Ссылка на полный текст: Баташов В. М. и др. Завод № 814 в Атомном проекте СССР. — 2007 // Электронная библиотека // История Росатома
Навигация:
О чём эта книга
Электромагнитный способ разделения изотопов
Строительстве завода №814 (будущий ФГУП «Комбинат «Электрохимприбор», г. Свердловск-45, ныне г. Лесной)
Химический цех завода №814
Разделение изотопов лития
Разделение изотопов урана
Производственный комплекс изотопного производства
Технологический процесс разделения изотопов электромагнитным методом
Письмо о ходе работ по получению и использованию атомной энергии за 9 месяцев 1947 года
Строительство предприятий атомной промышленности на Урале
Письмо М.Г. Первухина В.А. Махневу о направлении проекта постановления СМ СССР по строительству завода электромагнитного разделения
Доклад И.В. Курчатова об основных научно-исследовательских, проектных и практических работах по атомной энергии, выполненных в 1947 году
... дать представление читателям о первом этапе истории завода № 814(«Электрохимприбор»), который был построен для получения компонентов для ядерного оружия электромагнитным способом.
В настоящее время известно около десятка различных методов разделения изотопов, и одним из наиболее универсальных, оперативных и гибких является электромагнитный метод.
Создание атомной бомбы требовало решения огромного количества научных проблем, создания новых отраслей промышленности, не существовавших ранее, технического перевооружения имеющихся предприятий. Было известно, что в первой американской атомной бомбе в качестве ядерного взрывчатого вещества использовался плутоний, поэтому учеными и правительством страны в 1945 г. было принято решение о строительстве промышленных реакторов для получения плутония на заводе №817 (г. Челябинск-40, ныне г. Озерск). Параллельно велись работы по разделению изотопов урана. Способы разделения изотопов в 1945 г. были известны. И.В. Курчатов в августе 1945 г. в тезисах о состоянии работ называет:
а) метод термодиффузии;
б) метод ультрацентрифуги;
в) метод диффузии .
Электромагнитный метод разделения назван не был. Объяснение этому можно найти в справке И.В. Курчатова и И.К. Кикоина, адресованной И.В. Сталину. В этой справке ученые сообщают: «Разработка четвертого (магнитного) способа ведется, но пути его осуществления еще не найдены». Они считали, что по диффузионному методу разделения есть достаточно данных для проектирования и сооружения установок.
Для разработки электромагнитного способа разделения изотопов 27 декабря 1945 г. было принято постановление СНК СССР №3176-964 сс. В одном из его пунктов было записано: «Обязать Наркомэлектропром (т. И.Г. Кабанова) организовать при заводе «Электросила» Особое конструкторское бюро по проектированию комплектных специальных электромагнитных установок и циклотронов». 29 мая 1946 г. принимается постановление Совета Министров СССР (СМ СССР) «Об изготовлении опытной установки №4». Установка предназначалась для получения изотопов урана-235 и урана-238 электромагнитным методом, а также могла быть использована для разделения изотопов плутония. Вес магнита установки должен был быть 120 тонн. Ввод в эксплуатацию предполагался не позднее чем 1 декабря 1946 г.
В сентябре 1946 г. на имя Л.П. Берии поступила справка члена технического совета при Специальном Комитете В.А. Махнева «О работах в области электромагнитного метода разделения изотопов и подготовке строительства завода по этому методу», в которой он сообщал об успешных опытах по получению смеси урана-238 и урана-235 с высоким обогащением ее изотопом 235 и настаивал на необходимости постройки завода электромагнитной сепарации и его основных характеристиках. О проведении в Лаборатории №2 АН СССР и в Ленинградском физико-техническим институте расчетно-теоретических и экспериментальных работ и положительном решении ряда принципиальных вопросов по электромагнитному разделению изотопов было доложено на заседании Специального Комитета при СМ СССР, состоявшемся в том же месяце. Впервые удалось разделить изотопы урана-235 и урана-238 из обычной четырехфтористой соли урана. Всего было получено 15 микрограммов урана-235 с высоким обогащением (более 80%). Производительность электромагнитной установки — около 5 микрограммов в час. По мнению Научно-технического совета (НТС) Первого Главного Управления (ПГУ) при СМ СССР, результаты работ давали основание приступить к проектированию завода по производству урана-235 методом электромагнитного разделения.
16 сентября 1946 г. М.Г. Первухин — руководитель ИТС Спецкомитета, ученые И.В. Курчатов и Л.А. Арцимович направили докладную записку на имя Л.П. Берии, в которой сообщили о результате теоретических и конструкторских работ: «В конце августа с.г. в Лаборатории №2 в результате разделения впервые получен изотоп U235 с высоким обогащением. Исходя из величины ионного тока, во время разделения 40–50 микроампер, количество выделенного изотопа U235 соответствует 23 микрограммам в час. Таким образом, впервые в Советском Союзе получен изотоп U235 методом электромагнитного разделения. В результате проведенных работ ОКБ (Особое конструкторское бюро) завода «Электросила» предложена конструкция многокамерной разделительной установки, позволяющей сократить в пять раз количество перерабатываемого металла (вместо 150 тыс. тонн потребуется 25–30 тыс. тонн) и резко сократить объем строительных работ заводов по разделению». В сентябре 1946 г. было написано еще несколько писем и справок о необходимости проектирования завода по электромагнитному разделению изотопов урана.
