Как в Казахстане производят ядерное топливо для Китая

Добыча и переработка урана играет значимую роль в экономике Казахстана. Страна считается самым крупным производителем урана в мире, 14% всех разведанных мировых запасов этого металла сосредоточено в недрах РК. Добытый уран отправляется на экспорт, а также на одно из немногих в мире предприятий, выпускающих топливные таблетки для атомных электростанций – на Ульбинский металлургический завод (УМЗ). Он входит в состав НАК «Казатомпром» и расположен в Усть-Каменогорске.

УМЗ – крупнейший в мире производитель изделий не только из урана, но еще из бериллия и тантала. Здесь же располагается и монетный двор Нацбанка РК. Это стратегический объект, охраняемый нацгвардией страны, и попасть на территорию такого предприятия непросто. Поэтому, когда редакции Forbes.kz поступило предложение посетить завод и посмотреть на производство ядерного топлива, мы решили не упускать такую возможность.

На Ульбинском металлургическом заводе требуется строгое соблюдение норм безопасности. Поэтому перед входом на одно из производств по выпуску топливных таблеток из урана журналисты прошли строгий инструктаж по технике безопасности. В первую очередь нам поспешили сообщить, что никаких аварийных учений на время пресс-тура не планируется, а значит, при возможном звуке сирены нам стоит незамедлительно покинуть здание. Затем нам в обязательном порядке выдали радиационные дозиметры, которые в случае аварии показали бы, какую дозу радиации получили их держатели; предупредили, что фото- и видеосъемка категорически запрещена (фото нам предоставили организаторы поездки); «нарядили» в спецодежду, респираторы и только после этого позволили переступить порог святая святых уранового предприятия.

Ни разу не лекарство

Топливные таблетки из урана являются одним из основных компонентов ядерного топлива для атомных электростанций. Первая стадия их производства – подготовка порошка диоксида урана. Он должен пройти определенные стадии: измельчение, смешивание, лабораторные проверки, прессовку и только после этого можно приступать к производству радиоактивной «пилюли».

Спрессованный порошок через специальное оборудование сжимают и получают полуфабрикат таблеток, который теперь нужно довести до готовности – обжечь в печи при температуре 1750 градусов.

Время «приготовления» одной партии занимает 28 часов. В сутки через одну печь проходит около 450 кг таблеток, а таких «духовок» здесь восемь. Сейчас в активном режиме работают три. Можно запустить и все, но надобности такой пока нет: объем заказов сравнительно небольшой.

Затем свежеиспеченные таблетки отправляются на шлифовку, где их подгоняют под нужный размер. И это – один из сложнейших процессов, так как должна быть соблюдена очень высокая точность (до миллиметра) по высоте и диаметру.

Каждая таблетка имеет собственную маркировку обогащения. На тех, что нам показали, указано, что доля содержания урана-235 составляет 4,5%. Энергетическая ценность одной такой «малышки» эквивалентна 700 кг угля.

После того как таблетки отшлифованы и доведены до нужных размеров, начинается этап разбраковки. Сначала таблетки проверяют на автоматическом оборудовании, а затем каждую осматривают вручную, на глаз. При визуальной проверке таблетки помещаются под стеклянный герметичный купол, сортируют и оценивают.

– Никаких микроскопов здесь нет, всё смотрят только глазами. Если сотрудники завода что-то упустят, возможно, партия будет забракована технологическим контролем . Как только таблетки разбракованы, составляется их реестр с указанием номера каждой – кто ее шлифовал, кто разбраковывал. Лаборатория берет случайную партию из списка, отбирает небольшое количество готовой продукции и проводит свой отбор, затем делает заключение на соответствие по внешнему виду. Если выявляют больше двух несоответствий нормам, то мы должны повторно разбраковать эту партию и удвоить контроль. Самое главное – не допустить передачу несоответствующей стандарту качества продукции покупателю. Но таких ситуаций не было ни разу, – уверяет наш «гид», первый заместитель председателя правления – главный инженер УМЗ Владимир Вахненко. – Мы пытаемся внедрить автоматическую разбраковку, но это очень сложный процесс. В мире он внедрен максимум у двух компаний.

