Страница:
Профессор Тейлор подсчитал, что разрушительное действие 10 кг урана-235 будет соответствовать 1600 т тринитротолуола. Вся сложность производства урановых бомб заключается в трудности отделения активной части урана-235 от других изотопов, изготовлении оболочки бомбы и получении необходимой скорости перемещения масс.
По данным концерна «Империал Кемикал Индастриес» (ICI), для отделения изотопов урана-235 потребуется 1900 аппаратов системы доктора Френсис Симон стоимостью 3,3 млн фунтов стерлингов, а стоимость всего предприятия выразится суммой в 4,5—5,0 млн фунтов стерлингов.
При производстве таким заводом 36 бомб в год стоимость одной бомбы будет равна 236 тыс. фунтов стерлингов по сравнению со стоимостью 326 000 фунтов стерлингов 1500 т тринитротолуола.
Изучение материалов по разработке проблемы урана для военных целей в Англии приводит к следующим выводам.
Верховное военное командование Англии считает принципиально решенным вопрос практического использования атомной энергии урана-235 для военных целей.
Урановый комитет английского верховного командования разработал предварительную теоретическую часть для проектирования и постройки завода для изготовления урановых бомб.
Усилия и возможности наиболее крупных ученых научно-исследовательских организаций и крупных фирм Англии объединены и направлены на разработку проблемы получения урана-235, которая особо засекречена.
Английский военный кабинет занимается вопросом принципиального решения об организации производства урановых бомб.
Исходя из важности и актуальности проблем практического применения ядерной энергии для военных целей СССР, было бы целесообразно:
• проработать вопрос о создании научно-совещательного органа при Государственном Комитете Обороны СССР из авторитетных лиц для координирования, изучения и направления работ всех ученых, научно-исследовательских организаций, занимающихся вопросами ядерной энергии;
• обеспечить секретное ознакомление с материалами НКВД по урану видных специалистов с целью дачи оценки и соответствующего их использования.
Народный комиссар внутренних дел Л. Берия».
Работы по освоению ядерной энергии в военных целях и по созданию первого в мире исследовательского ядерного котла (реактора) в строго секретном порядке велись и в США. На опытном реакторе в Чикаго 2 декабря 1942 г. была осуществлена управляемая цепная ядерная реакция. «Атомному огню» его создатель – итальянский ученый Энрико Ферми разрешил «гореть» (это, конечно, условно) всего лишь 28 мин. Критическая масса составила 46 т урана, размещенного среди 385 т чистого графита, но об этом наши ученые узнали позднее.
Разными путями, и в первую очередь разведывательными, до руководства нашей страны доходили сведения, что в США всерьез занимаются разработкой ядерного оружия. Наступало время, когда и в нашей стране надо было задуматься над решением урановой проблемы.
Но обстановка на фронтах в 1942 г. была необычайно сложной и опасной, и потому отвлекаться на другие вопросы казалось просто невозможным. И все же 27 ноября 1942 г. Государственный Комитет Обороны СССР (возглавляемый И.В. Сталиным) поручил Наркомату цветной металлургии (НКЦМ) приступить к добыче урановой руды. Начиная с 1943 г. в Таджикистане, на Табашарском руднике, куда в 1941 г. был эвакуирован Одесский филиал Гиредмета НКЦМ, началась добыча и переработка урановой руды с планом получения урановых солей 4 т в год.
О том, как началась эпопея борьбы за освоение ядерной энергии в СССР в тяжелые дни войны 1942 г., рассказывает М.Г. Первухин в своих воспоминаниях, направленных в Политбюро ЦК КПСС в мае 1967 г. Он пишет, что В.М. Молотов пригласил его к себе, чтобы ознакомиться с докладом иностранных ученых на тему о ядерной энергии. Ознакомившись с докладом, Первухин предложил Молотову подобрать группу специалистов для оценки сведений, изложенных в этом докладе. По рекомендации директора ЛФТИ А.Ф. Иоффе он вызвал к себе тогда еще совсем молодых ученых И.В. Курчатова, А.И. Алиханова и И.К. Кикоина. В письменном заключении они дали положительную оценку достоверности сведений и предложили организовать в наших физических институтах широкие научно-исследовательские работы по ядерной физике. Об этом было доложено Молотову. Назначение руководителем работ по ядерной проблеме Курчатова, сорокалетнего профессора-физика, вызвало в среде ученых немало толков. Среди различных историй бытовала и такая. Собрали известных ученых: Иоффе, Капицу, Вавилова – и спросили, кого бы они рекомендовали на руководство таким большим делом. Назывались разные фамилии, но категоричнее всех высказался за Курчатова его учитель Иоффе, называя его талантливым и решительным в своих действиях ученым, уже много сделавшим в ядерной физике.
Итак, во главе очень важного дела встал Курчатов. В сентябре 1943 г. его избрали академиком. Тогда же академиком был избран и Алиханов, его товарищ и друг. На первых порах ЛИПАН – лаборатория измерительных приборов АН (так раньше называлась Лаборатория № 2) – ютился в нескольких комнатах и подвале Сейсмологического института АН СССР в Пыжевском переулке и частично – в помещениях Института общей и неорганической химии АН СССР на Калужской улице.
ЛИПАН находился под опекой Молотова, и по его поручению конкретную помощь осуществлял Первухин. Подыскивая постоянное помещение для ЛИПАН, Первухин вместе с Курчатовым осмотрели недостроенные здания Института экспериментальной медицины в Покровском-Стрешневе (на тогдашней окраине Москвы). В одном из корпусов, уже подведенном под крышу, было решено организовать основную лабораторию по ядерной физике. Вся территория, довольно обширная, была закреплена за Лабораторией № 2. Соседнее здание, которое только начинали строить, ускоренными темпами было достроено и передано под лабораторию по диффузионным методам разделения изотопов урана И.К. Кикоина.
