20 января 1949 года "Аннушку" остановили для капитального ремонта. Наработанного в реакторе плутония было уже достаточно для изготовления одной бомбы. Но для того, чтобы продолжить работу и снова загрузить реактор, требовался уран. А его в необходимом количестве не было, кроме того, что находился внутри "Аннушки". И тогда поступил приказ любой ценой извлечь из реактора весь остававшийся в нем уран. Служба главного механика И. А. Садовского разработала специальные "присоски", с помощью которых стали доставать из реактора урановые блоки. Прямо здесь, в реакторном зале, сидел за столом И. В. Курчатов, осматривал облученные урановые блоки и сортировал их. Здесь же рядом их и складывали. Все, кто находился в это время на "Аннушке", получили огромные дозы радиации.
Восстановленный, заново сложенный первый реактор снова начал работать 26 марта 1949 года.
В истории советского атомного проекта решающим днем стало 29 августа 1949 года. Предстояло испытать первый ядерный заряд. От исхода испытаний зависели судьбы тысяч людей. Если бы взрыв не произошел, можно не сомневаться - Берия организовал бы такое показательное "дело физиков", что советская наука никогда бы не оправилась после столь масштабных репрессий. Пересажали бы всех, кто имел отношение к урановому проекту, а так же членов их семей, друзей и знакомых. И после этого просто некому было бы делать бомбу.
Рано утром специальный подъемник поднял бомбу на верхушку решетчатой железной башни. Клеть подъемника прочно закрепили наверху. После этого были ввернуты капсюли-детонаторы, подсоединены электрические кабели. Подготовка заняла примерно полтора часа. Затем рабочие и инженеры покинули башню, доложили И. В. Курчатову о полной готовности.
Руководители наблюдали за ходом испытаний из специального блиндажа. Небо было затянуто облаками. И вдруг - ослепительная вспышка, словно вспыхнуло солнце. А потом все увидели, как в небо вознесся огромный пыле-газовый столб. И там, куда он поднимался, облака раздались в стороны. Образовалось круглое отверстие, оно продолжало стремительно расширяться, а в него лились лучи уже настоящего солнца.
Вначале все оцепенели. Потом кинулись обниматься. Всех счастливей, казалосб, был Берия. Он обнимал и целовал всех, кто находился в бункере. Легенда гласит, что, немного успокоившись, Берия спросил Курчатова: "Надо как-то назвать ядерный заряд. Есть предложения?" На что Курчатов ответил, что название давно есть, его придумал его заместитель Щелкин. Заряд называется РДС-1 и это расшифровывается как "Россия делает сама". Берия обрадовался и заверил, что такое название, конечно, понравится самому Хозяину.
Любой человек, соприкасавшийся с конструированием, знает, что всякое изделие получает шифр или название ещё на стадии техзадания. Поэтому Берия должен был знать, что заряд называется РДС. Так что легенда вряд ли хоть чуть-чуть соответствует действительности. И как бы красиво ни звучало: "Россия делает сама", но употреблять слово "Россия" в ту эпоху было опрометчиво. Оно употреблялось исключительно как обозначение дореволюционной страны, а применительно к современности могло звучать лишь как Советская Россия, а ещё лучше - Советский Союз. Есть другая расшифровка аббревиатуры РДС - "Реактивный двигатель Сталина". Наверное, её тоже придумали в народе, поскольку чертежи всех бомб остаются засекреченными, соответственно, и все кодовые сокращения до сих пор не раскрываются.
Но главными производителями оружейного плутония стали "Иваны" реакторы серии "И", усовершенствованные "Аннушки".
В марте 1950 года на "Маяке" пущен второй реактор.
В апреле 1951 года - третий реактор.
В октябре 1951 года - четвертый.
В декабре 1951 - пятый.
В сентябре 1952 - шестой.
Конструкция советских реакторов радикально отличалась от американских. В американских реакторах применялось горизонтальное расположение активных урановых элементов. Главный конструктор Н. А. Доллежаль предложил каналы для уран-графитовых стержней расположить вертикально. Этот проект он продвигал вместе с А. П. Александровым, их активно поддержал И. В. Курчатов. В результате первый реактор, построенный по "советской" схеме, проработал сорок лет и был остановлен 16 июня 1987 года. А американские реакторы в Хэнфорде вывели из эксплуатации ещё в 60-е годы.
Есть два вида реакторов - уран-графитовые и на тяжелой воде (дейтерии). Тежеловодные очень сложны по конструкции, требуют большого количества специального оборудования. Тяжелая вода стоит очень дорого, а малейшая протечка чревата радиоактивным заражением. И хотя такие реакторы потребляют урана примерно в десять раз меньше, чем уран-графитовые, фактор времени диктовал условия. Первыми пущенными реакторами стали именно уран-графитовые. Пускал их И. В. Курчатов.
Первый тяжеловодный реактор запустил академик А. И. Алиханов. И этот реактор вполне официально назвали "Людмилой". До этого названия возникли совершенно стихийно. Строились три комплекса единого цикла получения плутония: реактор, радиохимический завод и металлургическое производство. Объекты, как положено, закодировали, но весьма незамысловато - "А", "Б", "В". Реактор "А" вскоре стали называть "Аннушкой". Агрегат электромагнитной сепарации "ЛБ" народ расшифровал как "Лаврентий Берия". Впоследствии стало традицией давать имена новым реакторам. Так появились "Руслан" и "Людмила". "Людмила" в документах называлась "Л-2Ф", что означает "легкий реактор на трубах Филда, вторая модификация". Буква Л и стала поводом для нового имени. "Руслан", естественно, гораздо мощней. Сейчас, когда плутониевое производство практически прекращено и графит-урановые реакторы остановлены, "Людмила" главным образом нарабатывает изотопы для народно-хозяйственного использования. Нередко её называют коммерческим реактором. Это один из вариантов конверсии. Изотопы в большом количестве идут на экспорт.
А вот "Руслан" продолжает работать на оборону. Он разрабатывался и конструировался институтом Доллежаля и Курчатовским центром специально для этих целей и полноценной конверсии подвергнут быть не может. Это уникальный агрегат, подобного которому нет больше в мире. О его конструктивных особенностях говорить пока рано, поскольку они до сих пор засекречены, и выдавать эти ноу-хау просто глупо.
УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ
Сам по себе металлический уран не может служить "взрывчаткой" для ядерных боеприпасов. В военном деле он применяется для изготовления сердечников снарядов и крупнокалиберных пуль. Благодаря своей высокой плотности урановый сердечник имеет повышенные бронебойные качества, но серьезной радиационной опасности не представляет. Ведь в природном уране-238 содержится всего 0, 7% радиоактивного изотопа уран-235, а для постройки атомной бомбы необходимо содержание урана-235 в 90%. Вот почему технологии получения расщепляющихся материалов являются главным этапом в создании атомного оружия.
Но каким способом можно выделить более легкие атомы урана-235 из массы урана-238? Ведь разница между ними всего три "атомных единички". Один из способов - электромагнитная сепарация. Он основан на свойстве более легких частиц сильнее отклоняться в магнитном поле. Если ускорить ионы урана и пустить в сильное электромагнитное поле, то они будут двигаться по дуге. При этом более легкие ионы урана-235 отклонятся сильнее и попадут в специально предназначенную для них ловушку.
Другой способ - газовая диффузия. Он основан на свойстве молекул газов с разным удельным весом по-разному диффундировать (проникать) сквозь пористые перегородки (фильтры). Разделение изотопов производится ступенчато. Это значит, что пройдя фильтр, газ попадает на следующую ступень очистки, где снова диффундирует через фильтр. Таким образом он проходит через целый каскад ступеней, и после каждой содержание более легкого изотопа уран-235 в общей массе газа увеличивается. Чем длиннее цепочка ступеней, тем выше концентрация. Этот способ хорош ещё и тем, что процесс может быть прерван на любой ступени, и таким образом можно получить уран необходимой степени очистки (обогащения) - хоть с полуторапроцентным содержанием урана-235, хоть с 90%-ным. Это предельная концентрация, более высокое содержание урана-235 влечет возникновение самопроизвольной цепной реакции.
В сентябре 1945 года на Техническом совете Спецкомитета была утверждена программа работ по строительству одного предприятия по производству высокообогащенного урана и одного по наработке плутония. Тогда же был утвержден на должность руководителя разработок газодиффузионного метода разделения изотопов профессор Исаак Константинович Кикоин. За инженерные проблемы отвечал профессор Ленинградского политехнического института И. Н. Вознесенский, а за расчетно-теоретические работы С. Л. Соболев, заместитель И. В. Курчатова по Лаборатории №2. К тематическим работам были привлечены многие научные учреждения, в том числе Уральский индустриальный институт по теме "Разработка сеток для диффузионного разделения изотопов".
1 декабря 1945 года было подписано постановление правительства о строительстве объекта Д-1. Сроки определили самые жесткие: начало эксплуатации объекта Д-1 - 1948 год, работа по полной схеме - 1949 год.
Площадку для уранового завода подобрали быстро. И. К. Кикоину приглянулся небольшой поселок возле станции Верх-Нейвинск на пути из Свердловска в Нижний Тагил. Здесь в 1941-43 годах был построен завод по производству авиационных шасси и небольшой жилой поселок. Имелся Верх-Нейвинский пруд, объемом 35 миллионов кубометров воды, столь необходимой для технологического процесса. Рядом проходили линии ЛЭП и железная дорога. Густые леса и предгорья Уральского хребта скрывали объекты от чужих глаз. Уже в декабре 1945 года СНК СССР принял постановление о передаче завода №261 Наркомата авиационной строительности в ПГУ для строительства газодиффузионного завода. Предприятие получило наименование "завод №813", а в реестре атомных объектов стало называться "завод Д-1". Потом он ещё не раз менял название - Государственный Верх-Нейвинский машиностроительный завод, База №5, предприятие п/я 318, комбинат №813, Средне-Уральский машиностроительный завод. Сейчас это - Уральский электрохимический комбинат, расположенный в городе Новоуральске.
Объект Д-1 планировалось построить к сентябрю 1946 года. При этом проектное задание на рассмотрение Технического совета представлялось только в марте 1946 года. Параллельно проектировалось и изготавливалось заводское оборудование. На Кировском заводе в Ленинграде организовали специальное конструкторское бюро турбокомпрессоров. Здесь же должны были выпускать эти машины. Подобное задание получил также Горьковский машиностроительный завод. Параллельно конструированию должен был производиться выпуск агрегатов. В принципе, сохранялась практика военного времени, когда в самые сжатые сроки разрабатывались и запускались в серийное производство новые модели танков, самолетов и артиллерийских орудий.
Так же "по-военному" строился и газодиффузионный завод. Стройке присвоили категорию "ударная оборонная", руководил ею генерал А. Н. Комаровский. В апреле 1946 года директором строящегося завода назначили А. И. Чурина, до этого работавшего главным инженером Уралэнерго. Через два года его отстранят, потом вернут обратно...
В условиях разрухи и нехватки самого необходимого вся тяжесть легла на женские плечи, поскольку страна за годы военного лихолеться основательно "обезмужичела". В 1946 году строительство имело 3 действующих паровоза, 71 автомобиль, 298 лощадей. Это значит, что господствовал ручной труд. Первые экскаваторы появились в 1947 году, через год прибавились 4 бульдозера. До этого все земляные работы производились лопатами. Первые башенные краны поставили вообще только в 1953 году.
Наибольший вклад в строительство внесли военные строители. Им тоже пришлось нелегко. У военных саперов имелся боевой опыт, но строительно-монтажные работы приходилось осваивать на ходу. Жили по-фронтовому - в землянках, бараках, палатках. Четыре полка и отдельный автотракторный батальон насчитывали до 12 000 человек личного состава.
Как и везде, работали здесь и заключенные. Использовались они в основном на неквалифицированных и тяжелых работах - рубили лес, корчевали, рыли котлованы и т. п. В отдельные годы их количество возрастало до 18 тысяч, но обычно было гораздо меньше, а после амнистии 1953 года оставалось, например, всего 1345 человек. Более пяти тысяч бывших заключенных остались работать на комбинате.
