Страница:
В декабре 1946 г. был пущен в Москве первый в Европе исследовательский ядерный реактор, а в августе 1949 г. на Семипалатинском полигоне было проведено испытание первой советской ядерной бомбы, т. е. через 2 года 8 месяцев.
Итак, в США – через 2 года 7 месяцев, а в СССР – через 2 года 8 месяцев. В этом факте четко проявляются ум, трудолюбие и смекалка нашего народа. Раз надо, то будет сделано даже в труднейших и сложнейших условиях.
Но было и еще одно обстоятельство, о котором никто не говорил ни с кем, даже с закадычным другом. Все ведущие ученые и инженеры, руководители всех рангов отлично понимали, что если в конечном счете на испытательном полигоне не будет получен ожидаемый положительный результат, то всем (во всяком случае, большинству из них) неотвратимо грозит суровое наказание. В своих воспоминаниях М.Г. Первухин, один из первых привлеченных к ядерной проблеме, ответственный в качестве министра за химическую промышленность страны и одновременно заместитель Председателя Совета министров СССР, писал: «Колоссальный труд наших ученых, инженеров и рабочих увенчался грандиозным успехом. Советский Союз создал ядерную бомбу и тем самым лишил США монопольного положения. На нас лежала колоссальная ответственность за успешное решение ядерной проблемы. Мы все понимали, что в случае неудачи нам бы пришлось понести суровое наказание за неуспех.».
Да, это было. Это наказание было возможным и неотвратимым и для самого М.Г. Первухина, кстати, без суда и следствия. Такова уж была система, установленная в нашей стране И.В. Сталиным и твердо выполнявшаяся Л.П. Берией.
И ведь показательно (и ярко характеризует нашу прошлую жизнь), что неприкрытую боязнь, страх наказания высказывает в своих воспоминаниях один из ведущих и очень умных руководителей страны, обладающий крупнейшими знаниями инженер М.Г. Первухин. А что уж говорить о рядовых участниках решения ядерной проблемы. Они-то хорошо знали, что могут быть незаслуженно и беспощадно наказаны. Но в конце концов все прошло благополучно, испытания на Семипалатинском полигоне подтвердили, что СССР овладел тайнами ядерной энергии, получил в свое распоряжение ядерную бомбу и ликвидировал монополию США на владение ею.
И все участники были награждены орденами и медалями или поощрены званиями, никто не был забыт.
И.В. Курчатов в 1958 г. писал: «Вспоминаю волнение, с которым впервые на континенте Европы мне с группой сотрудников довелось осуществить цепную реакцию деления в Советском Союзе на уран-графитовом реакторе».
Создание и пуск реактора Ф-1 под руководством Курчатова – крупнейшее достижение советской науки и техники того периода, первый этап в решении сложнейшей и труднейшей проблемы. Это был, без всякого преувеличения, трудовой подвиг ученых, инженеров и рабочих, создавших первый реактор и, что не менее важно, урановую и графитовую промышленность. Выполненные на реакторе Ф-1 исследования имели огромное значение. Были измерены основные ядерные константы, определена оптимальная решетка для первого промышленного реактора, уточнены его расчетные характеристики, изучены вопросы управления и регулирования, безопасности и средств защиты от излучений. В октябре 1944 г. был получен искусственный элемент плутоний путем облучения соединений урана радийбериллиевым источником в мизерном (индикаторном) количестве, а затем на московском циклотроне в Лаборатории № 2 в 1945—1946 гг. химик Б.В. Курчатов (брат И.В. Курчатова) выделил из 50 кг соединений урана несколько микрограммов плутония. А после пуска реактора Ф-1, периодически работая на повышенных мощностях, Б.В. Курчатов активно участвовал в выделении 23,5 мкг плутония из десятков килограммов облученных урановых блоков.
С помощью действовавшего реактора Ф-1 был разработан метод количественного контроля (по изменению реактивности) физических свойств урана, графита и уранграфитовых решеток. По этому методу проверялось качество урана, графита и других изделий, выпускавшихся для первого промышленного реактора.
1.7. Промышленный реактор
1.8. Трудности эксплуатации первого промышленного реактора
Итак, в США – через 2 года 7 месяцев, а в СССР – через 2 года 8 месяцев. В этом факте четко проявляются ум, трудолюбие и смекалка нашего народа. Раз надо, то будет сделано даже в труднейших и сложнейших условиях.
Но было и еще одно обстоятельство, о котором никто не говорил ни с кем, даже с закадычным другом. Все ведущие ученые и инженеры, руководители всех рангов отлично понимали, что если в конечном счете на испытательном полигоне не будет получен ожидаемый положительный результат, то всем (во всяком случае, большинству из них) неотвратимо грозит суровое наказание. В своих воспоминаниях М.Г. Первухин, один из первых привлеченных к ядерной проблеме, ответственный в качестве министра за химическую промышленность страны и одновременно заместитель Председателя Совета министров СССР, писал: «Колоссальный труд наших ученых, инженеров и рабочих увенчался грандиозным успехом. Советский Союз создал ядерную бомбу и тем самым лишил США монопольного положения. На нас лежала колоссальная ответственность за успешное решение ядерной проблемы. Мы все понимали, что в случае неудачи нам бы пришлось понести суровое наказание за неуспех.».
Да, это было. Это наказание было возможным и неотвратимым и для самого М.Г. Первухина, кстати, без суда и следствия. Такова уж была система, установленная в нашей стране И.В. Сталиным и твердо выполнявшаяся Л.П. Берией.
И ведь показательно (и ярко характеризует нашу прошлую жизнь), что неприкрытую боязнь, страх наказания высказывает в своих воспоминаниях один из ведущих и очень умных руководителей страны, обладающий крупнейшими знаниями инженер М.Г. Первухин. А что уж говорить о рядовых участниках решения ядерной проблемы. Они-то хорошо знали, что могут быть незаслуженно и беспощадно наказаны. Но в конце концов все прошло благополучно, испытания на Семипалатинском полигоне подтвердили, что СССР овладел тайнами ядерной энергии, получил в свое распоряжение ядерную бомбу и ликвидировал монополию США на владение ею.
И все участники были награждены орденами и медалями или поощрены званиями, никто не был забыт.