Несколько позднее к работам по ядерной проблеме был привлечен Л.А. Арцимович, ответственный за разработку электромагнитного способа разделения изотопов урана. К этой работе активно подключился профессор Д.В. Ефремов, бывший тогда заместителем наркома электротехнической промышленности. Ближайшим помощником Курчатова начиная с 1943 г. был В.В. Гончаров, который рассказывает, что «.по состоянию на 25 апреля 1944 г. в Лаборатории № 2 работали всего 74 человека, из них 25 научных сотрудников, 6 ИТР, 12 рабочих и 31 человек обслуживающего персонала. В число научных сотрудников входили И.В. Курчатов, А.И. Алиханов, И.К. Кикоин, И.Я. Померанчук, С.Л. Соболев, Г.Н. Флёров, Б.В. Курчатов, В.А. Давиденко, П.Е. Спивак, В.П. Джелепов, Л.М. Неменов, М.С. Козодаев, И.С. Панасюк и другие. Лаборатории № 2 помогали по отдельным заданиям И.В. Курчатова некоторые привлеченные организации, такие, как Радиевый институт АН СССР, Гиредмет НКЦМ, Московский электродный завод и некоторые другие». В апреле 1944 г. Лаборатория № 2 перебазировалась на свое постоянное место в Покровское-Стрешнево.
Как вспоминает Первухин, в 1943 г. в своем первом докладе, написанном по просьбе Молотова, И.В. Курчатов отметил: «На пути технического решения стоят большие трудности, но нет сомнения, что они будут преодолены и человечество получит в свое распоряжение новый мощный источник энергии.»
Эти слова показывают, как глубоко был убежден Курчатов в успешном решении ядерной проблемы. А трудности были невероятными, и преодолеть их в стране, разоренной войной и лишенной многих предприятий, было очень сложно. В этом же докладе Курчатов писал, что получение цепной реакции в уране-235 «.связано с разрешением невероятно сложной технической задачи – выделения большого количества этого изотопа из обычного урана. А пока во всех лабораториях мира удалось выделить одну миллионную грамма этого вещества. А нужно десятки килограммов».
Вторым делящимся веществом являлся плутоний-239. В своих воспоминаниях В.С. Емельянов рассказывал о технических сложностях, возникавших при исследовании физических свойств плутония, – временного сопротивления, поперечного сжатия, ударной вязкости и др. При всем том в распоряжении металлургов находилась только крупица плутония. Академик И.И. Черняев, получив от Курчатова задание, сказал: «Я думал, что самая маленькая вещь на свете – комариный нос, а вы хотите получить от меня пипетку, чтобы мистоль (капли. – Прим. ред.) комару в нос пускать?!» И.В. Курчатов воскликнул при этом: «Правильно, Илья Ильич, вы прекрасно поняли задачу. Вот именно такая пипетка нам и нужна!»
И представьте себе, Институт общей и неорганической химии эту немыслимую задачу решил. С привлечением многих ученых из различных институтов ЛИПАН решал задачи, преодолевая все препятствия, проводя очень много экспериментов. Во многих из них Курчатов участвовал сам.
И.В. Курчатов в период организации ЛИПАН занимался и физическими, и химическими, и инженерными исследованиями, конструируя даже отдельные элементы. В ЛИПАН он привлек крупных теоретиков – Я.Б. Зельдовича, И.Я. Померанчука, С.Л. Соболева и др. Теоретики и экспериментаторы взаимно обучались будущей ядерной технике. Теоретические и расчетно-оценочные работы велись с чрезвычайной интенсивностью.
Основной задачей ЛИПАН И.В. Курчатов считал проведение исследований, которые позволили бы осуществить цепную реакцию в ядерном реакторе на медленных нейтронах с наработкой плутония-239, и получение изотопов урана-235, т. е. главных делящихся веществ. В таком реакторе он наметил использовать природный уран, без всякого обогащения, ибо метод промышленного разделения изотопов и получения высокообогащенного изотопа урана-235 был только в проекте. Все работы, связанные с сооружением ядерного котла (реактором его стали называть значительно позднее), Курчатов взял на себя, разделение изотопов природного урана диффузионным методом поручил Кикоину, а электромагнитным методом – Арцимовичу.
1943 и 1944 гг. ушли на организацию и создание лабораторий в ЛИПАН, на подготовительные работы, комплектацию научного коллектива. Правительство помогало, но только в определенной мере, через Первухина, который, будучи наркомом химической промышленности, был полностью загружен работами по восстановлению разрушенных войной заводов. Да и дело с созданием ядерного оружия было в начальной стадии, и правительство не очень было уверено в ближайшем успехе и в необходимости вмешательства. В военной обстановке ему своих забот хватало с избытком. Центр – ЛИПАН – был создан, ученые работали, такую возможность им предоставили, а дальнейшее – жизнь покажет.
В качестве замедлителя нейтронов в реакторе могли быть применены графит, тяжелая вода, бериллий, обычная вода и др. Предпочтение Курчатов отдал графиту, так как других веществ в больших количествах в те годы получить было невозможно. Для сооружения исследовательского реактора, не промышленного, поскольку сначала надо было убедиться в получении цепной ядерной реакции на реакторе малой мощности, требовалось несколько десятков тонн природного урана, а его в стране добывалось мало, поскольку ранее в нем не было необходимости. И тогда по просьбе Курчатова 8 декабря 1944 г. ГКО принял решение о создании в Средней Азии крупного уранодобывающего предприятия на базе месторождений Таджикистана, Киргизии и Узбекистана. Организация и руководство этим предприятием были поручены НКВД СССР, его 9-му управлению, которое подчинялось заместителю наркома внутренних дел А.П. Завенягину. Автор книги «Маршал индустрии» Ю.Н. Елфимов описывает, как Завенягин был привлечен к решению задачи добычи урановой руды. В кабинете И.В. Сталина состоялся такой диалог: «Товарищ Завенягин, Вы металлург и горняк. Вам известно что-либо о запасах урана?» Завенягин ответил, что ему ничего не известно в отношении урановых руд. Задание Сталина было кратким: «Необходимо найти урановые руды и немедленно начать добычу». Там же, в кабинете Сталина, состоялось знакомство А.П. Завенягина с И.В. Курчатовым.
