Создание атомной промышленности в СССР

Атомная промышленность в России возникла ещё до Первой мировой войны (велась добыча радия).

В СССР 6.09.1931 создан Государственный институт редких и малых металлов «Гиредмет» (директор В.И.Глебова). 15.10.1932 основан Опытный металлургический завод (Завод А, позднее Московский завод полиметаллов) - производство изделий из бериллия, урана, тория, циркония, лития и др. 28.09.1942 И.Ф.Сталии подписал распоряжение «Об организации работ по урану», в котором предложил подготовить доклад о возможности создания урановой бомбы или уранового топлива и организовать при Академии Наук специальную лабораторию атомного ядра. 22.11.1942 вышло постановление о создании Московского механического института боеприпасов (потом МИФИ), а 27.11.1942 постановление ГКО «О добыче урана», в котором на табошарский завод В возлагалась добыча и переработка урановых руд. В 1942 г. в Уральском ФТИ в лаборатории И.К.Кикоина начались работы по созданию центрифуги для разделения изотопов урана. 11.02.1943 ГКО принял постановление об организации работ по использованию атомной энергии в мирных целях (ответственный В.К.Молотов, заместитель Л.П.Берия, научный руководитель И.В.Курчатов, оперативное руководство М.Г. Первухин). 10.03.1943 И.В.Курчатов назначен начальником лаборатории №2 (лаборатория измерительных приборов, ЛИП АН, сейчас Российский научный центр Курчатовский институт). 10.01.1944 начато строительство на заводе А цеха по производству металлического урана. 25.03.1944 в лаборатории №2 организован сектор (М.О.Кронфельд) по решению вопросов выпуска тяжёлой воды в промышленных масштабах. 24.06.1944 на московском циклотроне в лаборатории №2 из облученного дейтронами урана выделены индикаторные количества плутония и началось изучение его химических свойств. 8.12.1944 ГКО принял постановление «О мероприятиях по обеспечению развития добычи и переработки урановых руд» о передаче НКВД всех урановых предприятий и организации «Института специальных металлов» (НИИ 9, Институт неорганических материалов, сейчас ГНЦ ВНИИНМ им. А.А.Бочвара). Группе З.В. Ершовой поручено организовать металлургическое производство урана на заводе №12 (г. Электросталь) 6.01.1945 в составе Главного управления лагерей образовано Спец- метуправление по разведке, добыче и переработке урана (9-е Управление НКВД). В мае 1945 г. начался вывоз из Германии оборудования Физического института Общества кайзера Вильгельма, имущества и библиотек ряда университетов и урановых соединений (юо т), а также немецких учёных - физиков-ядерщиков, радиохимиков и инженеров-технологов.