И.В. Курчатов в 1958 г. писал: «Вспоминаю волнение, с которым впервые на континенте Европы мне с группой сотрудников довелось осуществить цепную реакцию деления в Советском Союзе на уран-графитовом реакторе».
Создание и пуск реактора Ф-1 под руководством Курчатова – крупнейшее достижение советской науки и техники того периода, первый этап в решении сложнейшей и труднейшей проблемы. Это был, без всякого преувеличения, трудовой подвиг ученых, инженеров и рабочих, создавших первый реактор и, что не менее важно, урановую и графитовую промышленность. Выполненные на реакторе Ф-1 исследования имели огромное значение. Были измерены основные ядерные константы, определена оптимальная решетка для первого промышленного реактора, уточнены его расчетные характеристики, изучены вопросы управления и регулирования, безопасности и средств защиты от излучений. В октябре 1944 г. был получен искусственный элемент плутоний путем облучения соединений урана радийбериллиевым источником в мизерном (индикаторном) количестве, а затем на московском циклотроне в Лаборатории № 2 в 1945—1946 гг. химик Б.В. Курчатов (брат И.В. Курчатова) выделил из 50 кг соединений урана несколько микрограммов плутония. А после пуска реактора Ф-1, периодически работая на повышенных мощностях, Б.В. Курчатов активно участвовал в выделении 23,5 мкг плутония из десятков килограммов облученных урановых блоков.
С помощью действовавшего реактора Ф-1 был разработан метод количественного контроля (по изменению реактивности) физических свойств урана, графита и уранграфитовых решеток. По этому методу проверялось качество урана, графита и других изделий, выпускавшихся для первого промышленного реактора.
1.7. Промышленный реактор
Интересно отметить, что проектирование первого промышленного реактора по указанию И.В. Курчатова было начато еще до пуска реактора Ф-1 – настолько он был уверен в положительном исходе пуска Ф-1, да и сроки поджимали. Курчатову не хотелось терять время. И он с огромным риском, в том числе и лично для себя, пошел на то, чтобы как главный научный руководитель работ по ядерной проблеме приступить к проектированию и потом к строительству крупнейшего промышленного ядерного уранграфитового реактора, а затем и сложнейшего радиохимического завода по разработкам В.Г. Хлопина (РИАН).
К этому времени И.В. Курчатов имел большой теоретический багаж и, кроме того, разведывательные данные о ходе работ по использованию ядерной энергии в военных целях в Англии и США. Пройденные этапы работ по Манхэттенскому проекту в США внушали ему уверенность.
В марте 1946 г. (а Ф-1 был пущен в декабре 1946 г.) в конструкторских бюро под руководством И.В. Курчатова началась параллельная разработка двух вариантов промышленного реактора – в горизонтальном и вертикальном исполнении. Главным конструктором вертикального реактора был Н.А. Доллежаль, директор НИИ химического машиностроения, а горизонтального – Б.М. Шелкович, руководитель конструкторского бюро Подольского машиностроительного завода.
В Лаборатории № 2 шла усиленная работа и по изучению возможности получения горючего высокообогащенного изотопом урана-235. О состоянии работ по этому направлению было доложено на Техническом совете в первых числах сентября 1945 г. Шла разработка нескольких выбранных технологий:
• газодиффузионного метода (руководитель профессор, чл.-корр. И.К. Кикоин);
• электромагнитного метода (руководитель профессор, чл.-корр. Л.А. Арцимович);
• термодиффузии (руководитель чл.-корр. А.П.Александров).
В конце 1945 г. Спецкомитет принял решение о привлечении в целях ускорения работ оборонных отраслей промышленности с их конструкторами и технологами.
Для ускорения работ по разработке метода газовой диффузии 27 декабря 1945 г. правительством было принято решение об организации Особого конструкторского бюро на Кировском заводе в Ленинграде (ОКБ ЛКЗ) – начальник Д.В. Ефремов, главный конструктор С.А. Аркин[2]; Горьковском (Нижний Новгород) машиностроительном заводе (ОКБ ГМЗ) – директор А.С. Еляном, главный конструктор АН. Савин. ЛКЗ обладал большим опытом в турбостроении, а ГМЗ – в области создания артиллерийских систем.
С первых месяцев 1946 г. обе эти конструкторские организации интенсивно включились в работу. Научное руководство разработками диффузионного метода было возложено на трех ученых: Н.К. Кикоина – физика процессов, Н.Н. Вознесенского – инженерные решения, С.Л. Соболева – расчетно-теоретические работы.
Для решения смежных вопросов, таких как производство гексафторида урана, обеспечение электрооборудованием и контрольно-измерительными приборами, разработка и изготовление подшипников, специальной смазки для них, обеспечение оборудованием вакуумной техники и многие другие, были привлечены предприятия и институты различных ведомств.
Отечественного опыта, накопленного в лабораториях страны до 1946 г., явно нехватало, хотя научный задел и был. Так, в 1934 г. А.Н. Бродский впервые получил небольшое количество тяжелой воды (дейтерия) методом электролиза. В конце 1930-х годов немецкий ученый-эмигрант Ф. Ланге в Харьковском физико-техническом институте провел лабораторные опыты с применением горизонтальной высокооборотной центрифуги в целях разделения изотопов отдельных веществ. В 1945 г. эта установка Ланге была перебазирована в Москву, в Лабораторию № 2 к Н.К. Кикоину. В 1944—1945 гг. Л.А. Арцимович, разрабатывая электромагнитный метод разделения изотопов урана на ионах его фтористого соединения, установил возможность развития этого метода. Некоторый успех сопутствовал исследованиям по разделению гексафторида урана диффузией против потока пара, которые проводил Д.Л. Симоненко в Лаборатории № 2. Образцы с заметным обогащением по урану-235 были получены в 1947 г.
Вопрос о выборе метода промышленного получения высокообогащенного изотопом урана-235 после длительных обсуждений решился в пользу диффузионного метода.