Первые технические условия на изготовление пероксида-оксида урана и металлического урана для исследовательского реактора Ф-1 были выданы Курчатовым в ноябре 1944 г. В технических условиях были установлены жесткие требования по химическому составу, при которых допускалась минимальная сумма примесей в металле и оговаривалось предельное содержание ряда вредных элементов, загрязняющих уран.
Технология получения металлического урана по заданию ЛИПАН разрабатывалась в Гиредмете НКЦМ у Н.П. Сажина с участием З.В. Ершовой. В книге «Воспоминания об Игоре Васильевиче Курчатове» Ершова рассказывает: «В Гиредмете по просьбе И.В. Курчатова изготавливались образцы-мишени препаратов соединений урана. Эти препараты принимал сам Курчатов, тщательно обследуя каждую мишень через сильную лупу. Курчатов предложил изготовить лаборатории Н.П. Сажина и З.В. Ершовой несколько килограммов карбида урана высокой степени чистоты. Карбида урана ни в старой России, ни в СССР никогда не производили. В основу метода получения металлического урана был положен способ восстановительной плавки тетрафторида урана металлическим магнием. Эксперимент проводили сразу в укрупненном масштабе с получением килограммовых слитков. Рафинирование осуществляли вакуумной переплавкой в высокочастотной печи, и в декабре 1944 г. был выдан слиток чистого металлического урана массой более одного килограмма».
Это был первый, ощутимый по массе и объему слиток урана в нашей стране. Но для опытного реактора Ф-1 требовалось около 50 т чистого природного урана в виде металлических блоков диаметром 32 и 35 мм, общей массой 36 т, а также 9 т шаров диаметром 80 мм из диоксида урана. Такое задание было дано (с утвержденными техническими условиями) заводу № 12 в г. Электросталь.
Однако получить урановые блоки из природного урана российского производства не представлялось возможным, поскольку в нашей стране только приступили к добыче урановой руды. Уран вывезли из поверженной к тому времени Германии, у которой имелись неиспользованные запасы. Производство блоков было налажено далеко не сразу – дело для нас было новое. Большую помощь в решении этой задачи оказали Ю.Н. Голованова, А.Н. Каллистова, Н.Ф. Кваскова, С.И. Золотухи, А.П. Завенягина, П.Я. Антропова.
Кстати, для сравнения: в Америке задача изготовления металлического урана была решена за 23 месяца (весь 1941 г. и 11 месяцев 1942 г.), в СССР – за 6 месяцев (июнь – ноябрь 1946 г.). «Украденные» секреты (даже если бы они и были) не играли особой роли. Технология исполнения требует особого оборудования, приборов, специалистов и др. При этом не следует забывать, что для опытного реактора СР-1 Энрико Ферми в Чикаго требовалось только 6 т урановых блоков, а для реактора Ф-1 Курчатова необходимо было иметь 36 т.
Следующая, еще более сложная задача – получение графита, графитовых блоков, используемых в качестве замедлителя в ядерных реакторах. Графит имеет достаточно высокую температуру плавления, обладает хорошими механическими свойствами, легко поддается обработке. Казалось бы, что для получения графитовых блоков достаточно обратиться на заводы электрохимической и электрометаллургической промышленности, производящие графитовые электроды в целях получения алюминия, электростали, ферросплавов, хлора и др.
Но в данном случае для ядерного реактора требовался графит особой чистоты. В связи с этим Курчатов развернул в Лаборатории № 2 широкие экспериментальные исследования графита: его физических констант, сечения захвата тепловых нейтронов и т. д. Были проведены физические испытания на поглощение нейтронов в графитовых призмах, собранных из графитовых электродов лучшего качества разных фирм (помимо отечественных) – немецких и английских. Но все они оказались непригодными для ядерного реактора, поскольку не отвечали требованию высокой степени чистоты. Примеси, например бор, железо, титан, даже в незначительных количествах являлись вредными поглотителями нейтронов.
Разработку и поставку чистого графита для ядерных реакторов поручили коллективу Московского электродного завода. Прежде всего пришлось изменить технологию производства графита, а также заменить оборудование, чтобы избежать появления вредных примесей. Главная задача состояла в улучшении качества исходного сырья, а именно в получении нефтяного кокса с зольностью не более 0,04%. Следует сказать, что наша нефтеперерабатывающая промышленность никогда не выпускала нефтяной кокс с таким низким содержанием золы. Первую партию кокса нужного качества удалось получить на московском заводе «Нефтегаз» после проведения больших экспериментальных работ. После этого на заводе был налажен выпуск нефтяного кокса в количестве 100 т в месяц с содержанием золы даже меньше 0,04%, а бора – от 1,2-10-6 до 1,710-6, т. е. ниже, чем требовалось по ТУ (5-10-6). Авторами разработки технологии производства ядерно-чистых графитовых блоков были Г.К. Банников, Н.И. Александров, А.В. Котиков, Н.Ф. Правдюк, В.В. Гончаров.
В своем открытом отчете «Атомная энергия для военных целей», вышедшем в свет в 1945 г., Смит (США) писал: «...до 1940 г. углерод никогда до этого не производился в тех количествах и с той степенью очистки, какие необходимы для замедлителя. К осени 1942 г. в Чикаго было получено достаточно чистого графита и металлического урана, для того чтобы построить котел с саморазвивающейся цепной реакцией.».
Ядерный котел в Чикаго был запущен 2 декабря 1942 г. Кстати, в книге Смита никаких сведений о способе изготовления графита для ядерных реакторов США, о степени его чистоты и свойствах не приводилось. Впервые эти данные, как упоминает в своих воспоминаниях В.В. Гончаров, были опубликованы США на Первой международной конференции в Женеве в 1955 г. В последующем выяснилось, что советский графит по всем характеристикам, в том числе и по чистоте, превосходил американский.
И.В. Курчатов параллельно с сооружением опытного ядерного котла Ф-1 лично контролировал сооружение первого московского циклотрона, на котором рассчитывал получить некоторое, пусть малое, количество плутония. В конце 1943 г. сотрудники Л.М. Неменов, В.П. Джелепов и П.Я. Глазунов получили от него задание приступить к работам по сооружению циклотрона в строящемся лабораторном корпусе в Покровском-Стрешневе, т. е. в ЛИПАН.
