Михаил Грабовский - Плутониевая зона
Оставшийся осадок после многократной промывки снова необходимо было растворить в азотной кислоте. Теперь речь шла уже о непосредственном разделении урана и плутония. Специальными химическими добавками плутоний восстанавливался до трехвалентного состояния. При этом он терял свою изоморфность (одинаковость кристаллических свойств) с ураном. Поэтому при новом впрыскивании ацетатного осадителя в осадок выпадали только кристаллы урана, а плутоний оставался в растворенном состоянии. И снова — декантация.
Концентрированный азотнокислый раствор плутония после до-очистки являлся целевым, плановым продуктом завода «Б». В канистрах по 20 литров он должен был из рук в руки, под роспись передаваться приемщику химико-металлургического завода «В».
Осадочная урановая пульпа подлежала фильтровке, сушке, фасовке и возвращению в новый производственный цикл, поскольку урановой руды в СССР не хватало.
Таким образом, завод «Б» проектировался как гигантский раствороперерабатывающий химический комплекс, равного которому по своим масштабам в СССР никогда прежде не существовало.
Руководители пусковой бригады, профессора Ратнер и Никитин, прекрасно понимали все: и проектные недостатки, и невозможность осуществления всего процесса адекватно удачным лабораторным экспериментам. Неминуемы протечки в многокилометровых трубопроводных трассах. Непредсказуемо явление адсорбции плутония на металлических поверхностях. Неизвестна стойкость материалов в условиях повышенной радиации. Никому не известна точно критическая масса плутония в растворенном состоянии. А это могло при некоторых избыточных концентрациях привести к возникновению самопроизвольной цепной реакции и неминуемому взрыву основного оборудования. Ратнер и Никитин ехали в плутониевую зону, отдавая себе отчет в той опасности, которая подстерегала их лично, ждала своих создателей, приготовив радиоактивные объятия-щупальца. Конечно, надеялись выжить, но не случилось. Оба вскоре скончались от лучевой болезни.
Ученые были первыми заложниками своей собственной технологии. Но они знали, на что шли. А вот две тысячи операторов, аппаратчиц, пробоотборщиков, выпускниц Воронежского и Горьковского университетов, — ничего не знали о своей судьбе. Они не знали, зачем их везли на «базу № 10», зачем завозили на автобусах в зону и селили в барачные общежития. Они не имели понятия о радиоактивности, делении атомов урана, разлагающем отравлении плутонием. Они ехали по призыву комсомола и партии для выполнения важного государственного дела. И гордились оказанным доверием.
19
Для достижения ядерного взрыва необходимо создание в бомбе мгновенной сверхкритичности ядерного топлива и удержания ее на миллионные доли секунды, чтобы успела разделиться хотя бы небольшая доля «горючего» материала. Цепная реакция деления в бомбе протекает на быстрых нейтронах и носит характер мгновенного мощного взрыва.
В производственных условиях завода «Б» возможен был и другой вариант цепной реакции с локальным взрывом. Она могла произойти в какой-либо емкости с раствором плутония, что являлось бы, по существу, производственной радиационной аварией. На языке эксплуатационников подобные самопроизвольные цепные реакции в растворах получили сокращенное наименование — СЦР.
Если критическая масса сердечника из плутония для атомной бомбы в 1948 году была определена достаточно точно, то критическая масса того же плутония, растворенного в какой-либо емкости, в тот момент, накануне пуска радиохимического завода «Б», была никому в СССР не известна. А между тем, Курчатов как научный руководитель плутониевой зоны обязан был выдать регламентные ограничения для безопасного ведения технологического процесса. Сложность физических экспериментов для определения критических концентраций плутония в растворах заключалась не в методике постановки опытов, а в их многочисленности и многозначности.
Искомая величина зависела от очень многих факторов: от химического состава растворителя, от формы сосуда, от наличия экрана вокруг сосуда. Наименьшая критическая концентрация получалась для сосудов, по форме близких к шарообразной. Чем более вытянутой и сплющенной была форма, тем менее вероятна была СЦР в сосуде.