Замечание. Часть немцев учёных-ядерщиков (более 300) были вывезены после войны в СССР, где работали над созданием ядерного оружия. Упомянем некоторых из них. Манфред фон Арденне - барон, штандартенфюрер СС, кавалер Рыцарского Креста с дубовыми листьями. Директор Института А (санаторий «Миноп», г. Сухуми) - разделение изотопов урана электромагнитным методом, масс- спектрометрия, разработка масс-спектрометров и электронного микроскопа. Дважды лауреат Сталинской премии. После возвращения в Германию - директор научно-исследовательского института в Дрездене, основатель института медицинской радиоэлектроники. Автор боо патентов, две национальные премии ГДР. Густав Герц - лауреат Нобелевской премии, директор института «Г» (Агудзеры) - разделение изотопов методом газовой диффузии, радары, лауреат Ленинской премии, потом - директор Физического института при Лейпцигском университете, ГДР. Макс Штеенбек - создатель первого бетатрона (1935 г.) директор института №5 НКВД, "Сухумский физико-технический институт", разработка метода газового центрифугирования. Совместно с Г.Циппе и Р.Шефлером им создана оригинальная газовая центрифуга для разделения изотопов урана, основная схема и узлы, которой используются до сих пор во всех странах. Золотая медаль Ломоносова, затем директор Института магнитных материалов в Йене и Института магнитогидродинамики, вице-президент АН ГДР. Николас Риль в 1943 г. получил 7 т. металлического урана. Под его руководством г. Ногинске созданы промышленные технологии получения чистого урана, Герой социалистического труда СССР, лауреат Сталинской премии, руководитель работ по радиационной химии и радиобиологии на объекте НКВД «Б» (г. Снежинск). После переезда в ФРГ - профессор Мюнхенского технического университета, один из создателей первого атомного реактора в ФРГ, декан физико-технического факультета Мюнхенского университета. Петер-Адольф Тиссен - директор Института физической химии и электрохимии Общества Кайзера Вильгельма (позднее Общество Макса Планка) в Берлине, советник Гитлера, работы по созданию отравляющего газа трифторида хлора. В 1945+1950 г. работа в Институте «А» (Сухуми) - создание трубчатых никелевых фильтров для газодиффузионного обогащения изотопов урана, организация производства диафрагм на заводе г. Электросталь, коррозия материалов, лауреат двух Сталинских премий, директор Института физической химии Академии наук ГДР. Рудольф Хайнц Позе исследование ядерных реакций. Директор (1947) института «В» (Физикоэнергетический институт) в Обнинске - разработка ядерных реакторов, с 1950 г. работа в Сухуми, в 1957 г. - в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне, затем - директор института ядерной физики в Техническом университете Дрездена. Макс Фольмер - директор Института физической химии в Гамбургском университете; директор Института физической химии Высшей технической школы в Берлине. В 1946 г. для него было организовано в НИИ-9, (ВНИИ неорганических материалов имени А.А.Бочвара) - производство тяжелой воды, спроектированная установка, основанная на дистилляции аммиака в противотоке, построена в Норильске, работа в лаборатории 3. Ершовой по изучению изотопов плутония. Профессор Берлинского университета имени Гумбольдта, Президент Немецкой АН. Георг Роберт Дёппель - руководитель работ по созданию немецкого тяжеловодного реактора, близкий сотрудник Гайзенберга. Сотрудник НИИ-9 - создание аппаратуры для измерений кинетики ядерных взрывов, заведующий кафедрой экспериментальной и ядерной физики Воронежского университета, потом - директор института прикладной физики в Электротехнической высшей школе в Ильменау.

Последствия американских атомных бомбардировок городов Японии наглядно продемонстрировали мощность нового оружия.

20.08.1945 И.В.Сталин подписал постановление о создании органа управления работами по урану - специального комитета при ГКО СССР: председатель Л.П.Берия, секретарь В.А.Махев, члены М.Г.Первухин, Н.А.Вознесеиский, Г.М.Маленков, Б.Л.Ванников, П.Л.Капица, И.В. Курчатов, А.П.Завенягин), первого Главного управления при СНК СССР (начальник: нарком боеприпасов Б.Л.Ванников, первый заместитель (заместитель наркома внутренних дел, куратор работы спецконтингента) А.П.Завенягин) и Инженерно-технического совета (М.Г.Первухин - министр химической промышленности СССР)

К ядерной тематике незамедлительно были привлечены ведущие институты и организованы новые, в короткий срок были построены заводы, возникли «ядерные» города.

Научно-исследовательские институты: Лаборатория измерительных приборов АН СССР, ЛИПАН, лаборатория №2 (потом ИАЭ им. И.В.Курчатова, 1943, Москва)всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. А.А.Бочвара (ранее НИИ-9) (1945, Москва); Институт химической технологии (НИИ-ю); Институт эиерготехники им. Н.А.Доллежаля (1952, Москва) ;Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина (1945, Москва); Радиевый институт им. В.Г.Хлопина (1922, г. Ленинград); Институт энергетических технологий (1933» г- Санкт-Петербург) - проектирование объектов ядерного топливного цикла и обращения с радиоактивными отходами; Физико- энергетический институт имени А.И. Лейпунского (1946, Обнинск); Центр атомных реакторов (1956, Димитровград); Институт экспериментальной физики, ВНИИЭФ (бывший КБ-n, руководитель Ю.Б.Харитон) (1946, г.