К этому времени была снята блокада Ленинграда, и Курчатов направил в ЛФТИ Неменова и Глазунова, предварительно попросив Первухина переговорить с руководством Ленинграда об отправке в Москву сохранившегося оборудования циклотрона (последний создавался в ЛФТИ, но работы из-за войны были прекращены). В том же 1943 г. детали циклотрона прибыли в двух товарных вагонах в Москву.
А.П. Гринберг рассказывает в своих воспоминаниях, что Курчатов в большом и очень теплом письме директору ЛФТИ П.П. Кобеко и его сотрудникам (письмо было подписано многими сотрудниками ЛИПАН) выразил благодарность за то, что ценнейшее оборудование ядерной лаборатории, спрятанное в подвалах, оказалось в сохранности и теперь в нужный момент будет использовано в Москве. Циклотрон был пущен 25 сентября 1944 г.
Это был первый московский циклотрон, единственный тогда в СССР, на котором уже в 1945 г. были получены первые микрограммы плутония, так необходимые для последующих работ в освоении ядерной энергии. Правда, этого количества было очень мало, но достаточно для изучения.
После поступления графитовых и урановых блоков в Лабораторию № 2 в результате проведения экспериментов были накоплены данные, уточняющие необходимые физические параметры. При этом совершенствовалась теория реакторов, выбирались физические характеристики урановых блоков, определялись оптимальные диаметры, шаг их расположения в пространственной решетке графита. Вся разведывательная информация, которая поступала в правительство, и все, что имело какое-либо, даже косвенное, отношение к ядерной проблеме, направлялось по поручению Молотова в адрес Первухина, контролировавшего все работы по этой проблеме в стране. А тот знакомил с полученными данными Курчатова как научного руководителя работ по ядерной проблеме и уже с его разрешения передавал их исполнителям. Все материалы тщательно изучались, проверялись и перепроверялись, прежде чем их можно было принять за истину.
Несомненно, многие разведданные приносили пользу, но далеко не всегда, в чем мы убедимся, когда приступим к рассказу о создании конструкции первой ядерной бомбы в СССР. Как уже указывалось ранее, по заданию Курчатова в Гиредмете (директор А.П. Зефиров) в конце 1945 г. была разработана технология добычи чистого металлического урана. После проведения многих контрольных проверок в Лаборатории № 2 решено было организовать производство металлического урана и изделий из него в г. Электросталь на заводе № 12 бывшего Наркомата по выпуску боеприпасов. Сооружению первого в СССР опытного ядерного реактора предшествовало создание четырех сборок моделей реактора, что позволило выбрать оптимальный вариант и оценить, правда в достаточно приближенной степени, критические размеры будущего реактора с необходимым количеством урановых блоков (до 50 т) и графитовых блоков (до 500 т).
Теория цепной реакции деления урана с размножением нейтронов была разработана Я.Б. Зельдовичем и Ю.Б. Харитоном. В результате теоретических и экспериментальных исследований, проведенных в Лаборатории № 2, было установлено, что процесс размножения нейтронов при цепной реакции может существенно уменьшаться из-за резонансного поглощения нейтронов природным ураном-238. Чтобы значительно уменьшить этот неблагоприятный фактор гомогенной смеси «уран—графит», пришлось отказаться от использования урана в реакторе и размещать его в виде отдельных блоков в массе графитового замедлителя с определенным шагом в решетке, т. е. создать гетерогенную систему.
Теоретические расчеты были выполнены в 1943 г. И.И. Гуревичем и И.Я. Померанчуком. Для опытного реактора Ф-1 построили специальное здание. Как только было получено достаточное количество урановых блоков и графита и их качество проконтролировано физическими методами, начался монтаж реактора.
Активная зона реактора Ф-1 представляла собой сферу диаметром 6 м, сложенную из графитовых блоков размером 100 х 100 х 600 мм. Она была окружена отражателем толщиной 800 мм, выполненным из графитовых блоков. В графитовых блоках просверлили 30 тыс. отверстий для урана с образованием пространственной решетки с определенным шагом. Реактор имел три вертикальных канала для стержней управления и шесть горизонтальных экспериментальных каналов.
Все усилия сотрудников Лаборатории № 2 Курчатов направлял на сооружение экспериментального реактора, без пуска которого нельзя было быть уверенным в осуществлении управляемой ядерной цепной реакции.
1.6. После бомбардировки Хиросимы и Нагасаки
По данным концерна «Империал Кемикал Индастриес» (ICI), для отделения изотопов урана-235 потребуется 1900 аппаратов системы доктора Френсис Симон стоимостью 3,3 млн фунтов стерлингов, а стоимость всего предприятия выразится суммой в 4,5—5,0 млн фунтов стерлингов.
При производстве таким заводом 36 бомб в год стоимость одной бомбы будет равна 236 тыс. фунтов стерлингов по сравнению со стоимостью 326 000 фунтов стерлингов 1500 т тринитротолуола.
Изучение материалов по разработке проблемы урана для военных целей в Англии приводит к следующим выводам.
Верховное военное командование Англии считает принципиально решенным вопрос практического использования атомной энергии урана-235 для военных целей.
Урановый комитет английского верховного командования разработал предварительную теоретическую часть для проектирования и постройки завода для изготовления урановых бомб.
Усилия и возможности наиболее крупных ученых научно-исследовательских организаций и крупных фирм Англии объединены и направлены на разработку проблемы получения урана-235, которая особо засекречена.
Английский военный кабинет занимается вопросом принципиального решения об организации производства урановых бомб.
Исходя из важности и актуальности проблем практического применения ядерной энергии для военных целей СССР, было бы целесообразно:
• проработать вопрос о создании научно-совещательного органа при Государственном Комитете Обороны СССР из авторитетных лиц для координирования, изучения и направления работ всех ученых, научно-исследовательских организаций, занимающихся вопросами ядерной энергии;
• обеспечить секретное ознакомление с материалами НКВД по урану видных специалистов с целью дачи оценки и соответствующего их использования.
