Ставка на обогащение
Развитие атомного комплекса ЮАР началось с добычи урана, по геологическим запасам которого страна занимает пятое место в мире. Почти весь уран в этом государстве получают в качестве побочного продукта добычи золота и в небольшой степени — меди, что нетипично: лишь несколько процентов от общего объема урана, добываемого в мире, получают подобным образом.
Пилотные установки для производства урана начали вводиться в строй на рудниках с 1949 года. Промышленная добыча началась с 1952 года, а к 1955 году закись-окись этого металла производили на 12 заводах из сырья 19 рудников; объем производства достиг примерно 2,5 тыс. тонн урана в год. К концу 1950-х годов сырье получали с 26 рудников, а производство урана достигло 5,9 тыс. тонн; ЮАР стала одним из ведущих поставщиков этого металла (15–17% рынка).
Развитие уранодобычи в Намибии (ныне занимающей 5–6-е место в мире по этому показателю) началось именно в период оккупации региона Южной Африкой, закончившейся в 1990 году — незадолго до падения в 1994 году режима апартеида.
С 1950 года и до середины 1960-х годов весь южноафриканский уран закупали США и Великобритания через специально созданное совместное агентство. Это сырье предназначалось почти исключительно для военных программ двух стран. Со второй половины 1960-х годов, когда гарантированные закупки американо-британского агентства прекратились, ЮАР вышла на формировавшийся международный коммерческий рынок урана, со всеми вытекающими последствиями, и прежде всего — отсутствием гарантий сбыта.
Первый исторический максимум добычи урана в ЮАР наблюдался на границе 1950–1960-х годов, после чего его производство стало снижаться. В 1960–1970-х годах объем добычи урана, который зависел от конъюнктуры рынка золота, менялся в диапазоне 2–5 тыс. тонн, достигнув нового максимума (более 6 тыс. тонн) на границе 1970–1980-х годов.
В тот период основной продукт добычи урансодержащих руд — золото — обеспечивал около 30% стоимостного объема экспорта и 8–10% валового внутреннего продукта (ВВП) Южно-Африканской Республики, что предопределило расцвет производства урана.
С тех пор объем его добычи в целом снижался и в последние годы установился в диапазоне 400–600 тонн, что лишь в 3–4 раза больше собственных реакторных потребностей ЮАР. Соответственно, страна утратила былые исключительные позиции на мировом урановом рынке (11-е место в мире; менее 1% добычи).
Однако ЮАР не собиралась ограничиваться уранодобычей и планировала развивать собственные исследования в атомной сфере. С этой целью в 1959 году правительство решило создать специализированный центр в Пелиндабе (в 30 км западнее административной столицы страны Претории), который стал средоточием южноафриканских атомных НИОКР.
В начале 1960-х годов американская компания Allis-Chalmers построила в Пелиндабе исследовательский реактор Safari‑1. Его физпуск состоялся в марте 1965 года, а к 1968 году мощность была увеличена с 7 до 20 МВт. Реактор использовал топливо на основе высокообогащенного (более 90%) урана, которое в первые десять лет поставлялось из США.
Вашингтон также сыграл важнейшую роль в подготовке южноафриканских специалистов в атомной области: многие из них учились и стажировались в США. Помимо Safari‑1, в Пелиндабе были созданы и другие исследовательские установки, в частности, критическая сборка собственной южноафриканской конструкции, пущенная в 1967 году.
В качестве одного из направлений развития отрасли Претория рассматривала создание собственных переделов уранового ЯТЦ, официально объясняя это намерением экспортировать обогащенный уран. Прорабатывалось несколько технологий его обогащения, в том числе лазерное, центрифужное, аэродинамическое разделение изотопов. В итоге предпочтение было отдано последнему.
Похожая по физическому принципу, но не идентичная по конструктивному исполнению технология применялась в опытных масштабах в Германии (однако попытка ее дальнейшего внедрения не увенчалась успехом, см. Справку 1).
Суть южноафриканской технологии заключается в создании центробежных сил в отклоняемом потоке газа (смеси шестифтористого урана с водородом), испускаемого под значительным давлением под углом через узкое отверстие. При этом возникает небольшая разница в отклонении молекул с тяжелым (238U) и легкими (235U, 234U) изотопами, что позволяет отделять первый от вторых.
Южноафриканская технология имела как преимущества, так и недостатки по сравнению с другими, получившими распространение в мире. К преимуществам можно отнести меньшие производственные площади в сравнении, например, с гигантскими газодиффузионными заводами.
Учитывая, что ЮАР стремилась скрыть факт, а затем — масштаб реализации ядерно-оружейной программы, это свойство принималось во внимание (попытка создать в Пелиндабе мало-мальски эффективные и еще более «компактные» лазерные мощности не увенчалась успехом, как и в других странах).
Кроме того, аэродинамическая технология представлялась южноафриканским ученым и инженерам менее конструктивно изощренной, более простой в реализации, чем, например, центрифужные каскады (внедрение которых на Западе в тот период только начиналось, см. Справку 1). Недостаток аэродинамической сепарации — огромные энергозатраты (3–10 тыс. кВт·ч/ЕРР), намного бóльшие, чем даже у газовой диффузии, не говоря уж о центрифужном разделении.
22 июля 1970 года премьер-министр ЮАР Балтазар Форстер, выступая в парламенте, официально заявил о создании в стране оригинальной технологии обогащения урана, не вдаваясь в детали. На ассигнования, одобренные представительным органом, специально созданная государственная корпорация UCOR (Uranium Enrichment Corporation of South Africa) начала строительство пилотного завода по обогащению урана.
Предприятие было пущено в апреле 1975 года на площадке Валиндаба, по соседству с Пелиндабой. После доработки проекта его мощность была увеличена с ~6 тыс. ЕРР/год до ~10 тыс. ЕРР/год.
Рассчитывая в перспективе экспортировать обогащенный уран, ЮАР планировала в 1980-х годах создать мощности разделения минимум в 5 млн ЕЕР/год. По настоянию Претории с конца 1970-х годов в долгосрочные контракты на экспорт южноафриканского урана стали включаться пункты, предусматривающие возможность перевода поставок, начиная с середины 1980-х годов, в форму обогащенного гексафторида урана. Однако на деле южноафриканская технология обогащения нашла иное применение.