Срыв сроков ввода в эксплуатацию завода №813 по диффузионному разделению изотопов урана потребовал ускорения работ на строительстве завода №814 по разделению изотопов урана электромагнитным методом. Уже в феврале 1948 г. в докладе И.В. Курчатова о работах по атомной проблеме, выполненных в 1947 г., говорится:
«В настоящее время начаты строительные работы по заводу №814 — прокладывается железная дорога и строятся подсобные сооружения. На строительстве работают 8 000 человек».
«Завод №814, также как и завод №813, будет вступать в эксплуатацию очередями. Предположено ввести в строй в 1950 г. на производительность 150 г чистого урана-235 в сутки. Необходимое для снаряжения одной бомбы количество урана-235 завод №814 даст в середине 1951 г.»
В письме Б.Л. Ванникова и Н.А. Борисова на имя Л.П. Берии 3 марта 1948 г. впервые официально дается предложение И.В. Курчатова и Л.А. Арцимовича о возможности получения высокообогащенного урана-235 из предварительно обогащенного урана, а также предложение И.В. Курчатова и И.К. Кикоина об использовании установки СУ-20 (сепарационная установка из 20 разделительных камер) на заводе №814 в комбинации с газодиффузионным методом на заводе №813, что даст увеличение выхода конечного продукта.
Так проходило становление и развитие электромагнитного метода получения изотопов в СССР. Разработанный метод позволил стране иметь еще один вариант промышленной технологии получения ядерной взрывчатки (помимо реакторного получения плутония и газодиффузионного разделения изотопов урана). Этот метод явился универсальным, позволяющим получать изотопы всей таблицы Д.И. Менделеева, а на установке СУ-20 было получено более 200 изотопов 49 ее элементов, полностью удовлетворяющих потребности нашей страны и экспортируемых за ее пределами.
Одним из основных цехов строившегося завода №814 по разделению изотопов электромагнитным методом был химический цех. Организован он был 9 февраля 1949 г. Задачи химического цеха были следующие:
1) получение и подготовка рабочего вещества;
2) загрузка рабочего вещества в тигли прибора (узел №10) — источника при разделении изотопов; 3) съем разделенных изотопов из коробок приемника (узел №11); 4) переработка разделенных изотопов в необходимую товарную форму;
5) съем напыленного рабочего вещества с деталей источника, приемника, кожуха;
6) регенерация снятых с деталей веществ в рабочее вещество;
7) контроль за движением рабочего вещества как в химическом цехе, так и в цехе электромагнитного разделения.
Нумерация цехов в 1949–1951 гг. проводилась по номерам зданий, где они располагались. Так, например, цех электромагнитного разделения изотопов располагался в здании №3, а сам цех был третьим. Химический цех находился в зданиях 12 и 22 и именовался как цех 12/22. Все на заводе №814 было подчинено единственной цели — получению изотопов урана-235 методом электромагнитного разделения. Химическая технология практически была «стаканной». Разрабатывалась она в ЛИПАНе — Лаборатории измерительных приборов Академии наук, иначе — Лаборатории №2, которой руководил И.В. Курчатов. Технология разделения изотопов и химическая часть должны были передаваться на завод №814.
Идея создания атомного оружия на основе ядерного синтеза легких атомов элементов была известна в 1948 г. «Формальным основанием для начала работ было постановление Совета Министров СССР от 10 июня 1948 г., согласно которому КБ-11 (ныне ВНИИЭФ, г. Саров) поручалась разработка еще четырех конструкций, в том числе и изделия с использованием ядерной энергии дейтерия, а также дейтерия в смесях с тритием». В 1950 г. В.Л. Гинзбург — один из ведущих физиков страны — предложил заменить газообразующие элементы дейтерий, тритий на дейтерид лития-6, что давало еще больший эффект. Работы по разделению изотопов лития проводились в Ленинградском физико-техническом институте под руководством академика С.П. Константинова. Суть метода заключалась в электролизе гидроокиси лития на ртутном катоде с получением амальгамы лития с последующим ее разложением водой. В третьем квартале 1952 г. была запущена опытно-промышленная установка по получению изотопов лития, которая могла обогащать только до 30–40% по изотопу лития-6. Для ядерного заряда требовался изотоп лития-6 с его концентрацией более 90%. Л.А. Арцимович предложил провести дообогащение изотопов лития на установке СУ-20, что было принято.
В начале в качестве исходного вещества использовался хлористый литий. Об этом свидетельствует документ цеха №1 — «Сводные данные о технологических процессах и результаты разделения изотопов на электромагнитной установке СУ-20». По всей вероятности, опыт работы на хлористом литии показал, что это вещество по своим характеристикам не оптимально. В качестве рабочего вещества был предложен металлический литий, что было закреплено в приказе по заводу: «Перевести с 25.08.1952 г. первый этаж цеха №1 на работу с металлическим цинком (литием)». Работа на металлическом литии позволила значительно улучшить характеристики процесса разделения. На нем и работали до конца разделения — лета 1955 г. Были определенные трудности — как у физиков, так и у химиков.
... высокая химическая активность требовала очень тщательного подбора материалов для изготовления оборудования, оснастки. Возгораемость металлического лития, гидрида, выделение взрывоопасного водорода требовали жесточайшего соблюдения всех требований техники безопасности. Так как исходным сырьем был уже обогащенный хлорид лития, имеющий, как и любой изотоп, очень высокую стоимость, то необходимо было организовать производство с минимальными потерями, извлекать соединения лития из всех «хвостов» и подсобных материалов. Все это требовало организации строжайшего учета как исходного сырья, так и конечного продукта.