Несмотря на то, что стройка имела особый статус, снабжение оставляло желать лучшего. Положенный "лимит рабочего снабжения повышенной категории" - 1 килограмм хлеба в день на человека не соблюдался. Давали по карточкам ИТР и рабочим по 600 и 500 граммов хлеба. Только осенью 1947 года положение начало выправляться. Условия жизни тоже были суровыми, катастрофически не хватало жилья. Прибавьте к этому очень низкую зарплату, и станет понятно, почему солдаты работали даже в цехах. Например, Совет министров в 1948 году обязал обязал зачислить в штат завода 1000 солдат из военно-строительных батальонов. Все связанные с объектом Д-1 не только давали подписку о неразглашении, им запрещалось переходить на другую работу и покидать предприятие.
Понятно, что меньше чем за год спроектировать и построить завод невозможно. Сроки скорректировали. По-настоящему строительство развернулось только в 1947 году. В начале 1948 года первые литерные эшелоны со специзделиями стали прибывать по специальной железнодорожной ветке на объект Д-1. Начался монтаж. Первая очередь завода была сдана в эксплуатацию в мае 1949 года. За три года практически вручную были построены почти 70 000 квадратных метров производственных площадей, комплексы водо - и электроснабжения. Еще через полтора года были построены завод Д-3 (завод Д-2 возводился в Сибири), химико-металлургический цех, жилые дома, необходимые объекты соцкультбыта и даже музыкально-драматический театр.
Конструкторы и производственники, разрабатывавшие диффузионные машины, столкнулись с массой проблем. В отличие от американской одноступенчатой машины, И. Н. Вознесенский со своим бюро проектировал многоступенчатый агрегат с несколькими десятками компрессоров, крыльчатки которых расположены на одном валу. Газовая ураносодержащая фракция должна была сквозь специальные фильтры из микропористого металла диффундировать из секции в секцию. Агрегаты предполагалось объединить в каскад, а из нескольких каскадов создать завод. Но машина получилась технологически чрезвычайно сложной, её невозможно было запустить в серийное производство. Вскоре выяснилось, что это тупиковый путь - проще и дешевле построить 24 одноступенчатых копрессора, чем один 24-ступенчатый блок. Скоростная гонка, когда нет времени на капитальную проработку, приносила печальные результаты. Идея многоступенчатых газодиффузионных машин была признана порочной и отвергнута. Но время ушло, график проектирования и производства был сорван. Последовали бурные дискуссии в Спецкомитете и непременные оргвыводы. И. Н. Вознесенский скончался, у 59-летнего ученого не выдержало сердце.
Но параллельно с разработкой многоступенчатых машин велось проектирование одноступенчатых с вертикальной компоновкой бака-делителя. На него монтировался высокооборотный центробежный компрессор, приводимый в движение специальными асинхронными двигателями, работающими в агрессивной газовой среде. После проведения открытого конкурса разработок Кировского и Горьковского заводов в конце 1946 года спроектировали новый вариант газодиффузионного завода. Но в ходе испытаний выяснилось, что машины ленинградского производства ненадежны. Было принято решение комплектовать завод Д-1 горьковскими машинами ОК-7 с горизонтальным, а не вертикальным расположением бака-делителя. В соответствии с принятой технологической цепочкой, общее количество агрегатов, объединенных в единый "каскад каскадов", должно было составить 7216 штук. В эксплуатацию их предполагалось вводить отдельными очередями.
"Это сегодня технология получения высокообогащенного урана доведена до совершенства, - вспоминает главный конструктор специального КБ№1 Кировского завода Николай Михайлович Синев. - А тогда... Были моменты, когда у некоторых руководителей и разработчиков зарождались сомнения и неверие в успех. Давил фактор времени. Каким будет диффузионный завод, какая нужна техника? - в начале 46-го ещё никто толком не знал..."
Принципиально новое производство требовало не только новых технологий. Необходимы были сложные системы автоматизации, контрольно-измерительные приборы нового типа, стойкие к агрессивным средам материалы, подшипники, смазки, вакуумные установки и многое другое. Для получения одного килограмма обогащенного урана нужной концентрации требовалось затратить 600 000 Квт-час электроэнергии.
Пуск первой очереди был назначен на 1 сентября 1947 года. Но и эти сроки оказались нереальными. Из-за постоянного запаздывания проектной документации строительство хронически отставало от контрольных сроков. Да и оборудование ещё не было доработано. Пуск первой очереди состоялся только в апреле 1948 года. В ней было 256 разделительных машин типа ОК-7. Первоначально на них обучался обслуживающий персонал, отрабатывалась технология и проверялась работоспособность оборудования. К середине июля того же года было смонтировано уже четыре каскада по 126 ОК-7 в каждом. Машины, соединенные в блоки по 15-16 штук, располагались участками в герметичных металлических отсеках - каньонах.
Вводились в эксплуатацию новые каскады машин ОК-7, ОК-8 и ОК-9. И стремительно нарастали проблемы. Не выдерживали и сотнями "клинили" подшипники электроприводов, текла смазка. Персонал валился с ног, не в силах справиться с таким количеством неполадок. Для замены подшипника приходилось отключать от каскада целый блок машин, откачивать из него газ, перевозить в ремонтный цех. Затем процесс шел в обратном порядке. Теперь из машин выкачивали воздух, проверяли вакуумность и снова заполняли их газом. Люди начали терять веру вообще в возможность вывести завод на проектную мощность, а метод газодиффузионного разделения изотопов казался пригодным только для лабораторных процессов. Да тут ещё особисты и их добровольные помощники принялись искать "вредителей". Пуско-наладочные работы оказались полностью дезорганизованы.
Наконец было принято решение на всех установленных к тому времени пяти с половиной тысячах машин заменить подшипники и откорректировать их посадку. Только после такого титанического труда проблемы с подшипниками прекратились. Но осталась масса других. В том числе: утечки и потери гексафторида урана, нарушения вакуумных объемов, повышенная коррозия и многие другие. Объяснялось это спешкой в проектировании и изготовлении оборудования. По сути в процессе промышленной эксплуатации происходили испытания серийных машин и их "доводка до ума", исследовались свойства конструкционных материалов и химические процессы их взаимодействия с агрессивной газовой средой, выяснялась полная непригодность отдельных узлов и технические недостатки.
