Издательство «Республика Башкортостан»

Уфимский след советской атомной бомбы

Первый образец центрифуги для разделения изотопов урана был изготовлен на авиазаводе № 26 по проекту Фрица Ланге

Автор: Юрий ЕРГИН
версия для печати

История изготовления советской атомной бомбы берет начало в цехах завода № 26 (сейчас широко известного как УМПО), в войну выпускавшего авиамоторы. Именно здесь началась разработка проектной установки для выделения из природного урана методом центрифугирования урана-235, необходимого для создания ядерного оружия. Работы велись под руководством Фрица Ланге, немецкого ученого-физика, незадолго до начала войны получившего гражданство СССР. В Уфу он был эвакуирован вместе с сотрудниками Украинской академии наук.

«Арийским» физиком не стал


Фриц Ланге родился в пригороде Берлина. Год завершения им образования в реальной гимназии совпал с окончанием Первой мировой войны. Летом 1918 года Фриц Ланге был мобилизован в армию, в которой, не принимая участия в военных действиях, пребывал четыре месяца до подписания Компьенского договора. С конца 1918 до середины 1924 года он изучал математику, физику и химию в университетах Фрейбурга, Киля и Берлина. Под руководством Вальтера Нернста, лауреата Нобелевской премии по химии 1920 года, полученной им «в признание работ по термодинамике», Фриц Ланге выполнил исследования по теплоемкости твердых тел при низких температурах, за которые получил предложение работать ассистентом Нернста в Физическом институте Берлинского университета. Именно тогда он проявил большой интерес к технике высоких напряжений и вместе с сотрудниками Физического института А. Брашем и К. Урбаном приступил к исследованиям возможности использования электрических разрядов молний для ускорения заряженных частиц.


В швейцарских Альпах, в горном массиве Монте-Дженерозо, известном большим количеством годовых молний, исследователи на глубине 1200 метров построили установку, одной из частей которой была внешняя антенна высотой около 800 метров. В ходе экспериментов с разрядом молний до 14 млн вольт один из ученых погиб, но Фриц Ланге продолжил работу с «грозовым электричеством», результатом которой стало создание уникального для того времени генератора высоковольтных напряжений до 2,5 млн вольт.


В 1931 году, по предложению академика Иоффе, Фриц Ланге побывал в СССР. Он встретился со своими бывшими знакомыми из Ленинградского физико-технического института, несколькими годами раньше стажировавшимися в Физическом институте Берлинского университета. К этому времени эти исследователи уже были «десантированы» А. Ф. Иоффе из Ленинграда в Харьков в созданный в 1928 году Украинский физико-технический институт.


Паспорт от Сталина


В Харькове Фриц Ланге организовал и стал научным руководителем лаборатории ударных напряжений (ЛУН). Уже в 1936 году в ЛУН построили импульсный ускоритель заряженных частиц. В тот же год Сталин лично подписал документ о принятии ученым советского гражданства. Это обстоятельство в дальнейшем спасло Фрица Ланге: в 1938 году по «делу УФТИ» в Харькове практически все иностранные ученые подверглись репрессиям.


В феврале 1940 года Фрицу Ланге без защиты диссертации была присвоена ученая степень доктора физико-математических наук.


В августе 1940 года Фриц Ланге направил в Урановую комиссию АН СССР записку, в которой в качестве наиболее перспективного метода разделения изотопов урана-235 и урана-238 в достаточно больших количествах указал на метод центрифугирования, который был запатентован несколькими авторскими свидетельствами СССР.


Разведывательную информацию о том, что в Великобритании и США проводятся секретные научные исследования по использованию атомной энергии в военных целях и созданию атомной бомбы, Советский Союз получил в сентябре 1941 года. Однако запуск отечественного атомного проекта произошел только через год, когда Государственным комитетом обороны было издано распоряжение «По организации работ по урану». Оно предписывало: «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...».


Этот документ содержал два конкретных поручения, непосредственно связанных с работой Фрица Ланге над центрифугой по разделению изотопов урана-238 и урана-235.


Ядерный волчок


Из докладной записки А. Ф. Иоффе В. М. Молотову «О работе спецлаборатории по атомному ядру» от 23 января 1943 года: «...Академией наук УССР выполнен технический проект опытной установки для разделения изотопов. На моторном заводе № 26 (город Уфа) изготовляется первый образец установки, технические чертежи которой, кроме того, переданы для исполнения заводу «Серп и молот» в городе Казани.