... несмотря на все трудности, коллектив завода №418 (814) справился с государственным заданием, получил изотоп лития-6 и изготовил из него дейтерид лития. С учетом некоторого опыта работы по обогащению урана, коллективом завода задание по получению лития-6 было выполнено в установленные сроки. В первой половине 1953 г. было наработано достаточное количество дейтерида лития для изготовления первой в мире водородной бомбы.
Уран имеет три изотопа: уран-234 (0,005%), уран-235 (0,072%) и уран-238 (99,275%). Как следует отсюда, целевой изотоп уран-235 является соседом наиболее сильного изотопа, а это осложняет его обогащение. В качестве рабочего вещества использовался четыреххлористый уран, что вносит дополнительные трудности в процесс разделения из-за наличия сильного паразитного пучка фтора. Несмотря на это, обогащение урана-235 в одном цикле достигало 90% и более. Это был самый первый и самый напряженный период в истории завода. Он начался с лета 1947 г. и закончился в мае 1951 г.
На установке СУ-20 завода №814 в 1951 г. впервые был получен изотоп урана-235 с обогащением более 90% в промышленном масштабе. Это позволило заводу №814 внести свой вклад в оснащение и испытание 18 октября 1951 г. первой урано-плутониевой ядерной бомбы РДС-3, сброшенной с самолета над Семипалатинским полигоном, а уже в 1952 г. впервые в нашей стране был налажен процесс разделения изотопов лития с обогащением более 90% в промышленном масштабе, что дало возможность оснастить и испытать первую термоядерную бомбу в августе 1953 г.
Технология газодиффузионного метода к 1952 г. была значительно усовершенствована и оказалась более производительной и дешевой. В дальнейшем обогащение урана было решено производить газодиффузионным методом и поручено заводу №813. Производственный процесс по урану на установке СУ-20 был остановлен.
Основой разделительного комплекса является электромагнит, выполненный в виде вертикального «бублика» высотой в шесть этажей и весом 3100 тонн. В 20 зазорах магнита вдвинуты разделительные камеры, изготовленные в виде металлических ящиков с внешними размерами 4000х1500х690 мм. Каждая камера вмещает три ионных источника и три приемника. Извлеченные из источника ионы, двигаясь по круговым траекториям в магнитном поле разделительной камеры, в зависимости от массового числа, направляются в соответствующие карманы приемника. Извлеченные из карманов изотопы очищаются от примесей и доводятся до товарной кондиции. Изначально производственный комплекс завода №814 включал следующие подразделения:
цех 001 — собственно сепаратор;
цех 002 — сборка сменного технологического оборудования (источников, приемников и др.);
цех 003 — химическая переработка изотопов;
цех 004 — изготовление нестандартного оборудования;
цех 005 — газовоздушное обеспечение;
цех 007 — ремонт электроаппаратуры;
цех 008 — холодное водоснабжение;
цех 009 — подстанция;
цех 010 — центральная заводская лаборатория;
цех 011 — железнодорожные перевозки.
Функционально все эти подразделения сохранились до настоящего времени. Основные этапы развития изотопного производства:
1950–1951 гг. — производство урана-235 для изготовления атомного заряда, испытанного 18 октября 1951 г.;
1951–1955 гг. — реконструкция и производство лития-6 для изготовления первого термоядерного заряда, испытанного в августе 1953 г.;
1955–1993 гг. — реконструкция и производство 205 стабильных изотопов 45 химических элементов;
1960 г. — создание Государственного Фонда стабильных изотопов, начало экспорта изотопов;
1993 — по настоящее время — удовлетворение изотопной продукцией научно-технических, медицинских и других потребителей в России и за рубежом.
На базе стабильных изотопов, полученных на комбинате, проводятся фундаментальные исследования по физике атомного ядра, синтезу новых элементов, по изучению нейтрино (одна из элементарных частиц) и т.д. Значительная часть изотопов используется в медицине для диагностики заболеваний и изготовления фармацевтических препаратов.
Технологический процесс разделения изотопов в общем виде выглядит следующим образом: рабочее вещество, загруженное в тигель источника в виде элемента или различных химических соединений, нагревается до парообразного состояния и поступает в газоразрядную камеру для ионизации. Полученные ионы извлекаются из области ионизации, формируются ионно-оптической системой в пучок и направляются в пространство разделительной камеры, пронизанное магнитным полем, где после поворота на 180 градусов фокусируются и улавливаются приемником. Фокусировка является тонким и своеобразным процессом.
Дело в том, что газоразрядная плазма представляет собой весьма капризную субстанцию. В ней возникают различного рода неустойчивости, которые передаются в пучок, где генерируют электрические поля, приводящие к нарушению его фокусировки. Следует также учитывать, что каждый кубический сантиметр атмосферного воздуха содержит 1019 частиц. И если не снижать его концентрацию, то в результате непрерывных столкновений ионы изменят свою траекторию или превратятся в нейтральные атомы. В том и другом случаях они не придут в предназначенный для них приемник. Отсюда следует, что необходимо уменьшать концентрацию частиц в пространстве движения, то есть создавать глубокий вакуум.
Таким образом, ионный пучок каждого изотопа должен быть хорошо сфокусирован и точно зафиксирован в соответствующем приемном кармане во все время накопления. Это достигается созданием и использованием глубоко стабилизированных электрического и магнитного полей специальной конфигурации. Заторможенные в приемнике ионы должны быть надежно удержаны в нем. Этому условию отвечает соответствующая конструкция приемника, выполненная из специальных материалов и работающая при определенной температуре. Накопленное вещество должно быть извлечено из приемных карманов с необходимой полнотой, очищено от примесей и переведено в нужную товарную форму. Весь производственный процесс должен сопровождаться различными формами постоянного или эпизодического контроля.