На основе полученного опыта в каскадные цепочки ввели промежуточные установки для отбора конечного продукта и очистки газа от примесей продуктов разложения, натекающего воздуха, водяных паров. Кроме того были введены конденсационно-испарительные установки для отделения гексафторида урана от примесей. В качестве хладагента в них использовалась твердая углекислота - сухой лед. Специальным распоряжением Правительства СССР все запасы сухого льда Свердловского хладокомбината предписывалось передавать на технологические цели. Жители Свердловска остались без мороженого. Но сухого льда все равно не хватало, и тогда использовалась чрезвычайно взрывоопасная смесь ацетона и жидкого кислорода, пока такую практику не запретили.
Но коррозионные потери гексафторида урана оставались недопустимо высокими. Агрессивный газ, вступая во взаимодействие с металлом оборудования, разлагался, соединения урана оседали на нутренних поверхностях агрегатов. По этой причине не удавалось получить необходимую 90%-ную концентрацию урана-235. Значительные потери в многоступенчатой системе разделения не позволяли получить концентрацию выше 40-55%.
Начальник технического отдела Н. М. Синёв предложил иную конструкцию газодиффузионной машины для конечного этапа технологической цепочки, на котором высокообогащенный газ несет наибольшие потери. Агрегат должен был иметь уменьшенные размеры и минимальный объем заполнения с предельно малыми поверхностями, контактирующими с гексафторидом урана. Такая машина была сконструирована и изготовлена в Горьком, получив название ОК-6. Этими аппаратами заменили четыре участка машин ОК-7, примыкавших к точке отбора конечного продукта. В мае 1949 года новую технику обкатали. 9 июня 1949 года машины ОК-6 включились в работу. Этот день можно считать датой пуска в рабочую эксплуатацию первого советского диффузионного завода. Но расчетную концентрацию урана-235 получить не удалось.
29 августа 1949 года была испытана первая советская атомная бомба. Увы, но никакого вклада в этот успех завод Д-1 не внес. Взорванный заряд имел начинку из плутония, полученного на заводе №817 в Челябинске-40.
В октябре в Верх-Нейвинск прибыл специальный поезд. Три классных вагона, включая салон-вагон, были поставлены на путях напротив здания заводоуправления. Берия лично приехал разбираться с провалами в работе. С ним прибыли начальник ПГУ Б. Л. Ванников, И. В. Курчатов, М. Г. Первухин и другие руководители атомного проекта. Руководителей и ведущих сотрудников предприятия по одному вызывали в вагон и там выясняли степень вины каждого, а так же причины неудач. Директор завода А. Л. Кизима был снят с работы. Директором снова назначили А. И. Чурина, а главным инженером снова стал М. П. Родионов. Группа ученых из Лаборатории №2 была переведена на комбинат для постоянной работы и передачи опыта. Огромные научные силы, включая ведущих химиков страны, были брошены на решение проблемы коррозии металлов под воздействием гексафторида урана.
Диффузионные машины разбирались по винтику, продукты разложения газа собирались и изучались. На статорах и роторах электродвигателей обнаруживали сотни граммов зеленого порошка - тетрафторида урана, продукта взаимодействия гексафторида с железом. Единственной надежной мерой борьбы с такими потерями являлась полная замена двигателей компрессоров. Но для этого требовалось сконструировать и изготовить другие двигатели, металл которых перестанет взаимодействовать с агрессивным газом. А пока следовало уменьшить потери на пористых фильтрах и других внутренних поверхностях оборудования.
По предложению профессора В. А. Каржавина и немецкого инженера П. Тиссена провели антикоррозионную обработку каскадов горячей фтор-воздушной смесью. На всех поверхностях образовалась тонкая и прочная пленка, препятствующая взаимодействию гексафторида урана с металлами.
Но расчетную 90%-ную концентрацию урана-235 получить так и не удалось. Обогащенный до 37% газ вторично прогонялся через диффузионные машины при усиленной дополнительной подпитке. Благодаря этому, даже при больших потерях на разложение удалось получить конечный продукт 75%-ной концентрации. 11 ноября 1949 года на склад и в лабораторию поступили первые емкости с "продуктом" общей массой чуть более 400 граммов.
Полученное вещество не являлось чистым ураном. Это тоже был промежуточный продукт. После его гидролиза и выпаривания досуха получался фтористый уранил - соединение уран-фтор. В срочном порядке была создана ещё одна технология - по переработке фтористого уранила в закись-окись урана. В таком виде поступал на завод №817 ("Маяк") "кремнил" - этим словом во всех документах шифровался засекреченнный уран,
К концу 1950 года в результате замены двигателей на диффузионных машинах и внедрения пассивирования внутренних поверхностей удалось значительно снизить коррозионные потери. Завод стал стабильно выдавать ежесуточно 178 граммов урана 75%-ного обогащения. Под вооруженной охраной продукт отправлялся на завод №418 (Свердловск-45), где дообогащался до 90% кондиции на электромагнитном сепараторе.
18 октября 1951 года была успешно испытана атомная бомба РДС-3 с составным плутониево-урановым зарядом.
Работа над совершенствованием технологии и оборудования продолжалась. был построен второй газодиффузионный завод Д-3 (Д-2 воздвигли в другом регионе), впоследствии переименованный в цех №24. Коррозионные потери удалось сократить до такой степени, что с ноября 1953 года комбинат в непрерывном режиме стал выпускать 90% продукт. В это же время была освоена технология переработки гексафторида урана в закись-окись урана.
В декабре 1955 года первый газодиффузионный завод Д-1 был остановлен, начался его демонтаж. Разделение изотопов велось на новых, более мощных, заводах, с высоким КПД и меньшей себестоимостью. Ввод этих очистительных комплексов производился с 1950 по 1957 год. Завод Д-3 комплектовался машинами, сконструированными и изготовленными на Ленинградском Кировском заводе, моделей Т-45, Т-46, Т-47 и Т-49. Эти газодиффузионные машины комплектовались не одним, а двумя усовершенствованными компрессорами каждая. А главное, на них впервые были опробованы трубчатые фильтры вместо плоскостных. Изменилась и сама технология производства фильтров, благодаря чему значительно увеличилась площадь фильтрационного разделения изотопов, повысилась прочность и технологичность монтажа, во много раз уменьшились потери. Стало возможным повысить рабочее давление гексафторида урана, увеличив выход конечного продукта. Благодаря всем этим новшествам, обкатанным на комбинате, появилась возможность быстрой модернизации газодиффузионных машин. Так, например, разделительные способности машины Т-47 были почти в два раза выше, чем у Т-46.