Появившаяся в США в 1945 г. и переведенная на русский язык книга Г.Д. Смита «Атомная энергия для военных целей», как официальный отчет о разработке ядерной бомбы под наблюдением правительства США, принесла нашим специалистам несомненную пользу. Смит указывал, что серьезным изучением метода диффузии в США занялись с середины 1941 г. «В конце 1941 г. была в принципе доказана возможность разделения шестифтористого урана посредством одноступенчатой диффузионной установки с пористыми перегородками... Для людей, работавших по газовой диффузии, период до 1945 г. был наполнен упорным трудом... Вероятно больше, чем какая-либо другая группа в Манхэттенском проекте, группа, работавшая над газовой диффузией, заслуживает награды за храбрость и настойчивость, так же как и за научные и технические дарования» (курсив. наш – А.Г.).
С января 1943 г. в США была разрешена постройка завода в долине реки Теннесси, в Клинтоне. Ядерная бомба, сброшенная 6 августа 1945 г. на Хиросиму, была изготовлена из высокообогащенного урана. Таким образом, решение научно-технического совета о выборе диффузионного метода подтверждалась опытом США.
Научный руководитель инженерных разработок диффузионной технологии, заведующий кафедрой гидромашин Ленинградского политехнического института профессор И.Н. Вознесенский в начале 1946 г. выдал ОКБ Горьковского машиностроительного завода техническое задание на создание и изготовление стенда для отработки конструкции гидравлического уплотнения вращающего вала. Одновременно ОКБ Кировского завода получило от Вознесенского задание на создание 24-ступенчатой диффузионной машины.
Параллельно был подготовлен технический проект 30-ступенчатого агрегата, который Вознесенский передал для рабочего проектирования ОКБ ГМЗ. Но там полученный проект забраковали как нетехнологичный и непригодный к серийному производству. Горьковский механический завод совместно с конструкторами под руководством И.Н. Вознесенского приступил к разработке нового проекта. Главной задачей было выиграть время, поэтому, чтобы не терять ни одного дня, решили превращать чертежи сразу в металл, не боясь неизбежных переделок. Планировалось изготовить два таких агрегата. Заказу на ГМЗ была дана «зеленая улица». Главным конструктором этой системы, получившей индекс НВК ЗИС-30, правительство назначило И.Н. Вознесенского, а его заместителем – А.И. Савина, главного конструктора артиллерийского производства ГМЗ.
Однако к концу 1946 г. и в ОКБ ЛКЗ, и в ОКБ ГМЗ пришли к однозначному выводу, что принятая и столь энергично продвигаемая концепция многоступенчатой машины ошибочна, она заводит в тупик. Появившийся отчет Г.Д. Смита показал, что по примеру американцев целесообразно разрабатывать одноступенчатые машины и число их должно быть очень большим. С вертикальной компоновкой такая система становится технологичной.
Беды и неудачи этим не ограничивались, они еще были впереди.
Пуск и освоение физического реактора Ф-1 в конце декабря 1946 г. означали, что этап накопления и освоения необходимых данных и, главное, материальных условий (в смысле получения высокочистого графита и урановых блоков) завершился и что предстоят огромные трудности в создании особой, невиданной отрасли промышленности, такой как ядерная индустрия. Для тысяч людей наступало время напряженной многомесячной работы, требовавшей огромных расходов как денежных, так и материальных средств страны.
США – наш первейший и лучший союзник в борьбе с гитлеровской Германией – становились потенциальным противником, имевшим в распоряжении своей армии ядерное вооружение.
Между тем наша страна, взявшись за создание ядерного оружия, не имела у себя не только на складах, но и в своих земных недрах известных ресурсов природного урана. Хотя еще до войны Урановая комиссия пыталась обнаружить запасы урановых руд, и в 1940 г. академик А.Е. Ферсман докладывал, что приняты меры, чтобы к 1942 г. добиться добычи урановых руд в объеме 4 т в год. Однако война 1941—1945 гг. нарушила эти планы, да и не только эти. Природного урана в стране не было даже для загрузки малого опытного ядерного реактора Ф-1.
После разгрома Германии в районы, занятыми нашими войсками, была направлена специальная комиссия под руководством А.П. Завенягина и ряда специалистов, которая обнаружила в восточной зоне Германии 100 т урана. В конце 1945 г., как уже было сказано ранее, он был доставлен в г. Электросталь на завод № 12, где из него получили урановые брикеты, а затем и урановые блоки для загрузки реактора Ф-1. В 1945 г. Рудоуправление № 6 в Средней Азии выдало 7 т урановых солей, а в 1946 г. – 40%-ный концентрат солей урана в количестве 20 т. Но для питания промышленного реактора этого было слишком мало.
Итак, потребовалось создание специализированной горнорудной промышленности для добычи урановой руды.
Многие несведущие люди полагали, что для создания ядерной бомбы достаточно иметь хорошую лабораторную базу, специалистов, теоретиков и экспериментаторов, кое-какое оборудование, приборы – и бомба будет изготовлена. Но приведенные факты – примеры получения урановых блоков – показали, что дело обстояло далеко не так. Да, конечно, нужны были хорошо оснащенные лаборатории, которые укомплектованы отлично подобранными специалистами, они всегда нужны, но главное – необходима была широкоразвитая и мощная индустрия для получения делящихся ядерных материалов – плутония и высокообогащенного урана. А для этого нужны специализированные крупные заводы, комбинаты и хорошо развитая горнодобывающая, металлургическая и химическая промышленность. Нужен был центр по созданию ядерных зарядов, нужна теория ядерных взрывов, словом, нужен хорошо оснащенный и оборудованием, и специалистами высоких квалификаций, теоретиками и экспериментаторами, занимающимися натурной отработкой взрывных устройств, – ядерный центр. А на все это требовались средства, материальные ресурсы, причем огромные.
Страна туго затянула пояс, были сокращены государственные вложения даже по статьям прямых расходов для улучшения жизни народа. Были приостановлены многие и очень необходимые для страны восстановительные работы по поднятию из руин городов и сел. В 1980 г. президент АН СССР А. П. Александров писал: «Теперь можно открыто и прямо сказать, что значительная доля трудностей, пережитых нашим народом в первые послевоенные годы, была связана с необходимостью мобилизовать огромные людские и материальные ресурсы, с тем чтобы сделать все возможное для успешного завершения в кратчайшие сроки научных исследований и технических проектов для производства ядерного оружия.».
