Текст книги "Атомный аврал"
Автор книги: Михаил Грабовский
сообщить о нарушении
Текущая страница: 11 (всего у книги 18 страниц)
Полоний является одним из наиболее токсичных радионуклидов. Работа с ним, особенно на ранней стадии по несовершенной технологии, была связана с неминуемыми выбросами его микроскопических частичек в воздух и попаданием их во внутренние органы через дыхательные пути. Большое количество ручных операций, отсутствие индивидуальных защитных средств и спешка привели в эти два года к поголовной интоксикации и серьезному нейтронному облучению всех сотрудников Ершовой и её лично в первую очередь.
Все они – первые герои полониевого производства – потеряли здоровье. Некоторые остались инвалидами на всю жизнь. Другие вскоре умерли, едва пережив успешное испытание советской бомбы. Этого исхода в сложившихся тогда обстоятельствах следовало ожидать. Однако в атомной истории известны поразительные исключения из общих правил. Ряд людей, получивших заведомо смертельные интегральные дозы облучения, наперекор медицинской логике, страдая хроническими недомоганиями, тем не менее, прожили очень долгую жизнь. К ним относится и Зинаида Васильевна Ершова, дожившая до девяноста одного года. Она умерла в Москве в 1995 году. Маленькая, сморщенная, с большими умными глазами, с удивлением наблюдавшими за тем, что происходит в последние годы в её любимой стране, на улицах Москвы, в родном переулке… Как добывали полоний американцы, неизвестно. Смит умолчал.
18
КБ-11 было поручено проектирование и изготовление не только опытного образца наземного взрывного устройства, но и серийной авиационной атомной бомбы, которая могла бы сбрасываться с самолета-носителя и подрываться на заданной высоте. Для этого конструкцию АБ необходимо было привести в соответствие с требованиями, предъявляемыми к обычным тяжелым бомбам, например, фугасным. Эту работу можно было начинать, не дожидаясь окончательного изготовления ядерного сердечника, используя макеты различной степени сложности.
Макет атомной бомбы РДС-1 в секретных документах имел условное название «изделие 501».
Для испытания макетов первоначально планировалось построить учебный полигон в Сарове, непосредственно на территории КБ-11. Но потом для этих целей решили приспособить военно-полевой аэродром в Крыму, расположенный недалеко от города Керчи, в районе поселка Багерово. После войны этот район был почти безлюден, что облегчало размещение здесь закрытой зоны для «71-го полигона ВВС».
Одним из аргументов при выборе места было большое количество ясных, солнечных дней в году, что было важно для визуального наблюдения за испытательными объектами при траекторных измерениях. Первая проблема – подобрать подходящий самолет-носитель, способный поднять в воздух груз весом в шесть-семь тонн (предполагаемый вес АБ). При бомбардировке японских городов американцы в качестве носителя использовали бомбардировщик Б-29, получивший прозвище «летающая крепость». Но в СССР в это время подобного по своим тактико-техническим характеристикам самолета не было. Сталин нашел простой выход из затруднительного положения. Весной 1945 года на Дальнем Востоке, в районе Приморья, совершили вынужденную посадку три «летающие крепости», подбитые японцами.
По приказу Сталина одна из них была доставлена на подмосковный аэродром. Авиаконструктору Туполеву было приказано срочно создать точную копию оригинала, не допуская при этом каких бы то ни было «самовольных усовершенствований или вынужденных отклонений». Точная копия! Чтоб в результате получился лучший в мире советский четырехмоторный бомбардировщик. К работе были привлечены около 900 предприятий различных министерств. Некоторые из них – по электронике и электротехническим изделиям – пришлось строить заново.
В результате всенародных усилий в середине 1947 года в СССР появились первые экземпляры серийного тяжелого бомбардировщика ТУ-4.
