Оппенгеймер и все все все
Прочитал я псто про протухающий уран в бомбах, и прочие открытия комментаторов, типа «в СССР не было газовой диффузии, а сразу центрифуги», и у меня даже как-то бомбануло настолько, что я решил запилить первопсто.
История получения и современного состояния атомного бомбуэ в средней голове выглядит примерно на уровне старкрафта, где нюк убивает все, и вообще смерть врагу конец расчету.
Что же в жизни
Для ЛЛ: все сложно, ничего не понятно.
Немного физики, физической химии и истории.
Уран, сам по себе, состоит из 2 основных изотопов – 238й, 99,2742% в ЧИСТОМ уране, и 235-й, 0,7204% – тоже в ЧИСТОМ уране. Есть немного (0,006 %) 234-го. Но это в чистом уране, а его еще найди, кроме как в палате мер и весов, за платиновым метром налево, мимо идеальной женщины обр. 1880. Поэтому, уран нужно сначала выкопать, затем обогатить «по урану вообще», и уже потом разделять на 234, 235 и 238. Для атомной бомбы первого поколения нужен U-235 (а лучше плутоний, но про это позже).
Что имелось в СССР на начало работ по атомной бомбе (1942) –
Распоряжение ГКО № 2352сс «Об организации работ по урану» от 28 сентября 1942 г.)
Обязать Академию наук СССР (акад[емик] Иоффе) возобновить работы по исследованию осуществимости использования атомной энергии путем расщепления ядра урана и представить Государственному комитету обороны к 1 апреля 1943 года доклад о возможности создания урановой бомбы или уранового топлива. (Спасибо тов. pn64).
Имелись:
Руда: к 1940 г. в СССР было известно пять небольших месторождений урана в Ферганской долине:
Тюямуюн (1901), Майлису (1934), Табошар (1927), Уйгурсай (1938) и Адрасман (1940). На начало 1944 г. запасы урана составляли 200 т, среднее содержание урана — около 0,1 %
В руде Чукотки - п/я 14 Дальстроя ГУЛАГ – содержание урана составляло 0,6–0,7 % (по результатов анализа проб с Восточно-Таймырского месторождения в НИИ-9 (Институт специальных металлов НКВД).
«Свои» ученые. Ну как «свои» - своих в 1930-1940 кого репрессировали, кого выпустили за границу, а он там и остался. Наиболее известен, конечно, Курчатов – а менее известны: Лев Ландау (арестован на год), Матвей Бронштейн (расстрелян 18 февраля 1938), Владимир Фок (два раза был арестован), Лев Шубников (расстрелян 10 ноября 1937), Л. В. Розенкевич (соавтор Ландау, расстрелян 9 ноября 1937), В. С. Горский и К. Б. Вайсельберг (расстреляны), М.А. Корец (отсидел 14 лет) и так далее.
«Немецкие» ученые: Те, что не сделали бомбу в Германии, про них чуть ниже.
С инженерным составом: дело состояло ничуть не лучше: после репрессий инженерных кадров, начиная с начала 30-х, и вовсе не заканчивая ВОВ, кадры, конечно, были – но сколько и каких.
Правда, много лута – и ученых, и инженеров, и самого лута – руды, приборов, в том числе уже полупроводниковых, но и теплых и ламповых в количестве 211 вагонов – удалось достать в Германии:
ЛУТ: В лагерях военнопленных Министерства внутренних дел СССР выявлено до 1 600 высококвалифицированных специалистов
В том числе
Докторов физико-математических, химических и технических наук — 111 чел
Инженеров общего машиностроения и приборостроения — 572 чел
Инженеров-строителей и архитекторов — 257 чел
Инженеров-электриков — 216 чел
Инженеров-химиков — 156 чел
Инженеров по слабым токам — 29 чел
Инженеров по самолетостроению — 39 чел
Горных инженеров — 37 чел
Инженеров-металлургов — 28 чел
Инженеров по автостроению — 16 чел
Инженеров-путейцев — 13 чел
Инженеров-текстильщиков — 9 чел
Агрономов — 13 чел
Прочих специальностей — 85 чел
"Атомный проект СССР", т.2, кн.2, с. 534.