Но ведь так и не было сказано, сколько для этого потребовалось материалов, оборудования, денежных средств, скольких наших людей привело к гибели – ученых, специалистов, рабочих, отдавших свое здоровье и жизнь только для достижения поставленных целей. О том, какие большие дозы радиоактивного облучения получали наши первопроходцы – ученые, инженеры и рабочие, создававшие условия для снаряжения делящимися веществами ядерных бомб, будет рассказано ниже в разд. 1.9.
8 декабря 1944 г. ГКО принял решение о создании в Средней Азии крупного уранодобывающего Комбината № 6 на базе месторождений Таджикистана, Киргизии и Узбекистана.
В системе НКВД было организовано 9-е управление (Управление военных институтов, начальник А.П. Завенягин – заместитель наркома по строительству). Этому же управлению был также подчинен Главпромстрой НКВД (начальник А.Н. Комаровский), которому и было поручено строительство объектов уранодобывающего Комбината № 6. После организации Первого главного управления Комбинат № 6 и НИИ-9 были переданы 1 октября 1945 г. из системы НКВД в подчинение ему. В последующем сырьевая урановая база страны – Комбинат № 6 – состоял из Табашарского, Адрасманского, Майлисуйского, Уйгурского и Тюямуюнского рудоуправлений.
Отсутствие природного урана для промышленных реакторов и питания газодиффузионного завода сделали строительство комбината первоочередной задачей. Только на I квартал 1946 г. Комбинату № 6 (Средняя Азия) было выделено 12 млн руб.
О масштабе строительных работ, осуществлявшихся Главпромстроем (А.Н. Комаровский), можно судить по расходованию средств в I квартале 1946 г.:
• Комбинату № 817 (Южный Урал) выделено 10 млн руб. для строительства промышленного ядерного реактора;
• ЛИПАН (Лаборатории № 2) – 7 млн руб.;
• Комбинату № 813 (Средний Урал) – 5 млн руб. для строительства газодиффузионного завода.
К 1945 г. добыча урановых руд в СССР была явно ниже требуемого количества. Геологоразведочные работы также не приносили удовлетворения – несколько новых месторождений не содержали достаточного количества урана. Нужда заставила повернуть взоры на Запад. В Чехии в районе Яхимово уран добывали еще в прошлом веке. 23 ноября 1945 г. с Чехословакией был заключен договор, предусматривающий развитие яхимовских рудников и поставку добываемой руды на советские предприятия. В октябре 1946 г. аналогичный договор был заключен с восточной зоной Германии. Впоследствии на территории ГДР было создано советско-немецкое акционерное общество «Висмут» по добыче урановой руды и поставке ее в СССР. Таким образом, первые годы после организации ПГУ в основном обеспечивалось за счет чехословацких и немецких урановых руд.
В последующие годы геологоразведочные работы по поиску урановых месторождений развернулись широким фронтом по всей территории СССР и привели в конце концов к тому, что страна была полностью и с избытком обеспечена урановыми рудами.
Надо отметить, что после организации в 1945 г. Специального комитета под руководством Л.П. Берии и ПГУ под начальством Б.Л. Ванникова 1946 г. стал решающим в истории создания ядерной промышленности. Был сооружен первый московский циклотрон, 25 декабря 1946 г. в 18.00 в Лаборатории № 2 запущен первый опытный физический реактор Ф-1 (без преувеличения можно сказать – любимое детище Курчатова).
Значение пуска физического реактора было велико не только в чисто научном отношении. Как отмечал в своих воспоминаниях М.Г. Первухин: «...пуск реактора вселил уверенность во всех ученых, инженеров и конструкторов, которые работали над ядерной проблемой. Он подтвердил, что мы стоим на правильном пути. Это было очень важно, ибо среди привлеченных к ядерным делам специалистов было немало таких, которые не верили в положительный результат наших усилий. После этого все работы пошли гораздо успешнее и быстрее».
Удачный запуск Ф-1 позволил приступить к проектированию и строительству первого промышленного ядерного реактора на Южном Урале, выдавшем необходимое количество плутония для снаряжения первой ядерной бомбы. Началось строительство первого газодиффузионного завода, хотя к этому времени не было ни изготовлено, ни поставлено специальное оборудование. Все было в проектах и поисках. Но время торопило – пришлось ставить телегу впереди лошади, а отсюда просчеты, провалы и лишние расходы. Но, как известно, в науке часто бывает, что опыт выходит неудачным, тупиковым, но и отрицательный результат – тоже результат, значит, надо идти другим путем. Так получилось, когда пришлось отказаться от многоступенчатой диффузионной машины и перейти на одноступенчатую.
К концу 1946 г. И.В. Курчатов сумел собрать в Центре ядерной науки и техники – Лаборатории № 2 (ЛИПАН) очень серьезный и высококвалифицированный коллектив ученых и инженеров.
К этому времени И.В. Курчатов имел большой теоретический багаж и, кроме того, разведывательные данные о ходе работ по использованию ядерной энергии в военных целях в Англии и США. Пройденные этапы работ по Манхэттенскому проекту в США внушали ему уверенность.
В марте 1946 г. (а Ф-1 был пущен в декабре 1946 г.) в конструкторских бюро под руководством И.В. Курчатова началась параллельная разработка двух вариантов промышленного реактора – в горизонтальном и вертикальном исполнении. Главным конструктором вертикального реактора был Н.А. Доллежаль, директор НИИ химического машиностроения, а горизонтального – Б.М. Шелкович, руководитель конструкторского бюро Подольского машиностроительного завода.
В Лаборатории № 2 шла усиленная работа и по изучению возможности получения горючего высокообогащенного изотопом урана-235. О состоянии работ по этому направлению было доложено на Техническом совете в первых числах сентября 1945 г. Шла разработка нескольких выбранных технологий:
• газодиффузионного метода (руководитель профессор, чл.-корр. И.К. Кикоин);
• электромагнитного метода (руководитель профессор, чл.-корр. Л.А. Арцимович);
• термодиффузии (руководитель чл.-корр. А.П.Александров).