Письмо Б.Л. Ванникова, И.В. Курчатова, А.П. Завенягина, Н.А. Борисова, М.Г. Первухина, И.К. Кикоина и Л.А. Арцимовича И.В. Сталину с представлением отчета о ходе научно-исследовательских и практических работ по получению и использованию атомной энергии за 9 месяцев 1947 г.
6 октября 1947 г.
Товарищу Сталину
Представляем отчет о ходе научно-исследовательских и практических работ по получению и использованию атомной энергии за время, истекшее после доклада, сделанного Вам 7 января 1947 г. Просим ознакомиться. Б. Ванников И. Курчатов А. Завенягин Н. Борисов 6.Х.47 г. М. Первухин И. Кикоин Л. Арцимович
Приложение
СТРОГО секретно (Особой важности)
Экз. №1
Товарищу Сталину
ОТЧЕТ о ходе научно-исследовательских и практических работ по получению и использованию атомной энергии за 9 месяцев 1947 г.
Вводная справка
Состояние работ к 7 января 1947.
Научно-исследовательские и практические работы по получению и использованию атомной энергии к 7января 1947г. находились в следующем состоянии: 1. В 1946 году удалось разработать и освоить сложную технологию выплавки ультрачистого металлического урана и получить первые 36 тонн кондиционного металла урана. В конце декабря 1946 г. в лаборатории т. Курчатова был закончен сооружением и пущен в действие опытный физический уран-графитовый котел, позволивший впервые в СССР получить в полузаводском масштабе цепную ядерную реакцию. Опытный уран-графитовый котел обеспечил возможность экспериментально проверить все основные расчеты, положенные в основу конструирования и проектирования промышленного котла. К этому времени было начато сооружение промышленного котла (завод №817).
Осуществление диффузионного разделения изотопов урана по методу, предложенному проф. Кикоиным, к концу 1946 года упиралось в трудности конструирования новых весьма сложных разделительных агрегатов. Работа по методу проф. Кикоина находилась в стадии поисков надежной конструкции разделительных машин, делительных сеток и преодоления других технических, весьма сложных, проблем осуществления этого метода. Строительство завода по методу проф. Кикоина к началу 1946 года находилось лишь в стадии подготовки. Работы по осуществлению электромагнитного способа разделения изотопов урана (по методу проф. Арцимовича) к началу 1947 года проходили период экспериментальной проверки на опытных электромагнитах лабораторного масштаба, показавшей возможность практического применения электромагнитного метода. К проектированию завода по методу проф. Арцимовича в то время еще не было приступлено.
Основные итоги работы за 9 месяцев 1947 года
Проделанная в 1946 году подготовительная работа, обеспечившая получение необходимого для опытов металлического урана, сооружение опытного уран-графитового котла, изготовление в начале 1947 года первых опытных конструкций диффузионных машин, опытных конструкций электромагнитов, позволила в 1947 году приступить к проектированию и начать практическое осуществление первых двух промышленных предприятий (заводов №817 и 813) для получения атомных материалов. Весьма важным элементом диффузионных машин является делитель изотопов урана, состоящий из набора мелкопористых перегородок (имеющих поры от 1 до 0,5 микрон). Фильтры, принятые для установки на диффузионных машинах завода №813, изготовляются спеканием мелкого никелевого порошка. Технология изготовления таких фильтров (ранее у нас не проводившихся) разработана, и в настоящее время начато массовое их производство на комбинате твердых сплавов Министерства цветной металлургии.
Проектирование завода №813
Государственным проектным институтом №11 Первого главного управления и Лабораторией №2 к настоящему времени разработан и утвержден Научно-техническим советом Первого главного управления технический проект диффузионного завода (№813). Завод должен состоять из 50 независимо работающих каскадов приблизительно по 130 диффузионных машин в каждом каскаде. Всего на заводе будет работать 6500 машин. Общая производительность завода №813 рассчитана на получение 140 г урана-235 в сутки (в пересчете на металлический уран). Разработанная технологическая схема завода №813 позволяет получать как чистый уран-235 (для бомбы), так и смесь урана-235 с [ураном]-238 в любом соотношении (в случае необходимости применения такой смеси для уранового котла с целью повышения его производительности и уменьшения затрат металлического урана). В настоящее время в Лаборатории №2 монтируется один из каскадов будущего завода №813, состоящий из 120 малых диффузионных машин. На этом каскаде будет произведена окончательная проверка принятой схемы регулирования и управления процессом. Кроме того, этот каскад сможет давать около 1 тонны в месяц продукт, обогащенного на 10% ураном-235.
Ход строительства завода №813
Строительство завода №813 ведется силами МВД СССР. В настоящее время производятся строительно-монтажные работы по объектам промышленного назначения и жилищно-коммунального хозяйства. Состояние научно-исследовательских, проектных, конструкторских работ, а также ход строительства и подготовки оборудования позволяют пустить диффузионный (завод №813) к ноябрю 1948 г. (срок установлен Постановлением Совета Министров СССР от 21 августа 1947 г.).
