Первый плутоний

Одной из основ­ных задач ура­но­вого про­екта по созда­нию пер­вой атом­ной бомбы в нашей стране было полу­че­ние высо­ко­чи­стого метал­ли­че­ского плу­то­ния для изго­тов­ле­ния дета­лей ядер­ного заряда атом­ной бомбы. Здесь уместно при­ве­сти слова все­мирно извест­ного аме­ри­кан­ского уче­ного, «отца» аме­ри­кан­ской водо­род­ной бомбы Эдварда Тел­лера, ска­зан­ные им в сен­тябре 1962 года: «Про­из­вод­ство расщеп­ляющихся мате­ри­а­лов — самый труд­ный момент в созда­нии атом­ной бомбы. Когда страна успешно его осуще­ствит, можно счи­тать, что через несколько месяцев она будет обла­дать бом­бой… Наи­большую труд­ность пред­став­ляет огром­ный размах работы по про­ек­ти­ро­ва­нию, тех­ни­че­ской раз­ра­ботке и осво­е­нию про­из­вод­ства расщеп­ляющихся мате­ри­а­лов».

В каче­стве делящегося мате­ри­ала в атом­ной бомбе может быть исполь­зо­ван как высо­ко­обогащен­ный метал­ли­че­ский уран, так и метал­ли­че­ский плу­то­ний. Про­из­вод­ство диффу­зи­он­ного обогаще­ния урана по изо­топу уран-235 (завод Д-1, ком­би­нат № 813, Сверд­ловск-44) из-за воз­никших слож­но­стей не было осво­ено в постав­лен­ные пра­ви­тельством сроки. Кроме того, к тому времени совет­ской раз­вед­кой были полу­чены мате­ри­алы по атом­ному про­екту США, в кото­рых сообща­лось: «Актив­ным мате­ри­а­лом атом­ной бомбы явля­ется элемент плу­то­ний фазы дельта... Он изго­тав­ли­ва­ется в виде полого шара, состо­ящего из двух поло­вин...»

Для нара­ботки метал­ли­че­ского плу­то­ния созда­вался хими­че­ский ком­би­нат № 817, извест­ный как про­из­вод­ствен­ное объеди­не­ние «Маяк». После пус­ков в 1948 году пер­вого промыш­лен­ного ядер­ного реак­тора А, в кото­ром накап­ли­вался плу­то­ний оружей­ного каче­ства по изо­топ­ному составу, завода Б по выде­ле­нию из облу­чен­ных ура­но­вых бло­ков хим­концен­трата плу­то­ния, 16 апреля 1949 года было пущено опытно-промыш­лен­ное химико-метал­лурги­че­ское и литейно-меха­ни­че­ское про­из­вод­ство плу­то­ния — завод В. Пуск завода В явился завершающим этапом созда­ния плу­то­ни­е­вого ком­би­ната № 817 на Южном Урале.

Реше­ние о стро­и­тельстве пер­венца атом­ной промыш­лен­но­сти Совет­ского Союза завода по пере­ра­ботке облу­чен­ных ура­но­вых бло­ков (завода Б) было при­нято Цен­траль­ным коми­те­том ВКП (б) и Сове­том народ­ных комис­са­ров СССР в декабре 1945 года.

Основ­ными ста­ди­ями тех­но­логи­че­ского процесса на радио­хи­ми­че­ском заводе были: рас­тво­ре­ние полу­чен­ных из атом­ного реак­тора облу­чен­ных ура­но­вых бло­ков, отде­ле­ние высо­ко­ра­дио­ак­тив­ных про­дук­тов деле­ния от урана и плу­то­ния, полу­че­ние концен­три­ро­ван­ного рас­твора плу­то­ния и пере­дача его на плу­то­ни­е­вый завод (завод В), реге­не­рация урана для даль­нейшего исполь­зо­ва­ния.