В конце 1945 г. Спецкомитет принял решение о привлечении в целях ускорения работ оборонных отраслей промышленности с их конструкторами и технологами.
Для ускорения работ по разработке метода газовой диффузии 27 декабря 1945 г. правительством было принято решение об организации Особого конструкторского бюро на Кировском заводе в Ленинграде (ОКБ ЛКЗ) – начальник Д.В. Ефремов, главный конструктор С.А. Аркин[2]; Горьковском (Нижний Новгород) машиностроительном заводе (ОКБ ГМЗ) – директор А.С. Еляном, главный конструктор АН. Савин. ЛКЗ обладал большим опытом в турбостроении, а ГМЗ – в области создания артиллерийских систем.
С первых месяцев 1946 г. обе эти конструкторские организации интенсивно включились в работу. Научное руководство разработками диффузионного метода было возложено на трех ученых: Н.К. Кикоина – физика процессов, Н.Н. Вознесенского – инженерные решения, С.Л. Соболева – расчетно-теоретические работы.
Для решения смежных вопросов, таких как производство гексафторида урана, обеспечение электрооборудованием и контрольно-измерительными приборами, разработка и изготовление подшипников, специальной смазки для них, обеспечение оборудованием вакуумной техники и многие другие, были привлечены предприятия и институты различных ведомств.
Отечественного опыта, накопленного в лабораториях страны до 1946 г., явно нехватало, хотя научный задел и был. Так, в 1934 г. А.Н. Бродский впервые получил небольшое количество тяжелой воды (дейтерия) методом электролиза. В конце 1930-х годов немецкий ученый-эмигрант Ф. Ланге в Харьковском физико-техническом институте провел лабораторные опыты с применением горизонтальной высокооборотной центрифуги в целях разделения изотопов отдельных веществ. В 1945 г. эта установка Ланге была перебазирована в Москву, в Лабораторию № 2 к Н.К. Кикоину. В 1944—1945 гг. Л.А. Арцимович, разрабатывая электромагнитный метод разделения изотопов урана на ионах его фтористого соединения, установил возможность развития этого метода. Некоторый успех сопутствовал исследованиям по разделению гексафторида урана диффузией против потока пара, которые проводил Д.Л. Симоненко в Лаборатории № 2. Образцы с заметным обогащением по урану-235 были получены в 1947 г.
Вопрос о выборе метода промышленного получения высокообогащенного изотопом урана-235 после длительных обсуждений решился в пользу диффузионного метода.
Появившаяся в США в 1945 г. и переведенная на русский язык книга Г.Д. Смита «Атомная энергия для военных целей», как официальный отчет о разработке ядерной бомбы под наблюдением правительства США, принесла нашим специалистам несомненную пользу. Смит указывал, что серьезным изучением метода диффузии в США занялись с середины 1941 г. «В конце 1941 г. была в принципе доказана возможность разделения шестифтористого урана посредством одноступенчатой диффузионной установки с пористыми перегородками... Для людей, работавших по газовой диффузии, период до 1945 г. был наполнен упорным трудом... Вероятно больше, чем какая-либо другая группа в Манхэттенском проекте, группа, работавшая над газовой диффузией, заслуживает награды за храбрость и настойчивость, так же как и за научные и технические дарования» (курсив. наш – А.Г.).
С января 1943 г. в США была разрешена постройка завода в долине реки Теннесси, в Клинтоне. Ядерная бомба, сброшенная 6 августа 1945 г. на Хиросиму, была изготовлена из высокообогащенного урана. Таким образом, решение научно-технического совета о выборе диффузионного метода подтверждалась опытом США.
Научный руководитель инженерных разработок диффузионной технологии, заведующий кафедрой гидромашин Ленинградского политехнического института профессор И.Н. Вознесенский в начале 1946 г. выдал ОКБ Горьковского машиностроительного завода техническое задание на создание и изготовление стенда для отработки конструкции гидравлического уплотнения вращающего вала. Одновременно ОКБ Кировского завода получило от Вознесенского задание на создание 24-ступенчатой диффузионной машины.
Параллельно был подготовлен технический проект 30-ступенчатого агрегата, который Вознесенский передал для рабочего проектирования ОКБ ГМЗ. Но там полученный проект забраковали как нетехнологичный и непригодный к серийному производству. Горьковский механический завод совместно с конструкторами под руководством И.Н. Вознесенского приступил к разработке нового проекта. Главной задачей было выиграть время, поэтому, чтобы не терять ни одного дня, решили превращать чертежи сразу в металл, не боясь неизбежных переделок. Планировалось изготовить два таких агрегата. Заказу на ГМЗ была дана «зеленая улица». Главным конструктором этой системы, получившей индекс НВК ЗИС-30, правительство назначило И.Н. Вознесенского, а его заместителем – А.И. Савина, главного конструктора артиллерийского производства ГМЗ.
Однако к концу 1946 г. и в ОКБ ЛКЗ, и в ОКБ ГМЗ пришли к однозначному выводу, что принятая и столь энергично продвигаемая концепция многоступенчатой машины ошибочна, она заводит в тупик. Появившийся отчет Г.Д. Смита показал, что по примеру американцев целесообразно разрабатывать одноступенчатые машины и число их должно быть очень большим. С вертикальной компоновкой такая система становится технологичной.
Беды и неудачи этим не ограничивались, они еще были впереди.
Пуск и освоение физического реактора Ф-1 в конце декабря 1946 г. означали, что этап накопления и освоения необходимых данных и, главное, материальных условий (в смысле получения высокочистого графита и урановых блоков) завершился и что предстоят огромные трудности в создании особой, невиданной отрасли промышленности, такой как ядерная индустрия. Для тысяч людей наступало время напряженной многомесячной работы, требовавшей огромных расходов как денежных, так и материальных средств страны.
США – наш первейший и лучший союзник в борьбе с гитлеровской Германией – становились потенциальным противником, имевшим в распоряжении своей армии ядерное вооружение.
Между тем наша страна, взявшись за создание ядерного оружия, не имела у себя не только на складах, но и в своих земных недрах известных ресурсов природного урана. Хотя еще до войны Урановая комиссия пыталась обнаружить запасы урановых руд, и в 1940 г. академик А.Е. Ферсман докладывал, что приняты меры, чтобы к 1942 г. добиться добычи урановых руд в объеме 4 т в год. Однако война 1941—1945 гг. нарушила эти планы, да и не только эти. Природного урана в стране не было даже для загрузки малого опытного ядерного реактора Ф-1.