Восстановленный, заново сложенный первый реактор снова начал работать 26 марта 1949 года.
В истории советского атомного проекта решающим днем стало 29 августа 1949 года. Предстояло испытать первый ядерный заряд. От исхода испытаний зависели судьбы тысяч людей. Если бы взрыв не произошел, можно не сомневаться - Берия организовал бы такое показательное "дело физиков", что советская наука никогда бы не оправилась после столь масштабных репрессий. Пересажали бы всех, кто имел отношение к урановому проекту, а так же членов их семей, друзей и знакомых. И после этого просто некому было бы делать бомбу.
Рано утром специальный подъемник поднял бомбу на верхушку решетчатой железной башни. Клеть подъемника прочно закрепили наверху. После этого были ввернуты капсюли-детонаторы, подсоединены электрические кабели. Подготовка заняла примерно полтора часа. Затем рабочие и инженеры покинули башню, доложили И. В. Курчатову о полной готовности.
Руководители наблюдали за ходом испытаний из специального блиндажа. Небо было затянуто облаками. И вдруг - ослепительная вспышка, словно вспыхнуло солнце. А потом все увидели, как в небо вознесся огромный пыле-газовый столб. И там, куда он поднимался, облака раздались в стороны. Образовалось круглое отверстие, оно продолжало стремительно расширяться, а в него лились лучи уже настоящего солнца.
Вначале все оцепенели. Потом кинулись обниматься. Всех счастливей, казалосб, был Берия. Он обнимал и целовал всех, кто находился в бункере. Легенда гласит, что, немного успокоившись, Берия спросил Курчатова: "Надо как-то назвать ядерный заряд. Есть предложения?" На что Курчатов ответил, что название давно есть, его придумал его заместитель Щелкин. Заряд называется РДС-1 и это расшифровывается как "Россия делает сама". Берия обрадовался и заверил, что такое название, конечно, понравится самому Хозяину.
Любой человек, соприкасавшийся с конструированием, знает, что всякое изделие получает шифр или название ещё на стадии техзадания. Поэтому Берия должен был знать, что заряд называется РДС. Так что легенда вряд ли хоть чуть-чуть соответствует действительности. И как бы красиво ни звучало: "Россия делает сама", но употреблять слово "Россия" в ту эпоху было опрометчиво. Оно употреблялось исключительно как обозначение дореволюционной страны, а применительно к современности могло звучать лишь как Советская Россия, а ещё лучше - Советский Союз. Есть другая расшифровка аббревиатуры РДС - "Реактивный двигатель Сталина". Наверное, её тоже придумали в народе, поскольку чертежи всех бомб остаются засекреченными, соответственно, и все кодовые сокращения до сих пор не раскрываются.
Но главными производителями оружейного плутония стали "Иваны" реакторы серии "И", усовершенствованные "Аннушки".
В марте 1950 года на "Маяке" пущен второй реактор.
В апреле 1951 года - третий реактор.
В октябре 1951 года - четвертый.
В декабре 1951 - пятый.
В сентябре 1952 - шестой.
Конструкция советских реакторов радикально отличалась от американских. В американских реакторах применялось горизонтальное расположение активных урановых элементов. Главный конструктор Н. А. Доллежаль предложил каналы для уран-графитовых стержней расположить вертикально. Этот проект он продвигал вместе с А. П. Александровым, их активно поддержал И. В. Курчатов. В результате первый реактор, построенный по "советской" схеме, проработал сорок лет и был остановлен 16 июня 1987 года. А американские реакторы в Хэнфорде вывели из эксплуатации ещё в 60-е годы.
Есть два вида реакторов - уран-графитовые и на тяжелой воде (дейтерии). Тежеловодные очень сложны по конструкции, требуют большого количества специального оборудования. Тяжелая вода стоит очень дорого, а малейшая протечка чревата радиоактивным заражением. И хотя такие реакторы потребляют урана примерно в десять раз меньше, чем уран-графитовые, фактор времени диктовал условия. Первыми пущенными реакторами стали именно уран-графитовые. Пускал их И. В. Курчатов.
Первый тяжеловодный реактор запустил академик А. И. Алиханов. И этот реактор вполне официально назвали "Людмилой". До этого названия возникли совершенно стихийно. Строились три комплекса единого цикла получения плутония: реактор, радиохимический завод и металлургическое производство. Объекты, как положено, закодировали, но весьма незамысловато - "А", "Б", "В". Реактор "А" вскоре стали называть "Аннушкой". Агрегат электромагнитной сепарации "ЛБ" народ расшифровал как "Лаврентий Берия". Впоследствии стало традицией давать имена новым реакторам. Так появились "Руслан" и "Людмила". "Людмила" в документах называлась "Л-2Ф", что означает "легкий реактор на трубах Филда, вторая модификация". Буква Л и стала поводом для нового имени. "Руслан", естественно, гораздо мощней. Сейчас, когда плутониевое производство практически прекращено и графит-урановые реакторы остановлены, "Людмила" главным образом нарабатывает изотопы для народно-хозяйственного использования. Нередко её называют коммерческим реактором. Это один из вариантов конверсии. Изотопы в большом количестве идут на экспорт.
А вот "Руслан" продолжает работать на оборону. Он разрабатывался и конструировался институтом Доллежаля и Курчатовским центром специально для этих целей и полноценной конверсии подвергнут быть не может. Это уникальный агрегат, подобного которому нет больше в мире. О его конструктивных особенностях говорить пока рано, поскольку они до сих пор засекречены, и выдавать эти ноу-хау просто глупо.
УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ
Сам по себе металлический уран не может служить "взрывчаткой" для ядерных боеприпасов. В военном деле он применяется для изготовления сердечников снарядов и крупнокалиберных пуль. Благодаря своей высокой плотности урановый сердечник имеет повышенные бронебойные качества, но серьезной радиационной опасности не представляет. Ведь в природном уране-238 содержится всего 0, 7% радиоактивного изотопа уран-235, а для постройки атомной бомбы необходимо содержание урана-235 в 90%. Вот почему технологии получения расщепляющихся материалов являются главным этапом в создании атомного оружия.