В связи с тем, что прак­ти­че­ски един­ствен­ным инсти­ту­том в стране, спо­соб­ным орга­ни­зо­вать выде­ле­ние плу­то­ния из высо­ко­ра­дио­ак­тив­ных мате­ри­а­лов, был ради­е­вый инсти­тут Ака­демии наук (РИ АН), имевший опыт работы по выде­ле­нию радия из урана, ему и было пору­чено создать тех­но­логию радио­хи­ми­че­ского про­из­вод­ства. Ака­демик В. Г. Хлопин был назна­чен науч­ным руко­во­ди­те­лем этого направ­ле­ния.

Аце­татно-лан­танфто­рид­ная тех­но­логия, пред­ложен­ная РИ АН, была вна­чале про­ве­рена на близ­ком ана­логе плу­то­ния — изо­топе неп­ту­ний-239, кото­рый поз­во­лял реги­стри­ро­вать радиомет­ри­че­ские мик­ро­ко­ли­че­ства элемента в рас­творе.

В апреле 1946 года тех­но­логами ГИПХ, совместно с науч­ными сотруд­ни­ками РИ АН, была состав­лена тех­но­логи­че­ская часть про­ект­ного зада­ния объекта Б, так назы­ва­емая «Голу­бая книга». В отли­чие от обыч­ных про­ект­ных зада­ний, бази­рующихся на тех­но­логи­че­ских пока­за­те­лях промыш­лен­ных или опыт­ных полу­за­вод­ских про­из­водств, базой этого зада­ния явля­лись лишь неза­вершен­ные лабо­ра­тор­ные работы РИ АН и неко­то­рые лите­ра­тур­ные дан­ные.

Так, для иссле­до­ва­ний брался уран, облу­чен­ный на цик­ло­троне РИ АН, как един­ствен­ный тогда источ­ник неп­ту­ния и плу­то­ния. Содер­жа­ние в нем плу­то­ния и про­дук­тов деле­ния зна­чи­тельно меньше, чем в уране, кото­рый должен поступать с объекта А на объект Б.

Для про­верки тех­но­логии завода по иници­а­тиве и под руко­вод­ством дирек­тора НИИ-9 В. Б. Шев­ченко в НИИ-9 была постро­ена опыт­ная уста­новка № 5. Начи­ная с июня 1947 года, и в тече­ние всего 1948 года про­во­ди­лась укруп­нен­ная про­верка пред­ложен­ной РИ АН аце­татно-фто­рид­ной тех­но­логии пере­ра­ботки ура­но­вых бло­ков.

На уста­новке, про­ра­бо­тавшей 1,5 года, были про­ве­дены 17 опытов на неак­тив­ном мате­ри­але и 21 опыт на актив­ном. Был изу­чен рекомен­до­ван­ный процесс выде­ле­ния плу­то­ния, опре­де­лены кон­струк­тив­ные осо­бен­но­сти аппа­ра­туры, собран необ­хо­димый мате­риал для про­ек­тан­тов и экс­плу­а­таци­он­ни­ков. В даль­нейшем этот мате­риал стал осно­вой для состав­ле­ния тех­но­логи­че­ских инструкций на заводе. И глав­ное: на опыт­ной уста­новке многие сотруд­ники прошли школу по работе на совершенно новом обо­ру­до­ва­нии, в осо­бых усло­виях. В даль­нейшем кадры, про­хо­дившие стажи­ровку в Москве, стали основ­ным руко­во­дящим ядром завода Б и ком­би­ната.

Тех­ни­че­ские зада­ния кор­рек­ти­ро­ва­лись РИ АН и руко­вод­ством ком­би­ната по мере отра­ботки тех­но­логии. На пер­вом этапе про­ек­ти­ро­ва­ния РИ АН участ­во­вал во всех раз­де­лах про­екта, вклю­чая выбор кон­струкци­он­ных мате­ри­а­лов, очистку сброс­ных рас­тво­ров, меропри­я­тия по защите пер­со­нала, улав­ли­ва­ние радио­ак­тив­ных аэро­зо­лей, обез­врежи­ва­ние радио­ак­тив­ных отхо­дов и выде­ле­ние цен­ных ради­о­нук­ли­дов из про­дук­тов деле­ния.