... Ввиду того, что моторный завод № 26 в г. Уфе имеет уже готовые детали и опыт проектирования, изготовление опытной установки разделения изотопов по методу Ланге на этом заводе значительно бы ускорило всю работу и обеспечило ее успех. Завод № 26 охотно согласился выполнить эту работу в короткий срок при условии получения соответствующих указаний. Однако, несмотря на неоднократные обращения в Правительство, завод до сих пор не получил таких указаний.


...Необходимо создать условия, которые бы обеспечили исключительно напряженные темпы и соблюдение секретности на случай получения положительных результатов. Наиболее секретным являются работы по разделению изотопов новым методом Академии наук УССР».


Изготовление центрифуги на моторном заводе № 26 не предусматривалось постановлением по проблеме урана. Эта задача возлагалась на казанский завод «Серп и молот». Однако в Татарии не смогли выполнить работу по техническим причинам.


Центробежная проблема


Из отчета заведующего сектором Лаборатории № 2 И. К. Кикоина о результатах командировки в г. Уфу 17 мая 1943 года: «...Прибыл в Уфу 24 апреля, 25-го был в Академии наук УССР и в тот же день прибыл на завод № 26 к директору завода т. Баландину, которому предъявил письмо заместителя председателя СНК СССР т. М. Г. Первухина. Тогда же отправился в цех № 16 (ремонтный цех), где изготовляется центробежная машина.


...27-го начали испытания машины, ... по достижении максимального числа оборотов 2900 об./мин. подшипник на одном из концов вала сгорел.


К счастью, вал машины сделан с большим запасом прочности и после этой аварии не погнулся... Мы снова провели подробное исследование режима работы, и на максимальных оборотах 11500 об./мин. машина работала около 3 часов. Ревизия подшипников, произведенная после этого, показала удовлетворительное их состояние... 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... На случай, если будет решено, что разделение воздуха производить в Уфе, я договорился с лабораториями завода о помощи, однако там это сложно все организовать, особенно вакуумную часть».


Из докладной записки И. В. Курчатова В. М. Молотову о работе лаборатории № 2 за первое полугодие 1943 года» от 30 июля 1943 года: «...Для решения ряда вопросов, связанных с урановой бомбой, необходимо иметь небольшое количество урана-235, по возможности, в ближайшем будущем. Диффузная машина не может решить этой задачи. Для этой цели была на заводе № 26 НКАП построена специальная центрифуга, делающая 12000 об./мин., которая в настоящее время установлена в лаб[оратории] проф[ессора] Кикоина в Свердловске и испытывается. Можно надеяться, что к концу 1949 года на этой машине удастся получить нужное для опытов количество урана-235».


В начале лета 1943 года все институты Украинской академии наук, связанные с оборонной тематикой, покинули Уфу. Профессор Фриц Ланге был прикомандирован к лаборатории электрических явлений Уральского филиала АН СССР, которым руководил И. К. Кикоин.


Совсекретный рейс в Свердловск


Из воспоминаний В. К. Симоненко, старшего научного сотрудника лаборатории электрических явлений Уральского ФТИ:


«...Утром к главному подъезду здания У[ральского] Ф[илиала] АН подъехала грузовая машина. Три солдата и один мужчина в гражданской одежде восседали в открытом кузове машины на каких-то ящиках. Один из солдат соскочил вниз, прошел вовнутрь здания УФАН и быстро возвратился. После этого солдаты выгрузили тяжелые ящики и несколько чемоданов на цветочную клумбу. Из кабины машины вышла женщина — она тащила какие-то сумки, свертки... Солдаты откозыряли мужчине в штатском, вскочили в машину и уехали. Оставшиеся мужчина и женщина перенесли чемоданы под сосну, уселись, развернули свертки и начали завтракать. Меня вызвали в дирекцию УФАН и сообщили, что вот там, у подъезда, находится профессор Ланге, он прибыл из Уфы и привез с собой часть научного оборудования. Мне поручалось устроить Ланге и его супругу на временное жительство в одной из небольших лабораторных комнат.