Экран вокруг сосуда, особенно из органических материалов, увеличивал потенциальную возможность возникновения цепной реакции, поскольку экономил часть нейтронов, вылетавших из сосуда, отбрасывая некоторые обратно. В частности, таким экраном могли служить тело, голова или руки оператора, работавшего с данным сосудом, бутылкой или канистрой. Критическая масса зависела также от наличия рядом других емкостей с плутонием. Система сосудов опаснее одинокой емкости.
По этим причинам поставленная задача не имела однозначного решения в принципе. А для нахождения многих табличных данных в зависимости от концентрации, типа растворителя, формы сосудов и т. д. — необходимы были тысячи экспериментов.
В условиях бешеной атомной гонки и приближающегося пуска завода «Б» у Курчатова совершенно не было времени для организации многочисленных опытов. Но ответ на насущный вопрос о критической концентрации плутония — в виде регламентных требований — Курчатов обязан был дать.
Персонально обязан!
Для этой цели перед пуском объекта Курчатов организовал в уединенном лесном массивчике сверхсекретный научный барак для проведения базисных, основополагающих опытов.
Курчатов работал практически в одиночку, поскольку не мог подвергать в этой безумной спешке кого-то другого, кроме себя самого, смертельной опасности. Единственным человеком, которого он привлек для теоретической экстраполяции опытов, был Яков Борисович Зельдович. В конечном итоге Курчатов решил перестраховаться. Он выдал эксплуатационникам одну регламентную цифру, одно-единственное условие вполне безопасной работы: «Не более 100–150 граммов плутония в любом растворе! Ни при каких обстоятельствах!».
Зельдович, которого Курчатов вызывал из Москвы несколько раз, поселяя в своем коттедже, поддержал Курчатова: лучше перестраховаться. Не дай Бог — взрыв в какой-нибудь большой емкости. Это не только человеческие жертвы. Это еще и остановка всей технологической цепочки. Лучше перестраховаться в пять раз, тем более что вряд ли сами аппаратчики будут так уж точно придерживаться утвержденного Курчатовым регламента…
В декабре 1948 года завод «Б» готовился к принятию первой партии облученных урановых блочков с реактора «А». Срок, утвержденный Сталиным для испытания атомной бомбы, — 1-й квартал 1949 года — висел на волоске.
Снижение допустимой концентрации плутония в растворах до 150 граммов, безусловно, должно было ограничить скорость технологического процесса, накладывая определенные ограничения на разовые объемы принимаемого и обрабатываемого продукта. Игорь Васильевич понимал это лучше, чем кто-либо другой. И все-таки перестраховывался. Не хотел нести ответственности ни за возможные СЦР по его вине, ни за человеческие жизни.
Как показал начальный этап работы, руководители цехов и смен относились к регламенту Курчатова с некоторой беспечностью, постоянно нарушая его.
«Не может быть, чтобы Борода не перестраховался», — думали они. И нарушали регламентную цифру и в два, и в три раза.
Из книги А.К. Круглова «Как создавалась атомная промышленность в СССР», 1995 г.:
«Проблема безопасности для этого завода связана в первую очередь с контролем количества плутония в каждом аппарате, контейнере и трубопроводе, в каждой емкости…
Значение критических масс делящихся материалов на различных стадиях технологического процесса различается…
Только в 1951 году определили, что при концентрации плутония 20–40 г/л в определенных условиях критическая масса была немного больше 500 г…
Неточность лабораторных анализов, ошибки в показаниях приборов или просто невнимательность персонала могли привести к превышению установленных тогда безопасных норм 100–150 г…
Поэтому и нередки были аварии — самопроизвольные цепные реакции.»
СЦР ожидала в засаде первых эксплуатационников.
20
Пока на заводе «Б» шла наладка технологического оборудования под научным контролем пусковой бригады из Радиевого института, Курчатов решил сосредоточиться на организации радиометрической лаборатории. Игорь Васильевич считал, что на первом этапе работы завода оперативный анализ на активность проб из аппаратов и трубопроводов будет являться во многих аварийных ситуациях единственным средством, страхующим от грубых ошибок персонала и вероятного возникновения цепных реакций при сверхвысоких концентрациях в растворах делящегося плутония.
«За химию несут ответственность в первую очередь риановцы, — думал Курчатов, — а вот за самопроизвольную цепную реакцию в растворе, да еще со взрывом (не дай Бог!) придется отвечать мне».
