znat_kak (znat_kak) wrote,
znat_kak
znat_kak

Categories:

Молекулярная составляющая атомной энергетики

17.01.2018
БОРИС МАРЦИНКЕВИЧ

ЧАСТЬ 1


Молекулярная составляющая атомной энергетики



Обогащение урана, 40-е годы.

Об истории атомного проекта написано немало статей и книг, чаще всего в них рассказывают об основных этапах развития нашей атомной энергетики по схеме «от реактора к реактору» – вот первый физический, вот первый промышленный, а вот и первая АЭС. Но при таком подходе остаются в тени те люди, без огромного труда которых атомный проект не состоялся бы никогда.

«Первая в мире АЭС в качестве топлива использовала уран, обогащенный по изотопу-235…». Простите, а откуда и как появилось такое топливо? И, если говорить об оборонной части атомного проекта, то и тут обогащение урана – важная тема. Без обогащенного урана невозможно производить тритий, а без него невозможно создание термоядерного оружия. Как это взаимосвязано, как внешняя разведка определяла направления развития атомного проекта – темы для авантюрно-детективных технологических боевиков, и мы надеемся, что обязательно найдутся те, кто найдет в атомном проекте СССР фабулы для таких произведений.

Изотоп 235. Исаак Кикоин

О том, что работа разведки не раз и не два помогала нашим ученым, Аналитический онлайн журнал Геоэнергетика.ru уже писал. В числе прочего наши разведчики получили информацию и о том, что США ведут разработки атомной бомбы с зарядом не только из плутония, но и из урана, обогащенного по изотопу-235.

Сразу после того, как 12 апреля 1943 года была создана Лаборатория №2, Игорь Курчатов, ее руководитель, стал собирать самых талантливых физиков. О некоторых мы уже рассказывали, продолжим изучение этого потрясающего списка.

Доктором физико-математических наук Исаак Константинович Кикоин стал в 27 лет, защитив диссертацию в 1935 году в Ленинградском физико-техническом институте, а первые результаты проводимых студентом Кикоиным экспериментов стали появляться в научной печати еще в 1929 году. Доказательство квантовой теории на основании проверки эффекта Холла для жидких металлов, а затем и четного эффекта Холла для них же сделали его имя известным в Европе.

И.К. Кикоин

По рекомендации Иоффе по окончании ЛФТИ Кикоин прошел стажировку в лучших лабораториях Лейпцига, Мюнхена, Гамбурга, Лейдена, лично познакомившись со многими известными немецкими специалистами. Через полтора десятка лет эти знакомства сослужили добрую службу нашему атомному проекту. После стажировки Кикоин работал в магнитной лаборатории ЛФТИ, где и открыл в 1933 совместно с М.М. Носковым фотомагнитный эффект, названный именами наших ученых, а докторская диссертация стала обобщением материалов этого открытия. Как и многие наши ученые того времени, Кикоин совмещал научную и преподавательскую работу с решением практических технических задач – Сталинскую премию в 1939 он получил за разработку амперметра нового типа.

С началом войны лаборатория Кикоина стала работать на оборону, на ее счету – разработка нескольких типов магнитных мин. В начале 1943 Кикоин прибыл в Москву, и в марте получил от Курчатова четко сформулированное задание – разработать способ разделения изотопов урана.

Выбор технологии

Попытки обогащения урана предпринимались в СССР и раньше – Фриц Ланге, немецкий эмигрант, занимался ею в Украинском ФТИ, в 1939 году у него были готовы казавшиеся вполне рабочими расчеты газовой центрифуги. К лету 1941 Ланге собственными руками создал лабораторный прототип, с 1942 на заводе «Серп и молот» его пытались «вырастить» до промышленной установки. В мае 1943 Кикоин стал свидетелем того, как при увеличении оборотов горели подшипники, как через три часа работы не выдерживал нагрузки вал машины –существовавшие технологии были не готовы к таким требованиям. Но стараниями специалистов совсем другого ведомства времени на решение проблем центрифуги тратить не пришлось. В феврале 1943 года Игорь Курчатов получил для изучения материалы нашей разведки. Из докладной записки Курчатова на имя Михаила Георгиевича Первухина, министра химической промышленности и первого заместителя председателя СНК (совета народных комиссаров), куратора атомного проекта до создания Спецкомитета:

«Наиболее ценная часть материалов относится к задаче разделения изотопов. Единственным рациональным путем ее решения принимается разделение изотопов при помощи диффузии через мембрану с мелкими отверстиями. … Таким образом, данные материалы позволяют начать у нас в Союзе новое и весьма важное направление проблемы разделения изотопов»

При этом Курчатов предложил создание диффузионной технологии поручить Исааку Кикоину.