Но каким способом можно выделить более легкие атомы урана-235 из массы урана-238? Ведь разница между ними всего три "атомных единички". Один из способов - электромагнитная сепарация. Он основан на свойстве более легких частиц сильнее отклоняться в магнитном поле. Если ускорить ионы урана и пустить в сильное электромагнитное поле, то они будут двигаться по дуге. При этом более легкие ионы урана-235 отклонятся сильнее и попадут в специально предназначенную для них ловушку.
Другой способ - газовая диффузия. Он основан на свойстве молекул газов с разным удельным весом по-разному диффундировать (проникать) сквозь пористые перегородки (фильтры). Разделение изотопов производится ступенчато. Это значит, что пройдя фильтр, газ попадает на следующую ступень очистки, где снова диффундирует через фильтр. Таким образом он проходит через целый каскад ступеней, и после каждой содержание более легкого изотопа уран-235 в общей массе газа увеличивается. Чем длиннее цепочка ступеней, тем выше концентрация. Этот способ хорош ещё и тем, что процесс может быть прерван на любой ступени, и таким образом можно получить уран необходимой степени очистки (обогащения) - хоть с полуторапроцентным содержанием урана-235, хоть с 90%-ным. Это предельная концентрация, более высокое содержание урана-235 влечет возникновение самопроизвольной цепной реакции.
В сентябре 1945 года на Техническом совете Спецкомитета была утверждена программа работ по строительству одного предприятия по производству высокообогащенного урана и одного по наработке плутония. Тогда же был утвержден на должность руководителя разработок газодиффузионного метода разделения изотопов профессор Исаак Константинович Кикоин. За инженерные проблемы отвечал профессор Ленинградского политехнического института И. Н. Вознесенский, а за расчетно-теоретические работы С. Л. Соболев, заместитель И. В. Курчатова по Лаборатории №2. К тематическим работам были привлечены многие научные учреждения, в том числе Уральский индустриальный институт по теме "Разработка сеток для диффузионного разделения изотопов".
1 декабря 1945 года было подписано постановление правительства о строительстве объекта Д-1. Сроки определили самые жесткие: начало эксплуатации объекта Д-1 - 1948 год, работа по полной схеме - 1949 год.
Площадку для уранового завода подобрали быстро. И. К. Кикоину приглянулся небольшой поселок возле станции Верх-Нейвинск на пути из Свердловска в Нижний Тагил. Здесь в 1941-43 годах был построен завод по производству авиационных шасси и небольшой жилой поселок. Имелся Верх-Нейвинский пруд, объемом 35 миллионов кубометров воды, столь необходимой для технологического процесса. Рядом проходили линии ЛЭП и железная дорога. Густые леса и предгорья Уральского хребта скрывали объекты от чужих глаз. Уже в декабре 1945 года СНК СССР принял постановление о передаче завода №261 Наркомата авиационной строительности в ПГУ для строительства газодиффузионного завода. Предприятие получило наименование "завод №813", а в реестре атомных объектов стало называться "завод Д-1". Потом он ещё не раз менял название - Государственный Верх-Нейвинский машиностроительный завод, База №5, предприятие п/я 318, комбинат №813, Средне-Уральский машиностроительный завод. Сейчас это - Уральский электрохимический комбинат, расположенный в городе Новоуральске.
Объект Д-1 планировалось построить к сентябрю 1946 года. При этом проектное задание на рассмотрение Технического совета представлялось только в марте 1946 года. Параллельно проектировалось и изготавливалось заводское оборудование. На Кировском заводе в Ленинграде организовали специальное конструкторское бюро турбокомпрессоров. Здесь же должны были выпускать эти машины. Подобное задание получил также Горьковский машиностроительный завод. Параллельно конструированию должен был производиться выпуск агрегатов. В принципе, сохранялась практика военного времени, когда в самые сжатые сроки разрабатывались и запускались в серийное производство новые модели танков, самолетов и артиллерийских орудий.
Так же "по-военному" строился и газодиффузионный завод. Стройке присвоили категорию "ударная оборонная", руководил ею генерал А. Н. Комаровский. В апреле 1946 года директором строящегося завода назначили А. И. Чурина, до этого работавшего главным инженером Уралэнерго. Через два года его отстранят, потом вернут обратно...
В условиях разрухи и нехватки самого необходимого вся тяжесть легла на женские плечи, поскольку страна за годы военного лихолеться основательно "обезмужичела". В 1946 году строительство имело 3 действующих паровоза, 71 автомобиль, 298 лощадей. Это значит, что господствовал ручной труд. Первые экскаваторы появились в 1947 году, через год прибавились 4 бульдозера. До этого все земляные работы производились лопатами. Первые башенные краны поставили вообще только в 1953 году.
Наибольший вклад в строительство внесли военные строители. Им тоже пришлось нелегко. У военных саперов имелся боевой опыт, но строительно-монтажные работы приходилось осваивать на ходу. Жили по-фронтовому - в землянках, бараках, палатках. Четыре полка и отдельный автотракторный батальон насчитывали до 12 000 человек личного состава.
Как и везде, работали здесь и заключенные. Использовались они в основном на неквалифицированных и тяжелых работах - рубили лес, корчевали, рыли котлованы и т. п. В отдельные годы их количество возрастало до 18 тысяч, но обычно было гораздо меньше, а после амнистии 1953 года оставалось, например, всего 1345 человек. Более пяти тысяч бывших заключенных остались работать на комбинате.
Несмотря на то, что стройка имела особый статус, снабжение оставляло желать лучшего. Положенный "лимит рабочего снабжения повышенной категории" - 1 килограмм хлеба в день на человека не соблюдался. Давали по карточкам ИТР и рабочим по 600 и 500 граммов хлеба. Только осенью 1947 года положение начало выправляться. Условия жизни тоже были суровыми, катастрофически не хватало жилья. Прибавьте к этому очень низкую зарплату, и станет понятно, почему солдаты работали даже в цехах. Например, Совет министров в 1948 году обязал обязал зачислить в штат завода 1000 солдат из военно-строительных батальонов. Все связанные с объектом Д-1 не только давали подписку о неразглашении, им запрещалось переходить на другую работу и покидать предприятие.
