znat_kak (znat_kak) wrote,
znat_kak
znat_kak

Categories:

Молекулярная составляющая атомной энергетики

17.01.2018
БОРИС МАРЦИНКЕВИЧ


ЧАСТЬ 2
(НАЧАЛО)

Молекулярная составляющая атомной энергетики




Сектор «Д»

После создания Спецкомитета сектор Кикоина получил литеру «Д» и конкретное задание – организовать завод, способный выдавать уран, обогащенный до 90%.

От машиностроения требовалось создание целой серии компрессоров – после каждого этапа обогащения менялись объем газа, давление, уровень радиоактивности. И вот тут отчетливо виден стиль Лаврентия Берии – эта работа была поручена сразу двум КБ, при Кировском заводе и на ГАЗе. В серию должны были пойти лучшие компрессоры, и сотрудники обоих КБ понимали, что победители будут вознаграждены очень достойно, а проигравшими быть не хотелось ни при каких обстоятельствах, поскольку последствия могли быть… ну, «очень разными». В результате оба КБ работали очень активно и быстро, Кикоину и Вознесенскому было, из чего выбирать. Напряженно работала и группа под руководством Петера Тиссена, которой была поручена разработка никелевых фильтров. Знаете, что при работе над серьезными задачами отличает настоящего ученого от человека, который выполняет служебные обязанности по необходимости? Получив за работу над фильтрами в 1951 году Сталинскую премию, Тиссен мог спокойно уехать домой, но ему предложили продолжить исследования, и Петр Адольфович, как его «окрестили» советские коллеги, еще пять лет оставался сотрудником Института физической химии. В 1956 году, после получения еще и Государственной премии СССР, бывший член НСДАП Петер Тиссен, кавалер орденов Ленина и Трудового Красного Знамени, вернулся в Берлин, где стал организатором и директором Института физической химии ГДР, участвовал в становлении академии наук.

В соревновании конструкторов победило ОКБ ГАЗа, в серию пошел компрессор, разработанный ими – одноступенчатый радиальный, работавший на сверхзвуковых скоростях. Проект, разработанный в Ленинграде – осевой многоступенчатый – теоретически был лучше, но он был настолько сложен, что промышленность не могла с ним справиться. Но побежденные никаких ужасных репрессий не испытали – не до глупостей было, предстояло в сжатые сроки создать 16 типоразмеров и конструкций компрессоров и диффузионных машин. Самая крупная из них, Т-56, потребляла 369 кВт электроэнергии и прогоняла 25 кг газа в секунду, а самая маленькая, ОК-6, требовала всего 500 Вт и прокачивала 8 грамм газа в секунду – разница в 3’000 раз. Что касается шестиступенчатого осевого компрессора с КПД в 75%, то промышленность была готова выпускать его серийно в 1962, но заниматься этим не пришлось – именно тогда был запущен первый каскад газовых центрифуг.

Выбор в пользу сверхзвуковых компрессоров был большим вызовом для Ивана Вознесенского и Якова Смородинского – сверхзвуковая газовая динамика как наука в то время только создавалась, а времени до начала работы завода оставалось не больше двух лет. Сейчас такой темп работы трудно даже представить, но ленинградский филиал сектора «Д» за полтора года справился и с теорией, и с ее экспериментальным воплощением.

Разделение в одной ступени было крайне незначительно, предстояло объединять в гигантские каскады тысячи диффузионных машин. Схема разделительной установки такова, что в любой ступени половина поступающего вещества проходит через фильтрующую перегородку к следующей ступени, а другая половина возвращается обратно. Компрессоры, перегородки, трубопроводы, клапаны нужно было уплотнить на вакуум, применяемые смазки не должны были реагировать с фтором. Теоретически каждая ступень каскада должна была увеличивать содержание урана-235 с коэффициентом 1,0043, но на практике коэффициент получился равным 1,002. Диффузионные машины предстояло вытягивать в километровые каскады, и во всех этих километрах царствовал фтор. Малейшее наличие влаги – и вот уже мы имеем дело с чрезвычайно агрессивной плавиковой кислотой. Любое органическое соединение – смазка, к примеру – под воздействием фтора мгновенно обугливается, что может привести к потере герметичности, а прорыв фтора это прямая угроза здоровью и жизням обслуживающего персонала.