Так, для сниже­ния уровня загряз­не­ния тер­ри­то­рии в про­екте было преду­смот­рено стро­и­тельство самой высо­кой на Урале вытяж­ной трубы высо­той 151 м.

Сроки стро­и­тельства и ввода в экс­плу­а­тацию были очень сжа­тыми. Весь пер­со­нал нового завода, созна­вая важ­ность постав­лен­ной перед ним задачи, тру­дился, не жалея сил. Труд­но­стей было много, так как рож­да­лась новая отрасль промыш­лен­но­сти с необыч­ными усло­ви­ями труда, слож­ной и дорого­сто­ящей аппа­ра­ту­рой, новой, совершенно незна­комой тех­но­логией.

Завод Б, как и в целом ком­би­нат, стро­или граж­дан­ские и воен­ные стро­и­тели, а также большое число заклю­чен­ных. Всего на стро­и­тельстве ком­би­ната в 1947–1948 гг. рабо­тало около 45 тыс. чело­век.

К сере­дине 1948 года были сданы в экс­плу­а­тацию все вспомога­тель­ные объекты, обес­пе­чи­вающие работу ком­би­ната. Общее руко­вод­ство пус­ко­выми рабо­тами осуществ­лял И. В. Кур­ча­тов. В числе участ­ни­ков пуска были дирек­тор ком­би­ната гене­рал-майор Б. Г. Муз­ру­ков, глав­ный инже­нер ком­би­ната Е. П. Слав­ский, дирек­тор завода Б П. И. Точе­ный, пред­ста­ви­тели научно-иссле­до­ва­тельских и про­ект­ных инсти­ту­тов, стро­и­тель­ных и мон­таж­ных орга­ни­за­ций.

Для пуска выбрали ноч­ное время, чтобы не мешали стро­и­тели и было меньше посто­рон­них людей. Все было очень торже­ственно. Пер­со­нал был одет в новую спец­одежду. Опе­ра­торы и аппа­рат­чики заняли свои рабо­чие места на щите управ­ле­ния. Каж­дый бло­чок осмат­ри­вали и загружали в кон­тей­нер в при­сут­ствии комис­сии.

Сырье для пер­вой холо­стой опе­рации доста­вили на гру­зо­вой авто­машине. Каж­дый бло­чок осмат­ри­вали и загружали в кон­тей­нер в при­сут­ствии комис­сии. Облу­чен­ные ура­но­вые блоки с реак­тора А на завод Б начали поступать с 22 декабря 1948 года. С этой даты и начи­на­ется офици­аль­ная исто­рия завода Б.

Из воспоми­на­ний М. В. Гла­дышева, впо­след­ствии дирек­тора завода:

«В конце декабря смена А. И. Нере­ти­ной загру­зила в рас­тво­ри­тель первую пар­тию сырья. Это было начало пуска завода. До выхода опе­рация не дошла. Она «исчезла» в аппа­ра­тах. Только 25 фев­раля Н. С. Чуг­ре­еву и мне уда­лось наскре­сти сто­ло­вой лож­кой первую порцию пас­то­об­раз­ного гото­вого про­дукта. Уже в марте 1949 года завод выпол­нил пла­но­вое зада­ние. Руко­вод­ство ком­би­ната решило при­нять завод в экс­плу­а­тацию, и был оформ­лен «Акт при­емки в экс­плу­а­тацию завода от 30 декабря 1949 года».

Началь­ный период работы обна­ружил все труд­но­сти веде­ния процесса и пока­зал многие недо­статки про­екта, кото­рые устра­няли по ходу осво­е­ния тех­но­логии. Рас­творы попа­дали в вытяж­ную трубу вен­ти­ляции, плу­то­ния часто не ока­зы­ва­лось ни в рас­тво­рах, ни в осад­ках из-за его непред­ви­ден­ной сорбции на больших поверх­но­стях обо­ру­до­ва­ния и аппа­ра­туры.