Он, как и «летающая крепость», представлял собой цельнометаллический монолит с четырьмя двигателями по 2400 лошадиных сил. Бомбовая нагрузка – 6–8 тонн, практический потолок – 11 км, максимальная скорость – 550 км/час, дальность полета – 5400 км. Однако для атомной бомбардировки требовалась специальная доработка, прежде всего – бомбоотсека. Внутри него понадобилось приспособление, обеспечивающее подъем бомбы с транспортной тележки и надежное закрепление её внутри отсека.
Поскольку АБ и её начинка требуют строгого температурного режима, возникла необходимость в дополнительной герметизации отсека и утеплении его в полете с помощью электрической системы обогрева.
С помощью специального («сверхнадежного»!) разъема обеспечивалась стыковка бортового оборудования и систем автоматики изделия.
В кабине штурмана-оператора устанавливался дополнительный пульт управления бомбой. С него можно было осуществлять контроль за состоянием источников питания внутри бомбы, производить настройку различных датчиков, в частности, устанавливать высоту взрыва после получения задания на цель. В руки штурмана передавалось и управление предохранительными чеками, которые вручную извлекались из своих гнезд непосредственно перед бомбометанием, чем обеспечивалась подача питания на все системы автоматики бомбы.
Доработан был и оптический прицел бомбометания для повышенной точности приземления изделия. Некоторое опасение вызывали прочность корпуса самолета и безопасность его экипажа после сброса бомбы. Не разрушится ли самолет, когда его настигнет взрывная волна?
С этой целью в конце 1947 года, когда на полигон № 71 поступили первые образцы самолетов-носителей, провели несколько экспериментов.
На земле было подорвано 10 тонн мощного взрывчатого вещества. Три новеньких самолета в этот момент летали над точкой взрыва на небольшой высоте с целью опробования на вибрацию и прочность. Машины не развалились в воздухе, хотя этот эксперимент ничего окончательно не гарантировал. Запросили Туполева, предоставив ему данные об избыточном давлении в ударной волне атомного взрыва. Просили дать категоричный ответ на вопрос, выдержит ли самолет? Да или нет?
Туполев выдал такое письменное заключение: «При проведении испытаний с самолетом ТУ-4, по-видимому, ничего не произойдет». С рекомендательной припиской: на всякий случай «уменьшить мощность взрыва в полтора-два раза».
После такого заключения Ванников послал Туполева «к ядреной фене». На этом проверка на прочность самолета ТУ-4 завершилась, и он был допущен к испытаниям на полигоне в качестве самолета-носителя.
Этапность работ по испытанию «изделия 501» была согласована с руководителями полигона в середине 1947 года на совместном совещании в КБ-11, в котором приняли участие все главные конструкторы АБ: Харитон, Щёлкин, Духов.
Решено было начать с баллистических испытаний. Для этой цели в КБ-11 были изготовлены массогабаритные макеты с соблюдением формы, габаритов, веса и центра тяжести реальной бомбы.
Корпус должен был иметь оптимальную с аэродинамической точки зрения форму. От этого зависела точность бомбометания и стабильность поведения АБ на всей траектории полета.
Колебания и произвольные вращения могли отрицательно повлиять на работу датчиков и автоматики, заключенных в корпусе.
Опыты показали недостаточную устойчивость бомбы на траектории полета.
Во всех испытаниях «изделия 501» на полигоне в качестве эксперта от КБ-11 принимал участие специалист по аэродинамике, Исай Аронович Хаймович.
Именно по его советам были приняты разумные предложения по «облагораживанию обводов контура». Затем на смену пришли более сложные макеты с заключенной внутри них самопишущей аппаратурой. Эти модельные комплектации позволяли получить экспериментальные данные по линейным ускорениям и вибрационным нагрузкам, действующим на элементы внутри изделия, а также выбрать оптимальное размещение различных датчиков.
Сложность этих испытаний заключалась в том, что после сброса изделия с самолета его надо было отыскать, вырыть, вскрыть и только потом расшифровать показания, находящиеся внутри многоканальных самописцев.
В дождливый осенний период 1948 года это была нелегкая работа.