Народный комиссар внутренних дел Л. Берия».
Работы по освоению ядерной энергии в военных целях и по созданию первого в мире исследовательского ядерного котла (реактора) в строго секретном порядке велись и в США. На опытном реакторе в Чикаго 2 декабря 1942 г. была осуществлена управляемая цепная ядерная реакция. «Атомному огню» его создатель – итальянский ученый Энрико Ферми разрешил «гореть» (это, конечно, условно) всего лишь 28 мин. Критическая масса составила 46 т урана, размещенного среди 385 т чистого графита, но об этом наши ученые узнали позднее.
Разными путями, и в первую очередь разведывательными, до руководства нашей страны доходили сведения, что в США всерьез занимаются разработкой ядерного оружия. Наступало время, когда и в нашей стране надо было задуматься над решением урановой проблемы.
Но обстановка на фронтах в 1942 г. была необычайно сложной и опасной, и потому отвлекаться на другие вопросы казалось просто невозможным. И все же 27 ноября 1942 г. Государственный Комитет Обороны СССР (возглавляемый И.В. Сталиным) поручил Наркомату цветной металлургии (НКЦМ) приступить к добыче урановой руды. Начиная с 1943 г. в Таджикистане, на Табашарском руднике, куда в 1941 г. был эвакуирован Одесский филиал Гиредмета НКЦМ, началась добыча и переработка урановой руды с планом получения урановых солей 4 т в год.
О том, как началась эпопея борьбы за освоение ядерной энергии в СССР в тяжелые дни войны 1942 г., рассказывает М.Г. Первухин в своих воспоминаниях, направленных в Политбюро ЦК КПСС в мае 1967 г. Он пишет, что В.М. Молотов пригласил его к себе, чтобы ознакомиться с докладом иностранных ученых на тему о ядерной энергии. Ознакомившись с докладом, Первухин предложил Молотову подобрать группу специалистов для оценки сведений, изложенных в этом докладе. По рекомендации директора ЛФТИ А.Ф. Иоффе он вызвал к себе тогда еще совсем молодых ученых И.В. Курчатова, А.И. Алиханова и И.К. Кикоина. В письменном заключении они дали положительную оценку достоверности сведений и предложили организовать в наших физических институтах широкие научно-исследовательские работы по ядерной физике. Об этом было доложено Молотову. Назначение руководителем работ по ядерной проблеме Курчатова, сорокалетнего профессора-физика, вызвало в среде ученых немало толков. Среди различных историй бытовала и такая. Собрали известных ученых: Иоффе, Капицу, Вавилова – и спросили, кого бы они рекомендовали на руководство таким большим делом. Назывались разные фамилии, но категоричнее всех высказался за Курчатова его учитель Иоффе, называя его талантливым и решительным в своих действиях ученым, уже много сделавшим в ядерной физике.
Итак, во главе очень важного дела встал Курчатов. В сентябре 1943 г. его избрали академиком. Тогда же академиком был избран и Алиханов, его товарищ и друг. На первых порах ЛИПАН – лаборатория измерительных приборов АН (так раньше называлась Лаборатория № 2) – ютился в нескольких комнатах и подвале Сейсмологического института АН СССР в Пыжевском переулке и частично – в помещениях Института общей и неорганической химии АН СССР на Калужской улице.
ЛИПАН находился под опекой Молотова, и по его поручению конкретную помощь осуществлял Первухин. Подыскивая постоянное помещение для ЛИПАН, Первухин вместе с Курчатовым осмотрели недостроенные здания Института экспериментальной медицины в Покровском-Стрешневе (на тогдашней окраине Москвы). В одном из корпусов, уже подведенном под крышу, было решено организовать основную лабораторию по ядерной физике. Вся территория, довольно обширная, была закреплена за Лабораторией № 2. Соседнее здание, которое только начинали строить, ускоренными темпами было достроено и передано под лабораторию по диффузионным методам разделения изотопов урана И.К. Кикоина.
Несколько позднее к работам по ядерной проблеме был привлечен Л.А. Арцимович, ответственный за разработку электромагнитного способа разделения изотопов урана. К этой работе активно подключился профессор Д.В. Ефремов, бывший тогда заместителем наркома электротехнической промышленности. Ближайшим помощником Курчатова начиная с 1943 г. был В.В. Гончаров, который рассказывает, что «.по состоянию на 25 апреля 1944 г. в Лаборатории № 2 работали всего 74 человека, из них 25 научных сотрудников, 6 ИТР, 12 рабочих и 31 человек обслуживающего персонала. В число научных сотрудников входили И.В. Курчатов, А.И. Алиханов, И.К. Кикоин, И.Я. Померанчук, С.Л. Соболев, Г.Н. Флёров, Б.В. Курчатов, В.А. Давиденко, П.Е. Спивак, В.П. Джелепов, Л.М. Неменов, М.С. Козодаев, И.С. Панасюк и другие. Лаборатории № 2 помогали по отдельным заданиям И.В. Курчатова некоторые привлеченные организации, такие, как Радиевый институт АН СССР, Гиредмет НКЦМ, Московский электродный завод и некоторые другие». В апреле 1944 г. Лаборатория № 2 перебазировалась на свое постоянное место в Покровское-Стрешнево.
Как вспоминает Первухин, в 1943 г. в своем первом докладе, написанном по просьбе Молотова, И.В. Курчатов отметил: «На пути технического решения стоят большие трудности, но нет сомнения, что они будут преодолены и человечество получит в свое распоряжение новый мощный источник энергии.»
Эти слова показывают, как глубоко был убежден Курчатов в успешном решении ядерной проблемы. А трудности были невероятными, и преодолеть их в стране, разоренной войной и лишенной многих предприятий, было очень сложно. В этом же докладе Курчатов писал, что получение цепной реакции в уране-235 «.связано с разрешением невероятно сложной технической задачи – выделения большого количества этого изотопа из обычного урана. А пока во всех лабораториях мира удалось выделить одну миллионную грамма этого вещества. А нужно десятки килограммов».
