Сталин и бомба: Советский Союз и атомная энергия. 1939-1956 - Дэвид Холловэй

В июле реактор начал работать согласно плану производства плутония{966}. Возникли неожиданные проблемы. Началась сильная коррозия алюминиевой оболочки топливных стержней, ее следовало анодировать другим способом. Более серьезным было разбухание топливных стержней и возникновение складок и выступов на поверхности урана; стержни застревали в охлаждающих трубах. Представители Берии подозревали саботаж, но Курчатов заявил, что вполне можно ожидать сюрпризов в поведении материалов в сильных нейтронных полях{967}. Реактор нужно было заглушить, уран вынуть и исследовать, а образовавшийся плутоний извлечь. В проекте реактора были сделаны изменения, и все проблемы были решены{968}.

Второй составляющей в Челябинске-40 была «установка Б» — радиохимический завод, где плутоний выделялся из урана, облученного в реакторе. Курчатов поручил разработку процесса выделения плутония Хлонину и Радиевому институту{969}. Хлопин работал над этой проблемой во время войны, но только после возвращения института в Ленинград в начале 1945 г. и в особенности после августовских событий лучшие радиохимики и физики начали серьезно работать над процессом выделения плутония{970}.

В докладе Смита указывалось, что в «проекте Манхэттен» использовались четыре типа метода химического разделения: испарение, абсорбция, экстрагирование и осаждение — и что на Хэнфордском обогатительном заводе использовался метод осаждения{971}.

Успех этого процесса «превзошел все ожидания», согласно докладу, что свидетельствовало о правильности выбора, хотя он был сделан на основании сведений о химии плутония, полученных при анализе менее миллиграмма этого элемента{972}.

Хлопин организовал несколько групп по исследованию различных методов выделения плутония{973} — возможно, четыре, в соответствии с докладом Смита. Он считал осаждение наиболее перспективным методом, отчасти, несомненно, учитывая американский опыт, но также и потому, что большая часть его собственной работы была посвящена методу осаждения радиоактивных элементов, и первый русский радий в 1921 г. был им получен именно этим способом. Первые эксперименты были выполнены с ничтожно малыми количествами нептуния и продуктов деления, поскольку плутоний еще не был получен{974}. На основе этих первичных экспериментов Хлопин и его коллеги в 1946 г. подготовили отчет по работе с облученным ураном для химиков и инженеров проекта. К этому времени Хлопин предоставил основные данные по проектированию завода для выделения плутония в Челябинске-40.{975}

Однако первыми добились успеха в выделении плутония из окиси урана, облученной в реакторе Ф-1, не Хлопин, а Борис Курчатов и его коллеги в Лаборатории № 2 в апреле — августе 1947 г., используя метод осаждения. Было получено два образца плутония весом 6,1 и 17,3 микрограмма, они были видны только под микроскопом{976}.[225] Даже этих малых количеств хватило для начала исследований свойств плутония и его соединений. Экспериментальный полупромышленный завод был построен при НИИ-9. Там 18 декабря 1947 г. получили первый советский плутоний. Этот образец весил меньше миллиграмма, но в следующем году на этом заводе было получено два образца плутония, каждый весом в несколько миллиграммов{977}. Исследования продолжались и по методам выделения, но существовали трудности, наличие которых косвенно подтверждается тем фактом, что Клауса Фукса через своего контролера запросили о процессе экстрагирования. Он «вряд ли мог знать что-нибудь об этом, и смог извлечь очень ограниченную информацию из отчетов Харуэлла, и даже передав ее, считал, что его данные вряд ли имеют большую ценность»{978}.