Три проблемы

Теоретически Кикоину все было понятно – для разделения изотопов нужно было решить «всего-то» три проблемы. Если пропускать смесь газов через перегородку с малыми отверстиями, то более легкие молекулы проходят через нее быстрее, чем тяжелые и газ, прошедший через отверстия, обогащается легкой компонентой. Первая проблема – нужно было научиться превращать природный уран в газ, изотопный состав которого должен был оставаться точно таким же, как и у урана. Вторая проблема – отверстия в перегородке должны быть настолько малы, чтобы молекулы в них не сталкивались друг с другом. Отверстия, диаметр которых сравним с размером молекулы – 0,000’001 мм! Третья проблема – газ, прошедший через перегородку, нужно было мгновенно откачивать, чтобы легкие молекулы не диффундировали в обратном направлении.

Самый «удобный» для такого процесса молекулярный состав газа – гексофторид урана, UF6. Почему удобен? Потому, что кристаллы такого соединения достаточно нагреть до нужной температуры, и без плавления они превращаются в газ. Никаких других вариантов химики предложить не могли, что отнюдь не приводило Кикоина в восторг. Фтор химически чрезвычайно активен – значит материал для перегородок требовался весьма не простой – ему предстояло выдерживать температуру, фтор, уран, при этом размеры отверстий должны были оставаться постоянными, как и расстояния между отверстиями. Нужны были компрессоры, детали которых не боялись бы фтора, все их механические соединения должны были быть выполнены настолько тщательно, чтобы не допустить утечки того самого UF6.

Новые сотрудники Лаборатории №2

Из записей Исаака Кикоина:

«Первичные расчеты по диффузионному методу я сделал сам. … По прикидкам получалось, что процесс нужно повторять несколько тысяч раз, то есть иметь несколько тысяч разделительных элементов (ступеней). Об этом мы с И.В. Курчатовым и доложили правительству»

Судя по всему, после этого доклада Первухин принял решение о том, что проблему производства гексафторида урана у Кикоина нужно забирать в родное министерство химпрома, физика как наука тут не требовалась. В помощь Кикоину для разработки теории метода диффузионного обогащения и для проведения математических расчетов привлекли молодого физика-теоретика, будущего создателя журнала «Квант» и видного специалиста по истории науки Якова Абрамовича Смородинского и одного из виднейших математиков страны академика Сергея Львовича Соболева. К группе постепенно привлекались специалисты по аэродинамике, по математике и физике. К концу 1943 Кикоин доложил Первухину, что без опытного инженера, который смог бы создать проект промышленной, заводской установки дело не пойдет. С появлением в диффузионном проекте Ивана Николаевича Вознесенского было закончено формирование сектора №2 в составе Лаборатории №2 – теперь это Институт молекулярной физики в составе Курчатовского института.

И.Н. Вознесенский


Иван Вознесенский в 1943 году был одним из крупнейших в стране инженеров-машиностроителей. Главный конструктор гидромашин Ленинградского металлургического завода, членкор АН, заведующий кафедрой гидромашин Ленинградского политехнического, проектировщик турбин и насосов ГЭС, конденсационных и теплофикационных турбин и паровых котлов – перечислять можно долго. В апреле 1944, после снятия блокады, группа Кикоина вернулась в Ленинград, где был организован филиал Лаборатории №2.

В июне 1944 Кикоин, Соболев и Вознесенский сформулировали программу разработки диффузионного метода. Изготовление и исследование фильтров, расчеты разделительных элементов и каскадов, разработка компрессоров и другого оборудования, вопросы устойчивости и регулирования процессов, разработка приборов контроля, проектирование заводов.

Авраамий Павлович Завенягин

Работы у продолжавшего расти коллектива было очень много, но в апреле 1945 Кикоин на целых два месяца уехал в командировку в Германию. Руководил группой командированных, в состав которой вошел целый ряд физиков, замечательный человек, биография которого – живой «срез» истории молодой страны Советов. В партию большевиков Авраамий Завенягин вступил в ноябре 1917, в 16 лет. В 18 лет он – комиссар политотдела дивизии Красной Армии, в 1921 – секретарь Юзовского окружного комитета ВКП(б). Два года он руководил будущим Донецком, а в 1923 стал студентом Московской горной академии, где он, без отрыва от учебы, работал … проректором по хозяйственным вопросам. По окончании академии в 1930 году Завенягин – первый ректор Московского института стали и сплавов, в 1933 он уже руководил Магнитогорским металлургическим комбинатом. В 1938 Завенягин стал… сотрудником НКВД, поскольку ему доверили строительство Норильского горно-металлургического комбината, а для этого ему пришлось стать начальником «Норильлага». НГМК вышел на полную мощность в 1942 году, а его директор к тому времени был уже комиссаром госбезопасности 3 ранга и заместителем наркома внутренних дел. В его ведении находились главные управления лагерей горно-металлургических предприятий, гидростроя, промышленного строительства и так далее.