V. О ходе научно-исследовательских, экспериментальных и проектных работ по осуществлению электромагнитного метода разделения изотопов урана (по методу акад. Арцимовича)
В 1946 году опытами, проведенными проф. Арцимовичем на лабораторной разделительной установке, была подтверждена возможность практического использования электромагнитного метода для выделения урана-235. В течение 9 месяцев текущего года работа по электромагнитному методу была направлена на разработку основных элементов промышленных конструкций разделительной аппаратуры (ионных источников, приемников разделенных изотопов и высоковакуумной аппаратуры) и на подготовку к проектированию завода электромагнитного разделения (разработка схемы технологического процесса в заводском масштабе, выбор основного оборудования и определение его основных характеристик). Работа по созданию ионных источников большой мощности натолкнулась на серьезные технические трудности. Выяснилась необходимость в разработке новых керамических материалов (выдерживающих высокую температуру), которые ранее у нас не производились. К настоящему времени еще не удалось полностью преодолеть все конструктивные трудности. Особо трудной оказалась задача изыскания ионных источников. Имеющиеся у нас в настоящее время источники работают не свыше 6–8 часов, в то время как в заводских условиях мы должны иметь по крайней мере втрое более высокий срок их службы, поэтому усовершенствование ионных источников направлено прежде всего на поиски возможности повышения срока их службы.
В последнее время немецкий специалист Арденне, директор Института «А», работающий над проблемой электромагнитного метола разделения урана, получил результаты, позволяющие создать новый ионный источник, действующий в парах металлического урана. С созданием источника, работающего на металлическом уране, мы сможем получать возможность полного использования металла и значительного увеличения длительности работы катода. Кроме того, в связи с тем, что в источнике Арденне вместо солей (содержащих сильно агрессивные вещества — хлор и фтор) используется металл, значительно облегчаются условия службы конструкции и эксплуатации всей установки. В ближайшее время будет закончено изготовление опытных экземпляров источников Арденне и испытание их. Разработанные к настоящему времени конструкции приемников разделенных изотопов урана с принципиальной стороны удовлетворительны, но еще не проверены на больших ионных токах.
Для разделительных установок требуются вакуумные агрегаты производительностью 10–15 тыс. литров в секунду. До сих пор в нашей промышленности нет вакуумных агрегатов такой мощности. Специальным комитетом приняты меры по обеспечению разработки новой высоковакуумной аппаратуры. На заводе «Электросила» изготавливается первая большая разделительная камера для установки, рассчитанная на производительность 0,15–0,2 грамма легкого изотопа уран-235 в сутки. Камеру предполагается смонтировать и пустить в эксплуатацию в ноябре с. г., так как к этому времени должны быть готовы первые экземпляры мощных вакуумных агрегатов.
Мероприятия по подготовке к строительству и оборудованию завода электромагнитного разделения урана
Составление проектного задания для завода электромагнитного разделения закончено. Приступлено к разработке технического проекта. Завод электромагнитного разделения проектируется на мощность 80–150 граммов урана-235 в сутки. Срок пуска намечается в конце 1949 года. Параллельно с проектированием завода электромагнитного разделения урана (завод №814) по заданию Специального комитета в 1947 году приступлено к подготовке базы по производству для него специального оборудования и подготовке к строительству самого завода. С этой целью начато силами МВД СССР восстановление быв. завода Ленметаллургстрой (в Ленинграде), на котором будет организовано производство магнитов и электрооборудования для завода №814. Начаты подготовительные работы на строительной площадке, отведенной для сооружения завода №814 (поселок Нижняя Тура Свердловской области).
Опубликовано:
Атомный проект СССР: Документы и материалы, Т. 2. Атомная бомба. 1945–1954. Москва–Саров, 2002.
Для получения компонентов ядерного оружия необходимо было построить несколько заводов со всей инфраструктурой. Всего на Урале были построены три таких завода. Это завод №813 (будущий Уральский электрохимический комбинат в г. Свердловск44, ныне г. Новоуральск) по получению 100 граммов урана-235 в сутки газодиффузионным методом. Завод №817 (будущий комбинат «Маяк» в г. Челябинск-40, ныне г. Озерск) по получению 100 граммов плутония-239 в сутки методом облучения урана в атомном реакторе. Завод №814 (будущий комбинат «Электрохимприбор») по получению урана-235 электромагнитным способом.
Одной из важнейших задач после образования органов руководства работами по созданию ядерного оружия была задача по выбору региона страны, в котором будут размещены объекты, построенные для производства полного цикла работ, от переработки и обогащения урановой руды до изготовления атомных боезарядов. Задача была поставлена крайне сложная. Промышленные площадки под строительство объектов должны были отвечать многим специфическим условиям. К выбору такого региона подошли очень ответственно. Атомную промышленность нельзя было создавать на разрушенной войной территории. Кавказ, Средняя Азия не подходили как по геополитическим, климатическим, так и геологическим критериям. В этих регионах отсутствовала в необходимом количестве вода. Сибирь и Дальний Восток также не могли быть использованы для достижения данной цели, т.к. не обладали тогда мощным промышленным потенциалом и развитой инфраструктурой, а на создание ее ушло бы много времени и огромные материальные ресурсы. Важным условием размещения атомной промышленности было достаточное удаление от границ государства.
Всем этим условиям в значительной степени отвечал Урал. За годы индустриализации и Великой Отечественной войны он превратился в крупнейший промышленный район страны. На базе построенных до войны и эвакуированных в военное время предприятий была создана мощная оборонная промышленность. В годы войны Наркомат боеприпасов, возглавляемый Б.Л. Ванниковым, и Наркомат танковой промышленности во главе с В.А. Малышевым находились в Челябинске. Б.Л. Ванников, В.А. Малышев и А.П. Завенягин хорошо знали потенциальные возможности многих предприятий Урала, и они использовали их, когда встали во главе уранового проекта. За годы войны на Урале сформировались трудовые коллективы, состоящие из квалифицированных кадров и способные решать задачи в экстремальных условиях. Они и стали основными поставщиками рабочих и инженерно-технических работников для строящихся предприятий атомной промышленности. Кроме того, Урал отвечал и другим требованиям, выдвигаемым при создании специфических производств.