С учетом 65 градусов, которые требовались для того, чтобы гексафторид урана оставался газом, работы всех компрессоров на 1 кг урана-235 с обогащением в 90% требовалось 600’000 кВт*ч электроэнергии и 220 кг природного урана. Перечисление технологических проблем, которые требовалось решать в крайне сжатые строки, занимает несколько страниц, решать их приходилось все одновременно. Всем экспериментам была дана «зеленая улица», но, когда от чертежа до воплощения в железе проходили считанные дни, ошибки были неизбежны. 28 июня 1946 такого темпа, такой запредельной нагрузки не выдержало сердце Ивана Вознесенского – он умер на рабочем месте в возрасте 59 лет от обширного инфаркта. Через полгода опытный каскад диффузионных машин, которые во многом были разработаны его усилиями, показал вполне удовлетворительные результаты. 20 махоньких ОК-6 жужжали и рвались в бой.

Завод №813

Место для него определили 1 декабря 1945 – поселок Вехне-Нейвинский в 50 км от Свердловска, где стоял недостроенный корпус авиазавода. Железная дорога, ЛЭП, приличных размеров озеро – то, что имелось. Чего не хватало – так это строительной техники, что можно было компенсировать только количеством рабочих рук. 30 тысяч человек строили завод, который мы теперь знаем как Уральский электрохимический комбинат. Кстати, поселок Верхне-Нейвинский оставался на всех картах даже в самые «секретные времена», никуда он не делся и сейчас. Большой поселок, 5’000 жителей, а рядом с ним на месте «белого пятна на карте» теперь – город Новоуральск, ранее Свердловск-44, с населением в 80 тысяч с лишним человек. Строить завод и город начали сразу, в условиях уральской зимы. Бревенчатые, а то и дощатые бараки 40 х 10 метров, заглубленные на метр в землю, нары в два яруса – жилищные условия, на которые добровольно согласились больше 20 тысяч человек, заключенных на этой стройке было только 7 тысяч. Ни экскаваторов, ни бульдозеров, ни строительных кранов – только ручной труд до 1947, когда стала поступать техника. К этому времени появились не только заводские корпуса, но и первые жилые кварталы, больницы, столовые. Свердловск-44 выдержал даже «испытание первым сентября 1948 года» – рабочим разрешили привезти семьи, в результате чего потребовалось открыть 38 первых классов и только один, да и тот неполный, десятый. Клубы, библиотеки, кинотеатры, асфальтированные дороги – поселок за 3-4 года превращался в город, статус которого получил в 1954.

В 1947 начался завоз оборудования и монтаж 7’000 диффузионных машин. Перед монтажом оборудование поступало в гальванический цех – все гектары внутренних поверхностей покрывали никелем, он меньше всех других металлов поддается действию фтора. Но гальваника не обеспечивала требуемой чистоты поверхности – шлифовка мягкими кругами и пастой ГОИ шла вручную, круглыми сутками. Затем поверхности механизмов обрабатывались ацетоном и, после всех проверок, оборудование шло в сборочный цех, который по стерильности не уступал хирургическому отделению. Первая очередь машин была смонтирована в мае 1948 года и была готова к пуску. Последовало несколько дней передышки, во время которой постановлениями Совета министров прошли назначения не только руководителей завода, но даже начальников цехов – таким было значение завода для страны. На пост директора из Ленинграда на Урал перевели Александра Кизиму, научным руководителем завода стал Кикоин. Руководитель сектора «Д» прибыл на завод не один, а вместе со своей научной группой, и для повышения квалификации работников в цехах по вечерам читали лекции академики и доктора наук.

Пуск каскадов триумфом не увенчался – едва ли не в первый же день начался массовый перегрев подшипников двигателей компрессоров. Подшипники, многократно проверенные на заводах-изготовителях, продолжали греться еще несколько месяцев – пока не выяснили, что не было учтено термическое расширение металла. Заменили все подшипники, запустили каскады – через пару дней выяснилось, что гексафторид где-то набирал влагу и в виде зеленых кристаллов накапливался внутри всех емкостей и трубопроводов. Еще месяц простоя, мучительный поиск ошибки закончился приездом на завод Берии. Собрав руководство, он внимательно выслушал каждого, но вердикт был крайне суров:

«Страна дала вам все, что вы просили, теперь мы вправе ожидать от вас полного выполнения задания. У вас на это ровно три месяца и сразу предупреждаю: не справитесь – начинайте сушить сухари»

После чего Берия, не прощаясь, покинул завод.

