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.