В первую очередь — это наличие крупных водоемов пресной воды, предназначенной для охлаждения горячей активной зоны атомных реакторов, и достаточной речной сети для сброса отходов радиохимического производства.
Во вторую очередь – развитая сеть железных дорог и транспортных магистралей, связывающих Урал с другими регионами, в том числе и с центром. Это обстоятельство диктовалось необходимостью доставки огромного потока грузов на строительные площадки.
В третью очередь — относительная близость крупных индустриальных центров с развитой промышленной инфраструктурой давала возможность перераспределять материальные и людские ресурсы, концентрируя их на стратегически важных направлениях строительства новой отрасли.
В четвертую очередь — в связи с тем, что специфика технологических процессов и характер проводимых работ не исключали случая возникновения крупных техногенных аварий, связанных с выбросом радиоактивных веществ, необходимо было предусмотреть возможность создания безопасных условий для населения, проживающего за пределами этих закрытых объектов.
Наконец, Урал обладал богатейшими природными ресурсами, в том числе и топливно-энергетическими, которые были необходимы для бесперебойного снабжения новых энергоемких объектов электроэнергией.
Выбор территории Урала давал и другие преимущества, но при всем этом он обеспечивал и главное условие реализации атомного проекта — высокий уровень секретности проводимых работ. В предгорьях Уральского хребта имелось немало глухих уголков природы, которые были удалены от больших жилых массивов и где можно было «спрятать» любое производство. Требовалось не только обеспечить соответствующий режим секретности работы предприятий атомной промышленности, но и в максимальной степени ограничить возможность контактов работников с другими гражданами, не имевшими отношения к этим работам.
Немаловажным обстоятельством являлось и достаточное территориальное удаление радиационно опасных объектов от густонаселенной европейской части страны и, в частности, от столицы. При выборе районов размещения наукоемких центров военного потенциала необходимо было учитывать их рассредоточение по территории страны — в целях обеспечения их неуязвимости в случае возникновения военной угрозы. Эти и другие причины в совокупности определили принятие правительством решения о размещении предприятий по производству урана и плутония, а также сборки ядерных боеприпасов на Урале.
На заседании Специального комитета при Совнаркоме СССР 30 ноября 1945 г. было окончательно утверждены места размещения под строительство завода №817 — площадки «Т» (южный берег оз. Кызыл-Таш, в 16 км. от г. Кыштым Челябинской обл.) и завода №813 — на законсервированной строительной площадке завода №261 Народного Комиссариата авиационной промышленности в Свердловской области, в 80 километрах от города Свердловска, в рабочем поселке Верх-Нейвинское54 (ныне г. Верх-Нейвинск). Это решение было закреплено постановлением СНК СССР №3150-952 сс от 21 декабря 1945 года.
В целях реализации планов строительства завода по разделению изотопов урана электромагнитным методом 10 июня 1947 г. на заседании Спецкомитета был рассмотрен вопрос «О месте строительства и мощности завода №814», а 19 июня 1947 г. было подписано постановление №2140-562сс/оп «Вопросы завода №814», которым утверждено решение о строительстве завода в Исовском районе Свердловской области.
Для строительства завода по получению изотопов урана-235 электромагнитным методом необходимо было построить мощный магнит — установку СУ-20 (сепарационная установка с 20 разделительными камерами). Работа магнита требовала потребления большого количества электрической энергии. Вблизи завода таких источников не было. В связи с этим Совет Министров СССР принял решение о строительстве Нижнетуринской ГРЭС мощностью 129 тыс. кВт, а 14 ноября 1949 г. принял отдельное постановление №5201-1989с «О ходе строительства Нижнетуринской ГРЭС». В указанном постановлении в очень жесткой форме были намечены решительные меры по ускорению строительства и вводу в действие ГРЭС, срок ввода которой в эксплуатацию был запланирован на 1949 г. Руководители, виновные в срыве пуска станции, на основании этого постановления были привлечены к дисциплинарной ответственности.
В декабре 1950 г. завод №814 выпустил первую продукцию — уран-235. 25 мая 1951 г. начальник ПГУ направил в правительство предложения по строительству на площадке завода №814 цеха по производству изделий РДС, а 15 сентября 1951 г. СМ СССР принял постановление о строительстве на площадке завода №814 не цеха, а завода №418 по производству изделий РДС. С этого времени завод №814 стал называться заводом №418 (будущий ФГУП «Комбинат «Электрохимприбор», г. Свердловск-45, ныне г. Лесной). В целях обеспечения секретности, Специальным комитетом (протокол №73 от 18 февраля 1949 г.) все объекты ПГУ стали именоваться «базами», «складами», «конторами» Главгорстроя СССР ...
В начале 1950-х гг. СМ СССР были приняты решения о строительстве на Урале еще двух секретных объектов в Челябинской области. Это — Златоуст-20 (36) (ныне г. Трехгорный) и Челябинск-70 (ныне г. Снежинск). 24 января 1952 г. СМ СССР по предложению ПГУ принял постановление №342-135 сс/оп о строительстве военного завода по сборке ядерных боеприпасов в Катав-Ивановском районе Челябинской области, присвоив ему №933 (ныне ФГУП «Приборостроительный завод») как дублера завода №551 по серийной сборке ядерных боеприпасов. Задачи по его возведению возлагались на Главпромстрой МВД СССР. Место для строительства завода и города было определено южнее города Юрюзань Челябинской области. Министерству лесного хозяйства СССР было поручено выделить Главгорстрою СССР из земель государственного лесного фонда участок для разработок площадью 150 квадратных километров.