Бракованные таблетки со сколами, трещинами или неправильным размером отправляются на переработку для повторного изготовления порошка закиси-окиси и последующего производства. Но, как отметил Владимир Вахненко, процент брака здесь весьма незначительный. 

Три буквы на миллиарды

Когда продукция полностью готова, ее упаковывают в специальные контейнеры, затем часть таблеток отправляют в Китай, а другую буквально за стенку – на завод по производству тепловыделяющих сборок «Ульба-ТВС», который был запущен в 2021 году. Он и стал следующей точкой нашей экскурсии.

«Ульба-ТВС» — это единственное в Казахстане и на территории Центральной Азии производство по выпуску тепловыделяющих сборок (ТВС), которые и являются ядерным топливным элементом для атомных электростанций.

Этот завод – совместный с Китаем проект, где 51% принадлежит Казахстану, а 49% – китайской CGNPC-URC. Завод был построен за шесть лет, и на это потребовалось более 47 млрд тенге совместных инвестиций.

Что же такое ТВС? Если коротко, то это конструкция, в каркас которой помещают тепловыделяющие элементы (твэлы), предварительно заполненные урановыми таблетками. Для одной ТВС требуется 264 твэла и 465 кг таблеток. Впоследствии такая сборка отправляется в Китай, устанавливается в атомный реактор как картридж и эксплуатируется в среднем около пяти лет. Для работы одного реактора таких сборок нужно около двухсот.

Это производство – высокотехнологичное. Здесь налажен многоступенчатый процесс с применением робототехники. На разных этапах производства ведется автоматизированный, визуальный, инструментальный и прочий контроль продукции.

Всего на заводе функционирует три участка: по изготовлению ТВС, по производству твэлов и участок таблеток, где находится урановый материал.

Были бы заказы…

Раньше на УМЗ изготавливали таблетки по большей части для России. Но после того, как в Новосибирске в 2009 году появились аналогичные производственные мощности, их поставки в РФ прекратились. Поэтому сейчас вся продукция, произведенная в Усть-Каменогорске (а это таблетки и ТВС), поставляется в Китай. Больше ее никуда нельзя отправить, так как дизайн продукции подходит либо для китайских, либо французских АЭС (китайские АЭС имеют французский дизайн реакторов, но французам казахстанская продукция не нужна – они обеспечивают себя сами). Больше ни для какой АЭС мира топливо с ульбинского предприятия не подойдет. А поставить еще одну линию для производства сборок другого дизайна дорого, долго, да и, по большому счету, нецелесообразно: слишком большая конкуренция. Как здесь объясняют, существующие в мире мощности изготовления ядерного топлива превышают потребности в нем.

Но для чего Китаю понадобилось сотрудничать с Казахстаном по части производства ТВС и поставок таблеток? Особенно если учесть, что Поднебесная имеет собственный цикл производства топлива для своих АЭС. На этот вопрос в ходе встречи с журналистами ответил председатель правления АО «УМЗ» Сергей Бежецкий:

– В чем интерес китайцев? Наши ресурсы. В 2017 году Казахстан и Китай подписали документы по созданию совместного предприятия по добыче природного урана. Таким образом, 49% одного из рудников – это собственность китайской стороны. Взамен мы имели возможность наладить у себя производство ТВС и его реализацию. Заказы у нас на 20 лет с ежегодным объемом в 200 тонн, и на эту мощность мы планируем выйти к концу 2023 года.

Первую отгрузку ТВС в Китай произвели в декабре 2022 года, вторую – в июне 2023-го. В общей сложности в Поднебесную уже отправили 60 тонн готового ядерного топлива made in Kazakhstan.

Всего же производственная мощность завода, как уже было сказано, составляет 200 тонн ТВС в год. Однако, как заверил Бежецкий, ее можно увеличить вдвое: были бы заказы. И переговоры об этом с китайской стороной ведутся регулярно.

– Оборудование, которое поставлено на участке ТВС, рассчитано на производительность 400 тонн в год. Нам ничего не нужно делать и докупать, просто нужно изменить режим и работать в две смены. Тогда мы спокойно сможем делать 400 тонн. Переговоры с китайской стороной об увеличении заказа мы ведем постоянно. Они сейчас строят реакторы в других странах, и мы будем иметь возможность поставлять нашу топливную сборку туда, – объяснил глава предприятия.