До места падения от командно-измерительного пункта нужно было добираться на автомашинах по полнейшему бездорожью. Машины застревали в непролазной грязи; вытаскивать их приходилось на руках. Макеты при падении углублялись в мягкую землю на глубину в 6–8 метров. Их долго и нудно раскапывали с помощью лопат – единственного орудия на полигоне для производства земляных работ.
Результаты каждого эксперимента анализировались на вечернем совещании. Последним предоставлялось слово Хаймовичу, который заканчивал свое выступление одной и той же фразой: «Надо бы ещё раз попробовать, а?» В третьей серии экспериментов испытывались макеты с реальной автоматикой бомбы.
Из воспоминаний С.М.Куликова, научно-технического руководителя испытаний:
«Заключительная оценка системы проводилась по результатам испытаний изделия в так называемой контрольной комплектации. Она включала «штатные» (отработанные) корпус изделия, систему автоматики с её низко– и высоковольтной частями и системой инициирования заряда в ВВ, полностью снаряженного КД (капсюль-детонатором. – М.Г.). В заряде при этом вместо центральной части с ДМ (делящимся материалом. – М.Г.)устанавливался «керн».
Были проведены три «натурных» подрыва бомбы на алюминиевом керне. Они прошли удачно. В первом квартале 1949 года все намеченные технические испытания с «изделием 501» были завершены.
В задачу авиационного обеспечения ядерного испытания входил также отбор радиоактивных продуктов из облака взрыва с помощью самолетов ЛИ-2, оборудованных специальными фильтр-гондолами. Отбор предполагалось проводить из различных мест радиоактивного облака с многократным заходом в него на разной высоте. Несмотря на крайнюю опасность облучения экипажей во время подобных маневров, самолеты ЛИ-2 практически не были дооборудованы и не имели никакой защиты от радиационного облучения.
Все испытания на полигоне № 71 проводились под защитой специального истребительного авиаполка, оснащенного самолетами Ла-9 и МиГ-15. При выполнении тренировочных полетов ТУ-4 с макетами на борту истребители сопровождали их для охраны. Истребители снаряжались при этом полным боекомплектом стрелково-пушечного вооружения. Летчикам предписывалось открывать стрельбу по ТУ-4 на поражение, если бы экипаж бомбардировщика попытался уйти за пределы зоны.
Экипажи на полигоне проходили не только техническую, но и политическую подготовку, в том числе и обучение тому, как докладывать Госкомиссии перед полетом и после его завершения.
Из воспоминаний С.М.Куликова:
«Достигнутые результаты по отработке и испытаниям «изделия 501» и самолета-носителя ТУ-4 подтвердили возможность провести ядерные испытания РДС-1 при бомбометании с самолета-носителя ТУ-4…»
19
При распределении атомных тем в конце 1945 года Радиевому институту досталась «разработка технологического процесса извлечения плутония из металлического урана». Иными словами – технологический проект завода «Б».
Выбор для этой работы РИАНа во главе с академиком Хлопиным был обоснованным и оправданным.
Когда-то, в годы гражданской войны, молодой профессор Виталий Григорьевич Хлопин со своими сотрудниками освоил технологию выделения радия из урановой руды. Некоторые участники этой героической научной эпопеи были ещё живы и продолжали работать в Институте, так что Хлопину было на кого опереться в этой ответственной работе.
В отчете Смита обобщенному описанию этой технологии предпослана выстраданная, знаменательная фраза: «Разрешение многих химических вопросов было одним из наиболее замечательных достижений металлургической лаборатории».
Многим руководителям советского атомного проекта, в том числе и Курчатову, это утверждение казалось несколько преувеличенным.
То ли дело ядерный реактор – исключительно новое, первозданное творение человеческого разума. Именно от него ожидали любых сюрпризов, непредвиденных аварий и даже человеческих жертв. Химические же процессы представлялись достаточно хорошо изученными и опробованными на практике ещё в XIX веке.