С декабря 1944 в ведение Завенягина начали передавать все, что было связано с урановой рудой. Это под его руководством строились заводы возле среднеазиатских месторождений, это он руководил командировкой физиков в Германию. Результат командировки – немецкий уран, документация, лабораторное оборудование, данные геологических изысканий на территории Германии. Кем прикажете считать этого человека? Генерал-лейтенант МВД и организатор десятков заводов, строившихся заключенными лагерей. Бездушный администратор-управленец, человек-функция? В 1948 Завенягин лично руководил ликвидациями двух аварий на реакторе А-1, точно зная, какую дозу радиации при этом получает. Завенягин руководил строительством «Маяка», обеспечил создание 300 с лишним геологических партий по поиску урана, санкционировал строительство нашей первой АЭС, организовал программу создания реакторов для подлодок и ледоколов, в 1955 стал министром среднего машиностроения. Список всего, что он успел сделать за свою не самую долгую жизнь, можно продолжать и продолжать. Как знать, что бы он еще успел, но лучевую болезнь в пятидесятых лечить не умели. Завенягин умер 31 декабря 1956 года – болезнь вызвала паралич сердца.

Немецкий вклад в атомный проект

Вернемся к германской командировке, еще одним результатом которой было… Как бы это корректнее выразиться… Давайте вот так: по поручению правительства были приглашены на работу в СССР на сроки в среднем от 8 до 10 лет (хотя были и настоящие добровольцы) профессора фон Ардене, Г. Герц, П.А. Тиссен, М. Штеенбек, Н. Риль – в общей сложности 70 «урановых специалистов». Отказов от приглашений, которые в торжественной обстановке зачитывал комиссар госбезопасности третьего ранга не было – такой большой была любовь к нашей стране в 1945 году у немецких профессоров, инженеров и конструкторов. С их появлением план работ по диффузионному методу удалось сделать более конкретным, особенно полезным оказался опыт, наработанный ученым-химиком Петером Тиссеном. Член НСДАП с 1926 года, руководитель сектора химии в государственном научном совете, он лично участвовал в разработке отравляющего газа трифторида хлора. Но части вермахта N-газ, который ведомство Геббельса именовало еще одним «чудом-оружия рейха», получить не успели, зато ClF3 оказался очень полезен для производства UF6 .

Завод №752

После создания Спецкомитета Михаил Первухин взял на себя работу по организации производства гексафторида урана. Министр химической промышленности нашел для этого подходящее место – в Кировской области, возле впадения в реку Вятку ее главного притока Чепца, еще до войны был построен завод №752, в годы войны производивший взрывчатые вещества. 8 октября 1945 приказом Первухина на базе этого завода было предписано организовать совсем новое производство.

Я.Ф. Терещенко

Одновременно с переоборудованием завода продолжилось строительство рабочего поселка Кирово-Чепецкий, которому предстояло стать городом Кирово-Чепецк, а заводу 752 – крупнейшим в Европе химическим комбинатом. История становления комбината и города неразрывно связаны с именем Якова Филимоновича Терещенко, директора завода с 1947 по 1974. Цеха и кварталы жилых домов, корпуса производственных помещений и школы, больницы, столовые, магазины – все вырастало одновременно. Производственным процессом заведовал Борис Петрович Зверев. Пока строился завод 752, он, будучи главным инженером завода «Рулон» в Дзержинске, организовал опытный участок, на котором была создана технология производства фтористого водорода как исходного сырья для производства гексафторида. В 1949 Зверева переводят в Кирово-Чепецк, и уже в июле цех №2 выдал конечную продукцию – гексафторид. Как это выглядело в реальности? Из воспоминаний начальника этого цеха Виталия Иванова:

«Первые реакторы представляли из себя стальную трубу, запаянную с двух сторон. И никакого перемешивания, никакого теплоотвода. Ссыпали туда порцию урана, пускали газ – фтор, и … начиналась реакция. А она идет с очень высоким тепловыделением. Дело, по сути, доходило до горения. Если содержимое трубы выгорает, то и оболочка ее не остается без внимания: сталь «начинает работать» с фтором. Как результат, изнутри пробивается к свету дыра, уже реально видно покраснение трубы. И, если не остановить этот процесс, вовремя не приварить стальную заплатку – раскаленный докрасна металл начинает капать. Реактор начинает «плакать» огненными слезами. Тут можно было надышаться такой гадости!.. И вот на этих реакторах мы делали план».


Б.П. Зверев

С появлением на заводе Бориса Зверева ситуация менялась быстро – технология становилась безопасной, производительность увеличилась. Конечно, проблемы возникали и при нем – к примеру, пришлось буквально на ходу решать проблемы корродирования оборудования из-за взаимодействия с фтором, у завода вскоре появился новый цех – антикоррозионный. Была у этого завода и еще одна особенность – 70-80 процентов его работников в ту послевоенную пору составляли 16-17 летние девушки, выпускницы химического техникума. Начальники смен, бригадиры – они командовали производством самого важного для всей страны химического вещества. Горящий металл, вырывавшиеся клубы то хлора, то фтора – все это переживали и укрощали юные девушки, которым первые годы приходилось жить едва ли не в бараках. Но гексафторид шел – в тех количествах, который были необходимы для работы завода по диффузионному обогащению.
Tags: АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА, ИСТОРИЯ, КАК ЭТО БЫЛО
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 0 comments