Саров), и многие другие.

Рис. 4. Первый в СССР (и в Европе) атомный реактор, Ф-1 (И.В.Курчатов, 1946).

Крупные заводы по обеспечению атомного оружейного и энергетического комплексов:

  • - Производственное объединение «Маяк» (Комбинат №817) г. Озёрск, (Челябинск- 40). Строительство начато в 1946 г. В его состав входил завод «А» - первый промышленный ядерный реактор, на котором проводилась наработка оружейного плутония, завод «Б» - радиохимический завод по выделению плутония из облучённого урана по ацетатно- лантан-фторидной технологии и завод «В» - химико-металлургический завод по металлотермическому восстановлению металлического плутония. В настоящее время комбинат выпускает плутоний и тритий, высокообогащённый уран, МОКС-топливо, осуществляет радиохимическую переработку ОЯТ исследовательских, энергетических и транспортных реакторов.
  • - Ангарский электролизный химический комбинат, АЭХК, Иркутская обл., г. Ангарск - производство HF и UFe, обогащение гексафторида урана по изотопу 235U.
  • - Сибирский химический комбинат, СХК, Томская обл., г.Северск (Томск-7)
  • - промышленные реакторы, радиохимическое и химико-металлургическое производства, производство фтора, и гексафторида урана, разделение изотопов урана. Разобогащение гексафторида урана по технологии ВОУ-НОУ. Хранение и переработка ядерных боеголовок.
  • - Горно-химический комбинат, ГХК, Красноярский край, г. Железногорск (Комбинат №815, Красноярск-26) - промышленные реакторы, радиохимическая переработка ОЯТ, хранение ОЯТ реакторов ВВЭР-юоо.
  • - Уральский электрохимический комбинат, УЭХК, Свердловская обл., г. Новоуральск (Комбинат №813, Верхний Нейвинск), химикометаллургическое производство, производство по разделению изотопов урана и обогащению урана. Производство топливных элементов для космических аппаратов и подводных лодок.
  • - Электрохимический завод, ЭХЗ, г. Зеленогорск (Заозёрный-13, Красноярск-45) производство высокообогащенного урана, разобогащение урана, наработка изотопов, разработка центрифуг.
  • - Новосибирский завод химконцентратов, АО НЗХК, г. Новосибирск, - выпуск ядерного топлива (на базе естественного урана) в алюминиевых оболочках для промышленных и исследовательских реакторов, производство ТВС для реакторов типа ВВЭР-юоо, производство лития.
  • - Машиностроительный завод, ОАО «МСЗ», Московская, обл., г. Электросталь, производство ядерного топлива для атомных электростанций, исследовательских и транспортных реакторов.
  • - Чепецкий механический завод, ЧМЗ, Удмуртия, г. Глазов - химикометаллургическое производство изделий из природного и обедненного урана, циркония, кальция и титана.

Особорежимные города ядерного оружейного комплекса:

  • - Арзамас-16 (Кремлёв, Саров, Нижегородская область). ВНИИ экспериментальной физики. Разработка и конструирование ядерных зарядов. Заводы «Коммунист» и «Авангард».
  • - Златоуст-36 (Челябинская область). Производство ядерных боеголовок и баллистических ракет для подводных лодок.
  • - Красноярск-26 (Железногорск). Подземный горнохимический комбинат. Хранение облученного топлива с АЭС.
  • - Красноярск-45 (Зеленогорск) Электрохимический завод, ЭХЗ, производство низкообогащённого урана для атомной энергетики.
  • - Свердловск-44. Серийная сборка ядерных боеприпасов.
  • - Свердловск-45. Серийная сборка ядерных боеприпасов.
  • - Томск-7 (г. Северск). Сибирский химический комбинат. Обогащение урана.
  • - Челябинск-65, ПО «Маяк», Челябинская обл., г. Озерск, промышленные реакторы, радиохимическое производство, химико-металлургическое производство, производство изотопной продукции, переработка облученного топлива с АЭС и судовых ЯЭУ.
  • - Челябинск-70 (г. Снежинск). ВНИИ технической физики. Разработка и конструирование ядерных зарядов.