В тот же день все ящики были перенесены в лабораторию. В них были упакованы основные части центрифуги для разделения изотопов, а также жалкие остатки научного оборудования, которыми располагала лаборатория Ланге в Харькове. Через несколько дней из Уфы были доставлены остальные детали центрифуги, моторы и регулирующие устройства. Одновременно прибыл и специалист-механик, который помог смонтировать эту центрифугу на специальном фундаменте, установленном в подвальном помещении лаборатории...».


Центрифуга в сборе представляла собой довольно громоздкое сооружение, общий вес деталей которого составлял немногим меньше тонны.


О, дайте, дайте нам уран


Уже в марте 1943 года из Англии и США были получены первые материалы разведки о газодиффузионном методе разделения изотопов урана, использованном при осуществлении манхеттеновского проекта. Только в 1945 году правительством СССР будет принято окончательное решение о концентрации основных усилий отечественных ученых на создании аналогичного оборудования и строительстве завода по газодиффузионному методу разделения изотопов урана-238 и урана-235. Одновременно стали создаваться установки по разделению изотопов урана электромагнитным методом, информация об использовании которого за рубежом также была получена разведкой.


Однако исследования возможности получения изотопа урана-235 методом центрифугирования продолжались. Он по-прежнему считался одним из самых обнадеживающих.


Из докладной записки И. В. Курчатова В. М. Молотову от 30 июля 1943 года: «...Мы так же, как английские и американские физики, пришли к заключению, что наиболее перспективным с технико-экономической точки зрения является диффузионный метод разделения. В основу этого метода положено давно известное явление, благодаря которому газ, состоящий из двух компонентов разных масс (весов), при прохождении через сетку с достаточно малыми отверстиями, обогащается легкой компонентой».


Упрямство изотопов


Из отчета И. К. Кикоина И. В. Курчатову от 30 сентября 1943 года: «...Проф[ессор] Ланге работает довольно успешно. Много времени проводит в лаборатории, где мы обсуждаем различные методы усовершенствования центробежного метода разделения».


Из справки И. В. Курчатова для М. В. Первухина (отвечавшего за получение нужного количества урана-235) от 28 ноября 1943 года: «С середины сентября начались испытания. Они производились со смесью «воздух-водород». Окончательных результатов группа т. Кикоина еще не получила. Эффект разделения был обнаружен, но побочные причины (по-видимому, вибрация дисков) еще не дали возможности получить теоретически ожидаемые коэффициенты. Мы рассчитываем в декабре закончить опыты с этой смесью. В январе можно было бы приступить к разделению изотопов урана, но работа, вероятно, задержится в связи с отсутствием нужных количеств шестифтористого урана».


Основной задачей первых экспериментальных работ с центрифугой Фрица Ланге, проведенных им с Д. Симоненко в конце 1943 года в Свердловске, было изучение возможности увеличения первичного эффекта обогащения путем отработки и налаживания оптимальных условий осевой термоциркуляции модельных смесей («водород-воздух», «воздух-углекислота») внутри секционированной горизонтальной центрифуги, привезенной из Уфы.


Уже в начале 1944 года удалось разработать оригинальный вариант установки, представлявшей из себя самокаскадирующую колонну для разделения газовых смесей и изотопов урана. Ее идея возникла у экспериментаторов при выяснении причины обнаруженного эффекта «самопроизвольного» разделения смесей в неподвижной центрифуге. К февралю 1945 года Фриц Ланге и Д. Симоненко провели ряд успешных экспериментов с разработанной ими противоточной колонной, однако в дальнейшем их жизненные пути разошлись.


Д. Симоненко был переведен из Свердловска в Москву, где продолжил работать над усовершенствованием противоточно-диффузионной колонки, что позволило к весне 1947 года получить первые пробы обогащенного шестифтористого урана.


В Москве оказался и Фриц Ланге: 20 октября1945 года он был отозван из Свердловска по распоряжению Л. Берия, возглавившего непосредственное руководство всеми научно-исследовательскими, проектными, конструкторскими организациями и промышленными предприятиями по использованию внутриатомной энергии урана и производства атомных бомб. Ланге возглавил лабораторию, на которую возлагалась разработка метода центрифугирования для разделения изотопов урана, создание и опробование конструкции циркулярной центрифуги.