Вторым делящимся веществом являлся плутоний-239. В своих воспоминаниях В.С. Емельянов рассказывал о технических сложностях, возникавших при исследовании физических свойств плутония, – временного сопротивления, поперечного сжатия, ударной вязкости и др. При всем том в распоряжении металлургов находилась только крупица плутония. Академик И.И. Черняев, получив от Курчатова задание, сказал: «Я думал, что самая маленькая вещь на свете – комариный нос, а вы хотите получить от меня пипетку, чтобы мистоль (капли. – Прим. ред.) комару в нос пускать?!» И.В. Курчатов воскликнул при этом: «Правильно, Илья Ильич, вы прекрасно поняли задачу. Вот именно такая пипетка нам и нужна!»
И представьте себе, Институт общей и неорганической химии эту немыслимую задачу решил. С привлечением многих ученых из различных институтов ЛИПАН решал задачи, преодолевая все препятствия, проводя очень много экспериментов. Во многих из них Курчатов участвовал сам.
И.В. Курчатов в период организации ЛИПАН занимался и физическими, и химическими, и инженерными исследованиями, конструируя даже отдельные элементы. В ЛИПАН он привлек крупных теоретиков – Я.Б. Зельдовича, И.Я. Померанчука, С.Л. Соболева и др. Теоретики и экспериментаторы взаимно обучались будущей ядерной технике. Теоретические и расчетно-оценочные работы велись с чрезвычайной интенсивностью.
Основной задачей ЛИПАН И.В. Курчатов считал проведение исследований, которые позволили бы осуществить цепную реакцию в ядерном реакторе на медленных нейтронах с наработкой плутония-239, и получение изотопов урана-235, т. е. главных делящихся веществ. В таком реакторе он наметил использовать природный уран, без всякого обогащения, ибо метод промышленного разделения изотопов и получения высокообогащенного изотопа урана-235 был только в проекте. Все работы, связанные с сооружением ядерного котла (реактором его стали называть значительно позднее), Курчатов взял на себя, разделение изотопов природного урана диффузионным методом поручил Кикоину, а электромагнитным методом – Арцимовичу.
1943 и 1944 гг. ушли на организацию и создание лабораторий в ЛИПАН, на подготовительные работы, комплектацию научного коллектива. Правительство помогало, но только в определенной мере, через Первухина, который, будучи наркомом химической промышленности, был полностью загружен работами по восстановлению разрушенных войной заводов. Да и дело с созданием ядерного оружия было в начальной стадии, и правительство не очень было уверено в ближайшем успехе и в необходимости вмешательства. В военной обстановке ему своих забот хватало с избытком. Центр – ЛИПАН – был создан, ученые работали, такую возможность им предоставили, а дальнейшее – жизнь покажет.
В качестве замедлителя нейтронов в реакторе могли быть применены графит, тяжелая вода, бериллий, обычная вода и др. Предпочтение Курчатов отдал графиту, так как других веществ в больших количествах в те годы получить было невозможно. Для сооружения исследовательского реактора, не промышленного, поскольку сначала надо было убедиться в получении цепной ядерной реакции на реакторе малой мощности, требовалось несколько десятков тонн природного урана, а его в стране добывалось мало, поскольку ранее в нем не было необходимости. И тогда по просьбе Курчатова 8 декабря 1944 г. ГКО принял решение о создании в Средней Азии крупного уранодобывающего предприятия на базе месторождений Таджикистана, Киргизии и Узбекистана. Организация и руководство этим предприятием были поручены НКВД СССР, его 9-му управлению, которое подчинялось заместителю наркома внутренних дел А.П. Завенягину. Автор книги «Маршал индустрии» Ю.Н. Елфимов описывает, как Завенягин был привлечен к решению задачи добычи урановой руды. В кабинете И.В. Сталина состоялся такой диалог: «Товарищ Завенягин, Вы металлург и горняк. Вам известно что-либо о запасах урана?» Завенягин ответил, что ему ничего не известно в отношении урановых руд. Задание Сталина было кратким: «Необходимо найти урановые руды и немедленно начать добычу». Там же, в кабинете Сталина, состоялось знакомство А.П. Завенягина с И.В. Курчатовым.
Первые технические условия на изготовление пероксида-оксида урана и металлического урана для исследовательского реактора Ф-1 были выданы Курчатовым в ноябре 1944 г. В технических условиях были установлены жесткие требования по химическому составу, при которых допускалась минимальная сумма примесей в металле и оговаривалось предельное содержание ряда вредных элементов, загрязняющих уран.
Технология получения металлического урана по заданию ЛИПАН разрабатывалась в Гиредмете НКЦМ у Н.П. Сажина с участием З.В. Ершовой. В книге «Воспоминания об Игоре Васильевиче Курчатове» Ершова рассказывает: «В Гиредмете по просьбе И.В. Курчатова изготавливались образцы-мишени препаратов соединений урана. Эти препараты принимал сам Курчатов, тщательно обследуя каждую мишень через сильную лупу. Курчатов предложил изготовить лаборатории Н.П. Сажина и З.В. Ершовой несколько килограммов карбида урана высокой степени чистоты. Карбида урана ни в старой России, ни в СССР никогда не производили. В основу метода получения металлического урана был положен способ восстановительной плавки тетрафторида урана металлическим магнием. Эксперимент проводили сразу в укрупненном масштабе с получением килограммовых слитков. Рафинирование осуществляли вакуумной переплавкой в высокочастотной печи, и в декабре 1944 г. был выдан слиток чистого металлического урана массой более одного килограмма».
Это был первый, ощутимый по массе и объему слиток урана в нашей стране. Но для опытного реактора Ф-1 требовалось около 50 т чистого природного урана в виде металлических блоков диаметром 32 и 35 мм, общей массой 36 т, а также 9 т шаров диаметром 80 мм из диоксида урана. Такое задание было дано (с утвержденными техническими условиями) заводу № 12 в г. Электросталь.