После разгрома Германии в районы, занятыми нашими войсками, была направлена специальная комиссия под руководством А.П. Завенягина и ряда специалистов, которая обнаружила в восточной зоне Германии 100 т урана. В конце 1945 г., как уже было сказано ранее, он был доставлен в г. Электросталь на завод № 12, где из него получили урановые брикеты, а затем и урановые блоки для загрузки реактора Ф-1. В 1945 г. Рудоуправление № 6 в Средней Азии выдало 7 т урановых солей, а в 1946 г. – 40%-ный концентрат солей урана в количестве 20 т. Но для питания промышленного реактора этого было слишком мало.
Итак, потребовалось создание специализированной горнорудной промышленности для добычи урановой руды.
Многие несведущие люди полагали, что для создания ядерной бомбы достаточно иметь хорошую лабораторную базу, специалистов, теоретиков и экспериментаторов, кое-какое оборудование, приборы – и бомба будет изготовлена. Но приведенные факты – примеры получения урановых блоков – показали, что дело обстояло далеко не так. Да, конечно, нужны были хорошо оснащенные лаборатории, которые укомплектованы отлично подобранными специалистами, они всегда нужны, но главное – необходима была широкоразвитая и мощная индустрия для получения делящихся ядерных материалов – плутония и высокообогащенного урана. А для этого нужны специализированные крупные заводы, комбинаты и хорошо развитая горнодобывающая, металлургическая и химическая промышленность. Нужен был центр по созданию ядерных зарядов, нужна теория ядерных взрывов, словом, нужен хорошо оснащенный и оборудованием, и специалистами высоких квалификаций, теоретиками и экспериментаторами, занимающимися натурной отработкой взрывных устройств, – ядерный центр. А на все это требовались средства, материальные ресурсы, причем огромные.
Страна туго затянула пояс, были сокращены государственные вложения даже по статьям прямых расходов для улучшения жизни народа. Были приостановлены многие и очень необходимые для страны восстановительные работы по поднятию из руин городов и сел. В 1980 г. президент АН СССР А. П. Александров писал: «Теперь можно открыто и прямо сказать, что значительная доля трудностей, пережитых нашим народом в первые послевоенные годы, была связана с необходимостью мобилизовать огромные людские и материальные ресурсы, с тем чтобы сделать все возможное для успешного завершения в кратчайшие сроки научных исследований и технических проектов для производства ядерного оружия.».
Но ведь так и не было сказано, сколько для этого потребовалось материалов, оборудования, денежных средств, скольких наших людей привело к гибели – ученых, специалистов, рабочих, отдавших свое здоровье и жизнь только для достижения поставленных целей. О том, какие большие дозы радиоактивного облучения получали наши первопроходцы – ученые, инженеры и рабочие, создававшие условия для снаряжения делящимися веществами ядерных бомб, будет рассказано ниже в разд. 1.9.
8 декабря 1944 г. ГКО принял решение о создании в Средней Азии крупного уранодобывающего Комбината № 6 на базе месторождений Таджикистана, Киргизии и Узбекистана.
В системе НКВД было организовано 9-е управление (Управление военных институтов, начальник А.П. Завенягин – заместитель наркома по строительству). Этому же управлению был также подчинен Главпромстрой НКВД (начальник А.Н. Комаровский), которому и было поручено строительство объектов уранодобывающего Комбината № 6. После организации Первого главного управления Комбинат № 6 и НИИ-9 были переданы 1 октября 1945 г. из системы НКВД в подчинение ему. В последующем сырьевая урановая база страны – Комбинат № 6 – состоял из Табашарского, Адрасманского, Майлисуйского, Уйгурского и Тюямуюнского рудоуправлений.
Отсутствие природного урана для промышленных реакторов и питания газодиффузионного завода сделали строительство комбината первоочередной задачей. Только на I квартал 1946 г. Комбинату № 6 (Средняя Азия) было выделено 12 млн руб.
О масштабе строительных работ, осуществлявшихся Главпромстроем (А.Н. Комаровский), можно судить по расходованию средств в I квартале 1946 г.:
• Комбинату № 817 (Южный Урал) выделено 10 млн руб. для строительства промышленного ядерного реактора;
• ЛИПАН (Лаборатории № 2) – 7 млн руб.;
• Комбинату № 813 (Средний Урал) – 5 млн руб. для строительства газодиффузионного завода.
К 1945 г. добыча урановых руд в СССР была явно ниже требуемого количества. Геологоразведочные работы также не приносили удовлетворения – несколько новых месторождений не содержали достаточного количества урана. Нужда заставила повернуть взоры на Запад. В Чехии в районе Яхимово уран добывали еще в прошлом веке. 23 ноября 1945 г. с Чехословакией был заключен договор, предусматривающий развитие яхимовских рудников и поставку добываемой руды на советские предприятия. В октябре 1946 г. аналогичный договор был заключен с восточной зоной Германии. Впоследствии на территории ГДР было создано советско-немецкое акционерное общество «Висмут» по добыче урановой руды и поставке ее в СССР. Таким образом, первые годы после организации ПГУ в основном обеспечивалось за счет чехословацких и немецких урановых руд.
В последующие годы геологоразведочные работы по поиску урановых месторождений развернулись широким фронтом по всей территории СССР и привели в конце концов к тому, что страна была полностью и с избытком обеспечена урановыми рудами.
Надо отметить, что после организации в 1945 г. Специального комитета под руководством Л.П. Берии и ПГУ под начальством Б.Л. Ванникова 1946 г. стал решающим в истории создания ядерной промышленности. Был сооружен первый московский циклотрон, 25 декабря 1946 г. в 18.00 в Лаборатории № 2 запущен первый опытный физический реактор Ф-1 (без преувеличения можно сказать – любимое детище Курчатова).
