Атомный аврал
Шрифт:
Были проведены три «натурных» подрыва бомбы на алюминиевом керне. Они прошли удачно. В первом квартале 1949 года все намеченные технические испытания с «изделием 501» были завершены.
В задачу авиационного обеспечения ядерного испытания входил также отбор радиоактивных продуктов из облака взрыва с помощью самолетов ЛИ-2, оборудованных специальными фильтр-гондолами. Отбор предполагалось проводить из различных мест радиоактивного облака с многократным заходом в него на разной высоте. Несмотря на крайнюю опасность облучения экипажей во время подобных маневров, самолеты ЛИ-2 практически не были дооборудованы и не имели никакой защиты от радиационного облучения.
Все испытания на полигоне № 71 проводились под защитой специального
Экипажи на полигоне проходили не только техническую, но и политическую подготовку, в том числе и обучение тому, как докладывать Госкомиссии перед полетом и после его завершения.
Из воспоминаний С.М.Куликова:
«Достигнутые результаты по отработке и испытаниям «изделия 501» и самолета-носителя ТУ-4 подтвердили возможность провести ядерные испытания РДС-1 при бомбометании с самолета-носителя ТУ-4…»
19
При распределении атомных тем в конце 1945 года Радиевому институту досталась «разработка технологического процесса извлечения плутония из металлического урана». Иными словами — технологический проект завода «Б».
Выбор для этой работы РИАНа во главе с академиком Хлопиным был обоснованным и оправданным.
Когда-то, в годы гражданской войны, молодой профессор Виталий Григорьевич Хлопин со своими сотрудниками освоил технологию выделения радия из урановой руды. Некоторые участники этой героической научной эпопеи были ещё живы и продолжали работать в Институте, так что Хлопину было на кого опереться в этой ответственной работе.
В отчете Смита обобщенному описанию этой технологии предпослана выстраданная, знаменательная фраза: «Разрешение многих химических вопросов было одним из наиболее замечательных достижений металлургической лаборатории».
Многим руководителям советского атомного проекта, в том числе и Курчатову, это утверждение казалось несколько преувеличенным.
То ли дело ядерный реактор — исключительно новое, первозданное творение человеческого разума. Именно от него ожидали любых сюрпризов, непредвиденных аварий и даже человеческих жертв. Химические же процессы представлялись достаточно хорошо изученными и опробованными на практике ещё в XIX веке.
И всё-таки Смит был прав. Радиохимическая технология выделения плутония из облученного в реакторе урана оказалась самой сложной и опасной частью атомного проекта. Расплатой за недооценку большой промышленной химии были многочисленные невинные жертвы.
Разработка технологии в лабораторных условиях была затруднена наличием в руках ученых только микроскопических количеств плутония. В начале 1946 года, когда началась эта работа, облучить уран можно было только с помощью радие-бериллиевых источников или циклотрона, в котором создаются более мощные пучки нейтронов. Но нейтронный поток даже очень мощного циклотрона не идет ни в какое сравнение с потоками нейтронов внутри ядерного реактора. Экспериментальный котел Ф-1 тогда только проектировался.
Поэтому те облученные урановые блочки, которые были предоставлены в распоряжение научных работников РИАНа, в 1946 году содержали в себе всего несколько микрограммов плутония.
Для отработки технологии приходилось использовать микропипетки и микропробирки, а для наблюдения — бинокулярный микроскоп.
Вторая трудность заключалась в наличии примесей. В облученном уране плутония содержится десятые или даже сотые доли процента. И ровно столько же, если не больше, находится в уране осколков деления ядер урана-235 — радионуклидов. Ядра урана делятся произвольным образом,
и поэтому осколки деления представляют собой смесь десятков самых разных химических элементов, в том числе и газов. С точки зрения технологии все эти осколки являются паразитными примесями, от которых необходимо освободиться. Сложность заключается в том, что все эти осколки предельно радиоактивны. А потому весь химический процесс выделения плутония приобретает характер исключительно опасный для здоровья и жизни окружающего персонала.Рекомендация Смита:
«Все технологические операции необходимо производить на значительном расстоянии от густонаселенных районов и строить специальные, достаточно большие хранилища для радиоактивных отходов…
Громадная активность радиации от продуктов деления, сравнимая с радиоактивностью многих килограммов радия, требовала применения дистанционных методов во всех химических операциях.»
В декабре 1945 года в РИАНе были созданы три бригады ученых для параллельной разработки различных химических методов выделения плутония. Через три месяца кропотливой работы в Институте состоялся технической совет, на котором заслушивались доклады руководителей всех трех групп: Ратнера, Гринберга и Никитина.
После острой дискуссии наиболее перспективным был признан ацетатный метод, разрабатываемый группой профессора Ратнера под патронажем Хлопина. Этот метод основан на том, что плутоний, как и многие другие химические элементы, проявляет в разных химических соединениях разную валентность. Он может быть трехвалентным (восстановленное состояние) и шестивалентным (окисленное состояние). В зависимости от этого состояния меняется растворимость плутония в некоторых средах и некоторые другие химические свойства.
Первая технологическая операция напрашивалась сама собой. Облученные блочки урана надо было растворить в какой-либо кислоте, поскольку все химические операции можно практически производить только с растворами. После растворения первый этап технологического процесса заключался в освобождении от всех радионуклидов, «загрязняющих» производство.
Наиболее перспективным на этом этапе Хлопин считал метод сокристаллизации, хорошо изученный ещё в двадцатые годы при выделении радия из урановой руды. Метод заключался в искусственном соединении в общие кристаллы выделяемого элемента и элемента-носителя. Для плутония носителем мог служить сам уран, который по атомной массе и некоторым свойствам близок к плутонию. Шестивалентный плутоний и уран изоморфны, то есть в кристаллических соединениях способны замещать друг друга, образуя общие кристаллы переменного состава. Поэтому после растворения урановых блочков в азотной кислоте и окисления плутония до шестивалентного состояния можно проводить процесс окислительного осаждения. Он заключается в том, что к полученному раствору надо добавить вещество, которое, вступая в химическое соединение с ураном, образовывало бы нерастворимый кристаллический осадок. В качестве подобных осадителей в химии используют соли уксусной кислоты — ацетаты.
Следующей процедурой являлось разделение раствора и осадка (декантация). Сливаемая жидкость — декантат — бесполезный, но высокорадиоактивный отход производства. Уже тогда, на стадии лабораторного опробования, был выявлен основной недостаток ацетатного метода — образование большого объема жидких высокоактивных отходов (ВАО).
На каждую тонну перерабатываемого урана будет получаться 50 тонн жидких отходов! После промывки кристаллического осадка от остатков радионуклидов предстояла центральная стадия процесса: отделение плутония от урана. Для этого кристаллический осадок снова растворялся в азотной кислоте, после чего плутоний специальными химическими добавками к раствору восстанавливался до трехвалентного состояния. При этом он терял свою изоморфность с ураном. Поэтому при новом добавлении осадителя в осадок выпадало только соединение урана, а плутоний оставался в растворенном состоянии.