Понятно, что меньше чем за год спроектировать и построить завод невозможно. Сроки скорректировали. По-настоящему строительство развернулось только в 1947 году. В начале 1948 года первые литерные эшелоны со специзделиями стали прибывать по специальной железнодорожной ветке на объект Д-1. Начался монтаж. Первая очередь завода была сдана в эксплуатацию в мае 1949 года. За три года практически вручную были построены почти 70 000 квадратных метров производственных площадей, комплексы водо - и электроснабжения. Еще через полтора года были построены завод Д-3 (завод Д-2 возводился в Сибири), химико-металлургический цех, жилые дома, необходимые объекты соцкультбыта и даже музыкально-драматический театр.
Конструкторы и производственники, разрабатывавшие диффузионные машины, столкнулись с массой проблем. В отличие от американской одноступенчатой машины, И. Н. Вознесенский со своим бюро проектировал многоступенчатый агрегат с несколькими десятками компрессоров, крыльчатки которых расположены на одном валу. Газовая ураносодержащая фракция должна была сквозь специальные фильтры из микропористого металла диффундировать из секции в секцию. Агрегаты предполагалось объединить в каскад, а из нескольких каскадов создать завод. Но машина получилась технологически чрезвычайно сложной, её невозможно было запустить в серийное производство. Вскоре выяснилось, что это тупиковый путь - проще и дешевле построить 24 одноступенчатых копрессора, чем один 24-ступенчатый блок. Скоростная гонка, когда нет времени на капитальную проработку, приносила печальные результаты. Идея многоступенчатых газодиффузионных машин была признана порочной и отвергнута. Но время ушло, график проектирования и производства был сорван. Последовали бурные дискуссии в Спецкомитете и непременные оргвыводы. И. Н. Вознесенский скончался, у 59-летнего ученого не выдержало сердце.
Но параллельно с разработкой многоступенчатых машин велось проектирование одноступенчатых с вертикальной компоновкой бака-делителя. На него монтировался высокооборотный центробежный компрессор, приводимый в движение специальными асинхронными двигателями, работающими в агрессивной газовой среде. После проведения открытого конкурса разработок Кировского и Горьковского заводов в конце 1946 года спроектировали новый вариант газодиффузионного завода. Но в ходе испытаний выяснилось, что машины ленинградского производства ненадежны. Было принято решение комплектовать завод Д-1 горьковскими машинами ОК-7 с горизонтальным, а не вертикальным расположением бака-делителя. В соответствии с принятой технологической цепочкой, общее количество агрегатов, объединенных в единый "каскад каскадов", должно было составить 7216 штук. В эксплуатацию их предполагалось вводить отдельными очередями.
"Это сегодня технология получения высокообогащенного урана доведена до совершенства, - вспоминает главный конструктор специального КБ№1 Кировского завода Николай Михайлович Синев. - А тогда... Были моменты, когда у некоторых руководителей и разработчиков зарождались сомнения и неверие в успех. Давил фактор времени. Каким будет диффузионный завод, какая нужна техника? - в начале 46-го ещё никто толком не знал..."
Принципиально новое производство требовало не только новых технологий. Необходимы были сложные системы автоматизации, контрольно-измерительные приборы нового типа, стойкие к агрессивным средам материалы, подшипники, смазки, вакуумные установки и многое другое. Для получения одного килограмма обогащенного урана нужной концентрации требовалось затратить 600 000 Квт-час электроэнергии.
Пуск первой очереди был назначен на 1 сентября 1947 года. Но и эти сроки оказались нереальными. Из-за постоянного запаздывания проектной документации строительство хронически отставало от контрольных сроков. Да и оборудование ещё не было доработано. Пуск первой очереди состоялся только в апреле 1948 года. В ней было 256 разделительных машин типа ОК-7. Первоначально на них обучался обслуживающий персонал, отрабатывалась технология и проверялась работоспособность оборудования. К середине июля того же года было смонтировано уже четыре каскада по 126 ОК-7 в каждом. Машины, соединенные в блоки по 15-16 штук, располагались участками в герметичных металлических отсеках - каньонах.
Вводились в эксплуатацию новые каскады машин ОК-7, ОК-8 и ОК-9. И стремительно нарастали проблемы. Не выдерживали и сотнями "клинили" подшипники электроприводов, текла смазка. Персонал валился с ног, не в силах справиться с таким количеством неполадок. Для замены подшипника приходилось отключать от каскада целый блок машин, откачивать из него газ, перевозить в ремонтный цех. Затем процесс шел в обратном порядке. Теперь из машин выкачивали воздух, проверяли вакуумность и снова заполняли их газом. Люди начали терять веру вообще в возможность вывести завод на проектную мощность, а метод газодиффузионного разделения изотопов казался пригодным только для лабораторных процессов. Да тут ещё особисты и их добровольные помощники принялись искать "вредителей". Пуско-наладочные работы оказались полностью дезорганизованы.
Наконец было принято решение на всех установленных к тому времени пяти с половиной тысячах машин заменить подшипники и откорректировать их посадку. Только после такого титанического труда проблемы с подшипниками прекратились. Но осталась масса других. В том числе: утечки и потери гексафторида урана, нарушения вакуумных объемов, повышенная коррозия и многие другие. Объяснялось это спешкой в проектировании и изготовлении оборудования. По сути в процессе промышленной эксплуатации происходили испытания серийных машин и их "доводка до ума", исследовались свойства конструкционных материалов и химические процессы их взаимодействия с агрессивной газовой средой, выяснялась полная непригодность отдельных узлов и технические недостатки.
На основе полученного опыта в каскадные цепочки ввели промежуточные установки для отбора конечного продукта и очистки газа от примесей продуктов разложения, натекающего воздуха, водяных паров. Кроме того были введены конденсационно-испарительные установки для отделения гексафторида урана от примесей. В качестве хладагента в них использовалась твердая углекислота - сухой лед. Специальным распоряжением Правительства СССР все запасы сухого льда Свердловского хладокомбината предписывалось передавать на технологические цели. Жители Свердловска остались без мороженого. Но сухого льда все равно не хватало, и тогда использовалась чрезвычайно взрывоопасная смесь ацетона и жидкого кислорода, пока такую практику не запретили.