Значение пуска физического реактора было велико не только в чисто научном отношении. Как отмечал в своих воспоминаниях М.Г. Первухин: «...пуск реактора вселил уверенность во всех ученых, инженеров и конструкторов, которые работали над ядерной проблемой. Он подтвердил, что мы стоим на правильном пути. Это было очень важно, ибо среди привлеченных к ядерным делам специалистов было немало таких, которые не верили в положительный результат наших усилий. После этого все работы пошли гораздо успешнее и быстрее».
Удачный запуск Ф-1 позволил приступить к проектированию и строительству первого промышленного ядерного реактора на Южном Урале, выдавшем необходимое количество плутония для снаряжения первой ядерной бомбы. Началось строительство первого газодиффузионного завода, хотя к этому времени не было ни изготовлено, ни поставлено специальное оборудование. Все было в проектах и поисках. Но время торопило – пришлось ставить телегу впереди лошади, а отсюда просчеты, провалы и лишние расходы. Но, как известно, в науке часто бывает, что опыт выходит неудачным, тупиковым, но и отрицательный результат – тоже результат, значит, надо идти другим путем. Так получилось, когда пришлось отказаться от многоступенчатой диффузионной машины и перейти на одноступенчатую.
К концу 1946 г. И.В. Курчатов сумел собрать в Центре ядерной науки и техники – Лаборатории № 2 (ЛИПАН) очень серьезный и высококвалифицированный коллектив ученых и инженеров.
1.8. Трудности эксплуатации первого промышленного реактора
Непрерывная работа промышленного реактора (реактора «А») требовала надежной эксплуатации систем управления и защиты, безотказной работы систем контроля температуры и расхода воды в каждом технологическом канале (ТК). В зависимости от распределения мощности по радиусу и высоте активной зоны реактора тепловые нагрузки на урановые блоки сильно различались. Для различных зон реактора устанавливались свои пределы срабатывания от расхода и подачи воды (СРВ и ПРВ соответственно) аварийной защиты – заглушение реактора при недопустимой динамике изменений расхода воды, охлаждающей урановые блоки. Коррозия алюминиевых труб в технологическом канале и оболочек урановых блоков, а также их эрозионный размыв приводили к неприятным факторам, связанным с появлением в воде радиоактивности. Появление влаги в графитовой кладке требовало замены каналов и перегрузки урановых блоков. Наличие влаги в графите изменяло его физические свойства, а при сильном замачивании графитовой кладки реактора могла прекратиться цепная ядерная реакция. Поэтому графит в таком случае требовалось сушить; применение системы воздушной продувки реактора через зазоры графита в ТК затягивало сушку на многие часы. Реактор не работал и не выполнял свои функции наработчика плутония.
Все эти неприятности имели место в первые недели и месяцы эксплуатации реактора. Были случаи и образования так называемых козлов, когда разрушенные по разным причинам урановые блоки спекались с графитом. На реакторе «А» впервые были выявлены такие эффекты, как распухание урана и графита под действием нейтронов. Эти эффекты изучались А.Г. Ланиным, Г.И. Клименковым и другими специалистами Комбината № 817 и институтов под личным руководством сначала И.В. Курчатова, а позднее А.А. Бочвара, С.И. Конобеевского и др.
Крупнейшая авария на реакторе произошла в первые сутки его работы. 19 июня 1948 г. в 24 ч начальник лаборатории «Д» на площадке влагосигнализации зарегистрировал повышенную радиоактивность воздуха. Выяснили, что в ячейке 17—20 (в центре активной зоны) из-за приоткрытого клапана холостого хода в технологическом канале расход охлаждающей уран воды недостаточен. Реактор пришлось остановить, а оставшиеся в графитовой кладке разрушенные урановые блоки частично извлечь, применяя и фрезеровку ячеек. Работы велись до 30 июля 1948 г.
Вскоре в реакторе в ячейке 28—18 был обнаружен второй «козел». Реактор требовалось опять остановить и, следовательно, прекратить наработку плутония. Однако Б.Л. Ванников и И.В. Курчатов приняли решение ликвидировать «козла» на работающем реакторе. Это приводило к загрязнению помещений, переоблучению сменного персонала и бригады ремонтников, к попаданию воды в кладку, так как инструмент по расчистке ячеек требовалось охлаждать. Наличие воды в графитовой кладке при ее контакте с алюминиевыми трубами вызывало их коррозию, и к концу года началась массовая течь каналов. 20 января 1949 г. реактор все же остановили для капитального ремонта.
Особо сложной в то время была проблема, обусловленная малой добычей природного урана. Как известно, при первой загрузке промышленного реактора использовали уран, вывезенный после войны из Германии. Как отмечал Ю.Б. Харитон: «В 1945 г. в Германию была послана комиссия. Возглавлял ее Завенягин . Вместе с Кикоиным мы начали искать уран в Германии . На границе с американской зоной нам все-таки удалось обнаружить приблизительно 100 т урана. Это позволило нам сократить сроки создания первого промышленного реактора на год». Этот вывод очень условен, так как 100 т было недостаточно для загрузки реактора Ф-1 и реактора «А».
В поставленных в реактор алюминиевых каналах в первой загрузке не была сделана анодировка поверхности труб. Нз-за контакта «графит—вода—алюминий» возник интенсивный коррозионный процесс. Эксплуатировать реактор с этими трубами стало невозможно. Возникла сложнейшая проблема замены каналов и сохранения урановых блоков. Разгрузить урановые блоки через сконструированную систему разгрузки было возможно. Прохождение их вниз по технологическому тракту «канал—шахта разгрузки—кюбель—бассейн выдержки» привело бы к механическим повреждениям оболочек блоков, не допускающим повторную загрузку их в реактор. А запасная загрузка урана в то время была невозможна, так как количества добываемого урана было еще недостаточно.
Нужно было сохранить уже частично облученные, но сильно радиоактивные урановые блоки. По предложению А.П. Завенягина попытались извлечь разрушенные трубы и, оставив в графитовых трактах урановые блоки, поставить новые, анодированные трубы. Однако сделать это оказалось невозможно, так как при извлечении разрушенных труб, которые имели для центровки урановых блоков внутренние ребра, центровка столба блоков нарушилась – блоки смещались к стенкам графитовых кирпичей.