В первую очередь были пущены заводы по разделению изотопов (водорода - получение тяжёлой воды для тяжёловодных реакторов), производству лития (горючее для термоядерного оружия) и урана (для производства атомной бомбы), по производству блочков с высоким содержанием 235U, по производству 239Pu) и по выпуску ТВЭЛов для промышленных, энергетических и судовых реакторов. Сначала основным методом обогащения урана по ^sU был метод газовой диффузии, основанный на летучести UF6), затем - метод центрифугирования.

  • 25.12.1946 в ЛИПАН был пущен первый в Европе и Азии уран- графитовый реактор Ф1 и осуществлена самоподдерживающаяся цепная реакция. В реактор было загружено 45 т металлического урана, и графитовые блоки, отражатель тоже был графитовым. Реактор разгонялся до сравнительно больших мощностей - 4 МВт. Разгоны использовались для накопления плутония, необходимого для определения его ядерно-физических характеристик и химических свойств.
  • 19.06.48 на комбинате 817 введён в эксплуатацию промышленный реактор А («Аннушка») на котором началась наработка плутония - день рождения объединения «Маяк».

Первыми промышленными реакторами - наработчиками плутония

- были канальные реакторы на тепловых нейтронах с графитовым замедлителем и прямым проточным водным охлаждением, работающие на природном металлическом уране при сравнительно низких температурах. Особенностью промышленного реактора является возможность удаления облучённого материала без остановки реактора. Такие реакторы предназначены для работы на постоянном высоком уровне мощности в течение длительного периода.

В СССР промышленные уран-графитовые реакторы (ПУГР) с высокими потоками тепловых нейтронов использовались для 239Ри и других нуклидов (например, делящегося 2ззи и трития). Попутно решались ещё две задачи: получение электроэнергии и снабжение теплом близлежащие населенные пункты (В США военные реакторы применяли исключительно для наработки оружейного плутония). К военным реакторам предъявляются такие требования, как l) большой коэффициент воспроизводства делящегося материала, 2) высокая энергонапряжённость, з) короткое время удвоения плутония.

Типичным примером ПУГРа является реактор АДЭ.

АДЭ (Атомный реактор двойного назначения, энергетический) - двухцелевой (наработка оружейного плутония и получение электроэнергии) энергетический промышленный уран-графитовый реактор. Реакторы ЛДЭ-2, АДЭ-4 и АДЭ-5 вместе нарабатывали в год до 1500 кг плутония.

22.12.48 под руководством Радиевого института на «Маяке» пущен первый радиохимический завод Б, выпускающий соли плутония. Сначала была внедрена ацетатная технология выделения плутония из урана, включающая соосаждение Pu(III, IV) с LaF3, затем ацетатные осаждения стали проводить в присутствии перекиси водорода. На пущенном через год на Маяке втором радиохимическом заводе стадия соосаждения с LaF3 была исключена и реализована осадительно-сорбционная схема с применением винилпиридиновых анионитов. 26.02.49 на "Маяке" введено в эксплуатацию химико-металлургическое производство (завод В), на котором изготавливались изделия из металлического плутония (заряд атомной бомбы).

В июне 1950 г. на «Маяке» построен второй реактор. Всего с июля 1950 г. по март 1966 г. введены в эксплуатацию 7 промышленных реакторов, в том числе три уран-графитовых, предназначенных для наработки оруэкейного плутония, три тяжёловодных, предназначенных для получения плутония и ряда изотопов (промышленный реактор ОК-180), реактор АН для получения специальных изотопов (тритий). Последний из реакторов остановлен 1.11.1990.