Научный десант

Утром следующего дня в аэропорту Свердловска из военно-транспортного самолета на летное поле друг за другом вышли почти все немецкие специалисты, работавшие в СССР – Берия умел не только угрожать, но и принимать интересные организационные решения. В течение следующих нескольких дней на завод стали прибывать и наши ученые. Академик АН СССР и десятка иностранных академий, директор института физической химии Александр Фрумкин, директор института аналитической химии, академик нескольких государств Александр Виноградов, доктор химических наук, членкор АН Иван Тананаев, основатель советской школы высокотемпературной электрохимии Сергей Карпачёв – практически выездное заседание АН. Немцы пару дней просто молчали – такой уровень технологии они даже представить не могли. Но и немцы остались немцами – удивление и восхищение не помешали им педантично, миллиметр за миллиметром обследовать механизмы, соединения, клапаны, фильтры, арматуру, взвешивать каждую деталь. Ошибку нашли – проблема заключалась в двигателях ОК-7 и ОК-8, в незащищенных поверхностях железных листов статора и ротора. Тиссен и его коллега Всеволод Александрович Каржавин оказались в нужное время в нужном месте, в своей лаборатории они незадолго до этого разработали метод защиты металлов от фтора – пассивацию фторо-воздушной смесью при определенной температуре. Остальные участники научного десанта, не выходя из цехов, придумали метод защиты оборудования от влажности, которого в проекте завода не было от слова «вообще». Вокруг механизмов оборудовали воздухонепроницаемые каньоны с шлюзовыми запорами, в которые было предусмотрена подача осушенного воздуха из нового цеха, проект которого тоже пришлось создавать с нуля.


Газодиффузные машины и люди, Фото: guriny.livejournal.com


Со всем этим «десантники» справились за месяц, после чего на завод снова прибыл Лаврентий Павлович, на оргвыводы ушли три дня. На переоборудование завода был дан календарный год, «страшно» был наказан директор, Александр Кизима: его сняли с должности и отправили работать в «захолустье» – главным технологом Ижорского завода в Ленинграде. Понимая, что проекты сделаны «на коленке», Берия оставил половину «научного десанта» на заводе, усилив научно-техническое руководство всеми предстоящими работами. Убедившись, что жилищные вопросы специалистов будут решены, Берия убыл – прямиком в Горький, где на ГАЗе его с нетерпением ждали проектировщики двигателей ОК-7 и ОК-8…

Газодиффузные машины в процессе работы, Фото: guriny.livejournal.com

Год спустя завод 813 работал уже в штатном режиме, выдавая 90% обогащения. «Шишки», набитые на этом производстве, позволили в сжатые сроки начать строительство его «младших братьев» – заводов с многоговорящими названиями Д-2, Д-3 и так далее.

Уран-235 пошел!

В январе 1949 было принято решение заменить все 896 машин ОК-7 со всеми их проблемами на ОК-6 – расчеты показывали, что в этом случае степень обогащения в 90% будет получена. ГАЗ, после всего случившегося, возражений не имел – переделывать, так переделывать. В течение полугода ОК-6 были изготовлены и смонтированы все 56 каскадов из 7’040 диффузионных машин. В июне 1949 г завод 813 смог осуществить двухцикловой режим работы, выдав 75% обогащения урана-235. Расстрелов за то, что не добрались до 90%, не последовало – либерально-лубочный образ Лаврентия Берии не имеет ничего общего с оригиналом. Причина полного спокойствия руководителя Спецкомитета – завод 418 в Свердловске-45, нынешний комбинате «Электрохимприбор» в городе Лесном, но объем статьи и без того велик, а электромагнитный способ обогащения урана, хоть и интересный с технической стороны, к атомной энергетике отношения не имеет. Коротко – обогащенный гексафторид урана перевозили из Свердловска-44 в Свердловск-45, где концентрацию урана-235 уверенно доводили до 94%. Чуть позже установка СУ-20 обеспечила и наработку дейтерида лития. Проверять установку на универсальность наши ученые стали уже в 1948 году – вскоре после того, как от Клауса Фукса была получена информация о том, что группа Теллера в США находится на «низком старте», готовая в любой момент устремиться к покорению термояда.

Сугубо «военные» достижения наших ученых, конструкторов и инженеров предопределили следующий шаг к появлению атомной энергетики. Производство дейтерида лития было не единственным условием для создания темоядерной бомбы – требовался еще и тритий. Синтез этого элемента требует более плотного потока нейтронов, чем тот, который был получен на реакторе А-1, работавшем на природном уране. Но успех группы Кикоина позволял решить эту проблему. В следующей статье мы расскажем о реакторе АИ – первом, в котором был использован обогащенный уран. История становления советской атомной энергетики не была прыжками через ступени от первого промышленного реактора к первой АЭС в Обнинске, все происходило эволюционно, в тесном переплетении с получаемыми разведданными, с решением оборонных задач, с непростым освоением невиданных ранее технологий.

Фото: reactor.space

via
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