Дело времени

Разумеется, в ходе встречи не обошлось и без вопросов о строительстве АЭС в Казахстане.

– В любом случае Казахстану придется строить атомную станцию. Можем ли мы поставлять тепловыделяющие сборки на атомную станцию, которая будет построена в Казахстане? Мы сможем, если будет выбран дизайн ТВС либо китайского реактора, который там используется, либо французского. Если будет выбран дизайн российского или южнокорейского реактора, то не сможем. Для этого нужно будет организовывать новый участок для производства сборки другого дизайна. Если учитывать то, что перезагрузка одного реактора составляет всего 35 тонн  топлива – это невыгодно. Чтобы проект был экономически привлекательным, нужно производить 200 тонн в год. То есть нам будет экономически невыгодно строить такой участок у себя. Проще и дешевле покупать топливо у той страны, чей дизайн реакторов будет выбран, – считает Бежецкий.

Разведать неизведанное

УМЗ – это огромный завод с территорией почти в 150 гектаров, и урановое производство, как мы уже говорили, тут не единственное. Диверсифицированный бизнес ульбинского предприятия включает в себя также производство продукции из редких металлов – бериллия и тантала.

В общей сложности на УМЗ производится более 250 видов бериллийсодержащей продукции. Чуть меньше из тантала. И, как говорит глава предприятия, изделия из них сейчас очень востребованы на мировом рынке. Так, бериллий широко используется в авиаракетостроении, тантал – в производстве электроники, техники, медицинской продукции и т. д.

Самым прибыльным для УМЗ, по словам Бежецкого, сейчас является бериллиевое производство. Но именно оно из-за войны в Украине вызывало больше всего санкционных опасений, так как бериллий  используют в том числе для производства деталей для оружия, гироскопов ракет, гамма-детекторов и при строительстве авиатехники.

– Мы работаем с Россией по бериллию. Очень опасались введения санкций, что коренным образом повлияет на наш бизнес. Но учитывая то, что мы осуществляем поставки в Российскую Федерацию и Америку, обе страны заняли по нашей продукции нейтралитет, то есть не препятствуют ее продвижению. И мы производим отгрузки через территорию РФ в США. Россия закупает все изделия из тех 250 наименований, чем мы торгуем. Это и слитки, и прокат, и порошок, и готовые изделия. И во всех контрактах мы прописываем обязательства для второй стороны о том, что наш бериллий должен использоваться только в мирных целях, – уточнил Сергей Бежецкий.

По словам главы УМЗ, в Казахстане остался весьма хороший склад бериллия, который достался стране после распада СССР. Поэтому часть сырья на производство поступает из местных залежей, еще часть закупают в Африке. Помимо этого, есть сырье, которое хранится в госматрезерве, и УМЗ планирует разбронировать его, чтобы использовать на своих заводах. «Потому что никто, кроме нас, не будет использовать этот материал на территории Республики Казахстан. А продавать его нет смысла », – объяснил Бежецкий.

В 2023 году УМЗ также получил лицензию на разведку твердых полезных ископаемых на месторождении Верхний Иргиз по танталу и недалеко от рудника Каражал по бериллию. Работы по разведке уже начаты, но, как говорит Бежецкий, – не без сложностей, так как исторические данные по участкам полезных ископаемых разнятся по запасам.

– Мы находим геологов, которые были связаны с геологоразведкой. Они говорят, что можно и доверять, и не доверять этим историческим данным. Потому что раньше как проводились работы? Если подтверждалось богатое месторождение, то геологоразведка прекращалась и начиналась добыча. А если не подтверждалось, нужно было дальше изучать, бурить. А это работа, это деньги, поэтому данные занижались. Но мы надеемся на то, что содержание полезных компонентов будет хорошим, – сказал Сергей Бежецкий.

Наличие собственной сырьевой базы, как говорит глава предприятия, обусловлено большой волатильностью цен на тантал и бериллий на мировом рынке. Если же запасы всё же будут обнаружены, это позволит снизить себестоимость конечной готовой продукции, повысить экономическую эффективность, нарастить объемы производства и создать рабочие места.