Внутрь атома

75лет назад, 29 августа 1949 года, на полигоне Семипалатинска прошло успешное испытание первой советской атомной бомбы. Тем самым Советский Союз лишил США монополии в области ядерного вооружения. Немногие знают, что свой вклад в его разработку внес немецкий ученый Фриц Ланге. Первую центрифужную установку для выделения урана-235, обеспечивающего взрывную мощь бомбы, он собрал на заводе № 26 в Уфе, нынешнем УМПО.

Гражданство от Сталина

Фриц Ланге родился 16 декабря 1899 года в пригороде Берлина. Он изучал математику, физику и химию в университетах Фрейбурга, Киля и Берлина и уже в 25 лет получил докторскую степень. В Берлинском университете совместно с Арно Брашем и Куртом Урбаном он исследовал возможность с помощью молнии ускорять заряженные частицы. Эксперименты ученые ставили в швейцарских Альпах, где создали установку с антенной длиной около 800 метров.

В 1931 году Ланге побывал в СССР — его пригласил академик А. Иоффе, возглавлявший Ленинградский физико-технический институт. Здесь немецкий ученый встретился с бывшими коллегами, которые к тому моменту работали на Страну Советов.

Когда к власти в Германии пришел Гитлер, Фриц Ланге, не принявший фашистской идеологии, эмигрировал в Англию, а в 1934 году переехал в Харьков, где начал работать в Украинском физико-техническом институте по приглашению его директора Александра Лейпунского. Здесь он организовал и возглавил лабораторию ударных напряжений (ЛУН), где создал генератор высоковольтных напряжений.

В 1936 году Ланге получил советское гражданство. Официальный документ об этом подписал лично Иосиф Сталин, что в дальнейшем и спасло ученого от ареста и репрессий.

В том же году ЛУН перешло в ведение Академии наук СССР как «лаборатория специального назначения, предназначенная для выполнения оборонной тематики», а в феврале 1939 года включилась в работу по изучению проблем урана.

На базе лаборатории Фриц Ланге с коллегами создал самый большой в мире импульсный ускоритель заряженных частиц. А в 1940 году без защиты он получил степень доктора физико-математических наук.

Вмешалась война

В 1938 году в Германии был впервые проведен сенсационный эксперимент: ядра урана бомбардировали нейтронами, что привело к процессу их деления. Это был новый источник колоссальной энергии. Впрочем, информацию об исследованиях по понятным причинам быстро засекретили.

В августе 1939 года академик Иоффе прочитал доклад о возможности ядерного взрыва, и в 1940 году Фриц Ланге подал заявку «Способ приготовления урановой смеси, обогащенной ураном с массовым числом 235. Многомерная центрифуга». 17 октября он получил авторское свидетельство на секретное изобретение № 6359. А в начале 1941 года вызвался создать термоциркулярную центрифугу. Эти устройства позволили бы из природной урановой смеси, которая состояла в основном из урана-238, выделять уран-235.

В планы вмешалась Великая Отечественная война. В самом ее начале Украинскую академию эвакуировали вглубь страны почти в полном составе: 100 академиков и членов-корреспондентов, 50 докторов, 150 кандидатов наук оказались в Уфе и подключились к работам оборонной тематики.

В их числе был и 41-летний Фриц Ланге. В сентябре 1941 года он возглавил специальный отдел в Объединенном институте физики и математики АН УССР. Здесь он занимался рентгенодиагностикой авиадвигателей, разработал несколько вариантов дистанционных взрывателей противотанковых мин.

Между тем советской разведке стало известно о том, что в Англии и США проходят секретные исследования по применению атомной энергии в военных целях и созданию атомной бомбы. А через год аналогичный проект, «Об организации работ по урану», распоряжением Госкомобороны был запущен в СССР. Причем один из пунктов документа (п. 2) касался ученых, работавших в Уфе.

Он гласил: «Академии наук УССР (акад. Богомолец) организовать под руководством проф. Ланге разработку проекта лабораторной установки для выделения урана-235 методом центрифугирования и к 20 октября 1942 года сдать техничес-кий проект казанскому заводу «Серп и молот» Наркомата тяжелого машиностроения».

В соответствии с этим распоряжением была создана первая советская специальная атомная лаборатория из десяти человек, которую возглавил академик Курчатов.

Кстати, именно с нее начался нынешний Курчатовский институт.