В пер­вый год работы завода Б выдержка облу­чен­ного урана перед пере­ра­бот­кой не пре­вышала 45 дней, кроме того агрес­сив­ность сред нарушала герме­тич­ность обо­ру­до­ва­ния. Все это резко услож­няло усло­вия работы, в первую оче­редь меха­ни­ков, при­бо­ри­стов и всего тех­но­логи­че­ского пер­со­нала. Эти катего­рии работ­ни­ков полу­чали недопу­стимо большие дозы облу­че­ния, кото­рые в 1949 году соста­вили 48 бэр в год в сред­нем на каж­дого работ­ника завода. В таких тяже­лейших усло­виях кол­лек­тив завода Б обя­зан был уже в начала 1949 года выдать на завод В плу­то­ния в коли­че­стве, доста­точ­ном для изго­тов­ле­ния атом­ной бомбы. Об этом коли­че­стве в то время не положено было знать не только работ­ни­кам завода, но и руко­во­ди­те­лям ком­би­ната и ведущих инсти­ту­тов.

28 фев­раля 1949 года работ­ники завода Б отпра­вили первую пар­тию плу­то­ния на завод В.

В тех­ни­че­ских тре­бо­ва­ниях к исполь­зу­емому в ядер­ном заряде плу­то­нию, сформу­ли­ро­ван­ных науч­ными руко­во­ди­те­лями атом­ного про­екта И. В. Кур­ча­то­вым и Ю. Б. Хари­то­ном, кроме опре­де­лен­ных формы, массы и разме­ров дета­лей, были тре­бо­ва­ния к изо­топ­ному составу и содер­жа­нию при­мес­ных элемен­тов или, другими сло­вами, чистоте металла. Такой уро­вень чистоты мате­ри­а­лов еще не был достиг­нут в целом в хими­че­ской промыш­лен­но­сти, поэтому ясно, с какой слож­но­стью столк­ну­лись тех­но­логи-радио­хи­мики.

Тех­но­логия очистки плу­то­ния от радио­ак­тив­ных и ста­биль­ных при­ме­сей шла трудно. Поступавшие про­из­вод­ствен­ные пар­тии плу­то­ни­е­вого концен­трата из-за неста­биль­но­сти тех­но­логии радио­хи­ми­че­ского завода Б имели раз­лич­ное содер­жа­ние при­мес­ных элемен­тов, раз­лич­ную кис­лот­ность рас­тво­ров, что при­во­дило к сбоям при про­ве­де­нии опе­раций аффи­нажа. Были опро­бо­ваны две схемы его пере­ра­ботки: перок­сидно-окса­латно-кар­бо­нат­ная схема И. И. Чер­ня­ева, А. Д. Гельман и лан­тан-сульфат­ная схема В. Д. Никольского. По окса­латно-кар­бо­нат­ной схеме хорошо про­хо­дила очистка плу­то­ния до тре­бу­емой кон­диции, но много плу­то­ния шло в отходы. Лан­тан-сульфат­ная схема не давала тре­бу­емой очистки плу­то­ния от ред­ко­земель­ных элемен­тов. Для ста­би­ли­за­ции тех­но­логии аффи­нажа плу­то­ния, уве­ли­че­ния выхода плу­то­ния в диок­сид (конеч­ный про­дукт аффи­наж­ного отде­ле­ния), полу­че­ния диок­сида тре­бу­емого каче­ства под руко­вод­ством А. Д. Гельман была создана иссле­до­ва­тельская группа.

Были изу­чены валент­ные состо­я­ния плу­то­ния в исход­ных рас­тво­рах и окса­ла­тах, зави­симость рас­тво­римо­сти окса­ла­тов от кис­лот­но­сти и раз­лич­ной валент­но­сти плу­то­ния, раз­ра­бо­таны оптималь­ные тех­но­логи­че­ские нормы аффи­нажа. Результа­том этой работы стали ста­би­ли­за­ция тех­но­логи­че­ского процесса аффи­нажа плу­то­ния, полу­че­ние диок­сида плу­то­ния тре­бу­емого каче­ства.

16 апреля 1949 года был полу­чен пер­вый сли­ток (коро­лек) метал­ли­че­ского плу­то­ния. Результаты ана­ли­зов под­твер­дили, что металл соот­вет­ствует тех­ни­че­ским тре­бо­ва­ниям.