Письмо М.Г. Первухина В.А. Махневу о направлении проекта постановления СМ СССР по строительству завода электромагнитного разделения
27 сентября 1946 г.
Сов. секретно (Особая папка)
Товарищу Махневу В.А.
В дополнение к докладной записке по электромагнитному методу разделения изотопов (пункт 2 повестки Специального Комитета) направляю проект Постановления Совета Министров СССР о подготовке строительства завода электромагнитного разделения №9461.
М. Первухин
«27» сентября 1946 г.
Приложение. Постановление СМ СССР №____ «О подготовке строительства завода №946»
Москва, Кремль « » сентября 1946 г.
Сов. секретно (Особая папка)
Совет Министров Союза ССР
ПОСТАНОВЛЯЕТ:
1. Считать необходимым построить завод №946 Первого главного управления при Совете Министров СССР по разделению изотопов урана и плутония.
2. Утвердить для работы по выделению урана-235 характеристику и состав завода, представленные профессором Арцимовичем Л.А. (согласно приложению):
— на производительность — 150 граммов урана-235 в сутки — расход сырья— около 70 кг галоидных соединений А-9 в сутки — количество камер для первой — 600 шт. и последующих ступеней разделения — состав основных цехов завода:
— цех подготовки исходного сырья,
— цех первоначального обогащения,
— цех конечного разделения,
— цех подготовки и зарядки камер и источников,
— цех очистки камер, источников и приемников.
При проектировании завода учесть дальнейшее расширение его до мощности 300 граммов в сутки.
Поручить Лаборатории №2 Академии наук СССР (профессор Арцимович Л.А.) и ОКБ завода «Электросила» (т. Ефремов Д.В.) провести необходимые исследования и представить к 1.VII.47r. на рассмотрение Совета Министров производительность и производственную характеристику оборудования завода №946 для работы по получению очищенного. Возложить разработку технического и рабочего проектов завода №946 на ГСПИ-11 Первого главного управления при Совете Министров СССР (т. Гутова) совместно с ОКБ завода «Электросила» Министерства электропромышленности и Лабораторией №2 АН СССР. Научным руководителем проекта утвердить профессора Арцимовича Л.А. Установить срок ввода в действие завода №946 IV кв. 1948 г. Возложить строительство завода №946 на Главпромстрой Министерства внутренних дел СССР (т. Комаровского).
Обязать Первое главное управление при Совете Министров СССР (т. Ванникова) и Министерство электропромышленности (т. Кабанова):
а) представить на утверждение проектное задание и предложения о месте строительства завода №946 к 1 января 1947 г.;
б) обеспечить окончание разработки чертежей основных объектов завода к маю 1947 г. Поручить тт. Ванникову, Кабанову, Круглову, Курчатову и Арцимовичу в трехмесячный срок представить на утверждение Совета Министров СССР мероприятия по обеспечению строительства завода №946 оборудованием, материалами, сырьем, электроэнергией, а также по подготовке кадров завода. Возложить контроль за выполнением настоящего Постановления на т. Ванникова Б.Л.
Приложение к проекту постановления
Характеристика завода №946
Уран-235 производится при помощи электромагнитного разделения изотопов продукта А-9. Исходным сырьем служат галоидные соединения А-9. Окончательным продуктом процесса является изотоп уран-235 со степенью чистоты в 95%. Суточная производительность завода около 0,15 кг окончательного продукта. Расход исходного сырья ок. 70 кг в сутки. Относительное содержание урана-235 в отвале не выше 0,3%. Окончательный продукт направляется для дальнейшего использования на другие предприятия.
1. Состав основных цехов завода
Цех подготовки исходного сырья (приемка, контроль, подготовка сырья).
Цеха первоначального обогащения (цеха электромагнитных установок первой ступени).
Цех конечного разделения (цех электромагнитных установок последующих ступеней).
Цех подготовки и зарядки камер и источников.
Цех очистки камер и источников от остатков исходного сырья и очистки приемников от полупродукта и окончательного продукта.
2. Основные агрегаты
Основными технологическими агрегатами завода являются электромагнитные установки, состоящие из следующих элементов:
а) электромагнита с обмоткой возбуждения и системой охлаждения;
б) разделительных вакуумных камер с источниками ионов и приемниками для разделенных изотопов;
в) вакуумных установок для поддержания вакуума внутри разделительных камер;
г) электромашинных агрегатов для питания обмоток электромагнита с системой стабилизации магнитного поля;
д) высоковольтных выпрямительных установок с системой стабилизации напряжения, питающего ионные источники.
Исходя из суточного выхода окончательного продукта на одну разделительную камеру в 0,3 г, цеха первоначального обогащения должны содержать электромагнитные установки на 500 разделительных камер. Количество разделительных камер для конечного разделения должно составлять около 20% от количества камер для первоначального обогащения. Типовой электромагнитной установкой является комбинированный электромагнит ориентировочно на 64 разделительные камеры. Семь таких электромагнитов располагаются в главных пролетах двух цехов первоначального обогащения, в цехе конечного разделения располагаются остальные электромагнитные установки.
В соответствии с количеством вертикальных рядов разделительных камер, с обеих сторон комбинированного электромагнита, в главном пролете цеха имеются площадки типа «этажерки», на которых располагаются вакуумные агрегаты. В боковых пролетах цеха располагаются электромашинные агрегаты питания обмоток электромагнитов, аппаратура выпрямительных установок и распределительные устройства. В подвальном помещении здания располагаются вентиляционные агрегаты для охлаждения обмоток электромагнита.