Что еще было на момент работ в СССР ?
А ничего крупного не было, даже урана в каких-то количествах - помимо лабораторного. Радий был, и не только. От Радиевого института что-то оставалось в Казани. Уран и радий (и висмут) добывали в небольших количествах, например рудники Табошар, Тюямуюн.
Активно работала разведка: 25 сентября 1941г. советский резидент в Лондоне А.В.Горский («Вадим») сообщил центру о том, что английские ученые активно занимаются проблемой урановой бомбы.
В конце 1943г. советский разведчик в США Семенов («Твен») сообщил в Центр о положительных результатах по делению ядра урана в США. Информация общего характера полученная Семеновым об успехах американского ученого Ферми, исходила от физика Понтекорво.
(Цитата по: «ПРОБЛЕМА № 1». Часть II. Участие сотрудников спецорганов в Советском атомном проекте. Начальный период 1945-1947гг. )
16 июня 1945 г. в США сработало первое «устройство» - Gadget, и с этого момента можно начинать отсчет готовности СССР получить «такое же, но свое».
Требовалось всего ничего:
1. Накопать сырой урановой руды и ее обогатить «просто по руде». Процесс скучный, копай руду, поливай гору руды содой
U3O8 + 9Na2CO3 + O2 + 3H2O > 3Na4[UO2(CO3)3] + 6NaOH
Или серной кислотой,
U3O8 + 4H2SO4 + MnO2 > 3UO2SO4 + MnSO4 + 4H2O
И отгребай урановые соли в смеси 235\238 в сторону.
2. Разделить 235й уран от 238. Со этой фазой – разделение, оно же обогащение уже по «нужному» урану – многие знакомы по фотографиям с завода в Зеленогорске , где бесконечные ряды центрифуг. Вот только.. опытный каскад центрифуг в СССР запустили 4 ноября 1957 года, а до того, и вплоть до 90-х работали и заводы по газовой диффузии урана :С 1949 по 1962 год в Советском Союзе было пущено четыре диффузионных завода по обогащению урана: в Новоуральске на Уральском Электрохимическом комбинате, в Северске на Сибирском химическом комбинате, в Ангарске на Электролизном химическом комбинате и Электрохимический завод в Зеленогорске.,
На ЭХЗ газодиффузионное оборудование остановлено 30 марта 1990 года.
В 1992 году в России газоцентрифужная технология полностью заменила энергоемкую газодиффузионную (Росатом, производство обогащенного урана).
Причем, нельзя сказать чтобы в СССР сразу все запускалось – из истории комбината № 813 (завод Д-1 - Екатеринбург \ Новоуральск \ Свердловск-44) -
На Мышегском заводе изготовили задвижки с незначительным дефектом и отправили их на завод № 813. На предприятии даже не предполагали, насколько тщателен контроль оборудования, предназначенного для обогащения урана. Об инциденте доложили руководителю Атомного проекта. Расправа последовала незамедлительно: начальник ОТК был снят с работы и отдан под суд, лишились должностей директор завода, а также курировавший его начальник главка министерства. По плану завод должен был заработать 1 сентября 1947 года. Однако первые машины ОК-7 появились только в начале 1948 года.
Была еще технология электромагнитного разделения, США - Клинтонский инженерный завод Y-12, термодиффузия (США - завод S-50), но это уже совсем история.
3. Дальше совсем просто. Нужно всего лишь взять обогащенный с 0.7 % до .. 20 .. 80% уран, чтобы запустить цепную реакцию, построить реактор А, получить в реакторе А плутоний, открыть достижение «извлечение плутония» - Plutonium-Uranium Recovery by EXtraction, PUREX – вместо ацетатно-лантанфторидной и ацетатно-фторидной технологии (ацетаты хорошо взрываются в сухом виде, проверено на Маяке), а пока PUREX не открыт - построить химический комбинат № 817 в составе заводов Б (по выделению из облученных урановых блоков химконцентрата плутония ) и В (опытно-промышленное химико-металлургическое и литейно-механическое производство плутония). Потому что смежники подвели - как потом скромно напишут в литературе: 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. (история Росатома, первый плутоний).