В 1951 г. на «Маяке» были пущен промышленный тяжёловодиый реактор ОК-180. Тяжёловодные реакторы использовались сначала для наработки плутония для атомных зарядов, потом одновременно плутония и трития (одного из компонентов водородной бомбы), а в настоящее время с их помощью производят широкую номенклатуру радиоактивных изотопов, легирование кремния и т.п.

Преимущество тяжёлой воды заключается в том, что она эффективнее замедляет нейтроны (т. е. для замедления необходимо меньше замедлителя), а замедлившиеся нейтроны в ней бесполезно поглощаются гораздо реже, чем в графите. Это приводит к тому', что размеры тяжёловодного реактора значительно меньше размеров ПУГР. Важна и возможность наработки делящегося *33U из тория, что значительно расширяет ресурсную базу ядерного оружия. Недостаток - трудности получения тяжёлой воды (обычную водуг следует обогатить в бооо раз). В тяжёловодном реакторе можно более глубоко вырабатывать 235U из природного урана, тем самым удельный расход урана на тонну выпускаемой продукции будет меньшим, чем в ПУГР.

В настоящее время радиоактивные изотопы получают на реакторе «Людмила» - тяжеловодном реакторе с двухконтурной схемой охлаждения, пущенном 31.12.1967 на «Маяке».

Строились и промышленные реакторы, замедлителями в которых является обычная вода. Примером является реактор «Руслан» («Маяк», 1985 г.). Это реактор бассейнового типа, в котором теплоносителем и замедлителем одновременно является обычная (лёгкая) вода высокой степени очистки (бидистиллят). Отвод тепла осуществляется по двухконтурной схеме. Реактор используется для наработки плутония и радиоактивных изотопов (в частности, полония и технеция). Сначала «Руслан» был построен как тяжёловодный реактор, но потом переведён на лёгкую воду.

Проблема наработки и выделения плутония- наиболее сложная часть уранового проекта. Нужна была технология, которая бы обеспечила выделение граммовых количеств плутония из тонн облучённого урана, причём в получаемом плутонии содержание элементов, сильно поглощающих нейтроны, не должно было превышать ю*5% от массы плутония, остальных примесей - ю-2н-ю*з %.

В январе 1945 г. В.И Гребенщиковой и А.М. Гуревич под руководством В.Г.Хлопина из соли, облучавшейся на циклотроне, был получен первый препарат, содержащий плутоний в следовых количествах.

29.04.1946 РИАЛ выпустил «Технологическую часть проектного задания объекта «Б». К середине 1947 г. была завершена проверка ацетатно- лантанфторидной схемы на плутонии, выделенном из солей урана, облученных нейтронами на циклотроне РИАН. Проверка показала, что выход плутония составлял 90% и выше. Схема была положена в основу проектного задания на первый радиохимический завод («Маяк») по переработке облученного урана.

В октябре 1947 г. под руководством сотрудников РИАН начались работы на опытной установке N2 5 в НИИ-9, которая была создана для укрупненных испытаний технологической схемы. 18.12.47 Р.Е.Картутнова и М.Е.Пожарская получили первый препарат плутония в количестве 75 мкг. Исходные растворы сдержали двойные ацетаты урана, натрия и плутония и большое количество примесей. Растворы приходилось концентрировать в сотни и тысячи раз для получения плутония. С этой целью применяли лан- тан-су'льфатный метод концентрирования. В июне 1948 г. в НИИ-9 впервые получен металлический плутоний (ю мг) методом восстановительной плавки с использованием субоксидов кальция и магния.

В июле 1948 г. был издан приказ по Первому главному управлению: «В целях обеспечения и наладки производства объекта Б Комбината 817 («Маяк») организовать специальную пусковую бригаду научных работников из состава РИАН (Б.А. Никитин, И.Е. Старик и др.), НИИ-9 и других привлеченных организаций для ввода в эксплуатацию завода «Б». 22.12.1948 после проведения холодных испытаний состоялся пуск завода на реальном продукте, в аппарат-растворитель были загружены облучённые урановые блоки, полученные из реактора завода А.