Однако получить урановые блоки из природного урана российского производства не представлялось возможным, поскольку в нашей стране только приступили к добыче урановой руды. Уран вывезли из поверженной к тому времени Германии, у которой имелись неиспользованные запасы. Производство блоков было налажено далеко не сразу – дело для нас было новое. Большую помощь в решении этой задачи оказали Ю.Н. Голованова, А.Н. Каллистова, Н.Ф. Кваскова, С.И. Золотухи, А.П. Завенягина, П.Я. Антропова.
Кстати, для сравнения: в Америке задача изготовления металлического урана была решена за 23 месяца (весь 1941 г. и 11 месяцев 1942 г.), в СССР – за 6 месяцев (июнь – ноябрь 1946 г.). «Украденные» секреты (даже если бы они и были) не играли особой роли. Технология исполнения требует особого оборудования, приборов, специалистов и др. При этом не следует забывать, что для опытного реактора СР-1 Энрико Ферми в Чикаго требовалось только 6 т урановых блоков, а для реактора Ф-1 Курчатова необходимо было иметь 36 т.
Следующая, еще более сложная задача – получение графита, графитовых блоков, используемых в качестве замедлителя в ядерных реакторах. Графит имеет достаточно высокую температуру плавления, обладает хорошими механическими свойствами, легко поддается обработке. Казалось бы, что для получения графитовых блоков достаточно обратиться на заводы электрохимической и электрометаллургической промышленности, производящие графитовые электроды в целях получения алюминия, электростали, ферросплавов, хлора и др.
Но в данном случае для ядерного реактора требовался графит особой чистоты. В связи с этим Курчатов развернул в Лаборатории № 2 широкие экспериментальные исследования графита: его физических констант, сечения захвата тепловых нейтронов и т. д. Были проведены физические испытания на поглощение нейтронов в графитовых призмах, собранных из графитовых электродов лучшего качества разных фирм (помимо отечественных) – немецких и английских. Но все они оказались непригодными для ядерного реактора, поскольку не отвечали требованию высокой степени чистоты. Примеси, например бор, железо, титан, даже в незначительных количествах являлись вредными поглотителями нейтронов.
Разработку и поставку чистого графита для ядерных реакторов поручили коллективу Московского электродного завода. Прежде всего пришлось изменить технологию производства графита, а также заменить оборудование, чтобы избежать появления вредных примесей. Главная задача состояла в улучшении качества исходного сырья, а именно в получении нефтяного кокса с зольностью не более 0,04%. Следует сказать, что наша нефтеперерабатывающая промышленность никогда не выпускала нефтяной кокс с таким низким содержанием золы. Первую партию кокса нужного качества удалось получить на московском заводе «Нефтегаз» после проведения больших экспериментальных работ. После этого на заводе был налажен выпуск нефтяного кокса в количестве 100 т в месяц с содержанием золы даже меньше 0,04%, а бора – от 1,2-10-6 до 1,710-6, т. е. ниже, чем требовалось по ТУ (5-10-6). Авторами разработки технологии производства ядерно-чистых графитовых блоков были Г.К. Банников, Н.И. Александров, А.В. Котиков, Н.Ф. Правдюк, В.В. Гончаров.
В своем открытом отчете «Атомная энергия для военных целей», вышедшем в свет в 1945 г., Смит (США) писал: «...до 1940 г. углерод никогда до этого не производился в тех количествах и с той степенью очистки, какие необходимы для замедлителя. К осени 1942 г. в Чикаго было получено достаточно чистого графита и металлического урана, для того чтобы построить котел с саморазвивающейся цепной реакцией.».
Ядерный котел в Чикаго был запущен 2 декабря 1942 г. Кстати, в книге Смита никаких сведений о способе изготовления графита для ядерных реакторов США, о степени его чистоты и свойствах не приводилось. Впервые эти данные, как упоминает в своих воспоминаниях В.В. Гончаров, были опубликованы США на Первой международной конференции в Женеве в 1955 г. В последующем выяснилось, что советский графит по всем характеристикам, в том числе и по чистоте, превосходил американский.
И.В. Курчатов параллельно с сооружением опытного ядерного котла Ф-1 лично контролировал сооружение первого московского циклотрона, на котором рассчитывал получить некоторое, пусть малое, количество плутония. В конце 1943 г. сотрудники Л.М. Неменов, В.П. Джелепов и П.Я. Глазунов получили от него задание приступить к работам по сооружению циклотрона в строящемся лабораторном корпусе в Покровском-Стрешневе, т. е. в ЛИПАН.
К этому времени была снята блокада Ленинграда, и Курчатов направил в ЛФТИ Неменова и Глазунова, предварительно попросив Первухина переговорить с руководством Ленинграда об отправке в Москву сохранившегося оборудования циклотрона (последний создавался в ЛФТИ, но работы из-за войны были прекращены). В том же 1943 г. детали циклотрона прибыли в двух товарных вагонах в Москву.
А.П. Гринберг рассказывает в своих воспоминаниях, что Курчатов в большом и очень теплом письме директору ЛФТИ П.П. Кобеко и его сотрудникам (письмо было подписано многими сотрудниками ЛИПАН) выразил благодарность за то, что ценнейшее оборудование ядерной лаборатории, спрятанное в подвалах, оказалось в сохранности и теперь в нужный момент будет использовано в Москве. Циклотрон был пущен 25 сентября 1944 г.
Это был первый московский циклотрон, единственный тогда в СССР, на котором уже в 1945 г. были получены первые микрограммы плутония, так необходимые для последующих работ в освоении ядерной энергии. Правда, этого количества было очень мало, но достаточно для изучения.
После поступления графитовых и урановых блоков в Лабораторию № 2 в результате проведения экспериментов были накоплены данные, уточняющие необходимые физические параметры. При этом совершенствовалась теория реакторов, выбирались физические характеристики урановых блоков, определялись оптимальные диаметры, шаг их расположения в пространственной решетке графита. Вся разведывательная информация, которая поступала в правительство, и все, что имело какое-либо, даже косвенное, отношение к ядерной проблеме, направлялось по поручению Молотова в адрес Первухина, контролировавшего все работы по этой проблеме в стране. А тот знакомил с полученными данными Курчатова как научного руководителя работ по ядерной проблеме и уже с его разрешения передавал их исполнителям. Все материалы тщательно изучались, проверялись и перепроверялись, прежде чем их можно было принять за истину.