Характерной особенностью завода по выделению плутония в Челябинске-40 был каньон, состоящий из нескольких последовательно расположенных отделений с массивными бетонными стенами и почти полностью скрытых в грунте; сам термин «каньон», который использовался на заводе, был взят из доклада Смита{979}. Как только снималась алюминиевая оболочка, топливные элементы перевозили в конец каньона и растворяли в азотной кислоте. Затем они проходили различные стадии обработки для удаления осколков деления, которые образовывались в уране наряду с плутонием{980}. Процесс выделения основывался на осаждении слабо растворимого натрий-уранил-ацетата из раствора облученного урана в азотной кислоте{981}. Поскольку продукты деления были слишком радиоактивны, процесс требовал дистанционного управления и специальной защиты заводских операторов. Высокая труба выносила радиоактивные ксенон и йод, которые высвобождались в больших количествах при растворении топливных стержней{982}. Конечный процесс был разработан Б.А. Никитиным и А.П. Ратнером из Радиевого института, так как Хлопин серьезно болел и вскоре умер. Завод по выделению плутония был готов в декабре 1948 г. и начал производить плутоний в начале следующего года{983}. Советские отчеты показывают, что освоение производства было особенно трудным, хотя в них не уточняется, в чем заключались проблемы{984}.

Третьей составляющей Челябинска-40 была «установка В»: химико-металлургический завод, где выделенный плутоний очищали и перерабатывали в металл для бомб. И.И. Черняев, директор Института общей и неорганической химии, отвечал за разработку методов очистки плутония. А.А. Бочвар, директор НИИ-9, отвечал за металлургию плутония. Виноградов, «являясь научным руководителем, отвечал за решение проблемы аналитического контроля на радиохимических и химико-металлургических заводах»{985}. В начале 1949 г. завод еще не был готов, поэтому пустили временный «цех № 9»{986}. 27 февраля 1949 г. цех получил первые порции раствора плутония в азотной кислоте{987}. К середине апреля была получена чистая двуокись плутония, переданная затем в металлургическое отделение, где ее перерабатывали в металл{988}. К июню было накоплено достаточно плутония для изготовления первой атомной бомбы{989}. В августе 1949 г. все производство было переведено из временного цеха № 9 в специально спроектированное здание{990}.

Строительство комбината в Челябинске-40 не прекращалось и после создания первой атомной бомбы. В начале пятидесятых годов были построены новые промышленные реакторы: в сентябре 1950 г. вступил в строй второй уран-графитовый реактор, за ним последовали еще два аналогичных реактора в апреле 1951 г. и сентябре 1952 г. В январе 1952 г. был запущен небольшой реактор для получения изотопов. Тогда же был построен реактор на тяжелой воде{991}. Работа по производству тяжелой воды началась на Чирчикском азотном комбинате в 1944 г., и примерно в то же время Институт физической химии в Москве начал физико-химические исследования электролитических элементов{992}. В октябре 1945 г. НКВД собрал группу немецких специалистов по тяжелой воде на заводах Лейна в Мерсеберге. Эта группа работала над проектом завода тяжелой воды до октября 1946 г., а затем была переведена в Москву и передана Институту физической химии. Однако после 1948 г. немецкие ученые переключились на другую работу, так как Чирчикский завод уже производил тяжелую воду в большом количестве. В 1947 г. он доставил первую значительную партию (200 литров) в Москву для реактора, который построил Алиханов в Лаборатории № 3. Реактор стал критическим в апреле 1949 г. при тепловой мощности 500 киловатт{993}. Он послужил прототипом для тяжеловодного реактора в Челябинске-40[226].

VI

Во время войны Соединенные Штаты построили в Теннесси три завода по разделению изотопов. Первым был завод электромагнитного разделения, который дал уран-235 для бомбы, взорванной над Хиросимой. Второй, термодиффузионный, завод был построен для производства полуфабриката, частично обогащенного урана, поставляемого на первый завод. Последний из трех заводов — газодиффузионный — стал главным поставщиком урана-235 для американской ядерной программы{994}.

Советский Союз после августа 1945 г. развивал все три метода. Анатолий Александров, который возглавлял исследования по термодиффузии, хотел закрыть это направление, но Курчатов решил, что его нужно продолжать, полагая, что, если потребуется обогащенный уран для экспериментального реактора, термодиффузия станет самым подходящим методом. Этого, однако, не случилось, и термодиффузиоиный завод не был построен{995}. После августа 1945 г. Кикоин начал интенсивно работать вместе с Соболевым и физиком-теоретиком Я.А. Смородинским над теорией газодиффузионного процесса{996}. В нем использовался газ, гексафторид урана, диффундировавший через очень большое число пористых перегородок, в результате возникала повышенная концентрация более легкого изотопа урана-235, быстрее проникавшего через перегородки.