Работники службы главного механика реактора В.П. Григорьев и Н.А. Садовников по предложению Г.В. Крутикова разработали приспособления – штанги, которые позволяли с помощью специальных присосок извлекать урановые блоки из разрушенных технологических труб через верх в центральный зал реактора. Пришлось переобучивать участников извлечения блоков. Предстояло выбирать: либо остановить реактор на длительный период, который, по оценке Ю.Б. Харитона, мог составить один год, либо спасти урановую загрузку и сократить потери в наработке плутония. Руководство ПГУ и научные руководители приняли второе решение. К этой «грязной» операции привлекли весь мужской персонал объекта. Урановые блоки предполагалось затем использовать для повторной загрузки в новые трубы из алюминиевого сплава с защитным анодированным покрытием. Однако для намокшей графитовой кладки, имеющей в работающем реакторе температуру свыше 100 °С, требовалась сушка перед постановкой в активную зону новых ТК и загрузкой реактора ураном. Обо всем этом было доложено руководителю Специального комитета Л.П. Берия. Курчатов писал: «К первому февраля мы закончили сушку агрегата и достигли равномерного распределения температур по его сечению. Выделение конденсата и пара прекратилось». После выполнения всех работ по перегрузке реактора 26 марта 1949 г. в 13 ч 30 мин начали вывод реактора на проектную мощность.
Все эти неприятности имели место в первые недели и месяцы эксплуатации реактора. Были случаи и образования так называемых козлов, когда разрушенные по разным причинам урановые блоки спекались с графитом. На реакторе «А» впервые были выявлены такие эффекты, как распухание урана и графита под действием нейтронов. Эти эффекты изучались А.Г. Ланиным, Г.И. Клименковым и другими специалистами Комбината № 817 и институтов под личным руководством сначала И.В. Курчатова, а позднее А.А. Бочвара, С.И. Конобеевского и др.
Крупнейшая авария на реакторе произошла в первые сутки его работы. 19 июня 1948 г. в 24 ч начальник лаборатории «Д» на площадке влагосигнализации зарегистрировал повышенную радиоактивность воздуха. Выяснили, что в ячейке 17—20 (в центре активной зоны) из-за приоткрытого клапана холостого хода в технологическом канале расход охлаждающей уран воды недостаточен. Реактор пришлось остановить, а оставшиеся в графитовой кладке разрушенные урановые блоки частично извлечь, применяя и фрезеровку ячеек. Работы велись до 30 июля 1948 г.
Вскоре в реакторе в ячейке 28—18 был обнаружен второй «козел». Реактор требовалось опять остановить и, следовательно, прекратить наработку плутония. Однако Б.Л. Ванников и И.В. Курчатов приняли решение ликвидировать «козла» на работающем реакторе. Это приводило к загрязнению помещений, переоблучению сменного персонала и бригады ремонтников, к попаданию воды в кладку, так как инструмент по расчистке ячеек требовалось охлаждать. Наличие воды в графитовой кладке при ее контакте с алюминиевыми трубами вызывало их коррозию, и к концу года началась массовая течь каналов. 20 января 1949 г. реактор все же остановили для капитального ремонта.
Особо сложной в то время была проблема, обусловленная малой добычей природного урана. Как известно, при первой загрузке промышленного реактора использовали уран, вывезенный после войны из Германии. Как отмечал Ю.Б. Харитон: «В 1945 г. в Германию была послана комиссия. Возглавлял ее Завенягин . Вместе с Кикоиным мы начали искать уран в Германии . На границе с американской зоной нам все-таки удалось обнаружить приблизительно 100 т урана. Это позволило нам сократить сроки создания первого промышленного реактора на год». Этот вывод очень условен, так как 100 т было недостаточно для загрузки реактора Ф-1 и реактора «А».
В поставленных в реактор алюминиевых каналах в первой загрузке не была сделана анодировка поверхности труб. Нз-за контакта «графит—вода—алюминий» возник интенсивный коррозионный процесс. Эксплуатировать реактор с этими трубами стало невозможно. Возникла сложнейшая проблема замены каналов и сохранения урановых блоков. Разгрузить урановые блоки через сконструированную систему разгрузки было возможно. Прохождение их вниз по технологическому тракту «канал—шахта разгрузки—кюбель—бассейн выдержки» привело бы к механическим повреждениям оболочек блоков, не допускающим повторную загрузку их в реактор. А запасная загрузка урана в то время была невозможна, так как количества добываемого урана было еще недостаточно.
Нужно было сохранить уже частично облученные, но сильно радиоактивные урановые блоки. По предложению А.П. Завенягина попытались извлечь разрушенные трубы и, оставив в графитовых трактах урановые блоки, поставить новые, анодированные трубы. Однако сделать это оказалось невозможно, так как при извлечении разрушенных труб, которые имели для центровки урановых блоков внутренние ребра, центровка столба блоков нарушилась – блоки смещались к стенкам графитовых кирпичей.
Работники службы главного механика реактора В.П. Григорьев и Н.А. Садовников по предложению Г.В. Крутикова разработали приспособления – штанги, которые позволяли с помощью специальных присосок извлекать урановые блоки из разрушенных технологических труб через верх в центральный зал реактора. Пришлось переобучивать участников извлечения блоков. Предстояло выбирать: либо остановить реактор на длительный период, который, по оценке Ю.Б. Харитона, мог составить один год, либо спасти урановую загрузку и сократить потери в наработке плутония. Руководство ПГУ и научные руководители приняли второе решение. К этой «грязной» операции привлекли весь мужской персонал объекта. Урановые блоки предполагалось затем использовать для повторной загрузки в новые трубы из алюминиевого сплава с защитным анодированным покрытием. Однако для намокшей графитовой кладки, имеющей в работающем реакторе температуру свыше 100 °С, требовалась сушка перед постановкой в активную зону новых ТК и загрузкой реактора ураном. Обо всем этом было доложено руководителю Специального комитета Л.П. Берия. Курчатов писал: «К первому февраля мы закончили сушку агрегата и достигли равномерного распределения температур по его сечению. Выделение конденсата и пара прекратилось». После выполнения всех работ по перегрузке реактора 26 марта 1949 г. в 13 ч 30 мин начали вывод реактора на проектную мощность.