Подготовленные в специальном цехе внутренние полости (кассеты) разделительных камер с размещенными на них съемными источниками и приемниками располагаются в полюсных зазорах электромагнита. Периодически производится замена источников и приемников для их очистки и перезарядки источников; через большие промежутки времени производится также выемка и очистка кассет. Вакуумные агрегаты систематически направляются для осмотра, очистки и смены масла в специальный цех вакуумной аппаратуры.
Цеха электромагнитных установок должны иметь мостовые краны для монтажа электромагнитов и грузовые подъемники для транспортировки вакуумных агрегатов с «этажеркой». Указанные цеха должны иметь общую вентиляцию, обеспечивающую нормальную температуру и состояние воздуха. Цеха по очистке камер, источников и приемников должны иметь усиленную общую и местную вентиляцию в соответствии с принятыми способами очистки. Наряду с основными техническими цехами, в составе завода имеются: ремонтно-механический цех, цех по ремонту вакуумного оборудования и аппаратуры, цех по ремонту электротехнического оборудования, цех по ремонту специального оборудования и пр. Для обеспечения приемки и контроля сырья, различных материалов и полуфабрикатов на различных стадиях производства, а также проверки специальной аппаратуры и приборов предусмотрена центральная заводская лаборатория.
Для дальнейшего развития метода электромагнитного разделения изотопов имеется научно-исследовательская лаборатория. Электроснабжение завода обеспечивается от мощной энергосистемы (желательно двухстороннее питание). Потребляемая мощность может быть оценена величиной около 30 000–35 000 кВт. Наряду с указанным, для обеспечения безаварийной работы ряда агрегатов завод имеет автономную электростанцию мощностью около 1000–2000 кВт. Завод располагается вблизи источника водоснабжения, обеспечивающего расход воды, пригодной для использования в охладительных колонках, в количестве 1500 литров в секунду при нагреве охлаждающей воды не более чем на 10 °С. В расстоянии 0,5–1 км от завода располагается жилой поселок завода.
И. Курчатов Л. Арцимович
Доклад И.В. Курчатова об основных научно-исследовательских, проектных и практических работах по атомной энергии, выполненных в 1947 году февраль 1948 г.
Содержание доклада
Я доложу об основных научно-исследовательских, проектных и практических работах по атомной энергии, выполненных у нас в 1947 году. Характерные особенности работ 1947 года 1947 год отличается не только тем, что масштаб и объем производимых по атомной энергии работ (в частности, по добыче и переплавке урана) стал неизмеримо большим, чем в 1946 и в предыдущие годы, но и тем, что самый характер работ в 1947 году стал другим. В 1946 году и в предыдущие годы мы занимались поисками научных и технических решений задачи получения атомных взрывчатых веществ, а в 1947 году — практической реализацией найденных ранее решений.
Отличительной особенностью 1947 года является проведение больших работ по сооружению предприятий по выработке атомных взрывчатых веществ. В своем докладе я поэтому прежде всего остановлюсь на работах 1947 года по сооружению комбината №817, на котором будет вырабатываться плутоний, и завода №813, на котором будет вырабатываться уран-235.
О резерве производительности завода №813
Есть основания предполагать, на основе работ 1947 года, проведенных немецким специалистом доктором Тиссеном, что, используя трубчатые фильтры, удастся поднять производительность завода №813. Промышленное освоение трубчатых фильтров является поэтому нашей актуальной задачей на 1948 год.
Бомба из урана-235
КБ-11 разработало также проект атомной бомбы из урана-235 по так называемому артиллерийскому варианту. Схема конструкции атомной бомбы из урана-235 дана на чертеже. В цилиндрическую массу урана весом 35 килограммов, снабженную кольцевой полостью, выстреливается полый цилиндр из урана-235 весом в 20 кг. В НИИ-88 Министерства вооружения артиллерийская часть конструкции была испытана на модели в 1/5 натуральной величины. Мы докладывали в прошлом году, что наряду с диффузионным методом дает надежду на практическое осуществление и другой метод получения урана-235 — электромагнитный метод разделения. Основанием для этого служили опыты, проведенные в 1946 году в Лаборатории №2 под руководством члена-корреспондента Академии наук т. Л.А. Арцимовича, в которых было осуществлено электромагнитное разделение изотопов урана. Из-за встретившихся научно-технических трудностей дело здесь за 1947 год продвинулось меньше, чем по уранграфитовому котлу и диффузионному методу, но все же и в этой области мы добились дальнейших успехов.
Основные работы 1947 года по электромагнитному методу были направлены на увеличение производительности экспериментальных установок. Ток ионов, подвергающихся ускорению, был доведен до 5/100 ампера вместо 2/100 000 ампера, получившихся в 1946 году, т.е. был увеличен более чем в 2000 раз по сравнению с 1946 годом. Были сконструированы ионные источники, работающие непрерывно в течение 8–10 часов вместо 1–2 часов в 1946 году. Этого, однако, еще недостаточно, необходимо увеличить длительность работы источников до 22–24 часов. Для целей разделения построены 2 опытные установки с весом электромагнита 200 тонн в каждой установке. В 1946 году мы располагали только одной опытной установкой с весом электромагнита в 60 тонн. Для новых установок были построены вакуумные разделительные камеры. В настоящее время решен вопрос о величине потерь ионного тока на пути к камере и показано, что использование ионного тока достаточно для практического решения вопроса о разделении изотопов урана электромагнитным методом.