Но коррозионные потери гексафторида урана оставались недопустимо высокими. Агрессивный газ, вступая во взаимодействие с металлом оборудования, разлагался, соединения урана оседали на нутренних поверхностях агрегатов. По этой причине не удавалось получить необходимую 90%-ную концентрацию урана-235. Значительные потери в многоступенчатой системе разделения не позволяли получить концентрацию выше 40-55%.
Начальник технического отдела Н. М. Синёв предложил иную конструкцию газодиффузионной машины для конечного этапа технологической цепочки, на котором высокообогащенный газ несет наибольшие потери. Агрегат должен был иметь уменьшенные размеры и минимальный объем заполнения с предельно малыми поверхностями, контактирующими с гексафторидом урана. Такая машина была сконструирована и изготовлена в Горьком, получив название ОК-6. Этими аппаратами заменили четыре участка машин ОК-7, примыкавших к точке отбора конечного продукта. В мае 1949 года новую технику обкатали. 9 июня 1949 года машины ОК-6 включились в работу. Этот день можно считать датой пуска в рабочую эксплуатацию первого советского диффузионного завода. Но расчетную концентрацию урана-235 получить не удалось.
29 августа 1949 года была испытана первая советская атомная бомба. Увы, но никакого вклада в этот успех завод Д-1 не внес. Взорванный заряд имел начинку из плутония, полученного на заводе №817 в Челябинске-40.
В октябре в Верх-Нейвинск прибыл специальный поезд. Три классных вагона, включая салон-вагон, были поставлены на путях напротив здания заводоуправления. Берия лично приехал разбираться с провалами в работе. С ним прибыли начальник ПГУ Б. Л. Ванников, И. В. Курчатов, М. Г. Первухин и другие руководители атомного проекта. Руководителей и ведущих сотрудников предприятия по одному вызывали в вагон и там выясняли степень вины каждого, а так же причины неудач. Директор завода А. Л. Кизима был снят с работы. Директором снова назначили А. И. Чурина, а главным инженером снова стал М. П. Родионов. Группа ученых из Лаборатории №2 была переведена на комбинат для постоянной работы и передачи опыта. Огромные научные силы, включая ведущих химиков страны, были брошены на решение проблемы коррозии металлов под воздействием гексафторида урана.
Диффузионные машины разбирались по винтику, продукты разложения газа собирались и изучались. На статорах и роторах электродвигателей обнаруживали сотни граммов зеленого порошка - тетрафторида урана, продукта взаимодействия гексафторида с железом. Единственной надежной мерой борьбы с такими потерями являлась полная замена двигателей компрессоров. Но для этого требовалось сконструировать и изготовить другие двигатели, металл которых перестанет взаимодействовать с агрессивным газом. А пока следовало уменьшить потери на пористых фильтрах и других внутренних поверхностях оборудования.
По предложению профессора В. А. Каржавина и немецкого инженера П. Тиссена провели антикоррозионную обработку каскадов горячей фтор-воздушной смесью. На всех поверхностях образовалась тонкая и прочная пленка, препятствующая взаимодействию гексафторида урана с металлами.
Но расчетную 90%-ную концентрацию урана-235 получить так и не удалось. Обогащенный до 37% газ вторично прогонялся через диффузионные машины при усиленной дополнительной подпитке. Благодаря этому, даже при больших потерях на разложение удалось получить конечный продукт 75%-ной концентрации. 11 ноября 1949 года на склад и в лабораторию поступили первые емкости с "продуктом" общей массой чуть более 400 граммов.
Полученное вещество не являлось чистым ураном. Это тоже был промежуточный продукт. После его гидролиза и выпаривания досуха получался фтористый уранил - соединение уран-фтор. В срочном порядке была создана ещё одна технология - по переработке фтористого уранила в закись-окись урана. В таком виде поступал на завод №817 ("Маяк") "кремнил" - этим словом во всех документах шифровался засекреченнный уран,
К концу 1950 года в результате замены двигателей на диффузионных машинах и внедрения пассивирования внутренних поверхностей удалось значительно снизить коррозионные потери. Завод стал стабильно выдавать ежесуточно 178 граммов урана 75%-ного обогащения. Под вооруженной охраной продукт отправлялся на завод №418 (Свердловск-45), где дообогащался до 90% кондиции на электромагнитном сепараторе.
18 октября 1951 года была успешно испытана атомная бомба РДС-3 с составным плутониево-урановым зарядом.
Работа над совершенствованием технологии и оборудования продолжалась. был построен второй газодиффузионный завод Д-3 (Д-2 воздвигли в другом регионе), впоследствии переименованный в цех №24. Коррозионные потери удалось сократить до такой степени, что с ноября 1953 года комбинат в непрерывном режиме стал выпускать 90% продукт. В это же время была освоена технология переработки гексафторида урана в закись-окись урана.
В декабре 1955 года первый газодиффузионный завод Д-1 был остановлен, начался его демонтаж. Разделение изотопов велось на новых, более мощных, заводах, с высоким КПД и меньшей себестоимостью. Ввод этих очистительных комплексов производился с 1950 по 1957 год. Завод Д-3 комплектовался машинами, сконструированными и изготовленными на Ленинградском Кировском заводе, моделей Т-45, Т-46, Т-47 и Т-49. Эти газодиффузионные машины комплектовались не одним, а двумя усовершенствованными компрессорами каждая. А главное, на них впервые были опробованы трубчатые фильтры вместо плоскостных. Изменилась и сама технология производства фильтров, благодаря чему значительно увеличилась площадь фильтрационного разделения изотопов, повысилась прочность и технологичность монтажа, во много раз уменьшились потери. Стало возможным повысить рабочее давление гексафторида урана, увеличив выход конечного продукта. Благодаря всем этим новшествам, обкатанным на комбинате, появилась возможность быстрой модернизации газодиффузионных машин. Так, например, разделительные способности машины Т-47 были почти в два раза выше, чем у Т-46.