  • 8.03-49 изготовлен первый слиток плутония массой 8,7 г. В июне 1949 г. высокочистого плутония оказалось достаточно для изготовления первого ядерного заряда. Изделия получали путём прессования. Затем проводилась точная механическая обработка и никелевое покрытие. В июле 1949 г. были готовы все детали и сборочные единицы заряда. Производство деталей РДС-i, взрывчатых веществ и сборку шарового заряда осуществили заводы в Серове. В ночь на 19.08.49 произошла окончательная сборка заряда (Н.Л.Духов, Д.А.Фишман, А.Я.Мальский).
  • 29.08.1949 на Семипалатинском полигоне испытан первый отечественный ядерный заряд РДС-i, разработанный по схеме американской бомбы «Толстяк». Атомный заряд представлял собой многослойную конструкцию, в которой перевод делящегося вещества (плутония) в критическое состояние осуществлялся за счёт сжатия посредством сходящейся сферической детонационной волны, возникающей во взрывчатом веществе. Выбор внешнего радиуса взрывчатого вещества определялся, с одной стороны, получением необходимого энерговыделения для сжатия плутония, а с другой, допустимыми внешними габаритами корпуса авиационной бомбы. Мощность бомбы - 20 килотонн тротилового эквивалента.
  • 24.09.51 на Семипалатинском полигоне произведено второе испытание ядерного оружия. Взрыв заряда РДС-2 показал мощность в 38 тыс. тонн тротила, что почти вдвое больше первого взрыва. Повышение мощности заряда и его коэффициента полезного действия было достигнуто за счёт реализации предложения Я.Б.Зельдовича и В.А.Цукермана по созданию внешнего нейтронного инициатора. Была изготовлена и положена на хранение серия из пяти атомных бомб весом 3 тонны каждая. На поток изготовление ядерного оружия было поставлено в 1954 г.
  • 12.08.1953 на Семипалатинском полигоне состоялось испытание первой советской одностадийной термоядерной (водородной) бомбы РДС 6с (А.Д.Сахаров, Ю.Б.Харитон, Я.Б.Зельдович) типа «слойка» - первое в мире транспортабельное термоядерное устройство. Компактное (помещалось в бомбардировщике ТУ-16) изделие огромной мощности. США перед этим испытали термоядерное устройство размером с трехэтажный дом на основе жидкого дейтерия при криогенной температуре.

В сентябре 1954 года СССР проводит испытания ядерной бомбы во время войсковых учений на Тоцком полигоне Южно-Уральского военного округа. В октябре 1961 СССР на острове Новая Земля провёл испытания «Царь-бомбы», самого мощного термоядерного заряда в истории (~ 58 мегатонн в тротиловом эквиваленте).

9.05.1954 г. на ядерном реакторе в г. Обнинск была достигнута устойчивая цепная ядерная реакция. Реактор мощностью 5 МВт работал на обогащённом уране с графитом в качестве замедлителя, для охлаждения использовалась вода с обычным изотопным составом. В 1958 начала выдавать электроэнергию первая очередь второй советской АЭС — Сибирской, мощностью юо Мвт, полная проектная мощность которой составляла боо Мвт. В СССР 1964 г. вступили в строй Белоярская АЭС (первый блок 100МВт) и Нововоронежская АЭС(первый блок 240МВт). В 1973 г. на Ленн- градской АЭС в городе Сосновый бор был запущен первый мощный энергоблок (юоо МВт). Энергия пущенного в 1972 г. в Казахстане на берегу' Каспийского моря первого промышленного реактора на быстрых нейтронах (120 МВт) использовалась для производства электроэнергии и опреснения морской воды.

В 1957 г. в СССР началось строительство атомных подводных лодок (АПЛ), способных нести ядерное оружие (июнь 1958 г. - спуск на воду первой советской АПЛ). Сначала на советских АПЛ источниками энергии были реакторы на быстрых нейтронах с теплоносителем из свинцово- висмутого сплава, затем - типа ВВЭР.

В декабре 1959 г. в СССР для арктического флота был построен атомный ледокол «Ленин».

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >