положение дел с фосфором не устраивало, он начал дополнительные вливания в другие производства в других странах. Очень удачным, оказалось создание производства в Польше, POLATOM, где за полтора года организовали производство Р-32, прямого конкурента Р-33. Схема проста – самый мощный (СМ-3 с 1992 в течение 16 лет был самым новым реактором в России) облучал природную серу, облученный материал автотранспортом везли в Поляндию, там производили кислоту, которую поставляли в Европу. Отработанная сера шла на выброс.

НИИАР терял ежегодно на поставках облученной природной серы в Польшу стоимость приблизительно 2000 Ки, то есть около 4 миллионов долларов. Это одно из последствий того, что технология не была соответствующим образом передана (куплена) в Ташкенте. В то время эта сумма была выше годовой зарплаты всего НИИАР (средняя годовая зарплата была менее 1000 долларов).

Несмотря на низкие цены на Р-32 (от $2/mCi) ему так до сих пор не удалось полностью вытеснить Р-33 (от $44/mCi) с рынка. 25,4 дня против 14 дней и 0,26 МэВ против 1,7 МэВ – очень весомые аргументы. Энергия бета, находящаяся полностью ниже Черенковской границы, практически не создает жесткое тормозное излучение, и исследователи могут работать на столах в простых перчатках, защищая глаза только химическими очками или маской из прозрачного полимера. МЗА для Р-33 в 100 раз ниже, чем МЗА для Р-32, а детектирование одинаково эффективно. Ядро отдачи имеет меньшую энергию и повреждает меньше биологического материала. Поэтому для рутинных работ, где исследователи целыми годами находятся в контакте с РВ («в обнимку с препаратом»), Р-33 незаменим.

Именно Р-33 и должна была производить установка, на фоне резко возрастающего спроса и отсутствия глобальных мировых производителей. Для масштабного производства Соросом был выбран самый мощный на планете реактор, с саммой высокой плотностью потока быстрых нейтронов – половина из потока 5Е+15 n/sec*sm2 были быстрые нейтроны.

Польша отказалась от производства Р-33 по той причине, что стартовый материал, изотопно-обогащенная сера-33, стоила крайне дорого на европейском рынке, и цена оборотной серы в разы превышала стоимость партии препарата Р-33. При дальних перевозках запасы оборотной серы-33, крутящейся в цикле накопления, возрастали в полтора-два раза. Поляки просчитали экономику радиохимии Р-33, и поняли, что могут оказаться в минусах. Кроме того, POLATOM должен был получить лицензию на изготовления изделий «Для АЭС», то есть самим готовить мишени с серой-33 для постановки в реактор СМ-3.

Радиохимия – это не только различные разделы химии, физики, физической химии, физико-химических методов анализа. Для принятия решения нужно владеть информацией в области политики, экономики и в социальных вопросах. Как говорили мои коллеги, радиохимия – это политическая химия. Только специальные знания в области ядерной физики и химии оказываются недостаточными для ориентирования в бизнесе радиопрепаратов.

Как говорил в свое время Аркадий Райкин, нужно учиться смотреть шире (ширее).

Нейтроны для получения фософра-32,33

В мире работает более тысячи реакторов различного назначения. Из них около 500 энергетических реакторов, производящих электроэнергию, суммарной мощностью около 440 ГВт. Но лишь 1-2 реактора пригодны для коммерческого получения радиофосфора.

Фосфор получается в результате захвата нейтрона ядром атома серы, и последующего испускания протона. Эта реакция записывается в общем виде (n,p), или конкретно S-32(n,p)P-32. Реакция имеет порог около 0,1 МэВ, то есть для осуществления реакции нужны быстрые нейтроны.

Исторически сложилось так, что с 1942 года именно порог фосфора-32 является критерием быстрых нейтронов, (а не порог урана-238, как считают непосвященные, что служит, скрытым от посторонних глаз, секретом многих софистических уловок современных концепций ЗЯТЦ).

Реакция (n,p) имеет очень низкий выход и небольшое энерговыделение. Основная доля продуктов взаимодействия серы-32 с нейтронами образуется по реакции (n,y), при этом реакция идет на нейтронах любой энергии. Однако, тепловой эффект реакции (n,y) разогревает серу, что необходимо учитывать при конструировании мишеней. В условиях СМ-3, в ячейках АЗ, подъем температуры более 300 градусов, при этом значительно изменяется плотность, вязкость и реакционноспособность серы.

Энергетические реакторы непригодны для накопления фосфора по двум причинам – в них практически нет быстрых нейтронов (их доля не превышает 3%), и сам по себе нейтронный поток крайне низок по сравнению с специальными реакторами. Кроме того, кампания энергетического реактора во много раз превышает оптимальные сроки накопления радиофосфора. Поток быстрых нейтронов, необходимых для накопления фосфора, в коммерческом реакторе не превышает 5Е+11 n/sec*sm2

Реактор СМ-3 не случайно оккупирован для накопления изотопов, требующих максимально высокого потока нейтронов. Из 5Е+15 нейтронов/сек*см2 половина имеют энергию выше 0,1 МэВ. Таким образом, плотность потока быстрых нейтронов, необходимых для накопления фосфора, составляет 2,5Е+15 n/sec*sm2. То есть, как минимум в 5000 раз выше, чем в энергетических реакторах. С точки зрения производства изотопов фосфора энергетические реакторы представляют нулевую ценность.

Казалось бы, быстрые реакторы с плотностью потока быстрых нейтронов выше 2Е+15 могут использоваться для производства изотопов фосфора. Это верно, но не для серы. Условия в БОР-60 или БН-600 принципиально не подходят для облучения серы. В СМ-3 облучение серы происходит при температуре теплоносителя 60-100ОС, а температура натрия в БН более 500ОС. Сера кипит при температуре 440ОС, и в условиях БН просто разорвет кварцевую ампулу, в которой запаяна сера.

Идеальным для накопления фосфора-32 является период 28-42 суток, а для накопления фосфора-33 период облучения 50-75 суток (2-3Т), а кампания БН-600 продолжается 180 суток.

Гипотетически БН можно приспособить к накоплению изотопов серы, но необходимо разместить рядом с АЗ охлаждаемый канал, хотя бы ниже 300ОС. Эта гипотеза является почти утопией.

Если создавать быстрый реактор-выжигатель пороговых изотопов, четных актинидов, в первую очередь для Am-241, на 10-100 МВт, с охлаждением зоны до 200-300ОС, то он обойдется дешевле, чем холодная петля в энергетическом БН. Не исключено, что реакторы-выжигатели актинидов будущего, работающие на алюминиевом керметном топливе, при пониженных температурах, до 300ОС, будут иметь каналы для накопления короткоживущих изотопов.

Реакция (n,p) дает бета-продукт, который при распаде возвращается в исходное ядро. Стороннему наблюдателю кажется, что попавшие в ядро серы нейтроны выбивают протоны (замещают их в ядре), а потом захваченные нейтроны медленно превращаются в протоны с испусканием бета-частиц.

Передержка облучаемого материала в реакторе с малым потоком не приводит ни к каким плохим физическим последствиям – просто скорость накопления образуемого изотопа начинает приближаться к скорости распада этого изотопа. Суммарная скорость накопления изотопа падает со временем, и накопления больше не происходит. Через 6Т накопление практически прекращается, активность остается постоянной. При этом теряется только время и деньги за оплату канала.

Передержка в реакторе приводит к увеличению вероятности разрушения кварцевой оболочки, а это уже чревато потерей всего облученного материала. Так что оптимальное время облучения зависит не только от физики процесса, но и от стойкости материала оболочки, и от стоимости стартового материала. При наличии «вечной» оболочки и дешевого потока нейтронов, фактически бесплатного для энергетических реакторов, в этих реакторах можно облучать серу для производства радиоизотопов фосфора.

Стартовый материал

Природная сера состоит из 3 изотопов. (Есть некая аналогия с природными изотопами урана). Доля изотопа S-33 в природной сере всего 0,75% (1/133, а у урана 1/139), и получить чистый изотоп непросто. Доля S-32 95,02%, S-34 4,21%.

Изотопно-обогащенная сера в советское время производилась на предприятии Урала, на котором обогащают уран, и стоила примерно 1500 рублей за грамм, при обогащении 99,5%. Меньшее обогащение использовать нельзя – доля примеси Р-32 в Р-33 не должна превышать 1%, а накопление Р-32 примерно вдвое выше, чем Р-33. Сера-33, полученная при обогащении, очень чистая, и не требует дополнительной очистки.

В отличие от обогащенного материала S-33, природная сера загрязнена микропримесями селена (так называемая «черная» сера), и эта примесь может удерживать весь накопленный фосфор при выделении. Поэтому природную серу дополнительно перегоняют, прежде чем изготавливать мишени для накопления фосфора-32. Даже если технолог знает о присутствии селена, и дополнительно поднимает температуру для его отгонки, то это приводит к пересушиванию ортофосфорной кислоты и образованию пирофосфатов, которые являются нормированной примесью в препарате ортофосфорная кислота.

Цена серы-33 высокого обогащения составляла на европейском рынке от 7 тысяч долларов за грамм, для производства в НИИАР инвентарные запасы в 90-х составляли 50-60 грамм. Это замороженные и очень рискованные для вложения средства – потеря технологических знаний, авария на РУ с перегревом, неаккуратное обращение с устройствами может привести к потерям серы, эквивалентным десяткам и сотням тысяч долларов.

Цена обычной природной серы, из которой получают Р-32, от 50 центов за килограмм. Высокочистая сера легко получается при перегонке, и стоит не более 7 долларов за килограмм. Таким образом, обогащенная сера-33 дороже природной серы до 15 миллионов раз. Поэтому понятно, что производство Р-32 не требует никаких первоначальных вложений, и нет никаких рисков потерять большие деньги на стартовом материале.

Материал оболочки

И стартовый материал, и материал первичной оболочки играют решающую роль в получении кондиционного препарата. Наравне со всеми остальными реагентами, используемыми при вскрытии фосфора и при хроматографическом разделении, эти материалы должны иметь минимальное количество примесей

Облучают серу для получения безносительного фосфора в особо чистом кварце марки С-5 (исходное сырьё завозилось в СССР из Мексики). Но даже такой кварц гарантированно стоит в СМ-3 только одну кампанию.

Большинство стеклянных и кварцевых трубок, имеющихся в ХТО советского времени, были испытаны в качестве претендента на материал оболочек и первичных транспортных упаковок. Обычное стекло за кампанию СМ-3 в течение 20-21 суток, превращается в пыль или аэрозоль. Почти также ведет себя термически стойкое стекло Пирекс. Низкопробный с точки зрения примесей кварц образует трещины, рассыпается в песок.

Содержащий наименьшее количество примесей из всех образцов кварц марки С-5 (страна происхождения Мексика) выдерживает до 3 кампаний СМ почти без разрушения. Именно этот материал был выбран (еще во времена торговли Амершам с Ташкентом) в качестве материала оболочки. Запас трубок из С-5 был изъят со склада и хранился в сейфах лаборатории, так как было понятно, что никакого производства фосфора-33 без этих трубок не будет.

Передержка таких мишеней в высокопоточных реакторах крайне опасна – оболочка из кварца не выдерживает нейтронной дозы и лопается. Извлечь серу из нержавеющей оболочки (вторая оболочка) не удавалось. Эксперименты по определению максимально обоснованного потока показывают, что для СМ-3 вторая кампания (каждая кампания 20-21 суток) приводит к печальным последствиям. Напомню, что оптимальное время накопления Р-33 по физическому расчету составляет от 2Т до 3Т, то есть от 50 до 75 суток.

Таким образом, можно сформулировать требования к реактору-накопителю Р-33. Для достижения примерно равных с СМ-3 характеристик препарата, можно снизить плотность потока примерно в 2 раза, и облучать серу-33 40 суток. За счет меньшей напряженности зоны возможно увеличить объем каналов для накопления короткоживущего изотопа, тогда такой реактор будет иметь преимущество перед СМ-3.

Накопление Р-33 из S-33 в СМ в кварцевых ампулах всегда проводилось только 1 кампанию в 20-21 суток. При этом средний суммарный поток нейтронов через мишень составлял 2Е+21 нейтронов/см2, а максимальный 8Е+21 нейтронов/см2.

Конструкция облучательного устройства

В процессе работы реактора поток теплоносителя вызывает сильные вибрации в конструкциях, и это очень плохо сказывается на кварцевых ампулах. Если они не будут надежно зафиксированы, то будут тереться, «долбиться» о стенки нержавеющей оболочки и образуемый наклеп создаст неприемлемую для ручных операций МЭД.

Кварцевая вата в качестве дистанционирующих проставок не решает проблемы наклепа (такая проставка делалась для Ташкента). Пружины из нержавеющей проволоки могут оказаться слабыми. Используемые для дистанционирования пружины не должны надеваться на кварцевую ампулу (заведомо разрушение), должны выдерживать весь срок кампании (не иметь неметаллов в составе сплава), и легко извлекаться из мишени после облучения (специальная конструкция). Поэтому дистанционирующая пружина для кварцевых ампул – специально разработанное и многократно испытанное в работе изделие.

Мелочей в изделиях «для АЭС» не бывает. Отрицательный опыт 30-летнего облучения серы-33 в СМ необходимо изучать персоналу при подготовке к самостоятельной работе, и учитывать при конструировании оборудования. Таких «историй» была не одна, и варианты возможных ошибок перебраны не более, чем на 10%. Сделать неправильно гораздо проще, чем сделать правильно.

Но, гораздо важнее изучать тот положительный опыт, который позволил лаборатории 18120 получать препарат уровня выше мировых стандартов, организовать полный замкнутый цикл (более 300 раз прокрутились в ЗЯЦ первые образцы серы-33 за это время).

Изготовитель твэл или мишени должен понимать, что изделие будет обязательно перерабатываться. Эта переработка должна быть осуществлена максимально быстро – короткоживущий изотоп должен быть быстро выделен из материала мишени и очищен до уровня требований заказчика. Согласование конструкции изделия с теми, кто будет его перерабатывать, очень важно для успешной работы.

Положительный опыт ОРИП в осуществлении замкнутого цикла серы-33, для производства изотопа фосфор-33, имеющего в 125 раз выше удельное энерговыделение, чем америций-241, показывает, что и изготовление, и переработка мишеней должны находиться в одних руках. Тогда все операции находятся «в одной голове», и согласовывать работу нужно лишь с самим собой. Стимулом для разработчиков ЗЯЦ на сере-33 служила стоимость сохраненной (не выброшенной в окружающую среду) дорогостоящей высоко изотопно-обогащенной серы. Сера, купленная в советское время, до сих пор крутится в цикле, давая до 2 млн. долларов ежегодно (2000 год), обеспечивая не только 100% заработной платы ОРИП, но и 40% ЗП НИИАР.

Для осуществления ЗЯТЦ на плутонии-америции необходима аналогичная организация труда. Выданный единожды плутоний (для БОР-60 достаточно 800 кг МОКС на старт, и 450 кг урана-238 на подпитку на 30 лет) должен крутиться и крутиться в цикле, пока не накопится 2 кг нового плутония на один килограмм стартового. Именно так ставилась задача в конце 50-х годов.

Для осуществления ЗЯТЦ БОР-60 ежегодно нужно было около 15 кг природного урана в цикле (по 40 долларов/кг), то есть 600 долларов. Ежегодный расход серы-33 составлял от пол грамма до 1 грамма (из 160 г, поставленных за год в реактор), то есть, от 750 до 1500 долларов.

Результаты ХТО (где весь персонал производства Р-33 работал в советское время) отрицательны – в отходах от 5% до 100% в одном цикле, и эта величина не дает никаких шансов на существование ЗЯТЦ… – Примерно так обсуждали мы с коллегами нашу предыдущую работу по ЗЯТЦ в ХТО, глядя на характеристики нашего производства фосфора-33 из «крутящейся» серы.

В реакторе СМ-3 накоплен большой опыт по облучению серы-32 (природной) в алюминиевых ампулах. Надежность этого облучательного устройства принципиально выше, чем хрупкого кварца. После вскрытия алюминиевой оболочки серу выливают в кварцевый стакан и затем проводят вакуумную отгонку.

Была проведена проверка потерь серы при использовании такой технологии (природная сера стоила ~10 копеек/г в 2000 г). Серу расплавляли (120-150 градусов) и заливали в алюминиевый пенал, затем выливали. Имитировали таким образом процесс получения Р-32 в Польше. Непосредственно на воздухе. Потери не превысили 0,1 мг, в среднем 0,05% на операцию.

Понятно, что для алюминиевых капсул нужно брать алюминий высокой чистоты. Проверку потерь фосфора-32 или 33 мы не проводили, но опыт 20 летней работы ПОЛАТОМ говорит о том, что эти потери принципиально не влияют на экономические показатели производства.

Перейти на алюминиевые оболочки в ОРИП не рискнули – нужно было переделывать оборудование по вскрытию мишеней и по розливу серы. К тому времени первого директора и создателя ОРИП, Карелина уже не было, и никто бы не заплатил за годовую экономию в 1000 долларов.

Одна авария, при которой потерялось 3 ампулы по 1 грамму (по 2 тысячи – 6, а по 7 тысяч – 21 тысяча долларов потерь) показала, что такое упущенная выгода. Но на зарплату технологам на производстве Р-33 это никак не сказалось – нормы потерь допускают годовые потери 5 грамм.

Очень важны для конструирования и изготовления облучательных устройств знания физических свойств серы. Увеличение объема при расплавлении и дальнейшем нагреве необходимо обязательно учитывать, иначе после облучения устройство окажется неразборным. Только при фазовом переходе объем увеличивается на 20%.

В 1994-95 произошла неприятность в СМ-3 с польскими алюминиевыми ампулами. Их залили серой под самый верх, и при облучении в СМ-3, ОУ заклинило в канале. Алюминий выдавило в перфорацию, предназначенную для охлаждения алюминия (но не порвало). ОУ выдрали из канала, и только потом конструкторы стали разбираться, что же произошло.

 

Продолжение следует

 

 
Связанные ссылки
· Больше про Атомная наука
· Новость от proatom


Самая читаемая статья: Атомная наука:
Интуиция в законе

Рейтинг статьи
Средняя оценка работы автора: 4.61
Ответов: 26


Проголосуйте, пожалуйста, за работу автора:

Отлично
Очень хорошо
Хорошо
Нормально
Плохо

опции

 Напечатать текущую страницу Напечатать текущую страницу

"Авторизация" | Создать Акаунт | 16 Комментарии | Поиск в дискуссии
Спасибо за проявленный интерес

Re: Производство препарата Фосфор-33. Замкнутый Ядерный Цикл «S-33(n,р)P-33» (Всего: 0)
от Гость на 05/10/2019
Дементий, Вы позиционируете себя как радиохимик..., так кого черта вы откровенно дезинформируете читателей и лезете в вопросы, в которых ничего не понимаете....
Примеры:1) "Для сравнения с коммерческими реакторами, цены на установленный мегаватт сегодняшнего дня – Китай 5, Россия 6, БН-800 – 17 млн долл./МВт...."2) "Реактор СМ-3 не случайно оккупирован для накопления изотопов, требующих максимально высокого потока нейтронов. Из 5Е+15 нейтронов/сек*см2 половина имеют энергию выше 0,1 МэВ...
Этого уже достаточно... , а где радиохимия в статье Дементий...
Инженер



[ Ответить на это ]


Re: Производство препарата Фосфор-33. Замкнутый Ядерный Цикл «S-33(n,р)P-33» (Всего: 0)
от Гость на 05/10/2019
Цитата:
"Для сравнения с коммерческими реакторами, цены на установленный мегаватт сегодняшнего дня – Китай 5, Россия 6, БН-800 – 17 млн долл./МВт...."2) "Реактор СМ-3 не случайно оккупирован для накопления изотопов, требующих максимально высокого потока нейтронов. Из 5Е+15 нейтронов/сек*см2 половина имеют энергию выше 0,1 МэВ"

В этой цитате в целом всё верно. Малые реакторы дают кВт*час в разы дороже больших по ряду причин, хотя бы потому что используют высоко обогащенный уран.
Повышенная доля быстрых нейтронов связана с высоким обогащением топлива.

Стоимость малых реакторов при экспорте ещё непропорционально выше, поскольку граничит с нарушением запрета на распространение ядерного оружия. В частности, обучение национальных кадров знаниям и навыкам, косвенно связанным с ядерным оружием и средствами его доставки, подводными лодками. Ради доступа к верхушке правящих режимов КГБ РФ готово нарушать международные правила: они не думают что это окончательно превратит Россию в страну-изгоя типа Ирана.

Они полагают что им хватит силы переломить Запад через колено. Что Запад смирится с тем, что Россия перестала отступать и начала огрызаться и крушить американо-центричный мир везде где это возможно: в Сирии подвернулся случай так в Сирии, в Венесуэле так в Венесуэле. КГБ следует примеру КНДР и Ирана: их секрет в том что надо быть нахальнее, ничего не бояться и словно всадник без головы идти к своей цели живя ни перед кем не кланяясь. И тогда мол кончатся времена когда Россию все били а она только отступала поджав хвост, теряла одну провинцию за другой и впереди маячил уже распад страны. А сейчас диктаторский режим РФ пытается выстроить глобальный анти-западный фронт всех оставшихся локальных режимов не ассимилировавшихся в глобальную цивилизацию. Поэтому гипотетическая продажа реактора в Боливию оценена очень дорого: это плата за сохранение автономной государственности через обретение серьезного оружия.

Что касается различия в стоимости ЛВР и быстрых реакторов, её в проекте БН-1200 обещают уменьшить до 20%. По БН-800 Дементий все правильно говорит, отмечая почти трехкратную разницу и то, что реакторов наподобие СМ в мире единицы и есть они только у ядерных стран. 

Напомним, высокопоточный реактор нужен как минимум для производства, из плутония как сырья, источников спонтанного деления Калифорния-252 для ядерного оружия.


[
Ответить на это ]


Re: Производство препарата Фосфор-33. Замкнутый Ядерный Цикл «S-33(n,р)P-33» (Всего: 0)
от Гость на 06/10/2019
Господи...ну и бред)Очевидно, в этом есть какое-то непонятное свойство природы. Вино переходит в уксус, а Мюнхгаузен в Феофила.Вот и про стратегию АЭ Проатом вещает..) 


[
Ответить на это ]


Re: Производство препарата Фосфор-33. Замкнутый Ядерный Цикл «S-33(n,р)P-33» (Всего: 0)
от Гость на 11/10/2019
По БН-800 - все озвучено..., см. статьи БИН.... Тройки нет..., даже по БИН...5E+15 - рекламные проспекты?, википедия? Вы понимаете что это такое 5E+15 тепловых нейтронов???  В сооружаемом МБИР - 5E+15  - это максимальная плотность ПОЛНОГО потока нейтронов.... , и это в БН... Ликбез закончен....
Инженер


[
Ответить на это ]


Re: Производство препарата Фосфор-33. Замкнутый Ядерный Цикл «S-33(n,р)P-33» (Всего: 0)
от Гость на 12/10/2019
Цитата:
"Вы понимаете что это такое 5E+15 тепловых нейтронов?"

В реакторе СМ-2 плотность потока нейтронов 3,3*10^15 была согласно многим источникам. И в тексте Дементий справедливо указал что спектр промежуточный, что половина нейтронов выше 0,1 Мэв.

Лично я рассматриваю "наезды" критиканов на Дементия как враждебную деятельность со стороны КГБ которое начинает гадить каждый раз, когда компетентные люди делятся по профессии серьёзными сведениями с общественностью.

Каждый раз, читая подлые вредительские комментарии под трудами учёных пожилых уважаемых людей, так и хочется сказать шестёркам режима: - Нету уже Вашей секретности, сдохла она вместе с "совком "и слава Б-гу.
 


[
Ответить на это ]


Re: Производство препарата Фосфор-33. Замкнутый Ядерный Цикл «S-33(n,р)P-33» (Всего: 0)
от Гость на 13/10/2019
Лично я рассматриваю "наезды" критиканов на Дементия как враждебную деятельность со стороны КГБ которое начинает гадить каждый раз, когда компетентные люди делятся по профессии серьёзными сведениями с общественностью.================================================

Ну а как же, конечно КГБ!!! Там прям все только и думают, как бы уконтрапупить проатомовского гения. Ночи не спят, читают Проатом, боятся его ужасно! Как "поделится" Дементий очередной порцией своей графоманской болтовни, так и организуют "наезд". Так что правильно Вы все придумали про КГБ, хотя, видать, в России давненько не бывали - нет давно никакого КГБ. Не слушайте Каспарова.  В следующий раз пишите в Спортлото.


Нету уже Вашей секретности, сдохла она вместе с "совком "и слава Б-гу.
====================

Вот тут приходится Вас огорчить - секретность никуда не делась. По этой, между прочим, причине некоторые "знатоки" очень злятся - почему это им не рассказывают, что да как делается в некоторых областях "народного хозяйства". И со злости придумывают такие байки - мама не горюй.


[
Ответить на это ]


Re: Производство препарата Фосфор-33. Замкнутый Ядерный Цикл «S-33(n,р)P-33» (Всего: 0)
от Гость на 15/10/2019
Из Ваших слов следует, что сооружаемый "супер инновационный МБИР" в подметки не годится "старенькому" СМ-2??? А что скажет департамент коммуникаций, Чукотка, ты куда смотришь???


[
Ответить на это ]


Re: Производство препарата Фосфор-33. Замкнутый Ядерный Цикл «S-33(n,р)P-33» (Всего: 0)
от Гость на 15/10/2019
Забыл подписаться,
Не выспавшийся Инженер



[
Ответить на это ]


Re: Производство препарата Фосфор-33. Замкнутый Ядерный Цикл «S-33(n,р)P-33» (Всего: 0)
от Гость на 15/10/2019
МБИР нужен уже потому, что реактору БОР-60 исполняется 50 лет и кроме МБИРа замены нет. МБИР многоцелевой, несколько разных петель. Однако по плотности потока нейтронов уже предыдущее поколение реакторрв приблизилось к пределу возможного для стационарных реакторов. МБИР их почти и не превышает. 


[
Ответить на это ]


Re: Производство препарата Фосфор-33. Замкнутый Ядерный Цикл «S-33(n,р)P-33» (Всего: 0)
от Гость на 06/10/2019
Инженер, в своем стремлении лягнуть Башкирова вы выглядите смешным.  Идите, проспитесь.


[
Ответить на это ]


Re: Производство препарата Фосфор-33. Замкнутый Ядерный Цикл «S-33(n,р)P-33» (Всего: 0)
от Гость на 07/10/2019
<<Инженер, в своем стремлении лягнуть Башкирова вы выглядите смешным.  Идите, проспитесь.>>

А вы в своем стремлении полизать ботинки безграмотному графоману выглядите идиотом. Идите, выпейте валерьянки. Неинженер.



[
Ответить на это ]


Re: Производство препарата Фосфор-33. Замкнутый Ядерный Цикл «S-33(n,р)P-33» (Всего: 0)
от Гость на 11/10/2019
Читайте книжки...


[
Ответить на это ]


Re: Производство препарата Фосфор-33. Замкнутый Ядерный Цикл «S-33(n,р)P-33» (Всего: 0)
от Гость на 11/10/2019
Забыл подписаться,
Не выспавшийся Инженер


[
Ответить на это ]


Re: Производство препарата Фосфор-33. Замкнутый Ядерный Цикл «S-33(n,р)P-33» (Всего: 0)
от Гость на 30/09/2019
Уважаемый Дементий, как радиохимик можете прокомментировать такую легенду. Говорят, высокопоточные реакторы СМ были созданы для выяснения возможности наработки и практических свойств перспективной ядерной взрывчатки: Кюрия-245. Будто в честь Cm-245 дали название реактору.
Кюрий 245-й имеет очень малую критмассу на тепловых нейтронах. Во много раз меньше чем плутоний-239. На быстрых нейтронах разница меньше, однако выяснить как именно обстоит дело в этом случае, одно время было сверхважной задачей. Для неё якобы, наряду с наработкой источников спонтанного деления Калифорния-252, и был построен реактор.
С уважением, Денис Владимирович. 


[ Ответить на это ]


Re: Производство препарата Фосфор-33. Замкнутый Ядерный Цикл «S-33(n,р)P-33» (Всего: 0)
от Гость на 30/09/2019
В кратком изложении: "Производящая реакция (n,p), классический пример трансмутации, сера превращается в фосфор. Примечательно, что после распада, и Р-32, и Р-33 образуется опять исходный (воспроизводящий) изотоп – S-32 и S-33 соответственно." 


[
Ответить на это ]


Re: Производство препарата Фосфор-33. Замкнутый Ядерный Цикл «S-33(n,р)P-33» (Всего: 0)
от Гость на 30/09/2019
  • Денису Владимировичу
  • СМ создавался для создания "ядерной пули". Конкретно для накопления Am-242m и  Cm-245, рассчитанных (вычисленных) ещё Ферми. 
  • В 1956, когда выдавалось ТЗ на СМ, ракеты не летали через океан, а об космосе только пока мечтали.
  • Масса взрывного устройства должна была быть менее 50 кг, а эквивалент  0,1-1 кт ТНТ. 
  • Предполагалось, что такую бомбу мог доставить 1 диверсант, любой самолёт, катер, артиллерийское орудие и т. п.
  • Проблема оказалась в нейтронном спектре. То, что имеет граммовую км, выжигается почти начисто в тепловом спектре. Нужны чисто быстрые нейтроны.  Выход целевого продукта очень маленький. 
  • Америций и кюрий для ЯБП оказались дороже ТНТ. То есть на 4-6 порядков дороже плутониевого боеприпаса, срок годности, как у колбасы.
  • Рассчеты, таким образом, были проверены. Практические значения км оказались существенно выше расчетных. 
  • Дементий Башкиров 


[
Ответить на это ]






Информационное агентство «ПРоАтом», Санкт-Петербург. Тел.:+7(921)9589004
E-mail: info@proatom.ru, Разрешение на перепечатку.
За содержание публикуемых в журнале информационных и рекламных материалов ответственность несут авторы. Редакция предоставляет возможность высказаться по существу, однако имеет свое представление о проблемах, которое не всегда совпадает с мнением авторов Открытие страницы: 0.08 секунды
Рейтинг@Mail.ru