И всё-таки Смит был прав. Радиохимическая технология выделения плутония из облученного в реакторе урана оказалась самой сложной и опасной частью атомного проекта. Расплатой за недооценку большой промышленной химии были многочисленные невинные жертвы.
Разработка технологии в лабораторных условиях была затруднена наличием в руках ученых только микроскопических количеств плутония. В начале 1946 года, когда началась эта работа, облучить уран можно было только с помощью радие-бериллиевых источников или циклотрона, в котором создаются более мощные пучки нейтронов. Но нейтронный поток даже очень мощного циклотрона не идет ни в какое сравнение с потоками нейтронов внутри ядерного реактора. Экспериментальный котел Ф-1 тогда только проектировался.
Поэтому те облученные урановые блочки, которые были предоставлены в распоряжение научных работников РИАНа, в 1946 году содержали в себе всего несколько микрограммов плутония.
Для отработки технологии приходилось использовать микропипетки и микропробирки, а для наблюдения – бинокулярный микроскоп.
Вторая трудность заключалась в наличии примесей. В облученном уране плутония содержится десятые или даже сотые доли процента. И ровно столько же, если не больше, находится в уране осколков деления ядер урана-235 – радионуклидов. Ядра урана делятся произвольным образом, и поэтому осколки деления представляют собой смесь десятков самых разных химических элементов, в том числе и газов. С точки зрения технологии все эти осколки являются паразитными примесями, от которых необходимо освободиться. Сложность заключается в том, что все эти осколки предельно радиоактивны. А потому весь химический процесс выделения плутония приобретает характер исключительно опасный для здоровья и жизни окружающего персонала.
Рекомендация Смита:
«Все технологические операции необходимо производить на значительном расстоянии от густонаселенных районов и строить специальные, достаточно большие хранилища для радиоактивных отходов…
Громадная активность радиации от продуктов деления, сравнимая с радиоактивностью многих килограммов радия, требовала применения дистанционных методов во всех химических операциях.»
В декабре 1945 года в РИАНе были созданы три бригады ученых для параллельной разработки различных химических методов выделения плутония. Через три месяца кропотливой работы в Институте состоялся технической совет, на котором заслушивались доклады руководителей всех трех групп: Ратнера, Гринберга и Никитина.
После острой дискуссии наиболее перспективным был признан ацетатный метод, разрабатываемый группой профессора Ратнера под патронажем Хлопина. Этот метод основан на том, что плутоний, как и многие другие химические элементы, проявляет в разных химических соединениях разную валентность. Он может быть трехвалентным (восстановленное состояние) и шестивалентным (окисленное состояние). В зависимости от этого состояния меняется растворимость плутония в некоторых средах и некоторые другие химические свойства.
Первая технологическая операция напрашивалась сама собой. Облученные блочки урана надо было растворить в какой-либо кислоте, поскольку все химические операции можно практически производить только с растворами. После растворения первый этап технологического процесса заключался в освобождении от всех радионуклидов, «загрязняющих» производство.
Наиболее перспективным на этом этапе Хлопин считал метод сокристаллизации, хорошо изученный ещё в двадцатые годы при выделении радия из урановой руды. Метод заключался в искусственном соединении в общие кристаллы выделяемого элемента и элемента-носителя. Для плутония носителем мог служить сам уран, который по атомной массе и некоторым свойствам близок к плутонию. Шестивалентный плутоний и уран изоморфны, то есть в кристаллических соединениях способны замещать друг друга, образуя общие кристаллы переменного состава. Поэтому после растворения урановых блочков в азотной кислоте и окисления плутония до шестивалентного состояния можно проводить процесс окислительного осаждения. Он заключается в том, что к полученному раствору надо добавить вещество, которое, вступая в химическое соединение с ураном, образовывало бы нерастворимый кристаллический осадок. В качестве подобных осадителей в химии используют соли уксусной кислоты – ацетаты.