Одновременно можно начинать считать, хотя бы приблизительно, как правильно сделать плутониевый шар (небольшой, 10 килограмм – при плотности плутония в 1.5 раза выше чем у свинца и в два раза выше, чем у чугуна – так что шарик будет в половину гири 16кг), чтобы его правильно обложить динамитом нужного сорта (которого еще нет), вкрутить нужные лампочки куда положено (лампочек тоже нет), чтобы динамит взорвался одновременно, и взрывом нажал куда надо через нужные линзы, и только после этого можно считать, что «достижение открыто». И вручать премии.
В процессе еще неплохо обучить руководство, что пятилетка в три года – это не то, что нужно в процессе получения чистого плутония, иначе и операторы ошибаются в расчетах (15 марта 1953 г), и кривой почерк приводит к проблемам (9 апреля 1953 г.) и прочая прочая. Не то чтобы в США было лучше – там и ученые суют отвертку куда не надо (Slotin), и операторов к потолку прибивает (SL-1 3 января 1961), и на заводе по производству атомных бомб устраивают такое шоу, что приходится привлекать ФБР (уже наши дни, завод Rocky Flats Plant, Операция „Жар пустыни“ – 1989), а уж чего стоят японские технологии обращения с растворами (Токаймура-1999), достойно отдельного фильма.
Уже после этого можно начинать экспериментировать и с бустерами\ тамперами \ пушерами из дейтерида лития-6, и со смешиванием (но не взбалтыванием) с тритием, и с малоразмерными боеприпасами, и с всякими каскадными схемами, включая и слойки Сахарова и крылья (Swan-1956), а там и до fusion-boosted fission недалеко, сразу после реакции Джекила-Хайда.
После того, как из урана получен плутоний, сам по себе плутоний (с примесями) почти не портится, но вот срок хранения крайне полезного в деле большого бум трития – действительно, через 11 лет останется только половина, так что тритий надо время от времени добавлять, если он нужен. Что же до U-235 90% .. он, конечно, традиционно называется оружейным - потому что именно из таких делали заряды первого поколения - но сейчас такие заряды остались только в музее, вместе с пушечной схемой. Для получения плутония-239 U-235 нужен только как топливо для работы реактора, сам плутоний получается из U-238.
Литература
Территория (Куваев)
Волчий камень (Урановые острова архипелага ГУЛАГ)
Враги народа» за Полярным кругом (сборник)
Как на Колыме искали и добывали уран для советского атомного проекта – Магадан Медиа
Уран России. 2017 год
Эшелон (Иосиф Шкловский)
Монологи о Капице (к столетию со дня рождения )
СИСТЕМА ПОДГОТОВКИ КАДРОВ ДЛЯ СОВЕТСКОГО АТОМНОГО ПРОЕКТА
Бложек широко известного тов. pn64. и список литературы в нем - включая Атомный проект СССР. Документы и материалы.
«ПРОБЛЕМА № 1». Часть II. Участие сотрудников спецорганов в Советском атомном проекте.
Росатом, производство обогащенного урана
Росатом, первый плутоний
Обзор ядерных аварий с возникновением СЦР. Редакционная версия 2003 г. Oтчет Лос. Oтчет Лос-Аламосской национальной лаборатории. Маклафлин Томас - Обзор ядерных аварий с возникновением СЦР (LA-13638)
Становление и открытия отечественной урановой геологии (Машковцев Г.А., Печенкин И.Г., Щеточкин В.Н. ( ВИМС )
ВЗРЫВНЫЕ СВОЙСТВА РЕАКТОРНОГО ПЛУТОНИЯ (Дж. Карсон Марк, J. Carson Mark - Explosive Properties of Reactor-Grade Plutonium, Science and Global Security, 2010, Volume 17, No. 2-3, pp. 170-185)