Несомненно, многие разведданные приносили пользу, но далеко не всегда, в чем мы убедимся, когда приступим к рассказу о создании конструкции первой ядерной бомбы в СССР. Как уже указывалось ранее, по заданию Курчатова в Гиредмете (директор А.П. Зефиров) в конце 1945 г. была разработана технология добычи чистого металлического урана. После проведения многих контрольных проверок в Лаборатории № 2 решено было организовать производство металлического урана и изделий из него в г. Электросталь на заводе № 12 бывшего Наркомата по выпуску боеприпасов. Сооружению первого в СССР опытного ядерного реактора предшествовало создание четырех сборок моделей реактора, что позволило выбрать оптимальный вариант и оценить, правда в достаточно приближенной степени, критические размеры будущего реактора с необходимым количеством урановых блоков (до 50 т) и графитовых блоков (до 500 т).
Теория цепной реакции деления урана с размножением нейтронов была разработана Я.Б. Зельдовичем и Ю.Б. Харитоном. В результате теоретических и экспериментальных исследований, проведенных в Лаборатории № 2, было установлено, что процесс размножения нейтронов при цепной реакции может существенно уменьшаться из-за резонансного поглощения нейтронов природным ураном-238. Чтобы значительно уменьшить этот неблагоприятный фактор гомогенной смеси «уран—графит», пришлось отказаться от использования урана в реакторе и размещать его в виде отдельных блоков в массе графитового замедлителя с определенным шагом в решетке, т. е. создать гетерогенную систему.
Теоретические расчеты были выполнены в 1943 г. И.И. Гуревичем и И.Я. Померанчуком. Для опытного реактора Ф-1 построили специальное здание. Как только было получено достаточное количество урановых блоков и графита и их качество проконтролировано физическими методами, начался монтаж реактора.
Активная зона реактора Ф-1 представляла собой сферу диаметром 6 м, сложенную из графитовых блоков размером 100 х 100 х 600 мм. Она была окружена отражателем толщиной 800 мм, выполненным из графитовых блоков. В графитовых блоках просверлили 30 тыс. отверстий для урана с образованием пространственной решетки с определенным шагом. Реактор имел три вертикальных канала для стержней управления и шесть горизонтальных экспериментальных каналов.
Все усилия сотрудников Лаборатории № 2 Курчатов направлял на сооружение экспериментального реактора, без пуска которого нельзя было быть уверенным в осуществлении управляемой ядерной цепной реакции.
1.6. После бомбардировки Хиросимы и Нагасаки
О том, что в США ведутся работы по созданию ядерного оружия, было известно из поступивших разведданных, но, по-видимому, никто не ожидал его появления в ближайшей перспективе. Разрушение японских городов Хиросимы и Нагасаки 6 и 9 августа 1945 г. американскими ядерными бомбами показало, что Соединенные Штаты Америки владеют невиданной мощью – ядерной энергией – и могут ею распоряжаться так, как сочтут это необходимым. Правительство СССР поставило задачу ликвидировать монополию США на ядерное оружие и создать в противовес им свою собственную ядерную бомбу.
6 августа 1945 г. На крейсере «Аугуста» с Потсдамской конференции возвращается американская делегация во главе с президентом США Гарри Трумэном... Командир крейсера докладывает о радиограмме, поступившей от военного министра Стимсона. Трумэн нетерпеливо ее выхватывает и все громче и громче читает: «Большая бомба сброшена. Первые сообщения свидетельствуют об огромном успехе. Эффект даже больший, чем при испытаниях». Сияющий Трумэн с бокалом шампанского в руках провозглашает: «Джентльмены, произошло величайшее событие в истории. Несколько часов назад наши доблестные летчики сбросили на Японию бомбу, которую называют атомной. Она обладает огромной разрушительной силой, большей, чем две тысячи самых мощных английских бомб „Грэнд Слэм“. Отныне в наших руках самое могучее оружие в мире. Поднимем бокалы за эту удивительную бомбу в руках самой великой страны». Такой тост под брызги шампанского американский президент произнес, подняв, как пророчески заметил японский писатель Такаэси Ито, «меч новой гонки ядерных вооружений». Трумэн же никогда не раскаивался в том, что принял решение, обрекшее на смерть полмиллиона мирных жителей: «Окончательное решение о том, где и как следует применить атомную бомбу, было возложено на меня. Пусть не будет никаких ошибок в этом вопросе. Я считаю атомную бомбу военным оружием и никогда не имел сомнений в том, что она должна быть применена».
6 августа 1945 г. На крейсере «Аугуста» с Потсдамской конференции возвращается американская делегация во главе с президентом США Гарри Трумэном... Командир крейсера докладывает о радиограмме, поступившей от военного министра Стимсона. Трумэн нетерпеливо ее выхватывает и все громче и громче читает: «Большая бомба сброшена. Первые сообщения свидетельствуют об огромном успехе. Эффект даже больший, чем при испытаниях». Сияющий Трумэн с бокалом шампанского в руках провозглашает: «Джентльмены, произошло величайшее событие в истории. Несколько часов назад наши доблестные летчики сбросили на Японию бомбу, которую называют атомной. Она обладает огромной разрушительной силой, большей, чем две тысячи самых мощных английских бомб „Грэнд Слэм“. Отныне в наших руках самое могучее оружие в мире. Поднимем бокалы за эту удивительную бомбу в руках самой великой страны». Такой тост под брызги шампанского американский президент произнес, подняв, как пророчески заметил японский писатель Такаэси Ито, «меч новой гонки ядерных вооружений». Трумэн же никогда не раскаивался в том, что принял решение, обрекшее на смерть полмиллиона мирных жителей: «Окончательное решение о том, где и как следует применить атомную бомбу, было возложено на меня. Пусть не будет никаких ошибок в этом вопросе. Я считаю атомную бомбу военным оружием и никогда не имел сомнений в том, что она должна быть применена».