Возвращение на родину


Фриц Ланге в августе 1952 года был откомандирован в распоряжение минвуза СССР. Некоторое время он работал заведующим кафедрой физики в Днепропетровском химико-технологическом институте, а с 1953 года — профессором во Всесоюзном электротехническом институте в Москве, где занимался исследованиями в области технологий получения высоких напряжений и физикой изолирующих материалов. В августе 1959 года Фриц Ланге вернулся на родину и занял должность директора Института молекулярной биологии Немецкой академии наук в Берлине. В 1980 году от правительства ГДР он получил высшую награду страны.


25 июля 1987 года в возрасте 87 лет Фриц Ланге умер. Так закончилась жизнь человека, создавшего 70 лет назад в Уфе первую пилотную установку центрифуги, до сих пор обеспечивающей непревзойденную в мире технологию разделения изотопов урана.


КСТАТИ


В 2013 году закончилась длившаяся 20 лет российско-американская программа «Мегатонны в мегаватты» по необратимой переработке российского оружейного урана в топливо для атомных электростанций США. В основе способов как получения высокообогащенного урана, так и перевода его в низкообогащенный уран положена уникальная отечественная центрифужная технология, до сих пор непревзойденная ни одной страной мира.

КСТАТИ


В октябре 1932 года, используя в качестве ускорителя заряженных частиц электрический генератор Ван-дер-Граафа собственной конструкции, советские ученые расщепили атомное ядро. Всего на пять месяцев раньше аналогичный эксперимент осуществили в Кембридже Джон Кокрофт и Эрнст Уолтон, за что были удостоены Нобелевской премии по физике.

С приходом к власти Гитлера Фриц Ланге, как и его учитель Вальтер Нернст, присоединился к тем немецким ученым, кто не разделял антисемитские взгляды «арийских» физиков. Он эмигрировал в Англию и стал работать в Мондовской лаборатории Кембриджа, созданной в феврале 1933 года Резерфордом специально для русского физика Петра Капицы. По предложению директора УФТИ Александра Лейпунского в 1934 году Фрица Ланге и его ассистента инженера Кон-Петерса пригласили переехать на работу в СССР.

КАК УСТРОЕНА ЦЕНТРИФУГА?


Устроена она более чем элементарно и похожа на старую стиральную машину, работающую в режиме «отжим/сушка». В герметичном кожухе находится вращающийся ротор. В этот ротор подается газ (UF6). За счет центробежной силы, в сотни тысяч раз превышающей поле тяготения Земли, газ начинает разделяться на тяжелую и легкую фракции. Легкие и тяжелые молекулы начинают группироваться разных зонах ротора, но не в центре и по периметру, а вверху и внизу. Это возникает из-за конвекционных потоков — крышка ротора имеет подогрев и возникает противоток газа. Вверху и внизу цилиндра установлены две небольшие трубочки — заборника. В нижнюю трубку попадает обедненная смесь, в верхнюю — смесь с большей концентрацией атомов 235U. Эта смесь попадает в следующую центрифугу и так далее, пока концентрация 235 урана не достигнет нужного значения.

(Из журнала «Военное обозрение»).

Опубликовано: 28.12.17 (15:26) Республика Башкортостан
Статьи рубрики Наука
«Лавовая лампа» — один из самых эффектных и зрелищных экспериментов для школьников.   Герман Перцев с судьбоносным горным хрусталем.  

Написать комментарий


AHOHC

«Великие имена России»

Среди подписчиков газеты будет разыгран велосипед
08.10.13
Как оформить электронную подписку на газету

Cостав Общественной палаты Республики Башкортостан
  • Основой для книги стал социальный некоммерческий интернет-проект «Любимые художники Башкирии»
  • В рамках научного симпозиума будет продемонстрирован документальный фильм о творческом наследии Н.А. Мажитова, организована работа археологической и фото- выставок. В пленарной части будут представлены доклады ведущих отечественных и зарубежных архео
  • Джефф Монсон — известный спортсмен. Получил российское гражданство в декабре 2015 года. Выступал в смешанных единоборствах и бразильском джиу-джитсу. Монсон является двукратным победителем ADCC Submission Wrestling World Championship и чемпионом мира

Вернуться