Следующей процедурой являлось разделение раствора и осадка (декантация). Сливаемая жидкость – декантат – бесполезный, но высокорадиоактивный отход производства. Уже тогда, на стадии лабораторного опробования, был выявлен основной недостаток ацетатного метода – образование большого объема жидких высокоактивных отходов (ВАО).
На каждую тонну перерабатываемого урана будет получаться 50 тонн жидких отходов! После промывки кристаллического осадка от остатков радионуклидов предстояла центральная стадия процесса: отделение плутония от урана. Для этого кристаллический осадок снова растворялся в азотной кислоте, после чего плутоний специальными химическими добавками к раствору восстанавливался до трехвалентного состояния. При этом он терял свою изоморфность с ураном. Поэтому при новом добавлении осадителя в осадок выпадало только соединение урана, а плутоний оставался в растворенном состоянии.
Остававшаяся в осадке урановая пульпа отфильтровывалась, утилизовывалась и уходила в новый производственный цикл.
Азотнокислый раствор плутония поступал дальше на очистку от остатков урана и радионуклидов, производимую лантан-фторидным методом. Использование «агрессивного» фтора для очистки предъявляло повышенные требования к материалам аппаратов и трубопроводов, поскольку наличие фтора в реагентах многократно усиливало процесс коррозии.
Конечным продуктом технологической цепочки являлся концентрированный раствор плутония в азотной кислоте. В таком виде плутоний должен был поступать дальше на химико-металлургический завод «В» для аффинажа (доочистки), получения металлического плутония и выплавки из него сердечников для атомной бомбы.
Для хранения жидких высокоактивных отходов было решено вдали от основного здания радиохимического завода построить специальное хранилище (комплекс «С»). «Хранилище» можно считать лишь условным названием предполагаемого бетонного каньона. Жидкие сбросы могли отстаиваться в нем лишь некоторое время. По мере накопления было решено… сбрасывать их в реку Течу.
Таким образом, проблема обезвреживания огромного количества радиоактивных растворов на проектном этапе осталась нерешенной. Отложена до лучших, более спокойных времен.
С газообразными примесями решение было аналогичным. Смесь радиоактивных газов предполагалось разбавлять воздухом и после этого сбрасывать в атмосферу. Как можно выше! Для этой цели в проекте предусматривалось сооружение самой высокой на Урале вытяжной трубы высотой 150 метров. Куда разлетятся и на что осядут, вылетев из трубы, газообразные аэрозоли – об этом некогда было думать…
Для укрупненных полузаводских испытаний проектной технологии в НИИ-9 решили построить опытную установку У-5, на которой произвести проверку технологии с использованием партии урановых блочков, облученных в реакторе Ф-1.
Установка У-5 была пущена в ноябре 1947 года, а уже в конце года на ней было получено 73 микрограмма плутония. Это было приличное количество, позволяющее произвести пробное изучение физических свойств плутония. В середине 1948 года РИАН выдал последний вариант модифицированной технологии завода «Б».
В проект завода был заложен принцип компоновки оборудования по ходу последовательного проведения технологических операций: от растворения урановых блочков в азотной кислоте до получения концентрата плутония. Вся аппаратура должна была размещаться в бетонных каньонах, вытянутых в технологическую линию на полкилометра. Баки с растворами наибольшей активности устанавливались внизу под землей и защищались бетонными плитами. В остальных отделениях предусматривалась многоэтажная компоновка оборудования. Подобного химического гиганта в Советском Союзе не было прежде.
Для его обслуживания требовалось втрое больше эксплуатационного персонала, чем на объекте «А»: около двух с половиной тысяч человек. Половина из них являлись по штатному расписанию дежурными операторами, на которых ложилась самая ответственная и самая «грязная» работа. В конце 1948 года на эти рабочие места привезли несколько эшелонов молодых девушек, выпускниц Воронежского и Горьковского университетов, а также из техникумов г. Кинешмы. Молодые специалисты понятия не имели, куда их распределили и куда везут. Разобрались уже на месте, в зоне.
Большая часть из них погибла от лучевых заболеваний в течение нескольких лет после пуска завода.
