18
18
В ноябре 1948 года первая ядерная кампания на реакторе «А» была завершена. После пятимесячного облучения в мощном нейтронном потоке все 75 тысяч урановых блочков общим весом сто тонн были выгружены из технологических каналов в приемный бункер. С помощью дистанционно управляемой гидравлической системы все блочки транспортировались из бункера в водяное хранилище, где им полагалось отстаиваться в огромных разгрузочных кюбелях. И только после спада первичной высокой радиоактивности блочки подлежали транспортировке на радиохимический завод «Б» для выделения из них накопленного за эти месяцы драгоценного плутония.
Победное завершение первой реакторной кампании воодушевило всех руководителей атомного проекта, оптимистично настраивало на успешное завершение задания Сталина по созданию атомного оружия. Всем, в том числе и научным руководителям и консультантам, казалось теперь, что уж с химическим разделением урана и плутония на заводе «Б» особых проблем и непредвиденных аварий, как на «Аннушке», не будет.
Химия считалась классической наукой, методика которой была вполне освоена еще в 19 веке. Однако на практике именно радиохимический завод «Б» по выделению плутония принес наибольшее число аварийных ситуаций и человеческих жертв. Главная сложность процесса заключалась в его многоцельности и противоречивости требований. В облученном уране плутония содержится едва ли сотая доля процента от общей массы. В тонне урана — около ста грамм плутония. Поэтому с самого начала было ясно, что при общих гигантских масштабах производства и использовании крупногабаритного оборудования в конечном итоге надо получить какие-то крупицы, не потеряв по возможности ни грамма драгоценного плутония. Но и это еще не все. Помимо плутония, в уране содержатся осколки деления ядер урана-235. Эти ядра делятся на произвольные неравные куски, совершенно асимметрично. Поэтому урановый блочок после многомесячного облучения в реакторе нейтронным потоком «нашпигован» десятками осколков разной химической природы. Едва ли не всеми химическими элементами периодической системы. И все они с точки зрения требуемой чистоты конечного продукта являются паразитными примесями. Наличие сотых или даже тысячных долей процента некоторых из них может привести к снижению качества плутония настолько, что он окажется непригодным для взрывной цепной реакции в бомбе. Эти осколочные примеси называют радионуклидами. Они подлежат безоговорочному удалению.
Задача усугубляется тем, что все эти радионуклиды, перенасыщенные нейтронами, являются искусственными и крайне неустойчивыми изотопами природных химических элементов. Каждый из них, испуская невидимые радиоактивные лучи, является источником смертоносной опасности.
Поэтому-то урановый блочок, выгруженный из реактора, представляет собой средоточие ада. Ни один природный радиоактивный элемент даже радий, не может идти ни в какое сравнение с ним по уровню активности.
Это трудно вообразить. Не поддается обычному человеческому осмысливанию. Небольшой цилиндрик длиной около десяти сантиметров и диаметром с толстую свечку за одну минуту может убить все живое, биологически активное, что случайно окажется рядом с ним. За эту минуту может произойти изменение структуры всех клеток человеческого тела. Это означает неминуемую смерть. Кратковременное прикосновение к такому невзрачному блочку означает вынужденную ампутацию сожженного органа, руки или ноги.
Поэтому перед запуском в радиохимическое производство выгруженные блочки необходимо — по человеческой логике — хранить в течение одного-двух лет под защитным слоем воды для спада этой чудовищной сверхактивности до более или менее безопасного уровня. Но кто же позволит? Откуда взять этот год в атомном забеге на первенство мира? Месяц! Хватит и месяца…
Освобождение облученного урана от радионуклидов на первой стадии радиохимического процесса приобретает, таким образом, характер не только конечного результата, но и обеспечения хоть какой-то безопасности для эксплуатационного персонала на последующих стадиях процесса. Только после освобождения от радионуклидов можно переходить к конечной стадии — выделению плутония.
В отчете об изготовлении и испытании американской атомной бомбы Г. Смит записал о радиохимическом производстве:
«…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…».
Проектную разработку технологического процесса на объекте «Б» в плутониевой зоне поручили в начале 1946 года ленинградскому Радиевому институту (РИАНу) во главе с академиком Хлопиным.
В выполнении секретного задания Спецкомитета приняли участие несколько отделов института, руководимых профессорами Ратнером, Гринбергом и Никитиным.
Через полгода разработанная технология была изложена в одном рукописном экземпляре, переплетенном толстым синим дерматином («Синей книге»), и одобрена на заседании Научно-технического совета ПГУ.
Вскоре доклад был размножен и под грифом «для служебного пользования» рекомендован как теоретическое пособие для подготовки эксплуатационного персонала объекта «Б».
Суть радиохимического процесса заключалась в том, что плутоний, как и многие другие химические элементы, проявляет в соединениях разную валентность. Он может быть трехвалентным (восстановленное состояние) и шестивалентным (окисленное состояние). В зависимости от этого изменяются растворимость плутония в некоторых средах и ряд других свойств.
Все химические операции практически можно производить только с растворами. В связи с этим начало технологической цепочки было предопределено: облученные урановые блочки подлежали растворению в концентрированной азотной кислоте.
Следующий процесс на языке химии назывался окислительным осаждением. Он заключался в том, что к полученному раствору добавлялись соли уксусной кислоты (ацетаты), которые, вступая в химическое соединение с ураном, образовывали твердый осадок в виде кристаллов смешанного состава. Окисленный плутоний также захватывался этими кристаллами.
В растворенном состоянии оставались все радионуклиды. После этого предполагалось сам раствор (декантат) вместе с вредными примесями куда-нибудь слить как побочный продукт основного производства.
Еще на стадии лабораторных экспериментов выявился главный недостаток проекта: образование большого количества жидких высокоактивных отходов (ВАО). На каждую тонну перерабатываемого урана — пятьдесят тонн жидких отходов. Для временного хранения решено было построить вдали от объекта «Б», в укромном месте, огражденном проволокой и плакатами с черепом и перекрещенными костями, безлюдные долговременные хранилища: комплекс «С». Специальные бетонные баки-каньоны огромной емкости, замурованные в земле.
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.