Испытание Уфой

В октябре 1942 года технический проект центрифуги Фрица Ланге был готов и отправлен на завод в Казань. Однако изготовление деталей для нее поручили все-таки уфимскому предприятию. Тому было несколько причин. Во-первых, в Уфе находился сам автор проекта. Во-вторых, в годы войны сюда эвакуировали несколько авиамоторных предприятий: рыбинский завод № 26, два ленинградских и часть подмосковного. На моторном заводе № 26 уже были готовые детали, имелся опыт проектирования, и руководители проекта полагали, что «изготовление опытной установки разделения изотопов по методу Ланге на этом заводе значительно бы ускорило всю работу и обеспечило ее успех» (из докладной записки А. Иоффе В. Молотову от 23 января 1943 года).

Однако работы проходили непросто, и сроки сдачи затягивались. Лабораторная установка должна была быть готова к 1 апреля 1943 года. 29 апреля Курчатов сообщал Первухину, на тот момент куратору Атомного проекта в СССР, о работах в Уфе: «С 26 по 29 апреля было произведено четыре испытания аппарата на числе оборотов 12000 в минуту. Испытания показали неудовлетворительную работу шариковых подшипников. Сейчас производятся некоторые изменения в этой части прибора, и 3 мая с.г. намечено в пятый раз провести испытания».

В мае 1943 года завсектором лаборатории № 2 академик Кикоин, работавший в Свердловске, побывал в Уфе, принял участие в испытаниях центрифуги и остался недоволен результатами. В своем отчете он пишет: «При моих переговорах с руководством завода мне было указано, что завод совсем не обязывался сдать машину на ходу, а брался изготовить необходимые детали по чертежам…» В итоге в начале лета 1943 года все институты Украинской академии наук, связанные с оборонной тематикой, покинули Уфу. А Фриц Ланге был прикомандирован к лаборатории электрических явлений Уральского филиала АН СССР, которым руководил Кикоин, и переехал в Свердловск. Здесь работа пошла успешнее, и к январю 1944 года можно было приступать к разделению изотопов урана. Хотя в конструкции центрифуги на тот момент и были определенные технические недочеты, затрудняющие ее использование.

Но тут разведка получила описание другой технологии получения урана-235 — диффузной. Именно ее использовали при осуществлении Манхеттенского проекта в США.

Правительство СССР приняло решение сосредоточить усилия ученых на создании аналогичного оборудования и строительстве завода под него. Одновременно начали осваивать еще один метод — электромагнитный, информацию о котором также получила разведка. Однако метод центрифугирования не был предан забвению: он по-прежнему считался одним из самых обнадеживающих.

Из исследователя — в преподаватели

В октябре 1945 года Фриц Ланге был отозван в Москву и возглавил лабораторию № 4 при Первом главном управлении Совнаркома СССР, где продолжил совершенствовать собственный метод. Параллельно в Сухуми было создано два института, где проблемой разделения изотопов урана с помощью диффузного и магнитного методов занимались немецкие ученые, вывезенные из побежденной Германии.

В одном из этих институтов также работали над центрифугой и смогли преодолеть ряд недостатков модели Ланге. В 1951 году эта работа продолжилась в Ленинграде, в опытно-конструкторском бюро Кировского завода. А в 1953 году, после смерти Сталина, немецкие ученые были отстранены от этой работы и вскоре отправлены на родину.

Над проектом промышленной центрифуги продолжили работать отечественные ученые и наконец довели ее до такой степени надежности и экономичности, что она вытеснила диффузный и электромагнитный методы. Наконец, в 1957 году на Уральском электрохимическом комбинате был пущен первый промышленный завод центрифужного разделения изотопов. Он успешно применяется и сегодня. Так, в декабре 2013 года на УЭХК запустили блок газовых центрифуг девятого поколения.

Фриц Ланге в августе 1952 года был откомандирован в распоряжение минвуза СССР: работал завкафедрой физики в Днепропетровском химико-технологическом институте, затем профессором Всесоюзного электротехнического института в Москве, где занимался исследованиями в области технологий получения высоких напряжений и физикой изолирующих материалов.

В 1958 году ученый вернулся на родину и занял должность директора Института молекулярной биологии Немецкой академии наук в Берлине. В 1980 году он получил высшую награду правительства ГДР — орден Карла Маркса. Умер Фриц Ланге 25 июля 1987 года в возрасте 87 лет.